生物活性炭技术在烟草废水深度处理中的应用

摘要：卷烟厂在生产过程中的洗梗、烘丝等环节会产生高色度、富含细小烟草纤维颗粒的废水，在加香精香料环节会产生高浓度难降解有机物，采用普通污水处理工艺很难有效去除。N卷烟厂设计了一种烟草废水深度处理工艺，是将原本经过初步处理已经达到国家一级排放标準的污水，再进行末端改造，加装一套生物活性炭+石英砂过滤的组合处理技术，去除污水中的色度、难降解有机物等污染物，达到中水回用的标准后用于厂内绿化灌溉、道路冲洗等方面。该工程改造难度低，投资费用小，烟草废水色度的处理效率达到85.2%，BOD5和NH3-N处理效率也达到了48.5%和48.3%，为国内有中水回用需求的卷烟厂提供工程实例参考。

关键词：生物活性炭烟草废水深度处理中水回用

中图分类号：X791文献标识码：A        文章编号：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

卷烟厂在生产过程中会产生大量的生活废水和性质独特的工业废水，烟草废水的可生化性极差，膨胀烟丝和洗梗水量小，生物碱和酚类浓度高;黏合白胶废水，COD含量高;大量的烟末的纤维素、木质素，导致SS、色度高;香精香料、糖料等物质导致废水中难降解有机物含量增高，增加了处理难度[1]。厂区污水经过一级处理后达标排放是基本要求，如何做到深度处理，将污水进行回用，进一步减少污染物的排放，节约水资源，是烟草行业一个值得研究和探索的课题。

目前，国内卷烟厂普遍采用生化处理+MBR膜技术，处理后的污水能达到中水回用标准[2]，但投资成本高，后期运维成本大，经济适用性不强。该项目介绍了某卷烟厂一种深度处理工艺，在原污水处理站末端，加装一套生物活性炭+砂滤组合工艺，改造成串联运行的中水处理站，生物活性炭孔隙发达、表面积大，附着在活性炭表面的微生物能发挥出生物降解及物理吸附能力[3]，可提升废水有机物生化的比率，有效去除烟草废水色度。

1工程概况

某卷烟厂工业污水和生活污水统一收集至厂内污水处理站，污水处理采用A/O工艺，处理后水质达到国家一级排放标准[4]。该卷烟厂拟将污水处理站末端处理过的达标污水再进行深度处理，继而满足中水回用相关标准，用于绿化灌溉、清洗路面、洗车等。中水回用量按250 m3/d，工艺采用格栅+调节池+生物曝气滤池+混凝沉淀+多介质过滤器+消毒。工艺设备处理系统按Q=15m3/h进行设计，系统内设施按24h连续运行配置。

2 工艺设计

2.1 设计目标

该工程进水水质为原污水处理站末端出水，设计出水标准满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2020）[5]。进水及出水指标见表1。

2.2 工艺流程

中水回用采用的治理工艺多种多样，如气浮、过滤、超滤、反渗透等。针对不同水质的治理工程中也可采取多项治理技术，但烟草废水特点明确，主要控制指标为CODcr、色度、BOD5、NH3-N、SS与总大肠菌群等，上述项目指标治理合格，则其他指标也可相应达标。分析了各种治理技术的可行性后，设计了以下处理工艺，具体流程见图1。

经过处理的污水处理站出水通过管网自流进入该中水回用系统。首先是进入污水调节池，自行调节水质水量。然后通过一级提升泵将污水提升至生物活性炭滤池，去除大部分污染物质和高色度;出水自流进入混凝反应池，通过投加适量的絮凝剂对污水进行反应，反应完成后的出水自流进入沉淀池进行固液分离，上清液泵入砂滤罐过滤，过滤去除没有沉淀完全的少部分SS物质;出水自流进入中水调节池，通过二氧化氯发生器投加一定量的消毒剂进行消毒杀菌处理，处理出水即可达到回用要求。出水进入回用水池备用，通过变频供水系统，将处理出水以动力方式至有需要的地点。

设施在运行过程中会将部分污染物降解形成污泥，产生的污泥主要聚集于沉淀池，污泥定期用污泥泵抽出，交由有资质第三方处理。

生物活性炭系统与石英砂过滤器定期进行反冲洗，反冲洗水回流至污水调节池进行二次处理。整体污水处理回用系统采用自动控制，自动水位控制进水与变频控制供水结合。

3 主要构筑物设计

3.1 污水调节池

用于收集并调节水量和均匀水质，提高整个系统的抗冲击性，同时可均衡后续处理单元的处理水量，使废水能比较均匀地进入后续处理单元。所有污水排水自流进入池内，池进水口设置细格栅，用以去除大颗粒杂质;内部安装原水提升泵及液位控制器等设备，废水由原水提升泵使其增压，并按调试好的设计流量均匀送入后级处理设备，池内设置浮球液位控制器，控制水泵的启停。调节池为钢砼结构池体，池内净尺寸为3.5m×4.0m×4.0m，有效水深为3.0m，有效容积为42 m3，停留时间为4.0h。

