Ca-Mg系復合凝聚劑富集分離造紙法煙草薄片廢水處理及資源化研究

孫德平，胡麗軍，王云祥，魏剛，任攀

Ca-Mg系復合凝聚劑富集分離造紙法煙草薄片廢水處理及資源化研究

孫德平1*，胡麗軍2，王云祥3，魏剛1，任攀2

（1湖北新業煙草薄片開發有限公司，湖北 武漢430030；2武漢格林環保設施運營公司，湖北 武漢430000；3武漢紡織大學，湖北 武漢 430073）

采用制備的 Ca-Mg系復合凝聚劑，對造紙法煙草薄片廢水進行高效固-液分離，以大大降低后續生化處理負荷。獲得的污泥固體富含煙堿類物質而進一步提取，用于生物源殺蟲劑的活性成份；提取后的污泥固體用作粉狀殺蟲劑的載附劑，完全達到資源化利用。采用該法單級分離COD去除率可達到70%-80%，具有一定實用價值。

Ca-Mg系復合凝聚劑；固-液富集分離；煙草薄片廢水；污泥資源化

利用造紙法制造煙草薄片是煙草廢棄物再生綜合利用及優化香煙產品特征的重要技術之一，其生產過程為：將卷煙廠下腳料如煙梗、煙碎、煙末在溶劑中浸泡，使其中可溶性物質與纖維素類物質分離，將分離出的纖維物經打漿處理后抄造成形，再將經加工后的可溶性物質涂抹在薄片上即制成為煙草薄片。工藝流程如圖1所示，生產過程中所排放廢水中，污染物含量和其化學組成情況見表1。

圖1 利用造紙法制造煙草薄片生產工藝流程

表1 生產廢水中污染物含量和其化學組成

對該廢水的處理通常采用多級過濾、多級生物、多級物化的處理方法。雖然尚能做到達標排放，但各工藝之間的銜接要求頗高、運營管理復雜、處理成本也較高，而且廢水處理污泥還會造成環境二次污染。

造紙法薄片生產工藝采用氣提或浸提工藝只能將一部分煙堿和其它有效成分轉移出來，未提取的大量有效成分隨廢水排掉，然而，煙堿是生物源殺蟲劑的有效成分，具有較廣殺蟲譜，不產生抗藥性，沒有殘毒等優點。進行廢水處理時，將廢水中有效成分高度富集于廢水的固相中，經固液分離后使廢水的后繼處理負荷大為降低，同時將富集后的污泥固體用于煙堿的化學提取，提取后剩余污泥仍殘留著游離煙堿等殺蟲成分可直接用做拌種劑。本文將著重研究上述整體技術路線的第一段，即：固-液富集分離方法。

1 固-液富集分離原理

Ca-Mg系復合凝聚劑融入水體后，具有壓縮固體表面雙電層的作用，使得固體顆粒間相互排斥力減小并易于團聚，同時Ca-Mg系復合凝聚劑具有一定的搭橋作用，將卷煙廠下腳料如煙梗、煙碎、煙末等極細的固體和膠體微粒凝聚成團，便于從溶劑中分離出來。

2 實驗材料與實驗條件

2.1 Ca-Mg系混合凝聚試劑制備方法

（1）按CaSO4·2H2O、Mg（OH）2Ca（OH）2分子的摩爾比分稱各物質所需重量并進行初步混合。其中：

A級薄片廢水按化學式CaSO4·2H2O∶Mg（OH）2∶Ca（OH）2=1∶2∶10

B級薄片廢水按化學式CaSO4·2H2O∶Mg（OH）2∶Ca（OH）2=1∶1∶10

通用性薄片廢水按化學式 CaSO4·2H2O∶Mg（OH）2∶Ca（OH）2=1∶1.5∶10的摩爾比進行計量配料。

（2）將已初步混合過的原料研磨粉化 1.5h，使其混合得均勻細膩

（3）將粉體用 200目篩篩分，過篩包裝后于常溫干燥條件下保存。

2.2 實驗條件

前述用各種“分離劑”進行固-液富集分離操作系為平行條件操作。即所分離的廢水同質且均為1000mL，“分離劑”投加量相同，PH值均調整為11.5，以凝聚作用為主導的分離劑給予10min的反應時間，以吸附作用原理為主導的分離劑給予60min反應時間，反應完成后均用中速定性濾紙進行真空抽濾分離。之后對獲得的固相泥餅進行干燥并進行煙堿提取，同時測定干泥量及煙堿提取量，對抽濾出的液相廢水比對顏色和測定COD指標。分離過程同時要記錄各實驗的濾速快慢情況。

3 實驗結果及討論

3.1 Ca-Mg系復合凝聚劑單級處理效果

取湖北新業薄片科技開發公司生產廢水，按上述實驗條件分別用Ca-Mg系復合凝聚劑、鐵系中的PFS凝聚劑、Fe等金屬類鹽分離劑、高嶺土常用固體吸附劑等進行單級處理，處理結果見表2，表3，表4。

