Ca／Mg／Al絮凝剂预处理烟草废水的研究

夏 敏，杨 雄，吴 攀，皮科武，杨美晨，陈抒雨，卢小路，孙 武

（湖北工业大学资源与环境工程学院，湖北 武汉430068）

卷烟生产过程中产生的烟草废水含有蛋白质、纤维素、半纤维素、木素、多糖、有机酸、烟焦油和烟碱等有机污染物，废水悬浮物浓度高，颜色深［1］，且水质不稳定，难以处理［2］。国内外对烟草废水的处理方法主要有微生物法和高级氧化法。微生物法主要有水解酸化加曝气生物滤池组合法、厌氧发酵与反硝化生物强化法等［3］，而高级氧化法主要以Fenton法［4］为代表，虽然上述方法均能使烟草废水达到排放标准，但存在处理负荷过大的问题。为了减轻微生物法和高级氧化法对烟草废水的处理负荷，寻找既能去除该类废水中有机物又能降低其色度的预处理方法是关键。本实验采用Ca／Mg／Al试剂（MgSO4、Al2（SO4）3及Ca（OH）2按一定摩尔比混合所得）处理烟草废水，重点考察絮凝时间、絮凝剂投加量及溶液pH值对Ca／Mg／Al絮凝剂预处理烟草废水的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

MgSO4·7H2O、Al2（SO4）3·18H2O、Ca（OH）2、Ag2SO4、HgSO4、K2Cr2O7、邻苯二甲酸氢钾，以上试剂均为分析纯，其中MgSO4·7H2O、Al2（SO4）3·18H2O烘干除去结晶水，放于干燥器中备用。烟草废水由武汉卷烟厂车间收集废渣，按固液比1∶200配比，并浸泡24h所得。经滤纸抽滤后，测试得该废水主要指标为：COD 2 000mg／L，色度200倍。

722N可见分光光度计，TU－1901紫外分光光度计，电子天平，85－2型磁力搅拌器，PHS－3CpH计，DIS－1A型数控多功能消解仪。

1.2 实验方法与分析

1.2.1 Ca、Mg、Al组合的絮凝剂 Ca／Mg／Al絮凝剂表示由n（Ca（OH）2）∶n（MgSO4）∶n（Al2（SO4）3）＝4∶1∶1进行混合，研磨20min后，过100目筛。而Ca／Mg表示由Ca（OH）2和 MgSO4按4∶1混合，处理过程同Ca／Mg／Al絮凝剂，其余Mg／Al、Ca／Al、Ca、Mg及 Al絮凝剂配比及研磨等处理过程均同 Ca／Mg／Al絮凝剂。用 Ca／Mg／Al等絮凝剂处理烟草废水10min后，于滤纸抽滤，测定滤液COD及色度。

1.2.2 实验方法

1）絮凝剂投加量对COD及色度去除的影响。分别取50mL废水于5个100mL锥形瓶中，调节溶液pH 为8.0后，按10g／L、20g／L、40g／L、60 g／L、100g／L标准加入Ca／Mg／Al絮凝剂，置于搅拌器中300r／min下分别搅拌10min，抽滤，测定滤液COD及色度。

2）絮凝时间对COD及色度去除的影响。分别取50mL废水于5个100mL锥形瓶中，调节溶液pH值为8.0后，按40g／L标准加入Ca／Mg／Al絮凝剂，置于搅拌器中300r／min下分别搅拌5、10、15、20、25min后，抽滤，测定滤液COD及色度。

3）溶液pH值对COD及色度去除的影响。分别取50mL废水于5个100mL锥形瓶中，将其pH分别调为3.0、5.0、8.0、11.0、13.0，按40g／L标准加入Ca／Mg／Al絮凝剂，置于搅拌器中300r／min下搅拌10min，抽滤，测定滤液COD及色度。

1.2.3 色度与COD测定及去除率计算 废水色度采用稀释倍数法进行测定［5］，脱色率

COD测定方法见文献［6］，COD去除率

式中：S0为处理前废水色度，倍；Se为处理后废水色度，倍；d0为处理前废水中COD含量，mg／L；de为处理后废水中COD含量，mg／L。

2 结果与讨论

2.1 Ca、Mg、Al组合的絮凝剂对COD及色度去除的影响

由表1可知，Ca／Mg／Al絮凝剂对废水COD的去除率可达59.2%，优于其他组合的絮凝剂。而同时含有Ca、Mg组合的絮凝剂，脱色效果最好，其脱色率可达95%，其原因是生成带正电 Mg（OH）2颗粒具有很好的色素吸附作用［7］，同时 Ca（OH）2对Mg（OH）2的脱色效果具有协同作用［8］。对比 Ca／Mg及Ca／Al组合的絮凝剂对废水COD和色度去除的影响，Mg对废水脱色的贡献大于Al的作用，但Al对COD去除的贡献则比Mg要大，其原因主要是Al作为絮凝剂具有能压缩双电层，使胶体脱稳定的作用，且在Ca（OH）2的作用下，生成的Al（OH）3能对有机物进行卷扫絮凝，增加了COD的去除效果。

