煙草廢水處理及再生回用技術(shù)探討

1、煙草廢水處理及再生回用技術(shù)探討江蘇中煙工業(yè)公司徐州卷煙廠綜合管理處 周平關(guān)鍵詞：廢水處理；再生回用；膜生物反應(yīng)器；膜組件摘 要：對(duì)于煙草加工企業(yè)產(chǎn)生的廢水特點(diǎn)進(jìn)行了分析，通過對(duì)不同廢水處理工藝對(duì)比分析，以及對(duì)煙草生產(chǎn)廢水進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)等，開發(fā)了以膜生物反應(yīng)器為核心的煙草行業(yè)污水再生回用工藝技術(shù)和反滲透技術(shù)。經(jīng)分析，煙草廢水處理宜選用膜-生物反應(yīng)器，并利用該反應(yīng)器建立了煙草加工企業(yè)水系統(tǒng)循環(huán)、處理及回用系統(tǒng)工藝流程。經(jīng)過膜生物反應(yīng)器一級(jí)處理后的出水COD、濁度、色度等水質(zhì)指標(biāo)可以滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過進(jìn)一步深化處理的水可用于鍋爐和空調(diào)。目前，煙草行業(yè)的大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)，對(duì)于水資源實(shí)行的仍是較粗放管理模式

2、。其主要原是：對(duì)水資源缺乏科學(xué)、成熟的分級(jí)和循環(huán)使用規(guī)范，導(dǎo)致水資源使用不科學(xué)，綜合利用效率低；現(xiàn)有用水設(shè)施技術(shù)落后，節(jié)水型器具普及率低，造成水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。同時(shí)，廢水排放也加重了對(duì)水環(huán)境的污染；卷煙加工企業(yè)使用的水費(fèi)占直接生產(chǎn)成本的比例不足0.5%，廢水處理沒有引起足夠的重視。許多企業(yè)很少對(duì)廢水進(jìn)行全面綜合治理，只是繳納一定排污費(fèi)后直接排入市政污水管網(wǎng)，廢水處理再生回用的企業(yè)則更少。在當(dāng)前建立資源節(jié)約型和環(huán)境友好型的社會(huì)大環(huán)境下，煙草加工企業(yè)廢水處理及再生回用已逐漸引起了高度重視。1 煙草加工企業(yè)廢水特點(diǎn)(1)廢水成分復(fù)雜，處理難度較大。煙草加工企業(yè)的廢水主要來源于卷煙生產(chǎn)過程中廢水和廠區(qū)內(nèi)

3、生活廢水兩個(gè)部分。其中，生產(chǎn)廢水中含有大量細(xì)小懸浮物、木質(zhì)素、煙堿、糖類物質(zhì)、少量的膠體、芳香類等物質(zhì)。因此，生產(chǎn)廢水具有污染物濃度高、色度高、成分復(fù)雜等特點(diǎn)，故采用傳統(tǒng)工藝僅能實(shí)現(xiàn)廢水處理的達(dá)標(biāo)排放，較難達(dá)到再生回用水標(biāo)準(zhǔn)。(2)年用水量較大，廢水產(chǎn)生量也相對(duì)較大。據(jù)調(diào)查，煙草加工企業(yè)的廢水排放量通常為0.350.60m3/50000支，國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)的年生產(chǎn)規(guī)模在250500億支左右，據(jù)此計(jì)算，其年廢水排放量達(dá)175600km3。以徐州卷煙廠為例，年生產(chǎn)規(guī)模287.5億支，根據(jù)2005年8月2006年8月自來水的實(shí)際使用量統(tǒng)計(jì)(表1)，實(shí)際用水量20125m3×12個(gè)月=2415

4、00m3/年，主要包括生活用水6541m3，占總用水量的32.5%；生產(chǎn)用水13328m3，占總用水量的66.23%；其它用水256m3，占總用水量的1.27%。表1 徐州卷煙廠主要用水點(diǎn)月平均使用量用水類別主要用水點(diǎn)用水量（m3）比例（%）生活用水食堂17658.77澡堂477623.73生產(chǎn)用水辦公樓6523.24一車間312015.5二車間1020.51三車間7363.66鍋爐509625.32空調(diào)296914.75服務(wù)6533.24其它用水廠區(qū)道路清洗、澆灌植被、噴泉等2561.27總計(jì)201251002 煙草加工企業(yè)廢水處理及再生回用工藝選擇通過對(duì)不同廢水處理工藝進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)垃圾

