造纸法烟草薄片废水分离技术及资源化应用 文档.doc

造纸法烟草薄片废水分离技术及资源化应用（通稿）摘要：造纸法烟草薄片废水中含有大量纤维素、木质素及烟碱、焦油等，它们的存在给废水处理达标排放造成了较大困难。本文介绍了一种简便高效的固液富集分离方法，专用于高浓度烟草薄片生产废水的物化处理和污泥固体再利用。其核心在于，将废水中烟草植物类有机组分高浓度富集于固相予以分离，其单级分离COD去除率可达到70%-80%，分离后废水再经生化处理，负荷则大大降低。分离所得固相污泥经改性可直接用作薄片原料或用作提取烟碱及其衍生物用于生物农药的有效成分，经提纯后的剩余污泥干化后则可全部用于农作物的拌种剂；本分离方法采用Mg-Ca系复合无机物絮凝剂，原料易得，制备简单、分离速度快，而且分离效率彻底。通过对烟草薄片废水分离技术研究表明，废水中的纤维素、木质素、烟碱等均能再回到生产线用作薄片原料或将分离物加工成其它产品，同时也大大减轻了污水达标处理的难度。一、 引言1 废水形成造纸法烟草薄片生产工艺一般是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分离，将分离出的纤维物经打浆处理后送抄造成形，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。生产过程中废水的形成可如下图所示 提出可溶性物质 加工后涂抹到薄片烟梗、末处理 萃取 纤维素等打浆 挤浆 废水 产品 涂抹可溶性物质 抄造成形 浆液15% 废水2废水特性（1） 环保参数（参考武汉环境监测中心站数据）项目浓度（mg/l）项目浓度（mg/l）项目浓度（mg/l）CODCr6000-16000SS1000-3500K0-550BOD53000-8000S2-0-1.0Mg0-40NH3-N15-110Fe1.2-3.5色度1500-500SO42-0-100.0Cu1.5-2.5PH5-6（2） 烟梗、烟末的主要化学组成（参考侯轶等造纸法烟草薄片废水中污染物的分析）成分含量%成分含量%成分含量%总纤维素20-25总氮1.5-2.0多戊糖0-18木质素0-20焦油抽提物12-15烟碱0.5-1.0总糖8-10灰分2.5-3果胶0-3 对该废水的处理，国内的环保界普遍采用多级过滤、多级生化、多级物化的处理工艺。虽然尚能做到达标排放，但各级工艺之间的衔接需求颇高，运营管理复杂，处理费用也较高，而所产生的污泥白白浪费且造成环境二次污染。造纸法薄片工艺要求高，为了符合食品级要求，只能采用汽提和浸提萃取工艺将一部分烟碱和其它有效成分转移出来，而未提出的大量有效成分只能与综合废水一起排放掉。然而，烟碱是原杀虫剂的有效成分，具有较广的杀虫谱，不产生抗药性、没有残毒等优点。如何在废水处理时结合综合利用思想，即将上述有效成分高度富集于废水的固相中，经固液分离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作拌种剂。本文将着重解决上述整体技术路线的第一段：废水固-液富集分离法。二、 实验材料及方法对湖北新业薄片科技开发有限公司生产废水不同条件下的COD、固形物等多次测试，其规律如下表（原始数据见P26、P12及2009.11.29的记录本）条件项目当日水样水样放置20天调PH至2调PH至11COD最大去除率COD（mg/l）1200080004400350060%固形物c/V1.5%0.87%1.51%1.14%/ 实验数据表明，该废水具有较强的可生化性、污泥回收量适中、碱性条件下COD更易去除的特性。1 实验材料优选仍用上述企业废水，用自制复合分离剂进行分离后测试COD、干泥获得量及干泥中烟碱提出量，并用传统试剂进行对照。实验：自制（Ca-Mg）复合分离剂与铁系中的PFS等混凝剂分离效果比较，如附表1附表1 Ca-Mg复合分离剂与铁系等混凝剂分离效果比较序号药剂名称药剂投加量%液相废水处理效果固相污泥富集效果分离过程描述颜色COD去除率干泥量%泥中烟碱含量%0原水/棕黑10499.0 /1直接抽滤/棕黑9256.411.8未成功未成功极难抽滤2Fe系PFS0.8深红棕 6645.236.71.240.04滤速极慢难抽滤3Al及PAC0.8深红棕7202.331.4未成功未成功极难抽滤4FeAlPAC0.8深红棕7076.332.61.200.03滤速极慢难抽滤5硅藻土0.8棕黑7401.829.5未成功未成功极难抽滤6膨润土0.8棕黑8336.220.6未成功未成功极难抽滤7活性炭0.8深红棕4609.156.11.030.16滤速极慢难抽滤8Ca-Mg0.8浅黄色2603.875.21.221.64滤速极快实验：自制（Ca-Mg）复合分离剂与Fe等金属性盐类的分离效果比较如附表2附表2 （Ca-Mg）复合分离剂与Fe等金属性盐类的分离效果比较序号药剂名称药剂投加量%液相废水处理效果固相污泥富集效果分离过程描述颜色COD去除率干泥量%泥中烟碱含量%0原水/棕黑9256.0 /1直接抽滤/棕黑8311.910.2未成功未成功极难抽滤2FeSO47H2O0.8深酱绿 