烟草废水处理及再生回用技术探讨 8页

烟草废水处理及再生回用技术探讨烟草废水处理及再生回用技术探讨江苏中烟工业公司徐州卷烟厂综合管理处周平关键词：废水处理；再生回用；膜－生物反应器；膜组件摘要：对于烟草加工企业产生的废水特点进行了分析，通过对不同废水处理工艺对比分析，以及对烟草生产废水进行分析实验等，开发了以膜－生物反应器为核心的烟草行业污水再生回用工艺技术和反渗透技术。经分析，烟草废水处理宜选用膜-生物反应器，并利用该反应器建立了烟草加工企业水系统循环、处理及回用系统工艺流程。经过膜－生物反应器一级处理后的出水COD、浊度、色度等水质指标可以满足国家标准，经过进一步深化处理的水可用于锅炉和空调。目前，烟草行业的大多数生产企业，对于水资源实行的仍是较粗放管理模式。其主要原是：①对水资源缺乏科学、成熟的分级和循环使用规范，导致水资源使用不科学，综合利用效率低；②现有用水设施技术落后，节水型器具普及率低，造成水资源浪费严重。同时，废水排放也加重了对水环境的污染；③卷烟加工企业使用的水费占直接生产成本的比例不足0.5%，废水处理没有引起足够的重视。许多企业很少对废水进行全面综合治理，只是缴纳一定排污费后直接排入市政污水管网，废水处理再生回用的企业则更少。在当前建立资源节约型和环境友好型的社会大环境下，烟草加工企业废水处理及再生回用已逐渐引起了高度重视。1烟草加工企业废水特点(1)废水成分复杂，处理难度较大。烟草加工企业的废水主要来源于卷烟生产过程中废水和厂区内生活废水两个部分。其中，生产废水中含有大量细小悬浮物、木质素、烟碱、糖类物质、少量的胶体、芳香类等物质。因此，生产废水具有污染物浓度高、色度高、成分复杂等特点，故采用传统工艺仅能实现废水处理的达标排放，较难达到再生回用水标准。(2)年用水量较大，废水产生量也相对较大。据调查，烟草加工企业的废水排放量通常为0.35～0.60m3/50000支，国内大多数企业的年生产规模在250～500亿支左右，据此计算，其年废水排放量达175～600km3。以徐州卷烟厂为例，年生产规模287.5亿支，根据2005年8月～2006年8月自来水的实际使用量统计(表1)，实际用水量20125m3×12个月=241500m3/年，主要包括生活用水6541m3，占总用水量的32.5%；生产用水13328m3，占总用水量的66.23%；其它用水256m3，占总用水量的1.27%。8共8页,第　页n烟草废水处理及再生回用技术探讨表1徐州卷烟厂主要用水点月平均使用量用水类别主要用水点用水量（m3）比例（%）生活用水食堂17658.77澡堂477623.73生产用水办公楼6523.24一车间312015.5二车间1020.51三车间7363.66锅炉509625.32空调296914.75服务6533.24其它用水厂区道路清洗、浇灌植被、喷泉等2561.27总计201251002烟草加工企业废水处理及再生回用工艺选择通过对不同废水处理工艺进行对比分析，对垃圾废液、市政废水、石化废水等应用实例进行调研，以及针对烟草生产废水进行分析化验、实验等，探索出了当前比较适合烟草废水处理及再生回用的经济且可靠的工艺技术，即膜－生物反应器处理技术。该技术与其他废水处理工艺比较见表2。表2不同废水处理及再生回用工艺特点比较工艺类型优点缺点适用范围性价比膜-生物反应器出水水质优且波动小[1]，容积负荷高，占地面积小，系统流程紧凑；污泥负荷低，产污泥量低；自控程度高，运行管理方便。气水比高，需对膜丝进行反洗，能耗及运行费用较高。适用各种场地、水量、水质等情况；处理后的水达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB18920-2002）[2]，可作为杂用水回用[3，4]。高曝气生物滤池出水水质较好；运行可靠性高，抗冲击负荷能力强；无污泥膨胀问题；占地面积小。