煙草廢水處理工程實例

孫蓓蓓， 張丹

（棗莊市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所有限公司， 山東 棗莊 277800）

再造煙葉焦油含量低， 可降低吸煙對人體的危害， 所用原料為卷煙廠不收購的煙農(nóng)廢棄煙葉和卷煙工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙梗、 碎片、 煙末等原料， 達(dá)到廢物利用的目的， 但是在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生大量的高濃度懸浮物及有機(jī)物、 高色度的廢水， 且存在對人體有害的焦油、 尼古丁、 煙堿、 酚類和苯環(huán)類難降解有機(jī)物［1－3］。 目前國內(nèi)對于該類廢水處理的實際工程案例較少， 本文結(jié)合某造紙法再造煙葉項目的廢水處理工程， 介紹了其工藝流程、 主要設(shè)計參數(shù)及處理效果， 以期為類似項目的廢水處理提供參考。

1 工程概況

某造紙法再造煙葉項目年產(chǎn)再造煙葉1.2 萬t，煙草提取物6 000 t， 特種包裝材料6 000 t。 該項目的原料主要為煙農(nóng)的未烤或初烤廢棄煙葉， 生產(chǎn)加工過程包括備料、 萃取、 濃縮、 制漿、 成型、 打包等6 大工段， 廢水主要產(chǎn)生于原料洗滌、 漿料精制及濃縮過程中。 設(shè)計采用混凝沉淀-高效氣浮-水解酸化-UASB-A／O-混凝終沉-脫色工藝進(jìn)行處理，出水達(dá)到GB／T 31962—2015《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》B 等級標(biāo)準(zhǔn)后排入市政管網(wǎng)。

2 設(shè)計規(guī)模及水質(zhì)

根據(jù)業(yè)主提供的資料， 本工程設(shè)計處理水量為2 000 m3／d， 主要為車間生產(chǎn)廢水及極少量的廠區(qū)生活污水。 廢水經(jīng)過處理后， 出水主要指標(biāo)達(dá)到GB／T 31962—2015 中的B 等級標(biāo)準(zhǔn)。 具體設(shè)計進(jìn)水和出水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

表1 設(shè)計進(jìn)、 出水水質(zhì)Tab. 1 Design influent and effluent water quality

3 工藝流程

該項目廢水主要來源于原料洗滌過程中產(chǎn)生的少量洗梗廢水， 漿料精制及濃縮過程中產(chǎn)生的一些高濃度廢水。 漿料在洗滌、 篩選及打漿過程中排放含有較多木質(zhì)素、 纖維素等降解產(chǎn)物、 有機(jī)酸等的有機(jī)廢水， 以可溶性COD 為主； 在抄造過程中產(chǎn)生的廢水， 主要含有細(xì)小纖維和添加的填料及化學(xué)品等， 這部分廢水的水量最大， 其污染物負(fù)荷低，以不溶性的COD 為主， 易于處理， 該部分廢水在生產(chǎn)車間經(jīng)纖維回收后進(jìn)行重復(fù)利用。

造紙法煙草廢水既有造紙廢水的共性如含細(xì)小纖維， 又有煙草廢水色度高、 含有對微生物生長不利的煙堿等特點。 廢水水質(zhì)隨煙草種類不同和生產(chǎn)過程波動很大， COD 和BOD5濃度高， 主要以木質(zhì)素、 纖維素和半纖維素、 果膠、 多糖和不溶性的蛋白質(zhì)為主， 同時富含焦油、 尼古丁、 酚類和苯環(huán)類物質(zhì)， 廢水可生化性尚好， 色度極深（呈紅棕色），SS 濃度較高， 硬度極高， 廢水易腐化變質(zhì)等。

根據(jù)本項目來水特點及處理要求， 經(jīng)過綜合比較， 采用混凝沉淀-高效氣浮預(yù)處理工藝， 去除廢水中的懸浮物及降低廢水硬度， 再通過水解酸化-UASB-A／O 二級生化工藝， 對廢水中的大部分有機(jī)污染物進(jìn)行降解去除， 最后通過混凝終沉-脫色深度處理工藝， 進(jìn)一步去除廢水中殘留的有機(jī)污染物、 色度， 保證出水達(dá)標(biāo)。 具體的工藝流程見圖1。

