再造煙葉污水特性及處置分析

劉大慶，彭麗娟,和玉鳳，劉恩芬**，段建名，趙建華，王驍清,王 瓊

(1.云南中煙再造煙葉有限責任公司，云南 昆明 650001； 2.云南煙草質量監督檢測站，云南 昆明 650001；3. 云南聯大科技產業有限責任公司，云南 昆明 650500)

造紙法再造煙葉生產過程中的污水,是一種特殊的造紙廢水。目前，造紙法再造煙葉污水來源有：葉線、梗線沉降排放液，設備清洗排放液，抄造外排濃白水，外排梗、葉提取液和蒸發冷凝水外排液等[1-4]。造紙法再造煙葉污水特點為：廢水排放量大、色度高、化學需氧量高、廢水中纖維懸浮物多。目前，國外對造紙法再造煙葉污水只是簡單回收纖維后，排入市政污水管網，由大型污水處理廠集中處理；而國內各地區的污水集中處理設施還不完善，更多采取自行處理的方式[5]。目前，國內應用于造紙法再造煙葉生產污水處理的方法可歸納為物理法、化學法和生物法[6]。其中,物理法常作為一種預處理的手段應用于污水處理；化學法是指向污水中加入化學藥劑，使其與污水中的污染物發生化學反應而生成無害物的過程，這種方法也常常作為預處理方法使用；生物法是利用微生物降解代謝有機物為無機物來處理廢水，通過人為的創造適于微生物生存和繁殖的環境，使之大量繁殖，以提高其氧化分解有機物的效率，目前廣泛應用的是好氧法和厭氧法[7]。

1 實驗部分

1.1 試劑及儀器

與GC-MS檢測相關的試劑為色譜純，其他溶劑和試劑均為分析純。

儀器包括：pH計 (FE20, Mettler Toledo), PCR儀 (PCT-0220, Bio-rad)，超純水儀 (CASCADA LS MK2, Pall)，電導率儀 (FE30, Mettler Toledo)，電子天平 (PL3002, Mettler Toledo)，超低溫冰箱 (DW-86L828, 海爾)，分光光度計 (UV-1800, Shimadzu), COD消解器 (DRB200, HACH), 水質分析儀 (DR1900, HACH), BOD生化需氧量分析儀(TRAK II, HACH), 微量離心機 (SORVALL Legend Micro 17, Thermo), 凝膠成像儀 (170-8170, Bio-rad), X射線熒光光譜儀 (PW4400/40, PANalytical B.V.)，變性梯度凝膠電泳 (DCodeTM System, Bio-rad)，GC-MS(GCMS-QP2020)。

廢水及煙梗提取物，均來自云南中煙再造煙葉生產線。

1.2 實驗過程

1.2.1 廢水水質檢測方法

廢水水質指標：COD、BOD5、pH及氨氮，分別按國家標準GB 11914—1989 重鉻酸鉀法、GB 7488—1987 稀釋與接種法、GB 6920—1986玻璃電極法、GB 6920—1986稀釋倍數法、GB 11901—1989重量法和GB11901—1989納氏試劑比色法進行測定；致香成份分析按GC-MS實驗室方法。

1.2.2 廢水檢測

1)高濃度廢水

高濃度廢水是指再造煙葉生產過程中產生的含有大量煙草有機物的外排廢水，它來源于梗原料提取后不能完全用于涂布液而產生的富余梗提取液的外排，以及梗、葉提取液在濃縮前通過沉降凈化處理的廢液外排，主要來源于再造煙葉生產過程的提取段。

高濃度廢水富含大量的蛋白質、糖分、色素及少量的總植物煙堿等煙草有機物，因而這部分廢液表現出較高的化學需氧量(CODcr)和色度。高濃度廢水具有排放不規律、排放水量較小、污染物CODcr指標排放量較高、色度高、溫度高等特點，因此處理好高濃度廢水是處理再造煙葉生產廢水的核心[8]。

高濃度廢水有機成份分析結果見表1。

表1 高濃度廢水有機成份分析結果

高濃度廢水水質分析結果見表2。

表2 高濃廢水水質分析結果

2)中低濃度廢水

中低濃度廢水主要來源是片基抄造過程中產生的濃白水外排,以及工藝過程中外排的廢水，包括提取液濃縮蒸發產生的冷凝水和清洗過程產生的廢水。

中低濃度廢水也稱綜合廢水，具有連續排放、排放水量較大等特點，抄造段廢水的各項水質污染物指標均較提取段低, 這主要是由于煙葉和煙梗中的可溶性成分大部分都已在提取工藝段進入提取液,此工藝段的物料( 主要為漿料形態) 只有少部分可溶性 COD 可進入抄造廢水，有機物含量較少，它的懸浮物主要是由漿料抄造成型過程中大量短纖維流失造成, 即廢水含有大量的細短纖維。生產中處理中低濃度廢水是污水處理過程的重點。

中低濃度廢水水質分析結果見表3。

表3 中低濃度廢水水質分析結果

1.2.3 廢水處置

1)高濃度廢水處置

生產線中，高濃度廢水是經過一定壓力和溫度下在線濃縮，濃縮成密度大約為 1.18 g/cm3液體，外運作為液體有機肥處置。

2)中、低濃度廢水處置

目前生產工中，廢水處理采用了“物化預處理+厭氧生化處理+好氧生化處理+化學深度處理”的工藝，物化預處理主要是厭氧的初級處理過程，在預酸化池中自動計量投加生化反應所需要的營養鹽，包括氮和磷[9]，但對COD的降解貢獻不是太大。接下來在厭氧生化處理中，主要是將生物可降解性COD轉化成了沼氣，整個生物厭氧反應過程可描述為：