需反冲洗，运行方式比较复杂；反冲水量较大。小规模废水处理工程；处理后的水达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB18920-2002），可作为低质杂用水回用。较高中8共8页,第　页n烟草废水处理及再生回用技术探讨生物接触氧化工艺抗冲击负荷能力高，运行稳定；容积负荷高，占地面积小；污泥产量较低；无需污泥回流，运行管理简单。部分脱落生物膜造成出水中的悬浮固体浓度高。适用场地小、水量小、水质波动较大和微生物不易培养等情况；需要进一步处理，才能作为低质杂用水回用。活性污泥法适应不同性质的废水处理。运行稳定性差，易发生污泥膨胀和流失，分离效果不理想。适用场地大、水量大、水质波动较大和微生物不易培养等情况；不能作为质杂用水回用。较低简易生化处理工艺造价低，动力消耗低，管理简单。出水COD、BOD等理化指标不能确保达标。作为废水处理的前期过渡处理；不能作为质杂用水回用。低3膜－生物反应器膜－生物反应器技术是由废水生物处理技术与膜分离技术结合而成的新型高效废水处理技术[3]，由于其出水水质优良、可以直接回用、装置占地面积小、二次污染小、自动化程度高等特点，在废水再生利用方面具有良好的应用前景。3.1膜组件简介如图1所示，膜组件由成千根膜丝和圆形外壁构成一个膜元件，许多膜元件通过管网联接构成一个膜组件。膜组件置于生物反应池的外面，通过膜丝的过滤，实现污染物与水的分离。膜材质有PVC、PE、PVDF；膜通量为1.0～1.5m3/d（表示膜的处理能力，即膜每天能够透过的合格水量），膜压差为5～20kPa，截留分子量15万道尔顿(Dalton)；毛细管内径3～5.2mm；单支膜组件面积30m2；单支膜组件大小200mm×3000mm(Φ×H)。水的回收率大于90%，包括反冲洗用水。该组件的主要特点：①封闭系统设计，膜组件与生物反应器分开，便于膜组件的清洗、更换等，维护操作简单安全，易于控制；②泵的工作压力可随膜组件的变化而变化，使其处于高效率区，增大膜的透水量（为浸没式的2～3倍）[5]；③采用气提方式可降低进水泵的扬程，降低错流能耗；④在污泥回流过程中，通过泵回流和气体产生的高剪切作用使污泥絮体的平均尺寸减小，且不影响微生物的活性；⑤采用抗污染管式膜组件，可减缓膜的污染，膜的使用寿命大于5年；⑥适用于大规模工业化系统，不受生物反应器的限制，便于系统优化设计。8共8页,第　页n烟草废水处理及再生回用技术探讨图1膜组件图片3.2膜组件的工作原理膜组件的工作原理如图2所示，经过充分预处理和生物有效降解的废水，由泵从生物滤池泵入膜组件，通过膜的过滤，完成废水中污染物与水的分离。其中，水分子通过膜丝微细孔的过滤，然后汇集到收集管，由泵泵入中间水池；被膜丝隔离的污染物由部分废水携带，以浓缩液的形式返回生物滤池，从而完成一个流程污染物与水的分离过程。如此周而复始地循环往复，完成废水的处理。在废水分离、循环的同时，由空压机将相应压力和流量的空气输送到膜丝表面，确保污染物与水有效分离，并使膜丝保持清洁。当膜组件被污染到一定程度后，系统中设置的在线跟踪检测装置会及时发现异常，并自动进行反冲洗动作，确保膜组件的清洁和过滤效果。图2膜组件工作原理示意图4烟草加工企业水系统循环、处理及回用系统工艺流程8共8页,第　页n烟草废水处理及再生回用技术探讨图3水系统循环、处理及回用流程示意图烟草加工企业水系统循环、处理及回用系统工艺流程见图3。其中，预先处理工艺包括格栅、高效气浮、水解酸化等工艺处理过程。格栅用于对水中大颗粒物进行拦截，栅网孔径为1～10mm；高效气浮配合加药系统，对水中的胶体、悬浮物、色素等进行分离与去除；水解酸化主要针对水中难降解的大分子物质（胶体、芳香类等）进行断链，使之成为小分子、可降解的物质，以便进行生化处理。