表2 Ca-Mg復合分離劑與鐵系等混凝劑分離效果比較

表3 （Ca-Mg）復合分離劑與Fe等金屬性鹽類的分離效果比較

表4 （Ca-Mg）復合分離劑與高嶺土等常用固體吸附劑的分離效果比較

上述實驗效果表明，選用Ca-Mg系復合凝聚劑對煙草薄片廢水進行單級處理，其效果明顯高于現行的分離方法。

（1）使高濃度廢水直接變性為普通工業廢水，COD去除率≥70%，廢水中COD（mg/l）含量≤3000，較大的縮小了廢水后繼處理負荷和工藝。

（2）分離速率普遍高于其它分離方法，增大的工程可操作性的關鍵要素。

（3）廢水中有效成分富集明顯，保障了廢水污泥資源化利用的可行性。

3.2 Ca-Mg系混合凝聚試劑處理成本分析

（1）噸水處理成本。

仍取上述企業廢水用 Ca-Mg系藥劑反復試驗（四周小試二周中試），的小試，測算出每噸水需藥劑5-6kg，折合市場價約3元。若對單級處理后廢水按達標排放要求進一步處理，則只需增加普通生化處理工藝即可。后續工藝所需藥劑按極大值計算噸水成本控制在1元足夠，即選用本方法對污水進行達標處理的噸水藥劑成本≤4元。

（2）與傳統處理方法藥劑成本比較。

上述企業近三年藥劑臺賬表明，每噸水藥劑成本均值為6元，即高于新方法2元。

（3）能耗等參數分析。

由于新的分離方法，極大的縮短了處理工藝流程和負荷，所需電耗（曝氣）、蒸汽（厭氧升溫）、及設備耗損（設備可以省略或縮短使用時間）等費用，粗略分析噸水可節省能耗方面費用約1元。

綜合上述分析，使用本方法進行污水處理、上述企業仍按年排廢水350000m3計算，則每年運行直接費用可節省：

3.3 Ca-Mg系混合凝聚分離方法所獲污泥資源化利用途徑

本方法處理后的固相物即污泥經烘干后測算其均值含量為 1.2%，上述企業所獲干污泥量為350000×1.2%=4000t。

（1）將污泥用作煙堿的提出原料。

本法通過化學手段將廢水中游離的煙堿富集到了污泥中，污泥中煙堿含量較普通處理方法形成的污泥高許多，經實測干污泥中煙堿含量為1.3%。煙堿是農藥及其它高端化學產品的重要原料，目前市場上每公斤售價350～550元，如果上述企業廢水經單級處理后所獲污泥全部用作煙堿的化學提純，則煙堿形成的最低經濟價值為（4000t×1.3%×350元）1800萬元/年。

（2）將污泥直接返回生產線作薄片原料。

實驗人員用手工方式將污泥簡單處理后制成薄片與該企業產品進行了比較，其外觀、色澤、比重、燃點、張力、味覺（燃燒和不燃燒時）、灰分等指標并無明顯差異。本文建議，若用于工程實例，一是要注意車間所排廢水不再混入其它廢水（如生活污水），以避免污泥回用時衛生標準不夠，二是污泥回用前需補充助凝劑，因為污泥中纖維素、木質素等分子鏈相對較短，和新鮮原料混用時易優先漏過篩網。

（3）污泥可直接用作種子的拌種劑。

我國棉花、小麥產區大面積播種時需預先將種子與稀濃度的殺蟲劑干粉（俗稱拌種劑）均勻混合后再下種，煙堿是生物源殺蟲劑的有效成分。它低毒、高效，煙堿中包含了近千種化學物質，所以地面細菌幾乎無法對其產生抗體。用分離方法產生的污泥如果不回用作薄片原料則可將其與后續生化處理后的污泥混堆、干化、碾細后直接用作拌種劑；如果先將污泥進行煙堿提取，則提取后的剩余泥粉因仍殘留游離煙堿等殺蟲成分，即還可作為粉狀殺蟲劑的載體劑使用等等。

4 結束語

（1）Ca-Mg系混合凝聚試劑完全適用于高濃度造紙法煙草薄片廢水的物化處理過程，并能達到固體再利用的要求。通過單級處理，廢水中 COD值可降至＜3000mg/l，完成了高濃度廢水變性為普通廢水過程，縮短了后續處理的工藝流程，較大的節省了能耗及設備運行費用，可整體降低噸水處理成本30%以上。

（2）單級處理所獲污泥經加工后可生產副價值更高的產品，從真正意思上實現了聯合國環境署所提倡的“可持續發展污水處理理念”。

（3）用本方法進行污水處理所剩污泥可全部進行資源化利用，完全消除了污泥填埋所造成的二次污染問題。

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Study on Treatment and Recycling for Tobacco Sheet of Paper Manufacturing Wastewater by Ca-Mg System Composite Coagulant Method

SUN De-ping1, HU Li-jun2, WANG Yun-xiang3, WEI Gang1, REN Pan2
(1. Hubei Xinye Tobacco Sheet Developing Co., Ltd. , Wuhan 430074, China; 2.Wuhan Green Environmental Protection Facilities Operation Company, Wuhan 430074, China; 3. Wuhan Textile University, Wuhan 430074, China)

This paper proposes a preparation method by adopting Ca-Mg system composite coagulant for tobacco sheet wastewater in paper manufacturing by efficient solid-liquid separation with great reduction in subsequent load of biological treatment. The nicotine-rich sludge solids obtained by further extraction are used for biological insecticide active ingredients; sludge solids extracted are used as powder insecticide containing agent attached, which can fully meet the requirement for resource utilization. By adopting this method, the single-stage separation COD removal rate can reach 70-80%, which is of practical value.

Ca-Mg system composite flocculants; solid-liquid separation and enrichment; tobacco sheet wastewater; sludge recycling

TS111.8

A

1009－5160(2010)05－0053－04

*通訊作者：孫德平（1965-），工程師，研究方向：造紙法煙草薄片技術開發與應用.

中國紡織工業協會2009指導性計劃項目（2008038）.