圖1 廢水處理工藝流程Fig. 1 Process flow of wastewater treatment

煙草廢水經(jīng)管道收集后自流排入1＃ 集水池，池內(nèi)設(shè)置機(jī)械格柵， 對粗大漂浮物進(jìn)行隔離去除，以防止堵塞后續(xù)設(shè)備。 然后泵提至微濾機(jī)， 通過濾網(wǎng)的過濾， 將水中大部分不溶性的懸浮物去掉， 減輕后續(xù)處理工段負(fù)荷， 保證系統(tǒng)平穩(wěn)運行。 微濾機(jī)出水投加液堿調(diào)節(jié)pH 值至10， 同時投加Na2CO3、PAC 和PAM， 充分反應(yīng)混合后， 進(jìn)入混凝脫鈣初沉池進(jìn)行固液分離。 上清液自流進(jìn)入調(diào)節(jié)池對廢水進(jìn)行均質(zhì)均量， 在調(diào)節(jié)池前端投加少量鹽酸， 調(diào)節(jié)pH 值至中性， 之后泵提至高效淺層氣浮裝置， 對廢水中大顆粒纖維及其他懸浮物進(jìn)行分離， 通過兩級分離， 懸浮物去除率大大提高， 大大減輕后續(xù)工藝的處理負(fù)荷， 氣浮出水自流至水解酸化池。

水解酸化就是利用厭氧過程的前2 個階段， 利用水解作用破壞具有生物抑制性有機(jī)物的官能團(tuán)，降低生物毒性， 通過破環(huán)、 斷鍵等將大分子有機(jī)物水解成溶解性有機(jī)物和易生物降解的小分子物質(zhì)［4］。 出水自流入后端2＃ 集水池， 在該池內(nèi)投加營養(yǎng)源以及通入蒸汽保證厭氧系統(tǒng)冬季的穩(wěn)定運行， 之后由泵提升至UASB 池。 利用厭氧微生物的新陳代謝作用將有機(jī)污染物去除， UASB 池進(jìn)水方式采用脈沖形式進(jìn)行布水。 池內(nèi)設(shè)置三相分離器，實現(xiàn)氣、 液、 固三相分離， 厭氧污泥被三相分離器截流返回至反應(yīng)器中繼續(xù)參加厭氧反應(yīng)［4－5］， 沼氣經(jīng)收集、 燃燒后高空排放。

UASB 池出水自流入A／O 池前段的缺氧區(qū)，與回流的硝化液和污泥混合， 利用反硝化細(xì)菌將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣， 釋放到大氣中達(dá)到脫氮的作用。缺氧區(qū)出水自流入好氧區(qū)， 利用硝化細(xì)菌將進(jìn)水中的氨氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮， 利用微生物的新陳代謝作用將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水， 達(dá)到去除污染物的目的。 生化池的出水自流入二沉池進(jìn)行泥水分離， 大部分污泥回流至生化池前端， 小部分剩余污泥由泵輸送至污泥濃縮池。 二沉池出水自流入混凝終沉池， 通過投加硫酸亞鐵和PAM 進(jìn)一步去除懸浮物和色度。 之后出水進(jìn)入脫色池， 通過投加NaClO 進(jìn)行脫色， 確保出水色度達(dá)標(biāo)。 脫色池出水計量后達(dá)標(biāo)排入市政管網(wǎng)。

廢水處理過程產(chǎn)生的物化污泥和剩余生化污泥收集至污泥濃縮池， 經(jīng)過調(diào)理后送至高壓隔膜板框壓濾機(jī)， 在進(jìn)泥泵的高壓輸送和壓榨以及水的二次壓榨作用下， 最終得到含水率不超過60%的脫水泥餅， 最終外運妥善處置。

4 主要構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)

（1） 格柵／1＃ 集水池。 尺寸為10.0 m×5.0 m×4.0 m， 有效水深為2.5 m， 停留時間為1.5 h， 全地下式， 池內(nèi)設(shè)置穿孔攪拌裝置， 池內(nèi)壁采用環(huán)氧樹脂玻璃鋼防腐。 設(shè)置潛水排污泵2 臺（1 用1 備），回轉(zhuǎn)式格柵除污機(jī)1 臺。

