降低造紙法再造煙葉白水中COD的技術(shù)研究*

唐自文，陳嶺峰，王茜茜，蔣 皓，吉松毅，李志勇

(云南中煙再造煙葉有限責(zé)任公司，云南昆明650106)

造紙法再造煙葉作為卷煙降焦減害的重要輔料之一［1，2］，在卷煙配方中已得到廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)的生產(chǎn)廠家已達(dá)13家，產(chǎn)能已達(dá)到20萬t以上，所采用的生產(chǎn)工藝流程主要包括提取、制漿、濃縮、抄造、烘干、涂布、干燥等工藝［3，4］。從目前各生產(chǎn)廠家的反饋的信息來看，普遍存在白水中COD偏高，一般都在4 000 mg/L以上，這部分白水由于有機(jī)物含量高，不能有效地回用到生產(chǎn)過程中，最終大量排放到污水處理系統(tǒng)中，以年產(chǎn)2萬t再造煙葉生產(chǎn)廠計(jì)，每天排放到污水系統(tǒng)中的白水在2 000 t以上，其COD占到全廠外排總COD的80%以上，這勢必加大污水處理系統(tǒng)的處理負(fù)荷，導(dǎo)致處理后廢水排放不達(dá)標(biāo)［5，6］。因此對(duì)現(xiàn)有造紙法再造煙葉生產(chǎn)工藝進(jìn)行深入研究，對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化，從源頭上解決進(jìn)入污水系統(tǒng)的白水COD，對(duì)減輕污水處理負(fù)荷，降低污水處理成本，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 實(shí)驗(yàn)原料與儀器

煙梗和煙葉碎片(云南中煙再造煙葉有限責(zé)任公司提供);重鉻酸鉀(AR)、濃硫酸(AR)，硫酸汞(AR)、蒸餾水(自制)。

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(BUCHI公司生產(chǎn));COD檢測裝置;解纖機(jī)(飛利浦公司生產(chǎn));離心機(jī);電磁爐。

2 實(shí)驗(yàn)方法

分別取梗葉各500g，用8倍60℃的清水提取3次［7］，每次提取時(shí)間為30 min，提取后用離心機(jī)進(jìn)行固液分離，測定提取液濃度(指提取液中煙草水溶性成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)及COD，固形物再進(jìn)行下一次提取，第3次離心分離后的固體平均分成4份，加入到解纖機(jī)中，再加入對(duì)應(yīng)原料量8倍30℃的清水進(jìn)行解纖，通過控制每次解纖過程中解纖的程度即打漿度，得到不同打漿度的漿料，這些漿料經(jīng)離心分離后，得到液體部分及固體漿料部分，測定不同打漿度下液體中的COD和液體濃度。再稱取梗葉各100 g，加入到解纖機(jī)中，再加入8倍60℃的清水浸泡10 min，再開始解纖，分別取解纖 10、15、20、25、30 min 時(shí)漿料中的液體測定其濃度和COD，并用離心機(jī)脫除解纖30 min時(shí)漿料的水分，脫除水分后的漿料再用60℃的清水清洗，清洗后再離心脫水，檢測液體的濃度和COD，共進(jìn)行2次。

3 結(jié)果與討論

3.1 提取級(jí)數(shù)對(duì)提取液COD的影響

提取級(jí)數(shù)對(duì)提取液COD的影響見表1、表2。

從表1及表2看出，第一級(jí)提取液濃度及提取液COD大于第二級(jí)提取液，第二級(jí)大于第三級(jí)，即隨著提取級(jí)數(shù)的增加，提取液濃度及COD隨之降低，說明隨著提取級(jí)數(shù)的增加，煙草原料中水溶出物量隨著減少，水可溶出成分也隨之降低。

表1 煙梗三級(jí)提取液濃度及CODTable 1 Extract concentration and COD content from three class stem

表2 煙葉三級(jí)提取液濃度及CODTable 2 Extract concentration and COD content from three class tobacco leaf