5应用效果分析5.1出水质达到锅炉和空调水质标准经过膜－生物反应器一级处理后的出水COD、浊度、色度等水质指标满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB18920-2002）国家标准，可以代替自来水用于洒扫、洗车、冲厕以及景观用水等，而采用其它传统工艺处理后的出水仅能达到“污水排放国家标准”[6]。膜－生物反应器一级处理后的出水经进一步的深化处理，可以达到《工业锅炉水质标准》（GBl576-2001）[7]，该水质标准远高于自来水水质标准，部分水质标准还高于“饮用纯净水标准”，可用于锅炉和空调等对水质要求较高的用水需求。目前在建的“徐州卷烟厂污水处理”项目已采用该技术，并将深化处理后的水用于锅炉和空调（水质达到GBl576-2001标准），这也是国内烟草行业首家将深化处理后的废水用于锅炉和空调，为国内烟草企业的废水再生回用提供了新的思路。5.2课题节能和减排效果分析根据省环保厅和徐州市环保局对徐州卷烟厂“十五”后期技术改造工程的《建设项目环境影响报告》批复测算：每年将减少污水排放、节约宝贵的自来水505750吨，595000×0.85(废水回用系数)=505750吨。减少污染物排放量分别为：SS＝505750×200/1000/1000=101.15吨/年，COD＝505750×200/1000/1000=131.50吨/年，氨氮＝505750×200/1000/1000=15.17吨/年。5.3课题直接经济效益就本课题而言，施行“中水”回用项目（达到设计运行能力2000T/D），每年将为企业创造直接经济效益：80-100万元。具体测算如下：节约自来水费80-100万元=2000×0.58共8页,第　页n烟草废水处理及再生回用技术探讨（0.6）×350×(3.27-0.84)；其中，污水转化为中水的转化率按0.5-0.6计，一年按350个有效天、水费按自来水当前的实际价格3.27元减去0.84的“中水”运行费用计；随着徐州卷烟厂“中水”回用比例的提高和自来水价格的不断上涨，该项目产生的效益将更大。5.4课题技术效益具有良好的经济实用价值和广泛的推广运用价值。采用传统工艺处理到排放指标，则不能减少排污费用；如处理到中水标准，根据烟草行业实际情况，中水不能被全部利用，剩余部分中水的排放将造成浪费；同时，在传统工艺基础上处理到锅炉回用水标准，则基建成本比MBR+RO工艺增加约40％，运行费用增加约20％；更为重要的是，通过工艺研究，开发以膜－生物反应器为核心的烟草行业污水再生利用工艺技术、反渗透技术，解决了烟草行业污水再生利用的难题；而且，本课题项目是国内烟草行业中首家将污水深度处理并运用于锅炉、空调领域，具有良好的经济实用价值和广泛的推广运用价值。5.5课题环保及社会效益对于缺水的我们，中水回用的意义已远远超越了经济范畴，不仅攸关水资源的可持续利用，更重要的是它攸关每个人生活质量的提高，攸关当代与子孙后代的生存发展。节约就是创造，利用一份中水，就会增加一份洁净水资源、增加一份发展能力、增加一份生存保障。本项目将产生巨大的“变废为宝”环保效益----实现排放“污水”的再利用，提高企业和社会的水资源利用效率；节约无价水资源，有效遏止水环境恶化；更为重要的是，实现了企业污水的零排放，确保了企业环保领先，避免企业今后在环保方面可能面临的被动局面。同时，通过本项目的施行，不仅是对环保法规和清洁生产法的认真贯彻执行，而且能够进一步降低企业生产成本，提高企业的竞争能力；更为重要的是将提高企业全员的节水意识，提高可持续利用资源的意识与行为，提升企业履行企业“一片绿意、一片爱心”社会使命与企业责任，提升企业清洁生产与可持续发展能力；同时，企业的废水处理及中水回用项目将为其它企业提供借鉴，为社会树立节约水资源的典范，其社会和无形价值不可估量。当今，从世界范围看，中水回用已不再是一个“行业”，而成长为一个朝阳“产业”。