生物活性炭技術在煙草廢水深度處理中的應用

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

關鍵詞：生物活性炭煙草廢水深度處理中水回用

中圖分類號：X791文獻標識碼：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

卷煙廠在生產過程中會產生大量的生活廢水和性質獨特的工業廢水，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、木質素，導致SS、色度高;香精香料、糖料等物質導致廢水中難降解有機物含量增高，增加了處理難度[1]。廠區污水經過一級處理后達標排放是基本要求，如何做到深度處理，將污水進行回用，進一步減少污染物的排放，節約水資源，是煙草行業一個值得研究和探索的課題。

目前，國內卷煙廠普遍采用生化處理+MBR膜技術，處理后的污水能達到中水回用標準[2]，但投資成本高，后期運維成本大，經濟適用性不強。該項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，改造成串聯運行的中水處理站，生物活性炭孔隙發達、表面積大，附著在活性炭表面的微生物能發揮出生物降解及物理吸附能力[3]，可提升廢水有機物生化的比率，有效去除煙草廢水色度。

1工程概況

某卷煙廠工業污水和生活污水統一收集至廠內污水處理站，污水處理采用A/O工藝，處理后水質達到國家一級排放標準[4]。該卷煙廠擬將污水處理站末端處理過的達標污水再進行深度處理，繼而滿足中水回用相關標準，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+調節池+生物曝氣濾池+混凝沉淀+多介質過濾器+消毒。工藝設備處理系統按Q=15m3/h進行設計，系統內設施按24h連續運行配置。

2 工藝設計

2.1 設計目標

該工程進水水質為原污水處理站末端出水，設計出水標準滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質》（GB/T18920-2020）[5]。進水及出水指標見表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。針對不同水質的治理工程中也可采取多項治理技術，但煙草廢水特點明確，主要控制指標為CODcr、色度、BOD5、NH3-N、SS與總大腸菌群等，上述項目指標治理合格，則其他指標也可相應達標。分析了各種治理技術的可行性后，設計了以下處理工藝，具體流程見圖1。

經過處理的污水處理站出水通過管網自流進入該中水回用系統。首先是進入污水調節池，自行調節水質水量。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和高色度;出水自流進入混凝反應池，通過投加適量的絮凝劑對污水進行反應，反應完成后的出水自流進入沉淀池進行固液分離，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;出水自流進入中水調節池，通過二氧化氯發生器投加一定量的消毒劑進行消毒殺菌處理，處理出水即可達到回用要求。出水進入回用水池備用，通過變頻供水系統，將處理出水以動力方式至有需要的地點。

設施在運行過程中會將部分污染物降解形成污泥，產生的污泥主要聚集于沉淀池，污泥定期用污泥泵抽出，交由有資質第三方處理。

生物活性炭系統與石英砂過濾器定期進行反沖洗，反沖洗水回流至污水調節池進行二次處理。整體污水處理回用系統采用自動控制，自動水位控制進水與變頻控制供水結合。

3 主要構筑物設計

3.1 污水調節池

用于收集并調節水量和均勻水質，提高整個系統的抗沖擊性，同時可均衡后續處理單元的處理水量，使廢水能比較均勻地進入后續處理單元。所有污水排水自流進入池內，池進水口設置細格柵，用以去除大顆粒雜質;內部安裝原水提升泵及液位控制器等設備，廢水由原水提升泵使其增壓，并按調試好的設計流量均勻送入后級處理設備，池內設置浮球液位控制器，控制水泵的啟停。調節池為鋼砼結構池體，池內凈尺寸為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污染物的機率，延長有機物的停留時間，強化生物降解作用，將炭表面吸附的有機物去除[6]。濾池主體采用降流式濾床形式設計的，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定，而且效率高、耐沖擊負荷占地小、操作管理簡便易行且運轉費低。濾池內活性炭不需再生，只要定期進行反沖，保持生物膜厚度適當即可;活性炭使用壽命5年左右，處理效果可保持不降低。濾池材質為Q235A碳素結構鋼，數量為2套，單臺處理能力為6.5 m3/h，運行方式為并聯設計，有效容積為12.5 m3，容積負荷為0.32 kg/ m3·d，3～4天反沖洗一次，曝氣方式為鼓風曝氣（曝氣頭），氧利用率為21%，活性炭數量為5.0 m3，配套2臺鼓風機、1臺反沖洗泵。