3.2 打漿對(duì)漿料水相中COD的影響

打漿對(duì)漿料水相中COD的影響見表3、表4。

表3 煙梗打漿度對(duì)COD的影響Table 3 Effect of stem freeness on COD

表4 煙葉打漿度對(duì)COD的影響Table 4 Effect of tobacco leaf freeness on COD

從表3及表4看出，經(jīng)3次提取后進(jìn)行制漿實(shí)驗(yàn)，仍會(huì)產(chǎn)生大量的COD，其產(chǎn)生的COD(以打漿度為40°SR為例，煙梗水相中為14 752 mg/L，煙葉為13 852 mg/L)比第三級(jí)提取產(chǎn)生的COD(梗第三級(jí)提取液為9 482 mg/L，葉第三級(jí)提取液為8 654 mg/L)還要高一些，平均高出57.7%。說明即使通過三級(jí)提取，也無法將煙草原料中的有機(jī)物完全提取，這部分有機(jī)物在打漿時(shí)，隨著煙草植物細(xì)胞的破損加大，大量有機(jī)物進(jìn)入到水相中，造成水相中COD增高。此外，隨著打漿度的提高，離心液中COD隨著增加，但增幅在逐漸降低，從第3列的前項(xiàng)與后項(xiàng)的差值得到驗(yàn)證。這說明解纖到一定程度后，大部分有機(jī)物已基本溶出，隨著打漿度的增加，增幅已不明顯。

3.3 解纖提取時(shí)間對(duì)提取液COD的影響

解纖提取時(shí)間對(duì)提取液COD的影響見表5、表6。

表5 解纖提取時(shí)間對(duì)煙葉提取液COD的影響Table 5 Effect of fiber solution extraction time on COD of tobacco extraction

表6 解纖提取時(shí)間對(duì)煙梗提取液COD的影響Table 6 Effect of solution fiber extract time on the COD of stem extraction

從表5表6看出，隨著解纖提取時(shí)間的增加，提取液濃度和COD含量增幅呈下降趨勢，說明煙草原料解纖到一定打漿度后其中的有機(jī)水溶物已基本溶出。另表5與表1及表6與表2相比，解纖提取的提取液濃度要比傳統(tǒng)第一級(jí)提取液的濃度平均高出46.7%。這說明解纖提取效率要高得多。

3.4 解纖提取后解纖漿料洗滌級(jí)數(shù)對(duì)洗滌液COD的影響

解纖提取后解纖漿料洗滌級(jí)數(shù)對(duì)洗滌液COD含量的影響見表7、表8。

表7 煙梗打漿后洗滌液中COD的變化Table 7 COD changes in the washing liquid after stem pulped

表8 煙葉打漿后洗滌液中COD的變化Table 8 COD changes in the washing liquid after tabacco pulped

從表7及表8看出，隨著水洗次數(shù)的增加，水洗液中COD呈現(xiàn)明顯下降趨勢，第一次洗滌液中COD已下降到2 500 mg/L以下，遠(yuǎn)低于表1和表2中第三級(jí)提取液中COD的平均值9 068 mg/L，這說明解纖提取可有效降低提取級(jí)數(shù)，節(jié)省設(shè)備投資。而第三次洗滌液的COD已下降到400 mg/L以下，相當(dāng)于進(jìn)入到污水處理系統(tǒng)的COD，說明經(jīng)三級(jí)水洗可有效去除白水中COD，其降幅可達(dá)90%以上。

4 結(jié)論

1)造紙法再造煙葉傳統(tǒng)提取制漿提取液濃度偏低，制漿會(huì)產(chǎn)生大量有機(jī)物，這部分有機(jī)物在抄造段隨白水進(jìn)入到污水處理系統(tǒng)，導(dǎo)致污水處理系統(tǒng)處理負(fù)荷的增加，增加了污水處理成本和降低了處理效果;

2)采用解纖提取及水洗提取可有效提高提取液濃度，提高提取效率，減少提取級(jí)數(shù)和設(shè)備投資;

3)采用解纖提取可有效降低白水中的COD，其降幅可達(dá)90%以上，可明顯減少污水處理負(fù)荷，降低處理成本。

［1］汪德和.煙草薄片［M］.北京:中國輕工業(yè)出版社，1996.

［2］Improved Reconstituted Tobacco Product:WO，9424892［P］.1994－11－10.

［3］王加深，劉曉暉，吉雄.國產(chǎn)造紙法再造煙葉在烤煙型卷煙產(chǎn)品改造中的應(yīng)用［J］.煙草科技，2004(3):9－10.

［4］Tobacco reconstitution process:US，5501237［P］.1996－03－26.

［5］邱曄，胡群，陳輝敏，等.再造煙葉生產(chǎn)廢水處理研究［J］.工業(yè)水處理，2006，3(26):23－25.

［6］遲建國.煙葉再造過程清潔生產(chǎn)技術(shù)研究［D］.濟(jì)南:山東輕工業(yè)學(xué)院，2012.

［7］楊彥明，唐自文，付宇，等.造紙法再造煙葉浸取工藝研究［J］.應(yīng)用化工，2009，38(3):425－428.