造纸法烟草薄片生产循环水限制性参数的探索

王凤兰，姚元军，刘志昌, 吴四和

（湖北中烟技术中心 黄鹤楼薄片应用研究所，湖北 武汉 430056）

造纸法烟草薄片生产循环水限制性参数的探索

王凤兰，姚元军，刘志昌, 吴四和*

（湖北中烟技术中心 黄鹤楼薄片应用研究所，湖北 武汉 430056）

为有效解决造纸法烟草薄片抄造回水循环使用易腐化变质而造成产品存在酸异味的问题，根据循环水质参数间相关性关系，从表征循环水中有害物质含量的角度出发，优选出电导率、氨氮作为循环水限制性参数，有效克服了行业中对抄造循环水盲目排放而带来的吨纸耗水大和产品质量隐患的问题，实现了抄造回水有效循环利用的目标。从造纸法烟草薄片感观吸味出发，建议循环水氨氮含量控制≤4.0m g/L。

氨氮；造纸法烟草薄片；感观质量；循环水

造纸法烟草薄片是烟草加工业中一项烟草废料再生利用的高新技术[1]，由于它的生产在一些工艺环节沿袭了造纸工艺和化工提取技术，因而不可避免地带有高耗水、高废水产生量的特点，该废水属于高浓度有机废水，具有废渣和COD含量高，水样偏酸性，易腐化变质的特点，有机污染物以纤维素、半纤维素和木质素的水解产物为主，还含有低分子和不挥发性有机酸、烟碱、焦油、酚类物质[4-5]。造纸行业在完全封闭纸机的再循环白水中，污染物浓度可达到最高临界水平，这将引起造纸过程受阻和产品质量受损，为了降低回水污染物浓度，往往在纸机的主要区域加入清水，使高污染物的回水从系统中排出，对文化纸机来说，虽然没有具体的白水质量标准，但是对某些污染物已提出清水质量的通用准则[2]。目前造纸法烟草薄片行业中，一般每生产一吨烟草薄片将产生50-120吨的有机废水，生产能力为5000吨/年的生产线，日废水处理量高达1000-1300m3/ d，生产循环水还没有具体的回水质量标准，循环水中污染物易腐化变质的特点，不仅给造抄过程造成影响，更重要的是给产品吸味造成负面影响。因此，充分考虑造纸法烟草薄片生产过程中循环水限制性参数问题是十分必要的。

造纸法烟草薄片抄造废水的回用关键问题是不允许在抄造废水处理过程中加入任何处理药剂，否则会影响烟草薄片的燃吸性能[3]。采用膜处理技术可以实现这个目标，但处理能力较低，成本太高。目前行业中对烟草薄片抄造回水通常是采用过滤方式回收细小纤维后，用作稀释浆料和污水处理站冲洗过滤设备用，采取定期或不定期排放的方法来控制生产循环用水质量，也有采用COD指标来控制循环用水质量的，但以上两种方法均存在一些弊病，如前一种方法没能从影响产品吸味角度出发，更多的是从节约回收纤维的角度考虑，因此会造成产品感观质量问题。另一种方法虽然从有机污染物质含量来控制循环水质，但实际生产过程中抄造回水COD指标本身波动较大，一方面受系统菌类繁殖氧化降解而使循环水COD含量降低，另一方面系统清水使用量较多时，抄造回水COD含量与常规情况下相比也出现降低情况，因此单从循环水COD数据不能全面反映水质被污染的情况。

本文针对生产系统循环水在重复使用中易引起造纸过程受阻和产品质量受损的问题[11]，对造纸法烟草薄片循环水的限制性参数进行探索，从表征循环水特征的参数出发,研究各参数间相关性关系，优选出抄造循环水限制性参数组合，有效解决目前生产系统循环水盲目排放的问题，在保证产品质量的前题下,节约生产用水量。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