5155.644.3未成功未成功极难抽滤3FeCl36H2O0.8深酱色4304.053.50.82微量难抽滤4AlCl36H2O0.8深酱色4368.852.80.89微量难抽滤5CaCl20.8棕黑4859.447.5未成功未成功极难抽滤6MgCl26H2O0.8棕黑5035.345.6未成功未成功极难抽滤7ZnCl26H2O0.8棕黑5340.742.3未成功未成功极难抽滤8CaSO42H2O0.8棕黑6942.075.0未成功未成功滤速极快9Ca-Mg0.8浅黄色2610.271.80.851.02滤速较快实验：自制（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如附表3附表3（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序号药剂名称药剂投加量%液相废水处理效果固相污泥富集效果分离过程描述颜色COD去除率干泥量%泥中烟碱含量%0原水/棕黑10741.0 /无无/1直接抽滤/棕黑9065.415.6无无极难抽滤2高岭土1.0棕黑 7207.232.9无无极难抽滤3陶土1.0深酱色7260.932.4无无极难抽滤4活性白土1.0棕黑8012.825.4无无极难抽滤54A沸石1.0棕黑7379.131.3无无极难抽滤6苦土粉1.0棕黑7593.929.3无无极难抽滤7Mg（OH）21.0棕黑7883.926.6无无极难抽滤8Al（OH）31.0棕黑8442.421.4无无极难抽滤9Ca-Mg1.0浅黄色2234.179.21.461.31滤速较快2 实验方法（1） Ca-Mg系混合凝聚试剂制备方法a 按CaSO42H2O、Mg（OH）2 Ca（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CaSO42H2OMg（OH）2 Ca（OH）2=1210B级薄片废水按化学式CaSO42H2OMg（OH）2 Ca（OH）2=1110通用性薄片废水按化学式CaSO42H2OMg（OH）2 Ca（OH）2=11.510的摩尔比进行计量配料。b 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c 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） 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。三、 实验结果及讨论1. 实验结果a Ca-Mg系混合凝聚试剂吨水处理成本利用Ca-Mg系混合凝聚剂取湖北新业薄片科技公司生产废水在实验室进行了为期三周近百次的小试，而后将实验过程移至上述企业污水处理站进行了一周中试。经测算每吨废水所需药剂为5-6kg，折合市场价约人民币叁元。b Ca-Mg系混合凝聚试剂单级处理效果无论是实验室小试还是在生产现场中试，数据都能证明经Ca-Mg系混合凝聚剂分离后的废水其COD去除率70%，废水中COD浓度值3000mg/l。c Ca-Mg系混合凝聚试剂固相分离物即干污泥量 用本方法分离后的固形物及污泥烘干后测量其均值含量为1.2%，按上述企业年排废水35万方测算，则该企业每年可获得再生资源为4000吨。d 干污泥中烟碱提取量 对上述企业废水用Ca-Mg系混合凝聚试剂分离后所得的污泥经干化后直接提取烟碱，所得烟碱含量为1.3%。按年产4000吨干污泥测算，则可提取的烟碱量为52吨。2. 实验结果讨论a Ca-Mg系混合凝聚试剂分离及富集反应机理b Ca-Mg系混合凝聚试剂的使用对造纸法烟草薄片废水处理工艺带来的积极意义。本方法最直接的优点就是能将高浓度COD（12000mg/）废水通过单级处理使COD值一步降至3000mg/l以内，使高浓度废水变性成为普通的工业废水，使污水处理工艺流程大大缩短，这样在后续处理工段中其能耗（电、天然气）、设备耗损将大幅度节省，初步测算仅此项吨水节约成本约为1.5元;原污水站三年药剂成本每吨污水平均为6元，用本方法处理的吨水药剂成本实际为叁元，加上后续处理工艺吨水药剂费1.5元，两项合计4.5元，加上能耗等节约费用，则吨水实际处理成本可节约3元，上述企业仍按年排废水35万吨测算，则实际一年可节约一百万元以上。本方法的使用能使高浓度废水变性为普通的工业废水，则对污水站的管理、稳定达标、降低污染总量（国控指标）排放等都会带来明显的有利的影响。c Ca-Mg系混合凝聚剂的使用为烟草薄片行业污染物资源化利用带来了广阔前景。 可将本法所获污泥直接返回生产线作为薄片原料 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。 可将本法所获污泥用作烟碱的化学提纯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。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（521000350）1800万元/年。 污泥可直接用作拌种剂 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。四、 结论Ca-Mg系混合凝聚剂完