Ca-Mg系复合凝聚剂富集分离造纸法烟草薄片废水处理及资源化研究

孙德平，胡丽军，王云祥，魏刚，任攀

Ca-Mg系复合凝聚剂富集分离造纸法烟草薄片废水处理及资源化研究

孙德平1*，胡丽军2，王云祥3，魏刚1，任攀2

（1湖北新业烟草薄片开发有限公司，湖北 武汉430030；2武汉格林环保设施运营公司，湖北 武汉430000；3武汉纺织大学，湖北 武汉 430073）

采用制备的 Ca-Mg系复合凝聚剂，对造纸法烟草薄片废水进行高效固-液分离，以大大降低后续生化处理负荷。获得的污泥固体富含烟碱类物质而进一步提取，用于生物源杀虫剂的活性成份；提取后的污泥固体用作粉状杀虫剂的载附剂，完全达到资源化利用。采用该法单级分离COD去除率可达到70%-80%，具有一定实用价值。

Ca-Mg系复合凝聚剂；固-液富集分离；烟草薄片废水；污泥资源化

利用造纸法制造烟草薄片是烟草废弃物再生综合利用及优化香烟产品特征的重要技术之一，其生产过程为：将卷烟厂下脚料如烟梗、烟碎、烟末在溶剂中浸泡，使其中可溶性物质与纤维素类物质分离，将分离出的纤维物经打浆处理后抄造成形，再将经加工后的可溶性物质涂抹在薄片上即制成为烟草薄片。工艺流程如图1所示，生产过程中所排放废水中，污染物含量和其化学组成情况见表1。

图1 利用造纸法制造烟草薄片生产工艺流程

表1 生产废水中污染物含量和其化学组成

对该废水的处理通常采用多级过滤、多级生物、多级物化的处理方法。虽然尚能做到达标排放，但各工艺之间的衔接要求颇高、运营管理复杂、处理成本也较高，而且废水处理污泥还会造成环境二次污染。

造纸法薄片生产工艺采用气提或浸提工艺只能将一部分烟碱和其它有效成分转移出来，未提取的大量有效成分随废水排掉，然而，烟碱是生物源杀虫剂的有效成分，具有较广杀虫谱，不产生抗药性，没有残毒等优点。进行废水处理时，将废水中有效成分高度富集于废水的固相中，经固液分离后使废水的后继处理负荷大为降低，同时将富集后的污泥固体用于烟碱的化学提取，提取后剩余污泥仍残留着游离烟碱等杀虫成分可直接用做拌种剂。本文将着重研究上述整体技术路线的第一段，即：固-液富集分离方法。

1 固-液富集分离原理

Ca-Mg系复合凝聚剂融入水体后，具有压缩固体表面双电层的作用，使得固体颗粒间相互排斥力减小并易于团聚，同时Ca-Mg系复合凝聚剂具有一定的搭桥作用，将卷烟厂下脚料如烟梗、烟碎、烟末等极细的固体和胶体微粒凝聚成团，便于从溶剂中分离出来。

2 实验材料与实验条件

2.1 Ca-Mg系混合凝聚试剂制备方法

（1）按CaSO4·2H2O、Mg（OH）2Ca（OH）2分子的摩尔比分称各物质所需重量并进行初步混合。其中：

A级薄片废水按化学式CaSO4·2H2O∶Mg（OH）2∶Ca（OH）2=1∶2∶10

B级薄片废水按化学式CaSO4·2H2O∶Mg（OH）2∶Ca（OH）2=1∶1∶10

通用性薄片废水按化学式 CaSO4·2H2O∶Mg（OH）2∶Ca（OH）2=1∶1.5∶10的摩尔比进行计量配料。

（2）将已初步混合过的原料研磨粉化 1.5h，使其混合得均匀细腻

（3）将粉体用 200目筛筛分，过筛包装后于常温干燥条件下保存。

2.2 实验条件

前述用各种“分离剂”进行固-液富集分离操作系为平行条件操作。即所分离的废水同质且均为1000mL，“分离剂”投加量相同，PH值均调整为11.5，以凝聚作用为主导的分离剂给予10min的反应时间，以吸附作用原理为主导的分离剂给予60min反应时间，反应完成后均用中速定性滤纸进行真空抽滤分离。之后对获得的固相泥饼进行干燥并进行烟碱提取，同时测定干泥量及烟碱提取量，对抽滤出的液相废水比对颜色和测定COD指标。分离过程同时要记录各实验的滤速快慢情况。

3 实验结果及讨论

3.1 Ca-Mg系复合凝聚剂单级处理效果

取湖北新业薄片科技开发公司生产废水，按上述实验条件分别用Ca-Mg系复合凝聚剂、铁系中的PFS凝聚剂、Fe等金属类盐分离剂、高岭土常用固体吸附剂等进行单级处理，处理结果见表2，表3，表4。