（2） 混凝脫鈣初沉池。 含反應(yīng)池2 座， 混凝池1 座， 絮凝池1 座， 平流沉淀池1 座。 尺寸為20.0 m×5.0 m×4.5 m（含泥槽）， 有效水深為4.0 m， 其中反應(yīng)池停留時間為35 min， 混凝池停留時間為20 min， 絮凝池停留時間為20 min， 沉淀池表面負(fù)荷為1.4 m3／（m2·h）， 全地上式， 池內(nèi)壁采用環(huán)氧樹脂玻璃鋼防腐。 設(shè)計PAC 投加量為100 mg／L，PAM 投加量為2.0 mg／L［6］。 設(shè)置行車式泵吸泥機(jī)機(jī)1 臺， 槳葉式攪拌機(jī)3 臺， 框式攪拌機(jī)1 臺， 排泥泵2 臺（1 用1 備）。

（3） 調(diào)節(jié)池。 設(shè)計尺寸為20.0 m × 10.0 m ×5.0 m， 有效水深為4.5 m， 設(shè)計停留時間為11 h，半地下式， 池內(nèi)壁采用環(huán)氧樹脂玻璃鋼防腐。 設(shè)置潛水排污泵2 臺（1 用1 備）， 潛水?dāng)嚢铏C(jī)4 臺。

（4） 高效氣浮裝置。 1 套， 采用高效淺層氣浮成套裝置， 鋼制防腐設(shè)備， 置于調(diào)節(jié)池之上。 沉淀區(qū)表面負(fù)荷為4.0 m3／（m2·h）， 溶氣水量為30%。

（5） 水解酸化池。 半地下式， 尺寸為12.0 m×10.0 m × 6.5 m， 有效水深為6.0 m， 停留時間為8.6 h， 污泥濃度為6 000 mg／L， 上升流速為0.86 m／h。 采用脈沖布水器進(jìn)行布水和水力攪拌。 設(shè)置脈沖布水器1 臺， 內(nèi)循環(huán)泵2 臺（1 用1 備）。

（6） UASB 池。 4 座， 半地下式， 尺寸為10.0 m×10.0 m×9.0 m， 有效水深為8.5 m， 停留時間為41 h， 污泥濃度為8 000 mg／L， 有效容積負(fù)荷為2.2 kg［COD］／（m3·d）， 反應(yīng)區(qū)上升流速為0.6 m／h，沼氣產(chǎn)率為0.5 m3／kg［COD］。 采用脈沖布水器進(jìn)行布水， 單個布水孔服務(wù)面積為0.8 m2， 脈沖布水器進(jìn)水采用配水罐進(jìn)行配水， 保證布水均勻。 設(shè)置脈沖布水器4 臺， 內(nèi)循環(huán)泵8 臺（4 用4 備）， 三相分離器4 套， 水封罐及氣液分離器各1 套。

（7） A／O 池。 2 座， 尺寸為40.0 m×10.0 m×5.8 m， 有效水深為5.0 m， 總停留時間為48 h（其中A池16.4 h， O 池31.6 h）， 污泥質(zhì)量濃度為3 000 mg／L， 氨氮負(fù)荷為0.015 kg［NH3-N］／（kg［MLSS·d］），污泥負(fù)荷為0.2 kg［COD］／（kg［MLSS］·d）， 混合液回流比為200%， 污泥回流比為100%， 氣水比為32 ∶1。 曝氣系統(tǒng)采用旋流曝氣器， 設(shè)計單套通氣量為0.5 m3／min。

（8） 二沉池。 采用平流式， 尺寸為24.0 m ×5.0 m×4.5 m（含泥槽）， 有效水深4.0 m， 沉淀區(qū)表面負(fù)荷為0.95 m3／（m2·h）。 設(shè)置行車式虹吸泥機(jī)1臺， 污泥回流泵2 臺（1 用1 備， 兼排放用）。

（9） 混凝終沉池。 尺寸為24.0 m×4.5 m×4.0 m（含泥槽）， 有效水深為3.5 m， 沉淀區(qū)采用平流式， 表面負(fù)荷為1.2 m3／（m2·h）。 設(shè)計硫酸亞鐵投加量為200 mg／L， PAM 投加量為2.0 mg／L。 設(shè)置行車式泵吸泥機(jī)1 臺， 污泥泵2 臺（1 用1 備）。

（10） 脫色池。 尺寸為16.0 m×1.5 m×3.0 m，有效水深為2.5 m， 設(shè)計停留時間為40 min， 次氯酸鈉（10%）投加量為600 mg／L。