5、廢液、市政廢水、石化廢水等應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行調(diào)研，以及針對(duì)煙草生產(chǎn)廢水進(jìn)行分析化驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)等，探索出了當(dāng)前比較適合煙草廢水處理及再生回用的經(jīng)濟(jì)且可靠的工藝技術(shù)，即膜生物反應(yīng)器處理技術(shù)。該技術(shù)與其他廢水處理工藝比較見表2。 表2 不同廢水處理及再生回用工藝特點(diǎn)比較 工藝類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用范圍性價(jià)比膜-生物反應(yīng)器出水水質(zhì)優(yōu)且波動(dòng)小1，容積負(fù)荷高，占地面積小，系統(tǒng)流程緊湊；污泥負(fù)荷低，產(chǎn)污泥量低；自控程度高，運(yùn)行管理方便。氣水比高，需對(duì)膜絲進(jìn)行反洗，能耗及運(yùn)行費(fèi)用較高。適用各種場(chǎng)地、水量、水質(zhì)等情況；處理后的水達(dá)到城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)（GB 18920-2002）2，可作為雜用水回用3，4。高曝氣

6、生物濾池出水水質(zhì)較好；運(yùn)行可靠性高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；無污泥膨脹問題；占地面積小。需反沖洗，運(yùn)行方式比較復(fù)雜；反沖水量較大。小規(guī)模廢水處理工程；處理后的水達(dá)到城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)（GB 18920-2002），可作為低質(zhì)雜用水回用。較高生物接觸氧化工藝抗沖擊負(fù)荷能力高，運(yùn)行穩(wěn)定；容積負(fù)荷高，占地面積?。晃勰喈a(chǎn)量較低；無需污泥回流，運(yùn)行管理簡單。部分脫落生物膜造成出水中的懸浮固體濃度高。適用場(chǎng)地小、水量小、水質(zhì)波動(dòng)較大和微生物不易培養(yǎng)等情況；需要進(jìn)一步處理，才能作為低質(zhì)雜用水回用。中活性污泥法適應(yīng)不同性質(zhì)的廢水處理。運(yùn)行穩(wěn)定性差，易發(fā)生污泥膨脹和流失，分離效果不理想。適用場(chǎng)地大、水量

7、大、水質(zhì)波動(dòng)較大和微生物不易培養(yǎng)等情況；不能作為質(zhì)雜用水回用。較低簡易生化處理工藝造價(jià)低，動(dòng)力消耗低，管理簡單。出水COD、BOD等理化指標(biāo)不能確保達(dá)標(biāo)。作為廢水處理的前期過渡處理；不能作為質(zhì)雜用水回用。低3 膜生物反應(yīng)器膜生物反應(yīng)器技術(shù)是由廢水生物處理技術(shù)與膜分離技術(shù)結(jié)合而成的新型高效廢水處理技術(shù)3，由于其出水水質(zhì)優(yōu)良、可以直接回用、裝置占地面積小、二次污染小、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，在廢水再生利用方面具有良好的應(yīng)用前景。3.1 膜組件簡介如圖1所示，膜組件由成千根膜絲和圓形外壁構(gòu)成一個(gè)膜元件，許多膜元件通過管網(wǎng)聯(lián)接構(gòu)成一個(gè)膜組件。膜組件置于生物反應(yīng)池的外面，通過膜絲的過濾，實(shí)現(xiàn)污染物與水的分離