表2 Ca-Mg复合分离剂与铁系等混凝剂分离效果比较

表3 （Ca-Mg）复合分离剂与Fe等金属性盐类的分离效果比较

表4 （Ca-Mg）复合分离剂与高岭土等常用固体吸附剂的分离效果比较

上述实验效果表明，选用Ca-Mg系复合凝聚剂对烟草薄片废水进行单级处理，其效果明显高于现行的分离方法。

（1）使高浓度废水直接变性为普通工业废水，COD去除率≥70%，废水中COD（mg/l）含量≤3000，较大的缩小了废水后继处理负荷和工艺。

（2）分离速率普遍高于其它分离方法，增大的工程可操作性的关键要素。

（3）废水中有效成分富集明显，保障了废水污泥资源化利用的可行性。

3.2 Ca-Mg系混合凝聚试剂处理成本分析

（1）吨水处理成本。

仍取上述企业废水用 Ca-Mg系药剂反复试验（四周小试二周中试），的小试，测算出每吨水需药剂5-6kg，折合市场价约3元。若对单级处理后废水按达标排放要求进一步处理，则只需增加普通生化处理工艺即可。后续工艺所需药剂按极大值计算吨水成本控制在1元足够，即选用本方法对污水进行达标处理的吨水药剂成本≤4元。

（2）与传统处理方法药剂成本比较。

上述企业近三年药剂台账表明，每吨水药剂成本均值为6元，即高于新方法2元。

（3）能耗等参数分析。

由于新的分离方法，极大的缩短了处理工艺流程和负荷，所需电耗（曝气）、蒸汽（厌氧升温）、及设备耗损（设备可以省略或缩短使用时间）等费用，粗略分析吨水可节省能耗方面费用约1元。

综合上述分析，使用本方法进行污水处理、上述企业仍按年排废水350000m3计算，则每年运行直接费用可节省：

3.3 Ca-Mg系混合凝聚分离方法所获污泥资源化利用途径

本方法处理后的固相物即污泥经烘干后测算其均值含量为 1.2%，上述企业所获干污泥量为350000×1.2%=4000t。

（1）将污泥用作烟碱的提出原料。

本法通过化学手段将废水中游离的烟碱富集到了污泥中，污泥中烟碱含量较普通处理方法形成的污泥高许多，经实测干污泥中烟碱含量为1.3%。烟碱是农药及其它高端化学产品的重要原料，目前市场上每公斤售价350～550元，如果上述企业废水经单级处理后所获污泥全部用作烟碱的化学提纯，则烟碱形成的最低经济价值为（4000t×1.3%×350元）1800万元/年。

（2）将污泥直接返回生产线作薄片原料。

实验人员用手工方式将污泥简单处理后制成薄片与该企业产品进行了比较，其外观、色泽、比重、燃点、张力、味觉（燃烧和不燃烧时）、灰分等指标并无明显差异。本文建议，若用于工程实例，一是要注意车间所排废水不再混入其它废水（如生活污水），以避免污泥回用时卫生标准不够，二是污泥回用前需补充助凝剂，因为污泥中纤维素、木质素等分子链相对较短，和新鲜原料混用时易优先漏过筛网。

（3）污泥可直接用作种子的拌种剂。

我国棉花、小麦产区大面积播种时需预先将种子与稀浓度的杀虫剂干粉（俗称拌种剂）均匀混合后再下种，烟碱是生物源杀虫剂的有效成分。它低毒、高效，烟碱中包含了近千种化学物质，所以地面细菌几乎无法对其产生抗体。用分离方法产生的污泥如果不回用作薄片原料则可将其与后续生化处理后的污泥混堆、干化、碾细后直接用作拌种剂；如果先将污泥进行烟碱提取，则提取后的剩余泥粉因仍残留游离烟碱等杀虫成分，即还可作为粉状杀虫剂的载体剂使用等等。

4 结束语

（1）Ca-Mg系混合凝聚试剂完全适用于高浓度造纸法烟草薄片废水的物化处理过程，并能达到固体再利用的要求。通过单级处理，废水中 COD值可降至＜3000mg/l，完成了高浓度废水变性为普通废水过程，缩短了后续处理的工艺流程，较大的节省了能耗及设备运行费用，可整体降低吨水处理成本30%以上。

（2）单级处理所获污泥经加工后可生产副价值更高的产品，从真正意思上实现了联合国环境署所提倡的“可持续发展污水处理理念”。

（3）用本方法进行污水处理所剩污泥可全部进行资源化利用，完全消除了污泥填埋所造成的二次污染问题。

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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

*通讯作者：孙德平（1965-），工程师，研究方向：造纸法烟草薄片技术开发与应用.

中国纺织工业协会2009指导性计划项目（2008038）.