造纸法再造烟叶废水的处理研究

陈正春，李 军，冯文超2，，冀雅文2，，朱红琴2，，刘旭强2，

（1.云南中烟再造烟叶有限责任公司，云南昆明 650106；2.昆明理工大学化学工程学院，云南昆明 650500；3.云南瑞升烟草技术（集团）有限公司，云南昆明 650106）

造纸法再造烟叶废水的处理研究

陈正春1，李 军3，冯文超2，3，冀雅文2，3，朱红琴2，3，刘旭强2，3

（1.云南中烟再造烟叶有限责任公司，云南昆明 650106；2.昆明理工大学化学工程学院，云南昆明 650500；3.云南瑞升烟草技术（集团）有限公司，云南昆明 650106）

从物理化学法、生物化学法和深度处理法3个方面总结了国内对造纸法再造烟叶废水的处理研究进展。

造纸法；再造烟叶；废水处理

造纸法再造烟叶（又称造纸法烟草薄片）是目前国际上烟草废弃物再利用的最先进技术［1］。造纸法再造烟叶在产品质量稳定性、填充值、成丝率和耐机械加工性能等方面均优于辊压和稠浆法的再造烟叶，它能提高烟支燃烧速率并降低焦油含量，可塑性也高且较易加工［2］。目前，造纸法再造烟叶已在国内外广泛应用。造纸法再造烟叶的生产过程类似于制浆造纸过程，其废水中除了含有与制浆造纸废水共有的纤维外，还含有低分子和不挥发性有机酸、烟碱、焦油、酚类等物质。这些物质导致了烟草废水色度高、可生化性差，废水中的烟碱也不利于微生物的生长。同时，造纸法再造烟叶产生的废水浓度波动较大，属于难处理的高浓度有机废水［3，4］。国内部分造纸法再造烟叶生产线建设了相应的废水处理工程，但都存在诸如运行费用高、废水处理系统未能正常运行、处理后的废水未能达标等问题［5］。

目前，国内外对于造纸法再造烟叶废水处理的工艺研究还较少，通常采用与制浆造纸废水相同的处理方法，如物理化学法、生物化学法和深度处理法等［6］。

1 物理化学法

造纸法再造烟叶废水中含有大量的悬浮物（细小纤维、碎烟丝烟末以及一些胶体物质）会极大的影响生化处理效果，因此，生化处理前先采用物理或者物化法去除悬浮物。目前，烟草企业采用较多的过滤设备有过滤机、筛网（斜筛）及格栅等，其投资成本低、运行动力能耗小，不但能够初步净化废水还能回收细小纤维［6］。

黄申元［7］将一种特殊多元催化剂固化于填料表面，使其与废水中许多组分发生氧化还原作用，在适宜的工艺参数条件下，用催化微电解－沉淀或气浮法降低COD，取得了非常明显的效果。孙德平等［8］自制了Ca－Mg复合凝聚剂，对造纸法再造烟叶的废水进行了高效固－液分离。该法降低了废水70%以上的COD，大大降低了后续生化处理负荷，而且，分离后获得的污泥固体含有丰富的烟碱类物质，可用作生物源杀虫剂的活性成份或粉状杀虫剂的载附剂。因此，该法充分利用了资源，具有一定的实用价值。高洋［9］研究了电絮凝、电化学氧化及电絮凝－电化学氧化耦合处理再造烟叶废水的影响因素、最佳处理条件及不同处理方法对废水可生化性改进的程度和处理成本，并通过气质联用（GC－MS）分析了处理前后废水中有机污染物的变化情况，探讨了不同处理技术对再造烟叶废水中污染物的去除机理。陈昭毅等［10］探讨了煤渣处理造纸法再造烟叶废水的作用机理，试验表明，煤渣与混凝剂聚合氯化铝（PAC）联用可提高废水处理效果。王义等［11］成功研制出一套光催化处理设备，结合自制的介孔TiO2材料对高浓度再造烟叶废水进行了处理，COD可降低99%以上，为实现高浓度再造烟叶废水的规模化处理提供了技术支持。唐向阳等［12］利用纳米气泡独有的良好气浮效果，将微纳米曝气和气浮工艺相结合，以壳聚糖为絮凝剂，成功地将废水中的COD、SS、氨氮的浓度降低至生产回用标准。王玉峰等［13］以聚合氯化铝（PAC）及聚合硫酸铁（PFS）为混凝剂，聚丙烯酰胺（PAM）为助凝剂，对造纸法再造烟叶废水进行混凝处理，结果表明，PAC对COD、氨氮和悬浮物有较高的去除率，且脱色效果更好；PAC处理后的废水没有产生残留铝，而且能大幅度地去除原水中的铝，有机物也能有明显去除；同时，建立了COD和色度去除率的响应面方程，并求出了COD和色度降低率同时达到最大值的解；利用该方程预测的值与实验值相符，模型可信度高，为再造烟叶废水絮凝处理的参数优化提供了一定的理论依据［14］。莫立焕等［15］通过热重和X－射线衍射分析了凹凸棒土结构的变化，对煅烧温度、煅烧时间、pH、用量及反应时间等因素进行单因素实验，并得出了降低COD、色度较为理想条件。