5 運行情況

5.1 處理效果

該工程投入調(diào)試運行后， 系統(tǒng)進(jìn)水量維持在50 ～60 m3／h， 約為設(shè)計負(fù)荷的60%～70%， 進(jìn)水水質(zhì)接近原設(shè)計值。 經(jīng)過3 個多月菌種培養(yǎng)和調(diào)試， 系統(tǒng)總出水滿足相關(guān)排水指標(biāo)要求， 目前系統(tǒng)已連續(xù)投運近2 a。 各單元處理效果見表2。

5.2 運行經(jīng)驗

本工程具有如下經(jīng)驗總結(jié)與思考：

表2 調(diào)試期各單元處理效果Tab. 2 Treatment effect of each unit during commissioning

（1） 不同車間不同時段的排水量波動范圍較大， 設(shè)置足夠容積的調(diào)節(jié)池能有效緩沖各工段水量、 水質(zhì)波動的影響， 調(diào)節(jié)池內(nèi)水質(zhì)濃度維持在相對穩(wěn)定水平， 可使各處理工藝運行效果持續(xù)穩(wěn)定。

（2） “集水池-混凝脫鈣初沉池”根據(jù)來水性質(zhì)及特點， 選擇K ＝1.5 的富裕系數(shù)， 增強(qiáng)了抗沖擊負(fù)荷能力， 運行效果較好。

（3） 預(yù)處理系統(tǒng)采用“混凝脫鈣沉淀-高效淺層氣浮”的組合工藝， 提高了對SS 的去除， 同時也能去除40% 左右的非溶解性COD， 有效減少后續(xù)生化處理負(fù)荷， 減小生化池容積。

（4） 采用“調(diào)堿-碳酸鈉-鹽酸”脫鈣工藝， 保證Ca2＋在偏堿性條件下大部分轉(zhuǎn)化為碳酸鈣沉淀，控制進(jìn)入生化池的ρ（Ca2＋）≤200 mg／L， 之后利用鹽酸進(jìn)行pH 值調(diào)節(jié)， 使剩余Ca2＋在中性條件下以氯化鈣而不是硫酸鈣結(jié)晶形式溶解于水中， 既控制后續(xù)厭氧及好氧系統(tǒng)的Ca2＋濃度在適宜范圍內(nèi)，又避免厭氧系統(tǒng)投加硫酸而導(dǎo)致硫酸鹽還原菌對產(chǎn)甲烷菌的抑制作用， 實際運行效果良好。

（5） 采用碳酸鈉脫鈣， 在保證效果較好的同時補(bǔ)充了系統(tǒng)堿度， 且不會帶來pH 值明顯上升。 實際運行過程中可少加或不加鹽酸反調(diào)pH 值， 通過水解酸化和UASB 系統(tǒng)的緩沖調(diào)節(jié)， 同樣能起到較好效果， 大幅提高了水解酸化和厭氧系統(tǒng)處理效果， 同時節(jié)約藥劑。

（6） 針對廢水硬度較高的特點， 沉淀池選擇具有沉淀效果好， 且通過渠道及過水孔配水的平流式沉淀池， 避免了輻流式沉淀池預(yù)埋池底的配水管及排泥管在長時間的運行狀態(tài)下鈣鎂離子結(jié)垢導(dǎo)致堵塞， 而無法檢修的情況發(fā)生。

6 經(jīng)濟(jì)分析

本工程總投資約為1 800 萬元， 其中土建投資1 100 萬元（不含地基處理）， 設(shè)備安裝投資700 萬元， 噸水投資約為9 000 元／m3。 本項目主要運行費用為3.47 元／t， 包括人工費0.25 元／t、 電費0.93元／t， 藥劑費等直接運行費用， 其他廠區(qū)提供的儀表空氣、 循環(huán)冷卻水、 折舊、 大修等不計。

7結(jié)語

采用混凝沉淀-高效氣浮-水解酸化-UASB-A／O-混凝終沉-脫色組合工藝處理造紙法煙草廢水，系統(tǒng)總出水COD、 NH3-N、 SS、 Ca2＋的質(zhì)量濃度分別為400 ～450、 20 ～30、 50 ～80、 80 mg／L， 色度為50 倍， 各出水水質(zhì)指標(biāo)均能穩(wěn)定達(dá)到GB／T 31962—2015 中的B 等級規(guī)定。 本項目通過強(qiáng)化預(yù)處理工藝措施， 降低廢水硬度、 懸浮物、 色度、 生物抑制性因子 （煙堿等）， 同時通過水解酸化工藝提高廢水可生化性， 保證厭氧及好氧系統(tǒng)的穩(wěn)定。