降低造纸法再造烟叶白水中COD的技术研究*

唐自文，陈岭峰，王茜茜，蒋 皓，吉松毅，李志勇

(云南中烟再造烟叶有限责任公司，云南昆明650106)

造纸法再造烟叶作为卷烟降焦减害的重要辅料之一［1，2］，在卷烟配方中已得到广泛应用。目前国内的生产厂家已达13家，产能已达到20万t以上，所采用的生产工艺流程主要包括提取、制浆、浓缩、抄造、烘干、涂布、干燥等工艺［3，4］。从目前各生产厂家的反馈的信息来看，普遍存在白水中COD偏高，一般都在4 000 mg/L以上，这部分白水由于有机物含量高，不能有效地回用到生产过程中，最终大量排放到污水处理系统中，以年产2万t再造烟叶生产厂计，每天排放到污水系统中的白水在2 000 t以上，其COD占到全厂外排总COD的80%以上，这势必加大污水处理系统的处理负荷，导致处理后废水排放不达标［5，6］。因此对现有造纸法再造烟叶生产工艺进行深入研究，对现有生产工艺进行优化，从源头上解决进入污水系统的白水COD，对减轻污水处理负荷，降低污水处理成本，具有重要的现实意义。

1 实验原料与仪器

烟梗和烟叶碎片(云南中烟再造烟叶有限责任公司提供);重铬酸钾(AR)、浓硫酸(AR)，硫酸汞(AR)、蒸馏水(自制)。

旋转蒸发仪(BUCHI公司生产);COD检测装置;解纤机(飞利浦公司生产);离心机;电磁炉。

2 实验方法

分别取梗叶各500g，用8倍60℃的清水提取3次［7］，每次提取时间为30 min，提取后用离心机进行固液分离，测定提取液浓度(指提取液中烟草水溶性成分的质量分数，下同)及COD，固形物再进行下一次提取，第3次离心分离后的固体平均分成4份，加入到解纤机中，再加入对应原料量8倍30℃的清水进行解纤，通过控制每次解纤过程中解纤的程度即打浆度，得到不同打浆度的浆料，这些浆料经离心分离后，得到液体部分及固体浆料部分，测定不同打浆度下液体中的COD和液体浓度。再称取梗叶各100 g，加入到解纤机中，再加入8倍60℃的清水浸泡10 min，再开始解纤，分别取解纤 10、15、20、25、30 min 时浆料中的液体测定其浓度和COD，并用离心机脱除解纤30 min时浆料的水分，脱除水分后的浆料再用60℃的清水清洗，清洗后再离心脱水，检测液体的浓度和COD，共进行2次。

3 结果与讨论

3.1 提取级数对提取液COD的影响

提取级数对提取液COD的影响见表1、表2。

从表1及表2看出，第一级提取液浓度及提取液COD大于第二级提取液，第二级大于第三级，即随着提取级数的增加，提取液浓度及COD随之降低，说明随着提取级数的增加，烟草原料中水溶出物量随着减少，水可溶出成分也随之降低。

表1 烟梗三级提取液浓度及CODTable 1 Extract concentration and COD content from three class stem

表2 烟叶三级提取液浓度及CODTable 2 Extract concentration and COD content from three class tobacco leaf

3.2 打浆对浆料水相中COD的影响

打浆对浆料水相中COD的影响见表3、表4。

表3 烟梗打浆度对COD的影响Table 3 Effect of stem freeness on COD

表4 烟叶打浆度对COD的影响Table 4 Effect of tobacco leaf freeness on COD

从表3及表4看出，经3次提取后进行制浆实验，仍会产生大量的COD，其产生的COD(以打浆度为40°SR为例，烟梗水相中为14 752 mg/L，烟叶为13 852 mg/L)比第三级提取产生的COD(梗第三级提取液为9 482 mg/L，叶第三级提取液为8 654 mg/L)还要高一些，平均高出57.7%。说明即使通过三级提取，也无法将烟草原料中的有机物完全提取，这部分有机物在打浆时，随着烟草植物细胞的破损加大，大量有机物进入到水相中，造成水相中COD增高。此外，随着打浆度的提高，离心液中COD随着增加，但增幅在逐渐降低，从第3列的前项与后项的差值得到验证。这说明解纤到一定程度后，大部分有机物已基本溶出，随着打浆度的增加，增幅已不明显。

3.3 解纤提取时间对提取液COD的影响

解纤提取时间对提取液COD的影响见表5、表6。

表5 解纤提取时间对烟叶提取液COD的影响Table 5 Effect of fiber solution extraction time on COD of tobacco extraction

表6 解纤提取时间对烟梗提取液COD的影响Table 6 Effect of solution fiber extract time on the COD of stem extraction

从表5表6看出，随着解纤提取时间的增加，提取液浓度和COD含量增幅呈下降趋势，说明烟草原料解纤到一定打浆度后其中的有机水溶物已基本溶出。另表5与表1及表6与表2相比，解纤提取的提取液浓度要比传统第一级提取液的浓度平均高出46.7%。这说明解纤提取效率要高得多。

3.4 解纤提取后解纤浆料洗涤级数对洗涤液COD的影响

解纤提取后解纤浆料洗涤级数对洗涤液COD含量的影响见表7、表8。

表7 烟梗打浆后洗涤液中COD的变化Table 7 COD changes in the washing liquid after stem pulped

表8 烟叶打浆后洗涤液中COD的变化Table 8 COD changes in the washing liquid after tabacco pulped

从表7及表8看出，随着水洗次数的增加，水洗液中COD呈现明显下降趋势，第一次洗涤液中COD已下降到2 500 mg/L以下，远低于表1和表2中第三级提取液中COD的平均值9 068 mg/L，这说明解纤提取可有效降低提取级数，节省设备投资。而第三次洗涤液的COD已下降到400 mg/L以下，相当于进入到污水处理系统的COD，说明经三级水洗可有效去除白水中COD，其降幅可达90%以上。

4 结论

1)造纸法再造烟叶传统提取制浆提取液浓度偏低，制浆会产生大量有机物，这部分有机物在抄造段随白水进入到污水处理系统，导致污水处理系统处理负荷的增加，增加了污水处理成本和降低了处理效果;

2)采用解纤提取及水洗提取可有效提高提取液浓度，提高提取效率，减少提取级数和设备投资;

3)采用解纤提取可有效降低白水中的COD，其降幅可达90%以上，可明显减少污水处理负荷，降低处理成本。

［1］汪德和.烟草薄片［M］.北京:中国轻工业出版社，1996.

［2］Improved Reconstituted Tobacco Product:WO，9424892［P］.1994－11－10.

［3］王加深，刘晓晖，吉雄.国产造纸法再造烟叶在烤烟型卷烟产品改造中的应用［J］.烟草科技，2004(3):9－10.

［4］Tobacco reconstitution process:US，5501237［P］.1996－03－26.

［5］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，2006，3(26):23－25.

［6］迟建国.烟叶再造过程清洁生产技术研究［D］.济南:山东轻工业学院，2012.

［7］杨彦明，唐自文，付宇，等.造纸法再造烟叶浸取工艺研究［J］.应用化工，2009，38(3):425－428.