Ca／Mg／Al絮凝劑預處理煙草廢水的研究

夏 敏，楊 雄，吳 攀，皮科武，楊美晨，陳抒雨，盧小路，孫 武

（湖北工業大學資源與環境工程學院，湖北 武漢430068）

卷煙生產過程中產生的煙草廢水含有蛋白質、纖維素、半纖維素、木素、多糖、有機酸、煙焦油和煙堿等有機污染物，廢水懸浮物濃度高，顏色深［1］，且水質不穩定，難以處理［2］。國內外對煙草廢水的處理方法主要有微生物法和高級氧化法。微生物法主要有水解酸化加曝氣生物濾池組合法、厭氧發酵與反硝化生物強化法等［3］，而高級氧化法主要以Fenton法［4］為代表，雖然上述方法均能使煙草廢水達到排放標準，但存在處理負荷過大的問題。為了減輕微生物法和高級氧化法對煙草廢水的處理負荷，尋找既能去除該類廢水中有機物又能降低其色度的預處理方法是關鍵。本實驗采用Ca／Mg／Al試劑（MgSO4、Al2（SO4）3及Ca（OH）2按一定摩爾比混合所得）處理煙草廢水，重點考察絮凝時間、絮凝劑投加量及溶液pH值對Ca／Mg／Al絮凝劑預處理煙草廢水的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

MgSO4·7H2O、Al2（SO4）3·18H2O、Ca（OH）2、Ag2SO4、HgSO4、K2Cr2O7、鄰苯二甲酸氫鉀，以上試劑均為分析純，其中MgSO4·7H2O、Al2（SO4）3·18H2O烘干除去結晶水，放于干燥器中備用。煙草廢水由武漢卷煙廠車間收集廢渣，按固液比1∶200配比，并浸泡24h所得。經濾紙抽濾后，測試得該廢水主要指標為：COD 2 000mg／L，色度200倍。

722N可見分光光度計，TU－1901紫外分光光度計，電子天平，85－2型磁力攪拌器，PHS－3CpH計，DIS－1A型數控多功能消解儀。

1.2 實驗方法與分析

1.2.1 Ca、Mg、Al組合的絮凝劑 Ca／Mg／Al絮凝劑表示由n（Ca（OH）2）∶n（MgSO4）∶n（Al2（SO4）3）＝4∶1∶1進行混合，研磨20min后，過100目篩。而Ca／Mg表示由Ca（OH）2和 MgSO4按4∶1混合，處理過程同Ca／Mg／Al絮凝劑，其余Mg／Al、Ca／Al、Ca、Mg及 Al絮凝劑配比及研磨等處理過程均同 Ca／Mg／Al絮凝劑。用 Ca／Mg／Al等絮凝劑處理煙草廢水10min后，于濾紙抽濾，測定濾液COD及色度。

1.2.2 實驗方法

1）絮凝劑投加量對COD及色度去除的影響。分別取50mL廢水于5個100mL錐形瓶中，調節溶液pH 為8.0后，按10g／L、20g／L、40g／L、60 g／L、100g／L標準加入Ca／Mg／Al絮凝劑，置于攪拌器中300r／min下分別攪拌10min，抽濾，測定濾液COD及色度。

2）絮凝時間對COD及色度去除的影響。分別取50mL廢水于5個100mL錐形瓶中，調節溶液pH值為8.0后，按40g／L標準加入Ca／Mg／Al絮凝劑，置于攪拌器中300r／min下分別攪拌5、10、15、20、25min后，抽濾，測定濾液COD及色度。

3）溶液pH值對COD及色度去除的影響。分別取50mL廢水于5個100mL錐形瓶中，將其pH分別調為3.0、5.0、8.0、11.0、13.0，按40g／L標準加入Ca／Mg／Al絮凝劑，置于攪拌器中300r／min下攪拌10min，抽濾，測定濾液COD及色度。

1.2.3 色度與COD測定及去除率計算 廢水色度采用稀釋倍數法進行測定［5］，脫色率

COD測定方法見文獻［6］，COD去除率

式中：S0為處理前廢水色度，倍；Se為處理后廢水色度，倍；d0為處理前廢水中COD含量，mg／L；de為處理后廢水中COD含量，mg／L。

2 結果與討論

2.1 Ca、Mg、Al組合的絮凝劑對COD及色度去除的影響

由表1可知，Ca／Mg／Al絮凝劑對廢水COD的去除率可達59.2%，優于其他組合的絮凝劑。而同時含有Ca、Mg組合的絮凝劑，脫色效果最好，其脫色率可達95%，其原因是生成帶正電 Mg（OH）2顆粒具有很好的色素吸附作用［7］，同時 Ca（OH）2對Mg（OH）2的脫色效果具有協同作用［8］。對比 Ca／Mg及Ca／Al組合的絮凝劑對廢水COD和色度去除的影響，Mg對廢水脫色的貢獻大于Al的作用，但Al對COD去除的貢獻則比Mg要大，其原因主要是Al作為絮凝劑具有能壓縮雙電層，使膠體脫穩定的作用，且在Ca（OH）2的作用下，生成的Al（OH）3能對有機物進行卷掃絮凝，增加了COD的去除效果。