6课题公关效果6.1解决了水质波动难题膜-生物反应器出水优良稳定，悬浮物和浊度接近于零，细菌和病毒被大幅去除。同时由于膜的高效分离作用，增强了系统对有机物及含氮化合物等污染物的去除效率：①彻底的泥水分离使膜-生物反应器内能够维持很高的生物量，污泥浓度可以维持在10～20g/L，在不排泥的情况下甚至可以高达50g/L，在低F/M条件下，生化反应速率加快；②8共8页,第　页n烟草废水处理及再生回用技术探讨膜-生物反应器SRT的延长，使得污泥中增殖缓慢的特殊菌群（如硝化菌等）获得稳定的生长环境，有利于提高硝化效率；③包括颗粒物、胶体以及大分子物质在内的污染物均被截留在系统之内，增加了被微生物持续降解的机会。膜-生物反应器对COD的去除率一般在90～99%，NH3-N的去除率在80～100%。6.2污泥产生量得到有效控制由于生物驯化和保持较好，废水中的大量有机质被生物有效降解，一方面，为膜-生物反应器提供了最佳运行环境，污泥负荷一般保持在0.03～0.55kg-COD/(kg-MLSS•d)，低于传统活性污泥法（0.4～0.8kg-COD/(kg-MLSS•d)）。另一方面，由于在低污泥负荷下运行，膜-生物反应器的产泥量低于常规污水生物处理工艺。若采用其它工艺，按系统2000T/D每天的处理能力计，每天将产生300kg以上的污泥，且要经常清理，否则，将导致处理水池淤塞。从目前实际的运行情况来看，污泥产生量确实很少，运行10个月来，最近排泥一次，泥量不足50kg。本课题成功解决了污水处理过程中大量污泥的产生，也解决了因大量污泥产生而导致的二次污染难题；不仅节省了污泥二次的处理费用，而且，减少了异味的产生，净化了现场环境，得到操作人员的认可，得到各方调研、参观、学习人员的赞许。6.3解决了废水脱色难题目前，采用许多工艺均能实现将污水处理至达标中水，但其产水的颜色较深，脱色问题一直是难以解决，尤其是烟草废水，由于烟草的特殊性，废水中溶解许多有机物质，其水颜色更重。本课题通过针对烟草废水的针对性公关研究，成功攻克了烟草废水处理的脱色技术难关，本项目生产的中水已经达到“无色无味”感官标准。6.4异味去除和控制彻底通过充分的生化处理，成功地控制了污泥的产生量，从而从根本上控制了本项目异味的产生；同时，通过对污水处理站内异味的收集，并集中处理，进一步确保对异味的处理与控制。从而大大改善了工人作业环境，做到环境人性化，一改传统污水处理站脏、乱、差的格局。受到操作人员的认可，得到各方调研、参观、学习人员的赞许。7国内外同类研究现状与发展趋势8共8页,第　页n烟草废水处理及再生回用技术探讨烟草行业污水再生利用也是国内外的研究难点。这是由于烟草行业污水的特殊性造成的。烟草行业污水中含有大量的细小悬浮物和木质素，同时由于其在生产过程中，将烟草中的大量焦油、烟碱、糖份等分离出来，因此污水中污染物浓度较高，成份复杂；不同烟厂添加的化学品种不同，导致了其污水水质变化大，增加了污水处理难度；烟草在浸泡过程中而带来的高色度，使污水脱色非常困难。因此，将膜－生物反应器(MBR)应用到烟草行业污水再生回用方面，国内外的研究报道极为少见。而本课题已经将污水再生回用于锅炉和空调等水质要求严格的领域，在国内外同类研究与发展中属于领先。参考文献：1范彬,黄霞,文湘华,等.动态膜-生物反应器处理生活污水的研究[J].环境科学,2002,23(5):51-56.2GB18920-2002，城市污水再生利用城市杂用水水质.3樊耀波,王菊思.水与废水中的膜生物反应器[J].环境科学,1995,16(6):79-81.4CJ25.1-89，生活杂用水国家标准.5吴盈禧，陈福泰，黄霞.高通量自生动态膜生物反应器的运行特性[J].中国给水排水，2004，20(2)：5-7.6GB8978-1996，污水排放国家标准.7GBl576-2001，工业锅炉用水国家标准.8共8页,第　页