一种利用烟蒂、残次卷烟滤嘴或废弃醋酸纤维制备的滤料、其制备方法及应用与流程

本发明属于废弃物资源化利用领域，具体涉及了一种利用烟蒂、残次卷烟滤嘴或废弃醋酸纤维制备的滤料、其制备方法及应用。

背景技术：

养殖业快速发展在为社会提供大量肉、蛋、奶产品的同时粪便污水排放也带来了严重的环境污染，养殖废水已成为我国农业面源污染的重要贡献者。畜禽粪便污水净化处理不仅成为限制养殖业发展的关键，也是改善生态环境的重要前提。养殖废水属于高浓度有机废水，颗粒性有机质含量较高，有机负荷大、成本高，养殖企业难以有效的运行。养殖废水中颗粒性有机质的去除不仅可以减少污水有机负荷降低运行成本，也可大幅度降低水处理设施规模，降低投资成本。养殖废水中颗粒物的去除主要以固液分离为主，包括沉淀和机械挤压，其中沉淀主要去除较大砂石为主，机械挤压是主要的污水处理前置工艺。但机械挤压受螺旋性能、筛网或滤网孔径限制只能去除大颗粒性悬浮物，对小颗粒物质的去除能力有限。

醋酸纤维是以纤维素和醋酸酐为原料合成的一种工业纤维，因其具有直径小、空隙率高、比表面积大和吸附能力强而被用于制备成卷烟滤嘴从而对烟气中的焦油进行吸附过滤，降低进入口腔中烟气的有害物质含量。我国是卷烟生产和消费大国，每年有上万亿支卷烟消耗，吸烟后的烟蒂由于得不到合理利用而多被随手抛弃，影响环境卫生。醋酸纤维具有一定耐酸耐碱能力，自然条件下其较难降解，烟蒂纤维所吸附的尼古丁有害物质会在自然放置过程中进入环境会造成污染和对植物根系的毒害。受生产条件和机器自身限制，卷烟生产过程中还会产生一定量的残次卷烟滤嘴和废弃醋酸纤维原料。目前这些废弃材料主要通过焚烧和填埋处理，这不仅增加环境处理成本，也造成了资源浪费。利用醋酸纤维具有较大比表面积和较强的吸附能力对养殖废水进行净化处理，不仅开发利用烟蒂和卷烟生产残次滤嘴及废弃纤维等资源，也为养殖废水提供了新的技术途径。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种利用烟蒂、残次卷烟滤嘴或废弃醋酸纤维制备的滤料、其制备方法及应用，实现烟蒂、残次滤嘴及废弃醋酸纤维资源的再利用和养殖废水的净化处理。

一种利用烟蒂、残次卷烟滤嘴或废弃醋酸纤维制备滤料的方法，过程如下：

以烟蒂、残次卷烟滤嘴或废弃醋酸纤维为原料，现将其变成2~3cm短纤维；

将短纤维梳理条整并均匀铺层，梳理及铺层过程中采用雾化加湿方式消除纤维静电，铺层后的纤维采用双面高速针刺使纤维间相互交叉粘连成薄毡片，将薄毡片置于热压板之间进行热压定型，热压定型温度为150~180℃，压力不低于1.5mpa，保压时间不少于15分钟，得到醋酸纤维滤布；

或者使用梳棉机梳理短纤维使纤维呈条状，将条状纤维置于挤压机（螺旋挤压或缠绕挤压）进料口，条状纤维在挤压作用下向前部成型套筒挤压，套筒外壁和螺旋末端等径轴采用电热丝和电加热管加热，采用间歇式加工，当纤维充满套筒后停止进料，静止5~10分钟释放应力，加热温度为150~180℃，加热时间不少于15分钟，开启进料将成型滤料推出，截断后将两端置于加热板150~180℃加热不少于5分钟，使端部纤维定型，制成过滤滤芯。

其中毡布式滤料加工根据原料不同可分为二种形式，以残次滤嘴和烟蒂为原料时，加工工艺包括润湿、揉搓、（去烟丝）、除纸、解纤、梳纤、铺纤、压纤、针刺，以废弃纤维丝束为原料的加工工艺包括切割、解纤、梳纤、铺纤、压纤、针刺，制备成短纤维。

优选地，当原料为烟蒂时，短纤维的制备过程如下：收集烟蒂水中浸泡2~30分钟后搅拌使烟蒂一端卷烟纸破碎，分离所包裹的烟丝，用孔径5mm的筛网过滤上述烟蒂并用净水冲洗使烟丝完全去除，将去除烟丝后的纯烟蒂投入搓揉机中以50转/min搓揉3~10分钟使烟蒂包裹纸破碎，风选烟蒂，离心去除水分，再投入搓揉机以300转/min进行搓揉5~15分钟，获得2~3cm松散短纤维。

