生物活性炭技術(shù)在煙草廢水深度處理中的應(yīng)用

摘要：卷煙廠在生產(chǎn)過程中的洗梗、烘絲等環(huán)節(jié)會產(chǎn)生高色度、富含細(xì)小煙草纖維顆粒的廢水，在加香精香料環(huán)節(jié)會產(chǎn)生高濃度難降解有機(jī)物，采用普通污水處理工藝很難有效去除。N卷煙廠設(shè)計(jì)了一種煙草廢水深度處理工藝，是將原本經(jīng)過初步處理已經(jīng)達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)的污水，再進(jìn)行末端改造，加裝一套生物活性炭+石英砂過濾的組合處理技術(shù)，去除污水中的色度、難降解有機(jī)物等污染物，達(dá)到中水回用的標(biāo)準(zhǔn)后用于廠內(nèi)綠化灌溉、道路沖洗等方面。該工程改造難度低，投資費(fèi)用小，煙草廢水色度的處理效率達(dá)到85.2%，BOD5和NH3-N處理效率也達(dá)到了48.5%和48.3%，為國內(nèi)有中水回用需求的卷煙廠提供工程實(shí)例參考。

關(guān)鍵詞：生物活性炭煙草廢水深度處理中水回用

中圖分類號：X791文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

Application of Biological Activated Carbon Technology in Advanced Treatment of Tobacco Wastewater

ZHOU Junxiao

（NangJing Cigarette Factory of China Tobacco Jiangsu Industrial Co.，LTD，Nanjing，Jiangsu Province，210019 China）

Abstract： In the process of production， cigarette factories can produce wastewater with high chromaticity and small tobacco fiber particles in the process of stem washing and drying. In the flavoring and flavoring process， high concentration of refractory organic matter will be produced. The ordinary sewage treatment process is difficult to effectively remove. An advanced treatment process of tobacco wastewater was designed in N-cigarette factory， which is to transform the original sewage that has reached the national first-class discharge standard after preliminary treatment， and then install a set of combined treatment technology of biological activated carbon + quartz sand filtration to remove the pollutants such as chromaticity and refractory organic matter in the sewage， which can be used for greening and irrigation in the plant after reaching the standard of reclaimed water reuse Road flushing， etc. The project has low transformation difficulty and low investment cost. The treatment efficiency of tobacco wastewater chroma reaches 85.2%， and the treatment efficiency of BOD5 and NH3-N also reaches 48.5% and 48.3%， which provides an engineering example reference for domestic cigarette factories with reclaimed water reuse demand.

Key words： Biological activated carbon;Tobacco wastewater;Advanced processing;Water Reuse

卷煙廠在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的生活廢水和性質(zhì)獨(dú)特的工業(yè)廢水，煙草廢水的可生化性極差，膨脹煙絲和洗梗水量小，生物堿和酚類濃度高;黏合白膠廢水，COD含量高;大量的煙末的纖維素、木質(zhì)素，導(dǎo)致SS、色度高;香精香料、糖料等物質(zhì)導(dǎo)致廢水中難降解有機(jī)物含量增高，增加了處理難度[1]。廠區(qū)污水經(jīng)過一級處理后達(dá)標(biāo)排放是基本要求，如何做到深度處理，將污水進(jìn)行回用，進(jìn)一步減少污染物的排放，節(jié)約水資源，是煙草行業(yè)一個值得研究和探索的課題。

目前，國內(nèi)卷煙廠普遍采用生化處理+MBR膜技術(shù)，處理后的污水能達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)[2]，但投資成本高，后期運(yùn)維成本大，經(jīng)濟(jì)適用性不強(qiáng)。該項(xiàng)目介紹了某卷煙廠一種深度處理工藝，在原污水處理站末端，加裝一套生物活性炭+砂濾組合工藝，改造成串聯(lián)運(yùn)行的中水處理站，生物活性炭孔隙發(fā)達(dá)、表面積大，附著在活性炭表面的微生物能發(fā)揮出生物降解及物理吸附能力[3]，可提升廢水有機(jī)物生化的比率，有效去除煙草廢水色度。

1工程概況

某卷煙廠工業(yè)污水和生活污水統(tǒng)一收集至廠內(nèi)污水處理站，污水處理采用A/O工藝，處理后水質(zhì)達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)[4]。該卷煙廠擬將污水處理站末端處理過的達(dá)標(biāo)污水再進(jìn)行深度處理，繼而滿足中水回用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，用于綠化灌溉、清洗路面、洗車等。中水回用量按250 m3/d，工藝采用格柵+調(diào)節(jié)池+生物曝氣濾池+混凝沉淀+多介質(zhì)過濾器+消毒。工藝設(shè)備處理系統(tǒng)按Q=15m3/h進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)內(nèi)設(shè)施按24h連續(xù)運(yùn)行配置。

