再造烟叶污水特性及处置分析

刘大庆，彭丽娟,和玉凤，刘恩芬**，段建名，赵建华，王骁清,王 琼

(1.云南中烟再造烟叶有限责任公司，云南 昆明 650001； 2.云南烟草质量监督检测站，云南 昆明 650001；3. 云南联大科技产业有限责任公司，云南 昆明 650500)

造纸法再造烟叶生产过程中的污水,是一种特殊的造纸废水。目前，造纸法再造烟叶污水来源有：叶线、梗线沉降排放液，设备清洗排放液，抄造外排浓白水，外排梗、叶提取液和蒸发冷凝水外排液等[1-4]。造纸法再造烟叶污水特点为：废水排放量大、色度高、化学需氧量高、废水中纤维悬浮物多。目前，国外对造纸法再造烟叶污水只是简单回收纤维后，排入市政污水管网，由大型污水处理厂集中处理；而国内各地区的污水集中处理设施还不完善，更多采取自行处理的方式[5]。目前，国内应用于造纸法再造烟叶生产污水处理的方法可归纳为物理法、化学法和生物法[6]。其中,物理法常作为一种预处理的手段应用于污水处理；化学法是指向污水中加入化学药剂，使其与污水中的污染物发生化学反应而生成无害物的过程，这种方法也常常作为预处理方法使用；生物法是利用微生物降解代谢有机物为无机物来处理废水，通过人为的创造适于微生物生存和繁殖的环境，使之大量繁殖，以提高其氧化分解有机物的效率，目前广泛应用的是好氧法和厌氧法[7]。

1 实验部分

1.1 试剂及仪器

与GC-MS检测相关的试剂为色谱纯，其他溶剂和试剂均为分析纯。

仪器包括：pH计 (FE20, Mettler Toledo), PCR仪 (PCT-0220, Bio-rad)，超纯水仪 (CASCADA LS MK2, Pall)，电导率仪 (FE30, Mettler Toledo)，电子天平 (PL3002, Mettler Toledo)，超低温冰箱 (DW-86L828, 海尔)，分光光度计 (UV-1800, Shimadzu), COD消解器 (DRB200, HACH), 水质分析仪 (DR1900, HACH), BOD生化需氧量分析仪(TRAK II, HACH), 微量离心机 (SORVALL Legend Micro 17, Thermo), 凝胶成像仪 (170-8170, Bio-rad), X射线荧光光谱仪 (PW4400/40, PANalytical B.V.)，变性梯度凝胶电泳 (DCodeTM System, Bio-rad)，GC-MS(GCMS-QP2020)。

废水及烟梗提取物，均来自云南中烟再造烟叶生产线。

1.2 实验过程

1.2.1 废水水质检测方法

废水水质指标：COD、BOD5、pH及氨氮，分别按国家标准GB 11914—1989 重铬酸钾法、GB 7488—1987 稀释与接种法、GB 6920—1986玻璃电极法、GB 6920—1986稀释倍数法、GB 11901—1989重量法和GB11901—1989纳氏试剂比色法进行测定；致香成份分析按GC-MS实验室方法。

1.2.2 废水检测

1)高浓度废水

高浓度废水是指再造烟叶生产过程中产生的含有大量烟草有机物的外排废水，它来源于梗原料提取后不能完全用于涂布液而产生的富余梗提取液的外排，以及梗、叶提取液在浓缩前通过沉降净化处理的废液外排，主要来源于再造烟叶生产过程的提取段。

高浓度废水富含大量的蛋白质、糖分、色素及少量的总植物烟碱等烟草有机物，因而这部分废液表现出较高的化学需氧量(CODcr)和色度。高浓度废水具有排放不规律、排放水量较小、污染物CODcr指标排放量较高、色度高、温度高等特点，因此处理好高浓度废水是处理再造烟叶生产废水的核心[8]。

高浓度废水有机成份分析结果见表1。

表1 高浓度废水有机成份分析结果

高浓度废水水质分析结果见表2。

表2 高浓废水水质分析结果

2)中低浓度废水

中低浓度废水主要来源是片基抄造过程中产生的浓白水外排,以及工艺过程中外排的废水，包括提取液浓缩蒸发产生的冷凝水和清洗过程产生的废水。

中低浓度废水也称综合废水，具有连续排放、排放水量较大等特点，抄造段废水的各项水质污染物指标均较提取段低, 这主要是由于烟叶和烟梗中的可溶性成分大部分都已在提取工艺段进入提取液,此工艺段的物料( 主要为浆料形态) 只有少部分可溶性 COD 可进入抄造废水，有机物含量较少，它的悬浮物主要是由浆料抄造成型过程中大量短纤维流失造成, 即废水含有大量的细短纤维。生产中处理中低浓度废水是污水处理过程的重点。