优选地，使用梳棉机梳理短纤维使纤维条整规则，然后使用铺棉机将短纤维铺层，宽度60cm，厚度2cm，铺纤过程中使用超声波加湿器对铺棉机进料进行加湿消除静电；将铺层后的短纤维采用双面针刺使纤维间相互交错形成交联，将针刺后的纤层放置热压板中间，调节温度为170℃压力2mpa，热压15分钟后自然冷却即获得醋酸纤维滤布。

优选地，使用梳棉机梳理短纤维使纤维呈条状，将条状纤维置于螺旋挤压机进料口，条状纤维在螺旋挤压作用下向前部成型套筒挤压，套筒外壁和螺旋末端等径轴采用电热丝和电加热管加热，采用间歇式加工，当纤维充满套筒后停止进料，静止5分钟释放应力，加热温度为180℃，加热时间15分后，开启进料将成型滤料推出，截断后将两端置于加热板180℃加热5分钟，使端部纤维定型，制成过滤滤芯。

上述方法制得的滤料。

上述滤料在废水净化中的应用。

一种含有上述滤料的净水装置，包括多孔芯轴及套设于多孔芯轴外部的外壳，外壳的两端设有密封盖，多孔芯轴的两端伸出密封盖外，多孔芯轴为中空结构从而使多孔芯轴的两端形成反冲洗进水口和出水口，外壳上设有进水口和反冲洗出水口，反冲洗进水口、反冲洗出水口、进水口和出水口分别设有阀门，所述多孔芯轴位于外壳内的部分绑扎有醋酸纤维滤布；

或者包括外壳及设于外壳内的过滤滤芯，过滤滤芯的两端通过定位管固定在外壳内，外壳上设有进水口和反冲洗出水口，过滤滤芯两端的定位管为中空结构从而使上下定位管管口形成反冲洗进水口和出水口，反冲洗进水口、反冲洗出水口、进水口和出水口分别设有阀门。

上述净水装置在废水净化中的应用，净水时，水流速度为300~1000l/h

固定滤布后的芯轴或滤芯与外壳形成2个隔离空间，经振动斜筛去除大颗粒粪污后的污水通过进水口进入外腔，在压力作用下使水通过滤料向内腔渗透，滤料截留污水中含有的颗粒物，定时开启反冲水出水口排出，渗滤过的水由出水口排出。净化装置运行一段时间后关闭进水阀门和出水阀门，开启反冲水出口阀门和反冲水进水阀门对滤布或滤芯进行高压反冲洗。滤布或滤芯长时间运行后由于冲击和降解破坏将会造成过滤效果降低，更换滤布或滤芯后即可重新工作。

附图说明

图1是本发明制得的滤布的实物照片；

图2是本发明为滤布时的净化装置结构示意图，图中，1.外壳，2.多孔芯轴，3.滤布，4.上密封盖，5.下密封盖，6.进水口，61.进水口阀门，7.出水口，71.出水口阀门，8.反冲洗进水口，81.反冲洗进水口阀门，9.反冲洗出水口，反冲洗出水口阀门；

图3是本发明制得的滤芯的实物照片。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。

实施例1

一种利用烟蒂制备滤布的方法，过程如下：

收集烟蒂15kg于水中浸泡20分钟后快速搅拌，使烟蒂一端卷烟纸破碎分离所包裹的烟丝，用孔径5mm的筛网过滤上述烟蒂并用净水冲洗使烟丝完全去除，将去除烟丝后的纯烟蒂投入搓揉机中低速挡（50转/min）搓揉3分钟使烟蒂包裹纸破碎，风选烟蒂，离心去除水分，再投入搓揉机以高速挡（300转/min）进行搓揉5分钟将烟蒂彻底解纤获得2~3cm松散短纤维。

使用梳棉机(具体为单锡林单道夫梳理机，具体工艺参数为：喂入2.5hz，锡林30hz，道夫35hz)梳理短纤维使纤维条整规则，然后使用铺棉机将短纤维铺层，宽度60cm，厚度2cm，铺纤过程中使用超声波加湿器对铺棉机进料进行加湿消除静电；将铺层的短纤采用双面针刺使纤维间相互交错形成交联。双面针刺的具体过程为：正面预针刺、反面主针刺、正面主针刺各一道，预针刺机针刺速度较低，使铺网初步形成针刺布，反面主针刺机和正面主针刺机速度高，对针刺滤布进一步加固，具体工艺参数如下：预刺深度9mm，倒刺深度5mm，主刺深度5mm，预刺频率25hz，倒刺频率43hz，主刺频率40hz，针刺密度68刺/cm²。