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

該工程進(jìn)水水質(zhì)為原污水處理站末端出水，設(shè)計(jì)出水標(biāo)準(zhǔn)滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T18920-2020）[5]。進(jìn)水及出水指標(biāo)見表1。

2.2 工藝流程

中水回用采用的治理工藝多種多樣，如氣浮、過濾、超濾、反滲透等。針對不同水質(zhì)的治理工程中也可采取多項(xiàng)治理技術(shù)，但煙草廢水特點(diǎn)明確，主要控制指標(biāo)為CODcr、色度、BOD5、NH3-N、SS與總大腸菌群等，上述項(xiàng)目指標(biāo)治理合格，則其他指標(biāo)也可相應(yīng)達(dá)標(biāo)。分析了各種治理技術(shù)的可行性后，設(shè)計(jì)了以下處理工藝，具體流程見圖1。

經(jīng)過處理的污水處理站出水通過管網(wǎng)自流進(jìn)入該中水回用系統(tǒng)。首先是進(jìn)入污水調(diào)節(jié)池，自行調(diào)節(jié)水質(zhì)水量。然后通過一級提升泵將污水提升至生物活性炭濾池，去除大部分污染物質(zhì)和高色度;出水自流進(jìn)入混凝反應(yīng)池，通過投加適量的絮凝劑對污水進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)完成后的出水自流進(jìn)入沉淀池進(jìn)行固液分離，上清液泵入砂濾罐過濾，過濾去除沒有沉淀完全的少部分SS物質(zhì);出水自流進(jìn)入中水調(diào)節(jié)池，通過二氧化氯發(fā)生器投加一定量的消毒劑進(jìn)行消毒殺菌處理，處理出水即可達(dá)到回用要求。出水進(jìn)入回用水池備用，通過變頻供水系統(tǒng)，將處理出水以動力方式至有需要的地點(diǎn)。

設(shè)施在運(yùn)行過程中會將部分污染物降解形成污泥，產(chǎn)生的污泥主要聚集于沉淀池，污泥定期用污泥泵抽出，交由有資質(zhì)第三方處理。

生物活性炭系統(tǒng)與石英砂過濾器定期進(jìn)行反沖洗，反沖洗水回流至污水調(diào)節(jié)池進(jìn)行二次處理。整體污水處理回用系統(tǒng)采用自動控制，自動水位控制進(jìn)水與變頻控制供水結(jié)合。

3 主要構(gòu)筑物設(shè)計(jì)

3.1 污水調(diào)節(jié)池

用于收集并調(diào)節(jié)水量和均勻水質(zhì)，提高整個系統(tǒng)的抗沖擊性，同時可均衡后續(xù)處理單元的處理水量，使廢水能比較均勻地進(jìn)入后續(xù)處理單元。所有污水排水自流進(jìn)入池內(nèi)，池進(jìn)水口設(shè)置細(xì)格柵，用以去除大顆粒雜質(zhì);內(nèi)部安裝原水提升泵及液位控制器等設(shè)備，廢水由原水提升泵使其增壓，并按調(diào)試好的設(shè)計(jì)流量均勻送入后級處理設(shè)備，池內(nèi)設(shè)置浮球液位控制器，控制水泵的啟停。調(diào)節(jié)池為鋼砼結(jié)構(gòu)池體，池內(nèi)凈尺寸為3.5m×4.0m×4.0m，有效水深為3.0m，有效容積為42 m3，停留時間為4.0h。

3.2 生物活性炭濾池

利用活性炭的吸附特性，將廢水中的微生物及溶解氧等吸附于炭的表面，增加微生物降解有機(jī)污染物的機(jī)率，延長有機(jī)物的停留時間，強(qiáng)化生物降解作用，將炭表面吸附的有機(jī)物去除[6]。濾池主體采用降流式濾床形式設(shè)計(jì)的，具有吸附、生物降解和過濾處理的綜合作用，不但可保證處理效果穩(wěn)定，而且效率高、耐沖擊負(fù)荷占地小、操作管理簡便易行且運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)低。濾池內(nèi)活性炭不需再生，只要定期進(jìn)行反沖，保持生物膜厚度適當(dāng)即可;活性炭使用壽命5年左右，處理效果可保持不降低。濾池材質(zhì)為Q235A碳素結(jié)構(gòu)鋼，數(shù)量為2套，單臺處理能力為6.5 m3/h，運(yùn)行方式為并聯(lián)設(shè)計(jì)，有效容積為12.5 m3，容積負(fù)荷為0.32 kg/ m3·d，3～4天反沖洗一次，曝氣方式為鼓風(fēng)曝氣（曝氣頭），氧利用率為21%，活性炭數(shù)量為5.0 m3，配套2臺鼓風(fēng)機(jī)、1臺反沖洗泵。