8、。膜材質(zhì)有PVC、PE、PVDF；膜通量為1.01.5m3/d（表示膜的處理能力，即膜每天能夠透過的合格水量），膜壓差為520kPa，截留分子量15萬道爾頓(Dalton)；毛細(xì)管內(nèi)徑35.2mm；單支膜組件面積30m2；單支膜組件大小200mm×3000mm(×H)。水的回收率大于90%，包括反沖洗用水。該組件的主要特點(diǎn)：封閉系統(tǒng)設(shè)計(jì)，膜組件與生物反應(yīng)器分開，便于膜組件的清洗、更換等，維護(hù)操作簡單安全，易于控制；泵的工作壓力可隨膜組件的變化而變化，使其處于高效率區(qū)，增大膜的透水量（為浸沒式的23倍）5；采用氣提方式可降低進(jìn)水泵的揚(yáng)程，降低錯(cuò)流能耗；在污泥回流過程中，通過泵

9、回流和氣體產(chǎn)生的高剪切作用使污泥絮體的平均尺寸減小，且不影響微生物的活性；采用抗污染管式膜組件，可減緩膜的污染，膜的使用壽命大于5年；適用于大規(guī)模工業(yè)化系統(tǒng)，不受生物反應(yīng)器的限制，便于系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 圖1 膜組件圖片3.2 膜組件的工作原理膜組件的工作原理如圖2所示，經(jīng)過充分預(yù)處理和生物有效降解的廢水，由泵從生物濾池泵入膜組件，通過膜的過濾，完成廢水中污染物與水的分離。其中，水分子通過膜絲微細(xì)孔的過濾，然后匯集到收集管，由泵泵入中間水池；被膜絲隔離的污染物由部分廢水?dāng)y帶，以濃縮液的形式返回生物濾池，從而完成一個(gè)流程污染物與水的分離過程。如此周而復(fù)始地循環(huán)往復(fù)，完成廢水的處理。在廢水分離、循環(huán)的

10、同時(shí)，由空壓機(jī)將相應(yīng)壓力和流量的空氣輸送到膜絲表面，確保污染物與水有效分離，并使膜絲保持清潔。當(dāng)膜組件被污染到一定程度后，系統(tǒng)中設(shè)置的在線跟蹤檢測(cè)裝置會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，并自動(dòng)進(jìn)行反沖洗動(dòng)作，確保膜組件的清潔和過濾效果。圖2 膜組件工作原理示意圖4 煙草加工企業(yè)水系統(tǒng)循環(huán)、處理及回用系統(tǒng)工藝流程 圖3 水系統(tǒng)循環(huán)、處理及回用流程示意圖煙草加工企業(yè)水系統(tǒng)循環(huán)、處理及回用系統(tǒng)工藝流程見圖3。其中，預(yù)先處理工藝包括格柵、高效氣浮、水解酸化等工藝處理過程。格柵用于對(duì)水中大顆粒物進(jìn)行攔截，柵網(wǎng)孔徑為110mm；高效氣浮配合加藥系統(tǒng)，對(duì)水中的膠體、懸浮物、色素等進(jìn)行分離與去除；水解酸化主要針對(duì)水中難降解的大分

11、子物質(zhì)（膠體、芳香類等）進(jìn)行斷鏈，使之成為小分子、可降解的物質(zhì)，以便進(jìn)行生化處理。5 應(yīng)用效果分析5.1出水質(zhì)達(dá)到鍋爐和空調(diào)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過膜生物反應(yīng)器一級(jí)處理后的出水COD、濁度、色度等水質(zhì)指標(biāo)滿足城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)（GB 18920-2002）國家標(biāo)準(zhǔn)，可以代替自來水用于灑掃、洗車、沖廁以及景觀用水等，而采用其它傳統(tǒng)工藝處理后的出水僅能達(dá)到“污水排放國家標(biāo)準(zhǔn)”6。膜生物反應(yīng)器一級(jí)處理后的出水經(jīng)進(jìn)一步的深化處理，可以達(dá)到工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GBl576-2001）7，該水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于自來水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，部分水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)還高于“飲用純凈水標(biāo)準(zhǔn)”，可用于鍋爐和空調(diào)等對(duì)水質(zhì)要求較高的用水需求。目前