将针刺后的纤层放置热压板中间，调节温度为170℃压力2mpa，热压15分钟后自然冷却即获得具有一定强度的醋酸纤维滤布，实物如图1所示。所述滤布的平均厚度为2.0mm，幅宽60cm，克重152.10g/m^2，横向断裂强度39.25n，纵向断裂强度为27.36n，透气率为3930.00mm/s。

一种含有上述滤布的净水装置，如图2所示，包括多孔芯轴2及套设于多孔芯轴2外部的外壳1，外壳1的上下两端分别设有上密封盖4和下密封盖5，多孔芯轴2的上下两端伸出上密封盖4和下密封盖5外，多孔芯轴2为中空结构从而使多孔芯轴1的两端形成反冲洗进水口8和出水口7，外壳1的中部设有进水口6，外壳1的下部设有反冲洗出水口9，进水口6上设有进水口阀门61，出水口7上设有出水口阀门71，反冲洗进水口8上设有反冲洗进水口阀门81，反冲洗出水口9上设有反冲洗出水口阀门91，所述多孔芯轴2位于外壳1内的部分绑扎有醋酸纤维滤布3。

具体制备及使用过程如下：将上述醋酸纤维滤布3沿周边裁去毛边，宽度约为55cm，沿外径32mm内径28mm多孔芯轴2中部卷起，卷层数2~6层，卷好后向开口方向擀压使滤布卷层更紧密，消除层间隙。使用不锈钢压条贴滤布边压实并用绑扎，扎带间距10cm。将制好的滤芯装入外壳1内并将密封盖密封，关闭反冲洗进水口8和反冲洗出水口9，打开出水口7和进水口6，调整进水流量和压力，压力控制在0.5mpa以内，流量每分钟5升，运行1小时后开启反冲洗出水口9排出滤下物质；连续运行5小时后反冲1分钟，反冲水作为高浓废水进行再处理，取养牛场排污渠废水经自然沉淀后过20目筛去除砂石和草末后作为测试用水，cod值为3500mg/l，过滤后cod为1200mg/l，减少66%，具有明显的净化效果。

实施例2

一种利用烟蒂制备滤布的方法，过程如下：

收集烟蒂15kg于水中浸泡20分钟后快速搅拌，使烟蒂一端卷烟纸破碎分离所包裹的烟丝，用孔径5mm的筛网过滤上述烟蒂并用净水冲洗使烟丝完全去除，将去除烟丝后的纯烟蒂投入搓揉机中低速挡（50转/min）搓揉3分钟使烟蒂包裹纸破碎，风选烟蒂，离心去除水分，再投入搓揉机以高速挡（300转/min）进行搓揉5分钟将烟蒂彻底解纤获得2~3cm松散短纤维。

使用梳棉机梳理短纤维使纤维呈条状。将条状纤维置于螺旋挤压机进料口，条状纤维在螺旋挤压作用下向前部成型套筒挤压，套筒外壁和螺旋末端等径轴采用电热丝和电加热管加热。采用间歇式加工，当纤维充满套筒后停止进料，静止5分钟释放应力，加热温度为180℃，加热时间15分后，开启进料将成型滤料推出，截断后将两端置于加热板加热5分钟，加热180℃，使端部纤维定型，制成过滤滤芯。

一种含有上述滤芯的净水装置，包括外壳及设于外壳内的过滤滤芯，过滤滤芯的两端通过定位管固定在外壳内，外壳上设有进水口和反冲洗出水口，过滤滤芯两端的定位管为中空结构从而使上下定位管管口形成反冲洗进水口和出水口，反冲洗进水口、反冲洗出水口、进水口和出水口分别设有阀门。

使用过程如下：将上述滤芯装入净化装置，滤芯内径32mm，外径60mm，长度200mm（其中有效长度160mm），压紧下定位管旋紧密封完成净化装置滤芯安装，关闭反冲洗进水口和反冲洗出水口，打开出水口和进水口，调整进水流量和压力，压力控制在0.5mpa以内，流量每分钟5升，运行1小时后开启反冲洗出水口排出滤下物质，连续运行5小时后反冲2分钟，取养牛场排污渠废水经自然沉淀后过20目筛去除砂石和草末后作为测试用水，cod值为3500mg/l，过滤后cod为1050mg/l，减少70%，具有明显的净化效果。