物理化学方法能有效地降低再造烟叶废水预处理阶段的废水污染程度，提高后续生化处理效率，但容易产生二次污染。

2 生化处理法

造纸法再造烟叶废水中主要含有纤维素、多糖酸（半纤维素的部分水解产物）和一些低碳酸等有机物，可生化性能较好［4］。与物理、化学方法相比，生化处理法有利于环境友好、资源节约及能源的可持续利用。目前，国内一些再造烟叶生产线建设的废水处理工程，存在着运行成本高、处理系统不稳定、处理后的废水不能达标等问题，这是由于生产线的工艺设计不合理产生的［16］。

生化处理法可分为厌氧生化处理法、好氧生化处理法及厌氧－好氧生化处理法。

2.1 厌氧生化处理法

在缺氧条件下，利用厌氧微生物或者兼性厌氧微生物将复杂有机物降解为小分子有机酸、醇类等物质，并且释放甲烷、二氧化碳、硫化氢和氨气的处理法为厌氧生化处理法。侯轶等［17］认为微生物降解烟碱的过程中可能发生协同降解，并因此提出了通过反硝化反应强化厌氧过程中烟碱降解的思路，结果表明废水中烟碱生物降解作用显著。

2.2 好氧生化处理法

在有氧气存在的条件下，利用好氧微生物使废水中有机物降解的处理法称为好氧生化处理法，可分为活性污泥法和生物膜法两大类。常用的活性污泥法有间歇式活性污泥法（SBR）、HCR法。邱晔等［18］设计了“混凝＋生化＋脱色”三级处理工艺处理再造烟叶废水，该工艺处理费用较低，出水可达到排放标准。唐向兵等［19］为加强好氧处理过程，对气浮设备改造升级，几个月的稳定运行后，出水完全能达到造纸工业水污染排放二级排放标准。

2.3 厌氧－好氧生化处理法

厌氧生化处理法出水往往难以达到排放要求，需进一步处理。好氧生化处理法占地面积大、运行成本高。梅荣武等［20］以气浮－厌氧－缺氧－好氧为主体的工艺处理后的废水，出水COD＜400 mg／L，达到了二类污染物的三级排放标准，栅渣与浮渣均全部回用于生产。李友明等［21］建立了混凝－厌氧－好氧－深度处理系统处理造纸法再造烟叶生产废水，结果表明，在最佳工艺下，COD的降低率、COD、BOD5、SS和色度等各项出水指标均优于目前的处理系统。

此外，薛长森等［16］针对以上各研究围绕对污水化学需氧量（COD）和生物需氧量（BOD）降低的方面，从筛选高效再造烟叶废水脱色微生物方面入手，同时研究环境因素对微生物菌群废水脱色的影响，确定了最佳脱色条件，效果明显，为再造烟叶生产废水的高效处理提供理论和实践依据。

对于造纸法再造烟叶高浓有机废水的处理，应联合使用厌氧处理法和好氧处理法的优点，以达到最佳处理效果。

3 深度处理法

随着制浆造纸废水深度处理技术的逐渐成熟，现已有研究者将该技术用于处理造纸法再造烟叶的废水。

周国华等［22］探讨了组合的膜技术工艺处理造纸法制造再造烟叶抄造废水的研究，采用废水→预处理→微滤膜处理→纳滤膜处理→反渗透工艺处理后的废水可以回用于生产。莫立焕等［23］对生化处理后再造烟叶废水用混凝法与Fenton法联合处理，最优试验条件下，出水CODCr和色度均达到排放标准。陈荣等［24］用厌氧反应器技术结合高效絮凝处理造纸法再造烟叶废水，CODCr大幅下降，再用SBR序批式反应器技术进行深度处理，可使废水达标排放。陈海波等［25］用臭氧－曝气生物滤池技术对化学氧化和生物氧化技术进行有机结合，先用臭氧氧化预处理废水，对难降解有机物的分子结构加以转化，从而提高废水的可生化性，然后再用生物处理技术进一步将其矿化，该技术将化学氧化和生物氧化技术优势互补，使处理成本大大降低，通过后续的生物处理保证了处理的高效性。

目前，国内外对再造烟叶废水深度处理技术的研究较少，尤其是高效处理技术研究更少。考虑到造纸法再造烟叶废水与制浆造纸废水的共性，可以参考制浆造纸废水深度处理技术对再造烟叶废水进行深度处理。

4 结语

造纸法再造烟叶现已成为烟草行业不可缺少的主要原料之一，生产过程中产生的大量高色度的废水给环境带来严重的污染问题。造纸法再造烟叶废水的处理必须同时兼顾到经济性、有效性和合理性，物理化学处理方法易带来二次污染，相比之下，生物处理技术优势明显，未来将成为造纸法再造烟叶废水处理的一个重要研究方向。

［1］ 陈祖刚，蔡冰，王建新，等.国内外造纸法薄片工艺与品质比较［J］.烟草科技，2002（02）：4－10.