3.3 混凝反應(yīng)與沉淀池

加藥裝置用于向水中投加PAC，通過投加藥劑使廢水中的有害物質(zhì)與水分離，使水中小顆粒的懸浮性有機(jī)物及機(jī)械雜質(zhì)，通過反應(yīng)聚集成較大的絮狀顆粒，以便于過濾及吸附去除，藥液將在管道混合器內(nèi)與污水進(jìn)行充分混合及反應(yīng)，以提高系統(tǒng)設(shè)備處理效率[7]。設(shè)備為人工啟動，原水提升泵停運(yùn)時，連鎖停止加藥裝置的運(yùn)行。加藥裝置設(shè)備主要由藥液攪拌儲存箱、攪拌機(jī)、計(jì)量泵、管閥件、底座等部件構(gòu)成。材質(zhì)為Q235A碳素結(jié)構(gòu)鋼，數(shù)量為1套，沉淀方式為平流式+斜管沉淀斜管，配套設(shè)備為雙組型投藥裝置1臺，攪拌系統(tǒng)2臺。

3.4石英砂過濾器

石英砂過濾器設(shè)備是選用無煙煤、沸石及石英砂濾料，并選用不同粒徑的濾料，自上而下逐漸分配，利用深層過濾原理，使水中的懸浮物被截留的一種壓力式過濾器，以確保水中的濁度的穩(wěn)定。石英砂濾料采用天然石英礦石加工精制而成，多棱角、截污能力強(qiáng)、化學(xué)性能穩(wěn)定，是化學(xué)水處理的理想產(chǎn)品[8]。

該裝置主要用于去除出水中較細(xì)小的煙草固體顆粒和其他懸浮在水中的微小雜質(zhì)。石英砂過濾具有強(qiáng)度高、過濾流速高、反沖洗方便和效果穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，從而使其對進(jìn)水的過濾凈化功能大大增強(qiáng)，提高了出水的水質(zhì)狀況。鋼制設(shè)備室內(nèi)布置，定時反洗，內(nèi)裝卵石填層及石英砂、沸石、無煙煤濾料。設(shè)備材質(zhì)為Q235A碳素結(jié)構(gòu)鋼，外形為Ф1200×4200 mm，數(shù)量為1套，處理能力為15 m3/h，主要過濾介質(zhì)為精選石英砂，數(shù)量為1t，濾速為8～10m/h，濾料反洗膨脹高度為30%～40%，反洗強(qiáng)度為12L/m2·s，粒徑規(guī)格為φ0.5～1.0mm。

3.5 二氧化氯發(fā)生器

在該工程設(shè)計(jì)中，選用新一代化學(xué)法二氧化氯發(fā)生器設(shè)備，它以氯酸鈉或亞氯酸鈉和31%的鹽酸為原料，在特定的條件下反應(yīng)，生成帶壓力的二氧化氯水溶液，二氧化氯易溶于水，在水中不分解，殺菌效果不受pH值影響，能直接投加到有壓力的待處理水中[9]。

反應(yīng)器采用了進(jìn)口高強(qiáng)度PVC、聚四氟乙烯、鈦合金等對二氧化氯溫定的材料加工而成，使用壽命10年以上。反應(yīng)器設(shè)置內(nèi)凈尺寸： 4.0m×1.0m×4.0m;有效水深H=3.0m;有效容積V=12 m3，停留時間為68.6 min 。

3.6中水調(diào)節(jié)池（變頻供水系統(tǒng)）

中水調(diào)節(jié)池收集經(jīng)過處理后的達(dá)標(biāo)出水，在需要進(jìn)行綠化、沖洗道路等用途時，通過配套的變頻供水系統(tǒng)等設(shè)備提供水源。池體為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)池，埋地式室內(nèi)設(shè)置，內(nèi)凈尺寸為14.0m×5.0m×4.0m，有效水深H=3.5 m，有效容積V=238 m3，停留時間為22.67h。

3.7 變頻供水泵

該裝置是利用可編程控制技術(shù)與水泵結(jié)合的新型機(jī)電一體化供水設(shè)備，以滿足中水回用管網(wǎng)中的用水壓力及及水量要求，使整個系統(tǒng)始終保持高效節(jié)能的最佳狀態(tài)。該設(shè)備由可編程控制器、變頻器、控制電路及真空引水裝置、氣壓罐、水泵、底座等組成，具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)。出水接至回用水管網(wǎng)，用于廁所沖洗、道路沖洗、綠化用水等。

該裝置配備2臺立式多級變頻離心泵，出水一路接至回用水管網(wǎng)。設(shè)備供水能力為0～12.5 m3/h，設(shè)備工作壓力≤0.45MPa，流量Q=14.4 m3/h，揚(yáng)程H=48m，功率N=4.0 kW，轉(zhuǎn)速為2900r.p.m。