本申请还考察了滤布厚度、养殖废水浓度对养殖废水过滤效果的影响，试验所用的粪水由含水率为20.38%的牛粪配制而成，模拟养殖废水，静置隔夜使用，有五组不同浓度的粪水，废水质量比分别为0.5/70、1/70、1.5/70、270、2.5/70，以及五组不同的滤布厚度分别为4mm、6mm、8mm、10mm、12mm（单层滤布厚度为2mm，滤布进行2~6层叠压）。

表1不同粪水原液参数

1.滤布厚度对养殖废水过滤效果的影响

滤布厚度决定过滤废水与滤料接触面积，影响废水在滤布中行程长短，同时影响废水中的悬浮性颗粒、溶解态物质被滤料截滤和吸附的机率，从而对废水的过滤效果产生影响。试验选用粪水比1.5/70的粪水为待滤废水，废水流量1000l/h，滤料厚度4mm、6mm、8mm、10mm、12mm五个梯度，每组试验重复3次，其他因素相同情况下进行，分别测得滤后废水的电导率、ph和cod、ts、tp、tn浓度并计算去除率，以3组重复试验结果的平均值作为比较基准。

表2不同滤料厚度的废水过滤效果

表3不同滤料厚度对废水各项指标去除率的影响

从表2和表可以看出，去除率平均值cod＞ts＞tp＞tn，ts去除率、tp去除率、tn去除率随着滤布厚度的增加呈现逐渐增大的趋势，ts去除率和tn去除率随着滤布厚度由4mm增加到6mm增长幅度稍大，之后增长趋于平缓；随着滤布厚度由4mm增加到8mm，tp去除率增加2.36%，随后增幅较小；滤布厚度由4mm增加到8mm，cod去除率增加1.49%，10mm较8mm降低2.54%，12mm较10mm增加1.65%，造成cod去除率波动的原因可能是废水通过滤料之间空隙出现短路造成，总体可以看出滤布厚度的增加，废水与滤布接触时间延长，接触面积增加，增强了滤布捕集颗粒和吸附废水中溶解物质的作用、过滤后的废水ph均出现不同程度增加，并随着滤布厚度的增加，ph值逐渐增大，这与滤布本身对h⁺、oh^-选择性吸附有关。电导率有不同程度的下降，滤料厚度8mm时降幅最大达到16.66%，过滤后废水电导率的降低反映滤布对水中离子去除能力有限。利用spssstatistics20.0软件分析数据，多变量方差分析结果cod去除率、ts去除率、tp去除率、tn去除率对应p值分别为0.689＞0.05、0.652＞0.05、0.337＞0.05、0.307＞0.05，在0.05显著水平下，滤料厚度的变化对cod去除率、ts去除率、tp去除率、tn去除率的影响不显著。

2.粪水浓度对过滤效果的影响

试验条件为滤布厚度为8mm，废水流量1000l/h，粪水比为0.5/70~2.5/70五个梯度，各组试验均做3次重复，其他因素均相同的条件下进行的，分别测得滤后废水的电导率、ph和cod、ts、tp、tn浓度并计算去除率，以3组重复试验结果的平均值作为比较基准。

表4不同粪水比对废水过滤效果的影响

表5不同粪水比对各指标去除率的影响

由表4和表5可知，随着粉水比的增大，cod、ts、tp、tn去除率呈现逐渐增大的变化趋势，在粉水比由0.5/70增加到1.5/70过程中，cod、ts、tp、tn去除率增幅较大，随后增幅放缓。粪水比由0.5/70增加到2.5/70过程中，cod、ts、tp、tn去除率分别增长17.29%、48.36%、12.31%、17.92%、粪水比越高废水净化效果越好，废水中有机物质、氮磷去除率越高，造成这种结果原因可能是粪水浓度高，粪水粘度和密度增加，颗粒物质增多，大颗粒与小颗粒物质形成聚合物，被滤布拦截、吸附机率增大。总磷去除率始终高于总氮去除率，这是由于磷元素主要存在于固体颗粒物中，较容易被滤布拦截，而氮元素存在于废水溶液当中，不易截滤造成的。利用spssstatistics20.0软件分析数据，多变量方差分析结果cod去除率、ts去除率、tp去除率、tn去除率对应p值分别为0.038＜0.05、0.001＜0.05、0.022＜0.05、0.015＜0.05，在0.05显著水平下，粪水比的变化对cod去除率、ts去除率、tp去除率、tn去除率的影响显著。