中低浓度废水水质分析结果见表3。

表3 中低浓度废水水质分析结果

1.2.3 废水处置

1)高浓度废水处置

生产线中，高浓度废水是经过一定压力和温度下在线浓缩，浓缩成密度大约为 1.18 g/cm3液体，外运作为液体有机肥处置。

2)中、低浓度废水处置

目前生产工中，废水处理采用了“物化预处理+厌氧生化处理+好氧生化处理+化学深度处理”的工艺，物化预处理主要是厌氧的初级处理过程，在预酸化池中自动计量投加生化反应所需要的营养盐，包括氮和磷[9]，但对COD的降解贡献不是太大。接下来在厌氧生化处理中，主要是将生物可降解性COD转化成了沼气，整个生物厌氧反应过程可描述为：

COD→CH4↑+ CO2↑+新生厌氧污泥

废水通过厌氧处理后经外循环罐进入后续的活性污泥处理系统。好氧处理的主要目的是将可生物降解的COD转化为CO2和H2O。在活性污泥系统发生的整个生物反应可用下式描述:

COD+O2→CO2↑+H2O+新好氧污泥

由于此废水中含有木质素、腐殖酸等不可生物降解COD，经过以上步骤处理过的水很难达到COD<100 mg/L 的要求。实际工作中要选定在废水中添加适量的混凝剂并结合气浮进行除纤,除去不可生物降解的COD，以达到出水标准。在这个过中混凝剂品种的选取对生产实际的经济性和实用性相当重要。

2 废水处理结果与讨论

废水处理水质分析结果及达标情况如表4所示。

表4 废水处理水质分析结果及达标情况

2.1 国内外企业废弃物处置方式对比

经过全面的市场调研，对国内外再造烟叶废水处理情况汇总如表5所示。

表5 国内外企业生产废弃物处置工艺对比

目前对中低浓度废水(如：抄造浓白水)的生化处理工艺研究相对成熟，实际运行处理后基本能够达到现行的污水排放标准，在处理过程中有一定的优化空间。但对于高浓度废水，目前还没有一种更为经济有效的处理工艺。

2.2 解决再造烟叶废水处理新思路

2.2.1 高浓度废水处理方面创新

高浓度废水主要是烟草梗原料提取液的部分废弃，在这些液体中，有较多的可再生利用的烟草资源。例如，通过一定的途径制成固体香精，这种烟草固体香精用于夹层薄片、新型烟草和再造烟叶涂布液添加剂。因为这种固体香精保存了烟草自身的一些内在主要化学成份和香料特征，这对于提高烟草废弃原料的二次利用是一个较大的创新工作。表6为废弃烟梗提取液制成固体香精的主要致香成份分析情况。

由表6中看出，烟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]。浓缩梗膏和冻干是有很大差异的，冻干在致香总量和主要致香物质都远远超过梗膏浓缩液。我国目前烟草废弃物的低价值利用，不仅对环境造成了严重污染，也使大量的生物资源严重浪费。从资源学角度分析，烟草废弃物，利用高新技术，实现其价值，将产生较高的经济效益。通过科技成果的产业化解决造纸法再造烟叶产生的环境问题，促进烟草行业的环境与经济可持续发展，达到烟草行业经济发展和环境保护的双赢[11]。

表6 梗膏冻干、浓缩梗膏主要致香成份表

表6(续)

2.2.2 中低浓废水方面创新

中低浓水在处理过程中有较为重要的一个环节。为了大幅度降低COD量，混合絮凝剂的加入很重要，但不同类型絮凝剂的加入，沉降效果也会有明显的差异。因为这些废水同时含有阴阳离子垃极，所以在配制絮凝剂时，结合阴阳离子垃极情况研发结合生产实际的絮凝效果的化合物。取同样量的污水，同时加入 30 mL 的絮凝剂，图1为两种絮凝剂在污泥池污水中的应用效果。

图1 不同絮凝剂及用量实验效果图

在图1中，标号1为聚丙稀酰+阴离子高分子化合物(比例1∶1，混合溶液质量分数3‰)，用量 30 mL，浊度 493 NTU；标号2为聚丙稀酰(溶液质量分数3‰)，用量 30 mL ，浊度 525 NTU；标号3为聚丙稀酰(溶液质量分数5‰)，用量 30 mL，浊度 590 NTU；标号4为聚丙稀酰(溶液质量分数10‰)，用量 30 mL，浊度 750 NTU；标号5为聚丙稀酰+阴离子高分子化合物(比例1∶2，混合溶液质量分数3‰)，浊度 493 NTU。

分析：絮凝剂的用量过少，杂质沉淀不完全；加入量过大，则污水黏度增加，增大沉降阻力，影响沉降效果。絮凝效果的较佳用量幅度很小，超过一定范围，反而会形成复稳。不同的高分子聚合物对不同的水质处理效果相差很大，综合考虑这些因素对沉降的效果和经济价值，否则会给企业成本造成一定的浪费，也会给后序污水处理系统带来一定的压力。

3 结语

随着污水国家排放标准的不断提高，以及国内对企业节能减排工作和清洁生产的重视日益提高，烟草行业对再造烟叶的发展和规划也不断提出更高的要求。同时随着再造烟叶产能的不断提升，生产废弃物的数量及处理负荷也越来越大。面对全球资源日趋紧缺的状况，必须对再造烟叶生产废弃物的认识和定义进行重新界定，从作为废弃物进行消极处理排放的传统定义，转变为把废弃物作为一种资源进行积极处理后再次利用的全新定义。