3.8污泥處理系統(tǒng)

生物濾池、多介質(zhì)過濾器反洗排水排入污泥收集池，上清液回流至調(diào)節(jié)池，重力濃縮后的污泥采用風(fēng)機(jī)供氣曝氣進(jìn)行污泥好氧消化處理，好氧消化后的污泥定期由有資質(zhì)第三方抽吸清理。

4運(yùn)行分析

4.1 處理效果

該工程經(jīng)過調(diào)試及試運(yùn)行3個月，試運(yùn)行期間來水量維持在20 m3/h左右，進(jìn)水水質(zhì)滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)水負(fù)荷在70%～80%之間。目前該工程項(xiàng)目已穩(wěn)定運(yùn)行1年左右，每天在各處理單元進(jìn)出口取樣檢測分析一次，通過收集近一個月的監(jiān)測數(shù)據(jù)，平均出水水質(zhì)滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，各處理單元平均去除率見表2，

從表中可以看出，生物活性炭濾池在處理煙草廢水色度的處理效率為85.2%，在處理生化指標(biāo)BOD5和NH3-N方面也達(dá)到了48.5%和48.3%，而CODcr的去除效率只有26.3%，石英砂濾池在去除煙草廢水中顆粒較小懸浮物ss的處理效率達(dá)到68.1%。

4.2 運(yùn)行費(fèi)用

4.2.1 電費(fèi)

以中水處理站每天正常運(yùn)行24h計(jì)算，設(shè)備運(yùn)行總功率為103.15 kWh，工業(yè)用電以0.80元/ kWh計(jì)算，則電費(fèi)成本：P1=103.15×0.80÷250=0.324元/t。

4.2.2 藥劑費(fèi)

消毒發(fā)生器需要定期投鹽和工業(yè)鹽酸，根據(jù)二氧化氯發(fā)生器消耗的鹽量，污水消耗的藥品費(fèi)用為0.083元/t。

PAC、PAM等絮凝劑每噸污水的消耗量約為0.01kg，按市價6.6元/kg計(jì)算，折合污水處理費(fèi)用約為0.066元/t。

則藥劑使用費(fèi)用：P2=0.149元/t。

4.2.3 人工費(fèi)

整套處理設(shè)施實(shí)現(xiàn)自動化處理，主要工作包括：運(yùn)行維護(hù)、常規(guī)檢查等。管理工作由現(xiàn)有的卷煙廠污水處理站工作人員兼職，此處費(fèi)用不再另行列出。

4.2.4 總費(fèi)用

按實(shí)際情況一年運(yùn)行365a，每天制水250 m3，據(jù)此得出該工程總運(yùn)行費(fèi)用：

P=（P1+P2）×250×365=4.32萬元/a（不含設(shè)施折舊費(fèi)用）。

4.3 經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益

4.3.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

工程設(shè)計(jì)日處理量為250 m3/d，當(dāng)?shù)毓I(yè)自來水價格3.8元，按處理出水實(shí)現(xiàn)全部回用計(jì)算，則日創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益950元，按年運(yùn)行365天計(jì)算，年度增加效益約為34.675萬元，該工程總投資56.8萬元，性價比高。

4.3.2 環(huán)境效益分析

污水經(jīng)過本工程處理后，由表2核算出，可削減CODcr排放量4.7t/a、BOD5排放量1.15t/a、SS排放量5.15t/a、NH3-N排放量1.35t/a，大大減少了對周邊環(huán)境水體的污染，同時，凈化后的出水作為再利用水資源，可用于綠化、馬路沖洗用水，也可作為活水注入景觀湖中，實(shí)現(xiàn)周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

5結(jié)論

（1）該工程是在原有污水處理站的基礎(chǔ)上進(jìn)行深度處理，與原污水處理站串聯(lián)運(yùn)行，不需對原污水處理站進(jìn)行改造，投入低，施工及改造難度小，并且在陰雨天氣或其他原因不需要綠化等中水回用時，關(guān)閉中水處理站，節(jié)約成本。

（2）鑒于煙草廢水的特殊性，污染物的可生化性較差、SS、色度高，采用生物活性炭技術(shù)，在深度處理工藝中加入一套生物活性炭濾池+砂濾組合，煙草廢水色度的處理效率為85.2%，BOD5和NH3-N處理效率也達(dá)到了48.5%和48.3%，去除各種污染物約12.35t/a，處理效果顯著。

（3）該工程改造后處理水質(zhì)滿足企業(yè)綠化灌溉、沖洗道路等需求，每年產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益，為國內(nèi)有污水深度處理需求的卷煙廠提供可參考和借鑒的工程實(shí)例。

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作者簡介：周俊曉（1983—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)闊煵菪袠I(yè)環(huán)保管理及污染物控制技術(shù)。