［2］ 石淑兰，何福望.制浆造纸分析与检测［M］.北京：中国轻工业出版社，2003.

［3］ 郑一新.再造烟叶废水治理技术研究与工程实践［J］.给水排水，2005（01）：62－64.

［4］ 侯轶，李友明，郑振山.造纸法再造烟叶废水中污染物的分析［J］.广州：华南理工大学学报：自然科学版，2008（03）：95－98.

［5］ 陈元彩，陈竹，肖仙英，等.造纸法再造烟叶废水的研究［J］.中国造纸，2006（09）：20－22.

［6］ 周志明.造纸法再造烟叶生产废水污染特性及深度处理研究［D］.华南理工大学，2013.

［7］ 黄申元.催化微电解预处理再造烟叶生产废水试验研究［J］.能源与环境，2007（04）：91－92.

［8］ 孙德平，胡丽军，王云祥，等.Ca－Mg系复合凝聚剂富集分离造纸法再造烟叶废水处理及资源化研究［J］.武汉科技学院学报，2010（02）：53－56.

［9］ 高洋.电化学法改善再造烟叶废水可生化性的研究［D］.杭州：浙江工商大学，2011.

［10］ 陈昭毅，施建在，黄申元.COD、色度检测在絮凝沉降／煤渣处理再造烟叶造纸废水中的应用［J］.福建分析测试，2012（02）：52－55.

［11］ 王义，赵奂，王福芝，等.光催化技术处理高浓再造烟叶废水：第十三届全国太阳能光化学与光催化学术会议，中国湖北武汉，2012［C］.

［12］ 唐向阳，陆彦兵，杨斌，等.微纳米气浮处理造纸法再造烟叶废水试验研究［J］.新技术新工艺，2012（09）：49－50.

［13］ 王玉峰，陈克复，莫立焕，等.造纸法再造烟叶废水混凝预处理研究［J］.中国造纸，2012（02）：35－39.

［14］ 王玉峰，陈克复，莫立焕，等.响应面法优化絮凝处理造纸法再造烟叶废水［J］.中华纸业，2013 （02）：34－39.

［15］ 莫立焕，鲁礼成，徐峻，等.凹凸棒土热改性对造纸法再造烟叶废水处理的研究［J］.纸和造纸，2013（06）：68－71.

［16］ 薛长森，迟建国，徐利，等.微生物法降低再造烟叶生产污水色度的研究［J］.广州化学，2013 （01）：41－48.

［17］ 侯轶，李友明，胡松青.再造烟叶生产废水中烟碱的厌氧降解及反硝化强化［J］.农业工程学报，2009（09）：264－268.

［18］ 邱晔，胡群，陈辉敏，等.再造烟叶生产废水处理研究［J］.工业水处理，2006（03）：23－25.

［19］ 唐向兵，胡德武，胡丽军，等.造纸法再造烟叶生产废水处理技术优化改造［J］.武汉工程大学学报，2010（01）：78－80.

［20］ 梅荣武，陈云.再造烟叶生产废水的处理与综合利用［J］.中国给水排水，2004（09）：75－77.

［21］ 李友明，陈元彩，陈中豪，等.处理造纸法再造烟叶生产废水的试验研究［J］.中国给水排水，2008 （03）：53－55.

［22］ 周国华，万端极，张学军，等.膜技术处理再造烟叶抄造废水研究［J］.化学工程师，2009（05）：31 －33.

［23］ 莫立焕，周志明，王玉峰.造纸法再造烟叶废水深度处理研究［J］.中国造纸，2012（10）：37－40.

［24］ 陈荣.造纸法再造烟叶生产废水的处理［J］.环境科学导刊，2010（01）：68－70.

［25］ 陈海波，丘锦荣.臭氧－曝气生物滤池在再造烟叶废水深度处理工艺中的应用实例［J］.广东化工，2013（15）：129－130.

Study on Treatment of Reconstituted Tobacco Paper Wastewater

CHEN Zheng－chun1，LI Jun3，FENG Wen－Chao2，3，JI Ya－wen2，3，ZHU Hong－qin2，3，LIU Xu－qiang2，3

（1.Yunnan Reconstituted Tobacco Smoke Limited Liability Company，Kunming 650106，China；2.School of Chemical Engineering，Kunming University，Kunming 650500，China；3.Yunnan Reascend Tobacco Technology（Group）Co.，Ltd.，Kunming 650106，China）

From three aspects of the physical chemical，biochemical and advanced treatment methods，the research progress of treatment of reconstituted tobacco paper wastewater was summarized.

paper making method；reconstituted tobacco；wastewater treatment

X798

A

1004-275X（2014）04-0026-03

12.3969／j.issn.1004-275X.2014.04.007

收稿：2014-01-10

中国烟草总公司资助项目（110201201020（ZZ－01））“云南昆明造纸法再造烟叶生产线技术升级”。

陈正春（1975－），男，主要从事分析检测、质量管理。

*通信联系人：冯文超，男，硕士研究生，主要从事精细化学品方面研究。Email：fengwenchao＠gmail.com