3.3 混凝反應與沉淀池

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與水分離，使水中小顆粒的懸浮性有機物及機械雜質，通過反應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與污水進行充分混合及反應，以提高系統設備處理效率[7]。設備為人工啟動，原水提升泵停運時，連鎖停止加藥裝置的運行。加藥裝置設備主要由藥液攪拌儲存箱、攪拌機、計量泵、管閥件、底座等部件構成。材質為Q235A碳素結構鋼，數量為1套，沉淀方式為平流式+斜管沉淀斜管，配套設備為雙組型投藥裝置1臺，攪拌系統2臺。

3.4石英砂過濾器

石英砂過濾器設備是選用無煙煤、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、化學性能穩定，是化學水處理的理想產品[8]。

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

3.5 二氧化氯發生器

在該工程設計中，選用新一代化學法二氧化氯發生器設備，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，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]。

反應器采用了進口高強度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。反應器設置內凈尺寸： 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中水調節池（變頻供水系統）

中水調節池收集經過處理后的達標出水，在需要進行綠化、沖洗道路等用途時，通過配套的變頻供水系統等設備提供水源。池體為鋼筋混凝土結構池，埋地式室內設置，內凈尺寸為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與水泵結合的新型機電一體化供水設備，以滿足中水回用管網中的用水壓力及及水量要求，使整個系統始終保持高效節能的最佳狀態。該設備由可編程控制器、變頻器、控制電路及真空引水裝置、氣壓罐、水泵、底座等組成，具有高效節能的優點。出水接至回用水管網，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。設備供水能力為0～12.5 m3/h，設備工作壓力≤0.45MPa，流量Q=14.4 m3/h，揚程H=48m，功率N=4.0 kW，轉速為2900r.p.m。

3.8污泥處理系統

生物濾池、多介質過濾器反洗排水排入污泥收集池，上清液回流至調節池，重力濃縮后的污泥采用風機供氣曝氣進行污泥好氧消化處理，好氧消化后的污泥定期由有資質第三方抽吸清理。

4運行分析

4.1 處理效果

該工程經過調試及試運行3個月，試運行期間來水量維持在20 m3/h左右，進水水質滿足設計標準，進水負荷在70%～80%之間。目前該工程項目已穩定運行1年左右，每天在各處理單元進出口取樣檢測分析一次，通過收集近一個月的監測數據，平均出水水質滿足設計標準，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BOD5和NH3-N方面也達到了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的處理效率達到68.1%。

4.2 運行費用

4.2.1 電費

以中水處理站每天正常運行24h計算，設備運行總功率為103.15 kWh，工業用電以0.80元/ kWh計算，則電費成本：P1=103.15×0.80÷250=0.324元/t。

4.2.2 藥劑費

消毒發生器需要定期投鹽和工業鹽酸，根據二氧化氯發生器消耗的鹽量，污水消耗的藥品費用為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計算，折合污水處理費用約為0.066元/t。

則藥劑使用費用：P2=0.149元/t。

4.2.3 人工費

整套處理設施實現自動化處理，主要工作包括：運行維護、常規檢查等。管理工作由現有的卷煙廠污水處理站工作人員兼職，此處費用不再另行列出。

4.2.4 總費用

按實際情況一年運行365a，每天制水250 m3，據此得出該工程總運行費用：

P=（P1+P2）×250×365=4.32萬元/a（不含設施折舊費用）。

4.3 經濟和生態效益

4.3.1 經濟效益分析

工程設計日處理量為250 m3/d，當地工業自來水價格3.8元，按處理出水實現全部回用計算，則日創造經濟效益950元，按年運行365天計算，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 環境效益分析

污水經過本工程處理后，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，實現周邊環境的協調發展。

5結論

（1）該工程是在原有污水處理站的基礎上進行深度處理，與原污水處理站串聯運行，不需對原污水處理站進行改造，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，關閉中水處理站，節約成本。

（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，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滿足企業綠化灌溉、沖洗道路等需求，每年產生可觀的經濟效益和生態效益，為國內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例。

參考文獻

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作者簡介：周俊曉（1983—），男，碩士，工程師，研究方向為煙草行業環保管理及污染物控制技術。