12、在建的“徐州卷煙廠污水處理”項(xiàng)目已采用該技術(shù)，并將深化處理后的水用于鍋爐和空調(diào)（水質(zhì)達(dá)到GBl576-2001標(biāo)準(zhǔn)），這也是國內(nèi)煙草行業(yè)首家將深化處理后的廢水用于鍋爐和空調(diào)，為國內(nèi)煙草企業(yè)的廢水再生回用提供了新的思路。5.2 課題節(jié)能和減排效果分析根據(jù)省環(huán)保廳和徐州市環(huán)保局對(duì)徐州卷煙廠“十五”后期技術(shù)改造工程的建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響報(bào)告批復(fù)測(cè)算：每年將減少污水排放、節(jié)約寶貴的自來水505750噸， 595000×0.85(廢水回用系數(shù))=505750噸。減少污染物排放量分別為：SS505750×200/1000/1000=101.15噸/年，COD505750×200/

13、1000/1000=131.50噸/年，氨氮505750×200/1000/1000=15.17噸/年。5.3 課題直接經(jīng)濟(jì)效益就本課題而言，施行“中水”回用項(xiàng)目（達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)行能力2000T/D），每年將為企業(yè)創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益：80-100萬元。具體測(cè)算如下：節(jié)約自來水費(fèi)80-100萬元=2000×0.5（0.6）×350×(3.27-0.84)；其中，污水轉(zhuǎn)化為中水的轉(zhuǎn)化率按0.5-0.6“中水”運(yùn)行費(fèi)用計(jì)；隨著徐州卷煙廠“中水”回用比例的提高和自來水價(jià)格的不斷上漲，該項(xiàng)目產(chǎn)生的效益將更大。5.4 課題技術(shù)效益具有良好的經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值和廣泛的推廣運(yùn)用價(jià)值

14、。采用傳統(tǒng)工藝處理到排放指標(biāo)，則不能減少排污費(fèi)用；如處理到中水標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)煙草行業(yè)實(shí)際情況，中水不能被全部利用，剩余部分中水的排放將造成浪費(fèi)；同時(shí)，在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上處理到鍋爐回用水標(biāo)準(zhǔn)，則基建成本比MBR+RO工藝增加約40，運(yùn)行費(fèi)用增加約20；更為重要的是，通過工藝研究，開發(fā)以膜生物反應(yīng)器為核心的煙草行業(yè)污水再生利用工藝技術(shù)、反滲透技術(shù)，解決了煙草行業(yè)污水再生利用的難題；而且，本課題項(xiàng)目是國內(nèi)煙草行業(yè)中首家將污水深度處理并運(yùn)用于鍋爐、空調(diào)領(lǐng)域，具有良好的經(jīng)濟(jì)實(shí)用價(jià)值和廣泛的推廣運(yùn)用價(jià)值。5.5 課題環(huán)保及社會(huì)效益對(duì)于缺水的我們，中水回用的意義已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了經(jīng)濟(jì)范疇，不僅攸關(guān)水資源的可持續(xù)利用，更

15、重要的是它攸關(guān)每個(gè)人生活質(zhì)量的提高，攸關(guān)當(dāng)代與子孫后代的生存發(fā)展。節(jié)約就是創(chuàng)造，利用一份中水，就會(huì)增加一份潔凈水資源、增加一份發(fā)展能力、增加一份生存保障。本項(xiàng)目將產(chǎn)生巨大的“變廢為寶”環(huán)保效益-實(shí)現(xiàn)排放“污水”的再利用，提高企業(yè)和社會(huì)的水資源利用效率；節(jié)約無價(jià)水資源，有效遏止水環(huán)境惡化；更為重要的是，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)污水的零排放，確保了企業(yè)環(huán)保領(lǐng)先，避免企業(yè)今后在環(huán)保方面可能面臨的被動(dòng)局面。同時(shí)，通過本項(xiàng)目的施行，不僅是對(duì)環(huán)保法規(guī)和清潔生產(chǎn)法的認(rèn)真貫徹執(zhí)行，而且能夠進(jìn)一步降低企業(yè)生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的競(jìng)爭能力；更為重要的是將提高企業(yè)全員的節(jié)水意識(shí)，提高可持續(xù)利用資源的意識(shí)與行為，提升企業(yè)履行企業(yè)“一片