试验所用循环水为湖北新业烟草薄片开发有限公司4＃回水池水样

HI98107 笔式酸度计 （意大利）

SP-756 紫外可见光分光光度计（上海光谱仪器有限公司）

ET99718 HE99721 COD快速测定仪 （北京利达科信环境安全技术有限公司）

PVX-150H-C 恒温恒湿箱 （科力仪器）

HI93727 色度浓度比色计 （意大利）

TF-IA 880数字式BOD5测定仪 （江苏姜堰市分析仪器厂）

CON 510台式电导率（Eutech/Oakton仪器有限公司）

1.2 方法

1.2.1 不同氨氮含量的评吸样品的制备

取生产线上萃取过的浆料，在实验室用不同氨氮含量的循环水分别打浆、抄片后，按相同的涂布量，分别回涂到不同氨氮含量的基片上，制得所需再造烟叶样品，将其切丝后卷制成（0.93－0.95）g的烟支，将烟支放置于RH为60%、22℃的恒温恒湿箱内平衡48h后，进行感观评吸。

1.2.2 检测方法与感观评吸方法

废水色度采用Color(PtCo)APHA方法进行检测；

废水COD采用重铬酸钾法消解，然后用分光光度法进行检测；

BOD测量采用五日生化需氧量法进行检测；氨氮采用纳氏比色法进行检测。

感观评吸参照YC/T138单料烟标度检验法进行测试。

2 结果与讨论

2.1 生产循环水的特性

研究表明，烟草有效化学成分的多次提取率一般在90%左右[6]，残留的焦油、尼古丁、酚类会或多或少地在抄造工艺阶段经过打浆处理溶解在溶液中[7-10]，而纤维素是由葡萄糖基组成的呈链状结构的简单聚糖，半纤维素是一种复合聚糖，因而在抄造工艺阶段纤维素、半纤维素也会有部分水解，水解产物一般为多糖酸类化合物存在于系统循环水中[17]。湖北新业烟草薄片开发有限公司生产循环水分析检测结果如表1：

表1 生产循环水分析检测结果

通过一个月对生产系统循环水质跟踪检测发现，循环水质波动很大，这一方面与使用原料有关，另一方面与循环水盲目排放有关，目前循环水质控制的状况对产品质量及污水处负荷的稳定性都存在潜在的隐患。

2.2 生产循环水限制性参数的探索

生产循环水主要为造抄网下白水和损纸池冲网水，在实际生产中重复循环使用的回水，随着时间的增加会出现腐化变质现象，给正常生产和产品感观吸味带来负面影响，因此需要从表征循环水特征的参数出发，研究循环水限制性参数。

2.2.1 水质参数的选择

根据造纸法烟草薄片生产循环水的特征，在物理指标上选择色度、气味、悬浮物，在化学指标上选择pH值、电导率，在生物化学指标上选择 COD、NH3-N 作为循环水质限制性水质参数[11]。

TDS 是水中所有溶解性固体的含量，包括有机的和无机的组分。有机组分包括溶解性木素、半纤维素、脂肪酸和填料的分散剂、染料等；无机组分主要是系统中积累的各种强电解质，TDS 和电导率具有良好的相关关系[13-16]，一般认为可以用电导率测量TDS，其转化为 TDS 的经验常数随着离子类型、浓度和温度的不同而不同，在0.55~0.90 之间变化[13]。

电导率是表示系统中溶解性的离子（包括有机的和无机的）通过离子的迁移而具有的导电能力，一般会随着离子浓度增加而提高, 系统中盐浓度的升高，将打破系统湿部的电荷平衡，因此它是描述系统中溶解的有机和无机组分含量的重要参数[14]。

氨氮是以游离氨或铵盐形式存在于水中，两者的组成比取决于水的pH值和水温, 水中氨氮的来源主要为含氮有机物受微生物作用的分解产物，测定水中各种形态的氮化合物，有助于评价水体被污染和自净的状况[15]。

化学耗氧量是一个众所周知的水体环境评论参数,是指水体中易被强氧化剂氧化的还原性物质所消耗的氧化剂量。与环境评价的目的有所不同,环境评价采用COD 指标着重于水体中的有机物质对环境造成的影响，而水质界定参数选用COD 是为了关联回用水体中有机物质的含量[16]。

2.2.2 水质参数与循环时间的关系

取980（现有技术中的一种烟草薄片产品牌号）产品生产回水6份，分别为抄造回水循环1-6天的循环水样，取样（取样的代表性根据现有技术的有关规定进行）5公斤，分别在取样当天检测水样COD、NH3-N、SS、色度、气味、电导率、pH值等7项指标，检测结果如表2。