表1 Ca、Mg、Al组合的絮凝剂对烟草废水COD及色度去除的影响

将滤液在200～500nm处进行紫外可见光谱扫描（图1），发现用Ca／Mg／Al絮凝剂处理过的烟草废水的吸光度下降幅度最大，而单纯用Mg处理时，其处理后废水吸光度下降幅度最小，表明用Ca／Mg／Al絮凝剂处理烟草废水时对有机类物质去除效果最好，因此本文重点研究絮凝时间、絮凝剂投加量及溶液pH值对Ca／Mg／Al絮凝剂去除烟草废水中COD的影响。

图1 Ca、Mg、Al组合的絮凝剂处理前后烟草废水紫外可见吸光度变化

2.2 絮凝剂投加量对COD去除的影响

当投加量从10g／L增加到40g／L时，废水COD最大去除率可达59.2%；当投加量增加到60 g／L时，COD去除率变化不再增加，反而有所下降。主要因为投加过多的絮凝剂后，沉淀所形成的污泥大量增多，增加了溶液的搅拌难度，使Ca／Mg／Al絮凝剂不能充分与废水接触，降低了絮凝效率，导致COD去除率下降，即投加量为40g／L时最为合理，废水剩余COD为816mg／L（图2）。

图2 投加量对Ca／Mg／Al絮凝剂去除废水COD的影响

2.3 絮凝时间对COD去除的影响

随絮凝时间延长，Ca／Mg／Al絮凝剂对废水COD的去除率逐渐趋于平缓（图3），前10min溶液COD降低显著，当超过15min后，COD去除率基本保持不变。这表明Ca／Mg／Al絮凝剂对废水中有机物的絮凝和吸附已达到平衡，继续增加时间对COD的去除没有明显影响，因此最佳的絮凝时间为10min，COD去除率达59.2%。

图3 絮凝时间对Ca／Mg／Al絮凝剂去除废水COD的影响

2.4 溶液pH值对COD去除的影响

随溶液pH升高，COD的去除率先增加而后减小，在pH为8时达到最大；当pH增加到13时，Ca／Mg／Al絮凝剂对烟草废水COD的去除率仅为40.3%。主要由于pH 较低时（＜4.0），Ca／Mg／Al絮凝剂的主要成分在废水中以 Mg2＋、Al3＋形式存在，减弱了其对有机物吸附和絮凝能力。而pH过高（＞12.0）时，Al3＋以Al（OH）－4形式存在，而Al（OH）－4只是铝系絮凝剂有效成分Al13的前驱物，未能形成有效的高分子聚合态铝，此时Al（OH）－4絮凝作用相对较低；同时当pH过高时，Mg（OH）2颗粒表面所带的电荷发生变化，从而减弱了对色素的吸附效果［8］，导致COD的去除率下降。因此pH为8时，Ca／Mg／Al絮凝剂对废水有机物的去除效果最好，此时废水COD去除率达59.2%（图4）。

图4 废水pH值对Ca／Mg／Al絮凝剂去除废水COD的影响

3 结论

通过实验比较了Ca、Mg、Al组合的絮凝剂对烟草废水COD及色度去除的影响，选用了COD去除率最高、脱色效果最明显的Ca／Mg／Al絮凝剂处理烟草废水。就絮凝时间、絮凝剂投加量及溶液pH值对废水COD去除的影响进行了研究。结果表明，当絮凝时间为10min，絮凝剂投加量为40g／L，溶液pH为8时，Ca／Mg／Al絮凝剂对烟草废水的预处理效果最好，废水COD去除率和脱色率分别达59.2%和95%，预处理后废水COD仅为816 mg／L、剩余色度为10倍。这表明Ca／Mg／Al絮凝剂能很好用于烟草废水的预处理，其不但能迅速、高效地去除废水COD，同时解决了烟草废水的脱色问题。

［1］ 莫立焕，周志明，王玉峰.造纸法烟草薄片废水深度处理研究［J］.中国造纸，2012，31（10）：37－40.

［2］ Sponza D T.Toxicity studies in a tobacco industry biological treatment plant［J］.Water，Air，and Soil Pollution，2002，134（14）：137－164.

［3］ 贾 强，吕 品，卢 伦.烟草薄片生产废水处理现状及发展趋势［J］.安徽农业科学，2013，41（03）：1243－1245.

［4］ MA Xiangjuan.In Treatment of papermaking tobacco sheet wastewater by fenton process［C］.／／Bioinformatics and Biomedical Engineering 3rd International Conference on，Beijing：IEEE，2009.1－4.

［5］ 宣肇菲，张胜军，谭培功，等.水质色度测定－稀释倍数法探讨［J］.干旱环境监测，2010，24（02）：126－128.

［6］ 马子川，张素坤.COD测定仪用消解液的配制与应用［J］.中国给水排水，2002，18（10）：81－83.

［7］ 许 坤，贾智萍，姜兆春.氢氧化镁对水溶性阴离子染料废水脱色的研究［J］.环境化学，1998，17（01）：94－99.

［8］ 秦 蓁，乌锡康.镁盐对水溶性阴离子染料废水的脱色研究［J］.中国环境科学，1994，14（05）：356－360.