16、綠意、一片愛心”社會(huì)使命與企業(yè)責(zé)任，提升企業(yè)清潔生產(chǎn)與可持續(xù)發(fā)展能力；同時(shí)，企業(yè)的廢水處理及中水回用項(xiàng)目將為其它企業(yè)提供借鑒，為社會(huì)樹立節(jié)約水資源的典范，其社會(huì)和無形價(jià)值不可估量。當(dāng)今，從世界范圍看，中水回用已不再是一個(gè)“行業(yè)”，而成長為一個(gè)朝陽“產(chǎn)業(yè)”。 6 課題公關(guān)效果6.1 解決了水質(zhì)波動(dòng)難題膜-生物反應(yīng)器出水優(yōu)良穩(wěn)定，懸浮物和濁度接近于零，細(xì)菌和病毒被大幅去除。同時(shí)由于膜的高效分離作用，增強(qiáng)了系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物及含氮化合物等污染物的去除效率：徹底的泥水分離使膜-生物反應(yīng)器內(nèi)能夠維持很高的生物量，污泥濃度可以維持在1020g/L，在不排泥的情況下甚至可以高達(dá)50g/L，在低F/M條件下，生化反

17、應(yīng)速率加快；膜-生物反應(yīng)器SRT的延長，使得污泥中增殖緩慢的特殊菌群（如硝化菌等）獲得穩(wěn)定的生長環(huán)境，有利于提高硝化效率；包括顆粒物、膠體以及大分子物質(zhì)在內(nèi)的污染物均被截留在系統(tǒng)之內(nèi)，增加了被微生物持續(xù)降解的機(jī)會(huì)。膜-生物反應(yīng)器對(duì)COD的去除率一般在9099%，NH3-N的去除率在80100%。6.2 污泥產(chǎn)生量得到有效控制由于生物馴化和保持較好，廢水中的大量有機(jī)質(zhì)被生物有效降解，一方面，為膜-生物反應(yīng)器提供了最佳運(yùn)行環(huán)境，污泥負(fù)荷一般保持在0.030.55 kg-COD/(kg-MLSSd)，低于傳統(tǒng)活性污泥法（0.40.8 kg-COD/(kg-MLSSd)）。另一方面，由于在低污泥負(fù)荷下

18、運(yùn)行，膜-生物反應(yīng)器的產(chǎn)泥量低于常規(guī)污水生物處理工藝。若采用其它工藝，按系統(tǒng)2000T/D每天的處理能力計(jì)，每天將產(chǎn)生300kg以上的污泥，且要經(jīng)常清理，否則，將導(dǎo)致處理水池淤塞。從目前實(shí)際的運(yùn)行情況來看，污泥產(chǎn)生量確實(shí)很少，運(yùn)行10個(gè)月來，最近排泥一次，泥量不足50kg。本課題成功解決了污水處理過程中大量污泥的產(chǎn)生，也解決了因大量污泥產(chǎn)生而導(dǎo)致的二次污染難題；不僅節(jié)省了污泥二次的處理費(fèi)用，而且，減少了異味的產(chǎn)生，凈化了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，得到操作人員的認(rèn)可，得到各方調(diào)研、參觀、學(xué)習(xí)人員的贊許。6.3 解決了廢水脫色難題目前，采用許多工藝均能實(shí)現(xiàn)將污水處理至達(dá)標(biāo)中水，但其產(chǎn)水的顏色較深，脫色問題一直是難以解決，尤其是煙草廢水，由于煙草的特殊性，廢水中溶解許多有機(jī)物質(zhì)，其水顏色更重。本課題通過針對(duì)煙草廢水的針對(duì)性公關(guān)研究，成功攻克了煙草廢水處理的脫色技術(shù)難關(guān)，本項(xiàng)目生產(chǎn)的中水已經(jīng)達(dá)到“無色無味”感官標(biāo)準(zhǔn)。6.4 異味去除和控制徹底通過充分的生化處理，成功地控制了污泥的產(chǎn)生量，從而從根本上控制了本項(xiàng)目異味的產(chǎn)生；同時(shí)，通過對(duì)污水處理站內(nèi)異味的收集，并集中處理，進(jìn)一步確保對(duì)異味的處