COD→CH4↑+ CO2↑+新生厭氧污泥

廢水通過厭氧處理后經外循環罐進入后續的活性污泥處理系統。好氧處理的主要目的是將可生物降解的COD轉化為CO2和H2O。在活性污泥系統發生的整個生物反應可用下式描述:

COD+O2→CO2↑+H2O+新好氧污泥

由于此廢水中含有木質素、腐殖酸等不可生物降解COD，經過以上步驟處理過的水很難達到COD<100 mg/L 的要求。實際工作中要選定在廢水中添加適量的混凝劑并結合氣浮進行除纖,除去不可生物降解的COD，以達到出水標準。在這個過中混凝劑品種的選取對生產實際的經濟性和實用性相當重要。

2 廢水處理結果與討論

廢水處理水質分析結果及達標情況如表4所示。

表4 廢水處理水質分析結果及達標情況

2.1 國內外企業廢棄物處置方式對比

經過全面的市場調研，對國內外再造煙葉廢水處理情況匯總如表5所示。

表5 國內外企業生產廢棄物處置工藝對比

目前對中低濃度廢水(如：抄造濃白水)的生化處理工藝研究相對成熟，實際運行處理后基本能夠達到現行的污水排放標準，在處理過程中有一定的優化空間。但對于高濃度廢水，目前還沒有一種更為經濟有效的處理工藝。

2.2 解決再造煙葉廢水處理新思路

2.2.1 高濃度廢水處理方面創新

高濃度廢水主要是煙草梗原料提取液的部分廢棄，在這些液體中，有較多的可再生利用的煙草資源。例如，通過一定的途徑制成固體香精，這種煙草固體香精用于夾層薄片、新型煙草和再造煙葉涂布液添加劑。因為這種固體香精保存了煙草自身的一些內在主要化學成份和香料特征，這對于提高煙草廢棄原料的二次利用是一個較大的創新工作。表6為廢棄煙梗提取液制成固體香精的主要致香成份分析情況。

由表6中看出，煙草中代表性致香成分是：糠醛，苯乙醛，茄酮，巨豆三烯酮A、B、C、D和新植二稀等成份[10]。濃縮梗膏和凍干是有很大差異的，凍干在致香總量和主要致香物質都遠遠超過梗膏濃縮液。我國目前煙草廢棄物的低價值利用，不僅對環境造成了嚴重污染，也使大量的生物資源嚴重浪費。從資源學角度分析，煙草廢棄物，利用高新技術，實現其價值，將產生較高的經濟效益。通過科技成果的產業化解決造紙法再造煙葉產生的環境問題，促進煙草行業的環境與經濟可持續發展，達到煙草行業經濟發展和環境保護的雙贏[11]。

表6 梗膏凍干、濃縮梗膏主要致香成份表

表6(續)

2.2.2 中低濃廢水方面創新

中低濃水在處理過程中有較為重要的一個環節。為了大幅度降低COD量，混合絮凝劑的加入很重要，但不同類型絮凝劑的加入，沉降效果也會有明顯的差異。因為這些廢水同時含有陰陽離子垃極，所以在配制絮凝劑時，結合陰陽離子垃極情況研發結合生產實際的絮凝效果的化合物。取同樣量的污水，同時加入 30 mL 的絮凝劑，圖1為兩種絮凝劑在污泥池污水中的應用效果。

圖1 不同絮凝劑及用量實驗效果圖

在圖1中，標號1為聚丙稀酰+陰離子高分子化合物(比例1∶1，混合溶液質量分數3‰)，用量 30 mL，濁度 493 NTU；標號2為聚丙稀酰(溶液質量分數3‰)，用量 30 mL ，濁度 525 NTU；標號3為聚丙稀酰(溶液質量分數5‰)，用量 30 mL，濁度 590 NTU；標號4為聚丙稀酰(溶液質量分數10‰)，用量 30 mL，濁度 750 NTU；標號5為聚丙稀酰+陰離子高分子化合物(比例1∶2，混合溶液質量分數3‰)，濁度 493 NTU。

分析：絮凝劑的用量過少，雜質沉淀不完全；加入量過大，則污水黏度增加，增大沉降阻力，影響沉降效果。絮凝效果的較佳用量幅度很小，超過一定范圍，反而會形成復穩。不同的高分子聚合物對不同的水質處理效果相差很大，綜合考慮這些因素對沉降的效果和經濟價值，否則會給企業成本造成一定的浪費，也會給后序污水處理系統帶來一定的壓力。

3 結語

隨著污水國家排放標準的不斷提高，以及國內對企業節能減排工作和清潔生產的重視日益提高，煙草行業對再造煙葉的發展和規劃也不斷提出更高的要求。同時隨著再造煙葉產能的不斷提升，生產廢棄物的數量及處理負荷也越來越大。面對全球資源日趨緊缺的狀況，必須對再造煙葉生產廢棄物的認識和定義進行重新界定，從作為廢棄物進行消極處理排放的傳統定義，轉變為把廢棄物作為一種資源進行積極處理后再次利用的全新定義。