表2 不同循环时间的回水质量检测结果

从表2可以看出，随着循环时间的增加循环水中COD含量逐渐降低，第二天以后降低非常显著；循环水中氨氮含量随循环时间的增加而增加，第四天以后增加很显著；悬浮物含量随着时间的增加总体来说在增加，但过程中略有波动；色度随着循环时间的增加总趋势是降低，但过程中也是略有波动；循环水pH值随时间增加而略有变化，但变化没有规律性；电导率随循环时间增加而变化，但变化没有规律性。

图1 循环水COD含量随循环时间的变化

图2 循环水氨氮含量随循环时间的变化

图3 循环水SS随循环时间的变化

图4 色度随循环时间变化

图5 pH值随循环时间变化

图6 电导率随循环时间变化

2.2.3 循环水限制性参数的确定

表征循环水质的参数有很多，我们从影响正常生产和产品质量的角度出发，对这些参数的相关性进行研究，通过excel上的散点图求得表2中各数据之间的相关性关系，优选出不累赘反映循环水质的限制性参数组合。水质参数间的相关性关系如表3：

表3 水质参数间的相关性关系

以上6个参数间相关性关系分析得出，NH3-N与SS、NH3-N与色度、NH3-N与COD、NH3-N与pH值的相关系数为0.46-0.84,存在一定的相关性，而电导率与以上指标相关系数为0.003-0.3285,相关性较差。从表2可以看出，氨氮指标与气味成正比，能很直观反映水质污染情况，而电导率能反映抄造湿部的电荷平衡情况，间接反映浆料在湿部的助留助滤效果，因此全面而不累赘的循环水限制性参数组合为NH3-N和电导率。

2.3 循环水氨氮含量对产品感观吸味影响

取生产线上萃取过的浆料，在实验室用不同氨氮含量的循环水分别打浆、抄片后，按相同的涂布量，分别回涂到不同氨氮含量的基片上，制得所需再造烟叶样品，将其切丝后卷制成（0.93－0.95）g的烟支，将烟支放置于RH为60%、22℃的恒温恒湿箱内平衡48h后，进行感观评吸，评吸样品如表3、评吸结果如表4所示。

表4 评吸样品表

表5 再造烟叶感官质量评吸表

参加评吸9人一致认为：8个样品的排序为 1#＞2#＞3#＞4#＞5#＞6#＞7#＞8#，其中6#、7#、8#样酸异味重，3＃、4＃、5＃样有不良杂气。

根据评吸结果，确定NH3-N含量小于4mg/L时对产品吸味无影响。

3 结论

（1）根据造纸法烟草薄片循环水质特性，从水质物理、化学、生物化学等方面，选出6个具有特性的循环水限制性参数，即SS、色度、电导率、pH、氨氮、COD。

（2）根据循环时间对6个水质参数的影响，筛选出氨氮和COD与循环时间呈规律性变化关系，结合各水质参数间相关性分析结果，从抄造湿部电荷平衡和产品吸味角度考虑，优选出电导率、氨氮作为造纸法烟草薄片循环水限制性参数组合。

（3）通过感观评吸认为，循环水NH3-N≤4.0mg/L时对薄片吸味无影响，NH3-N＞4.0mg/L时对薄片感观吸味有负面影响。

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Probe into Restrictive Parameters of Recycled Water in Tobacco Sheet Production by Paper-making Method

WANG Feng-lan , YAO Yuan-jun, LIU Zhi-chang , WU Si-he

(Applied Research Institute of Yellow Crane Tower Tobacco Sheet, Technology Center of Hubei Provincial Tobacco Group, Wuhan Hubei 430056, China)

The backwater of tobacco sheet by paper-making method is like to go stale in recycling process and causes acid odors consequently. To solve this problem effectively, in accordance with correlation between parameters of recycled water quality, harmful substances of the recycled water are characterized to optimize restrictive parameters of recycled water (conductivity, NH3-N) and effectively by solving the problem of high consumption of water per ton resulting from the blind emissions of recycled water in this industry as well as the hidden problems of production quality. In this way, the goal of backwater recycling has been accomplished. In terms of smoke flavor and sensory of tobacco sheet by paper-making method, it is suggested to bring the content of NH3-N of recycled water under control by no more than 4.0mg/L.

NH3-N; tobacco sheet by paper-making method; sensory quality; recycled water

TP309

A

1009－5160(2010)03－0053－05

*通讯作者：吴四和（1955-），男，高级工程师，研究方向：节能减排.

湖北省自然科学基金项目（2008CBD375）.