表1 Ca、Mg、Al組合的絮凝劑對煙草廢水COD及色度去除的影響

將濾液在200～500nm處進行紫外可見光譜掃描（圖1），發現用Ca／Mg／Al絮凝劑處理過的煙草廢水的吸光度下降幅度最大，而單純用Mg處理時，其處理后廢水吸光度下降幅度最小，表明用Ca／Mg／Al絮凝劑處理煙草廢水時對有機類物質去除效果最好，因此本文重點研究絮凝時間、絮凝劑投加量及溶液pH值對Ca／Mg／Al絮凝劑去除煙草廢水中COD的影響。

圖1 Ca、Mg、Al組合的絮凝劑處理前后煙草廢水紫外可見吸光度變化

2.2 絮凝劑投加量對COD去除的影響

當投加量從10g／L增加到40g／L時，廢水COD最大去除率可達59.2%；當投加量增加到60 g／L時，COD去除率變化不再增加，反而有所下降。主要因為投加過多的絮凝劑后，沉淀所形成的污泥大量增多，增加了溶液的攪拌難度，使Ca／Mg／Al絮凝劑不能充分與廢水接觸，降低了絮凝效率，導致COD去除率下降，即投加量為40g／L時最為合理，廢水剩余COD為816mg／L（圖2）。

圖2 投加量對Ca／Mg／Al絮凝劑去除廢水COD的影響

2.3 絮凝時間對COD去除的影響

隨絮凝時間延長，Ca／Mg／Al絮凝劑對廢水COD的去除率逐漸趨于平緩（圖3），前10min溶液COD降低顯著，當超過15min后，COD去除率基本保持不變。這表明Ca／Mg／Al絮凝劑對廢水中有機物的絮凝和吸附已達到平衡，繼續增加時間對COD的去除沒有明顯影響，因此最佳的絮凝時間為10min，COD去除率達59.2%。

圖3 絮凝時間對Ca／Mg／Al絮凝劑去除廢水COD的影響

2.4 溶液pH值對COD去除的影響

隨溶液pH升高，COD的去除率先增加而后減小，在pH為8時達到最大；當pH增加到13時，Ca／Mg／Al絮凝劑對煙草廢水COD的去除率僅為40.3%。主要由于pH 較低時（＜4.0），Ca／Mg／Al絮凝劑的主要成分在廢水中以 Mg2＋、Al3＋形式存在，減弱了其對有機物吸附和絮凝能力。而pH過高（＞12.0）時，Al3＋以Al（OH）－4形式存在，而Al（OH）－4只是鋁系絮凝劑有效成分Al13的前驅物，未能形成有效的高分子聚合態鋁，此時Al（OH）－4絮凝作用相對較低；同時當pH過高時，Mg（OH）2顆粒表面所帶的電荷發生變化，從而減弱了對色素的吸附效果［8］，導致COD的去除率下降。因此pH為8時，Ca／Mg／Al絮凝劑對廢水有機物的去除效果最好，此時廢水COD去除率達59.2%（圖4）。

圖4 廢水pH值對Ca／Mg／Al絮凝劑去除廢水COD的影響

3 結論

通過實驗比較了Ca、Mg、Al組合的絮凝劑對煙草廢水COD及色度去除的影響，選用了COD去除率最高、脫色效果最明顯的Ca／Mg／Al絮凝劑處理煙草廢水。就絮凝時間、絮凝劑投加量及溶液pH值對廢水COD去除的影響進行了研究。結果表明，當絮凝時間為10min，絮凝劑投加量為40g／L，溶液pH為8時，Ca／Mg／Al絮凝劑對煙草廢水的預處理效果最好，廢水COD去除率和脫色率分別達59.2%和95%，預處理后廢水COD僅為816 mg／L、剩余色度為10倍。這表明Ca／Mg／Al絮凝劑能很好用于煙草廢水的預處理，其不但能迅速、高效地去除廢水COD，同時解決了煙草廢水的脫色問題。

［1］ 莫立煥，周志明，王玉峰.造紙法煙草薄片廢水深度處理研究［J］.中國造紙，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］ 賈 強，呂 品，盧 倫.煙草薄片生產廢水處理現狀及發展趨勢［J］.安徽農業科學，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，張勝軍，譚培功，等.水質色度測定－稀釋倍數法探討［J］.干旱環境監測，2010，24（02）：126－128.

［6］ 馬子川，張素坤.COD測定儀用消解液的配制與應用［J］.中國給水排水，2002，18（10）：81－83.

［7］ 許 坤，賈智萍，姜兆春.氫氧化鎂對水溶性陰離子染料廢水脫色的研究［J］.環境化學，1998，17（01）：94－99.

［8］ 秦 蓁，烏錫康.鎂鹽對水溶性陰離子染料廢水的脫色研究［J］.中國環境科學，1994，14（05）：356－360.