3.2 生物活性炭滤池

利用活性炭的吸附特性，将废水中的微生物及溶解氧等吸附于炭的表面，增加微生物降解有机污染物的机率，延长有机物的停留时间，强化生物降解作用，将炭表面吸附的有机物去除[6]。滤池主体采用降流式滤床形式设计的，具有吸附、生物降解和过滤处理的综合作用，不但可保证处理效果稳定，而且效率高、耐冲击负荷占地小、操作管理简便易行且运转费低。滤池内活性炭不需再生，只要定期进行反冲，保持生物膜厚度适当即可;活性炭使用寿命5年左右，处理效果可保持不降低。滤池材质为Q235A碳素结构钢，数量为2套，单台处理能力为6.5 m3/h，运行方式为并联设计，有效容积为12.5 m3，容积负荷为0.32 kg/ m3·d，3～4天反冲洗一次，曝气方式为鼓风曝气（曝气头），氧利用率为21%，活性炭数量为5.0 m3，配套2台鼓风机、1台反冲洗泵。

3.3 混凝反应与沉淀池

加药装置用于向水中投加PAC，通过投加药剂使废水中的有害物质与水分离，使水中小颗粒的悬浮性有机物及机械杂质，通过反应聚集成较大的絮状颗粒，以便于过滤及吸附去除，药液将在管道混合器内与污水进行充分混合及反应，以提高系统设备处理效率[7]。设备为人工启动，原水提升泵停运时，连锁停止加药装置的运行。加药装置设备主要由药液搅拌储存箱、搅拌机、计量泵、管阀件、底座等部件构成。材质为Q235A碳素结构钢，数量为1套，沉淀方式为平流式+斜管沉淀斜管，配套设备为双组型投药装置1台，搅拌系统2台。

3.4石英砂过滤器

石英砂过滤器设备是选用无烟煤、沸石及石英砂滤料，并选用不同粒径的滤料，自上而下逐渐分配，利用深层过滤原理，使水中的悬浮物被截留的一種压力式过滤器，以确保水中的浊度的稳定。石英砂滤料采用天然石英矿石加工精制而成，多棱角、截污能力强、化学性能稳定，是化学水处理的理想产品[8]。

该装置主要用于去除出水中较细小的烟草固体颗粒和其他悬浮在水中的微小杂质。石英砂过滤具有强度高、过滤流速高、反冲洗方便和效果稳定可靠等特点，从而使其对进水的过滤净化功能大大增强，提高了出水的水质状况。钢制设备室内布置，定时反洗，内装卵石填层及石英砂、沸石、无烟煤滤料。设备材质为Q235A碳素结构钢，外形为Ф1200×4200 mm，数量为1套，处理能力为15 m3/h，主要过滤介质为精选石英砂，数量为1t，滤速为8～10m/h，滤料反洗膨胀高度为30%～40%，反洗强度为12L/m2·s，粒径规格为φ0.5～1.0mm。

3.5 二氧化氯发生器

在该工程设计中，选用新一代化学法二氧化氯发生器设备，它以氯酸钠或亚氯酸钠和31%的盐酸为原料，在特定的条件下反应，生成带压力的二氧化氯水溶液，二氧化氯易溶于水，在水中不分解，杀菌效果不受pH值影响，能直接投加到有压力的待处理水中[9]。

反应器采用了进口高强度PVC、聚四氟乙烯、钛合金等对二氧化氯温定的材料加工而成，使用寿命10年以上。反应器设置内净尺寸： 4.0m×1.0m×4.0m;有效水深H=3.0m;有效容积V=12 m3，停留时间为68.6 min 。

3.6中水调节池（变频供水系统）

中水调节池收集经过处理后的达标出水，在需要进行绿化、冲洗道路等用途时，通过配套的变频供水系统等设备提供水源。池体为钢筋混凝土结构池，埋地式室内设置，内净尺寸为14.0m×5.0m×4.0m，有效水深H=3.5 m，有效容积V=238 m3，停留时间为22.67h。

3.7 变频供水泵

该装置是利用可编程控制技术与水泵结合的新型机电一体化供水设备，以满足中水回用管网中的用水压力及及水量要求，使整个系统始终保持高效节能的最佳状态。该设备由可编程控制器、变频器、控制电路及真空引水装置、气压罐、水泵、底座等组成，具有高效节能的优点。出水接至回用水管网，用于厕所冲洗、道路冲洗、绿化用水等。

该装置配备2台立式多级变频离心泵，出水一路接至回用水管网。设备供水能力为0～12.5 m3/h，设备工作压力≤0.45MPa，流量Q=14.4 m3/h，扬程H=48m，功率N=4.0 kW，转速为2900r.p.m。

3.8污泥处理系统

生物滤池、多介质过滤器反洗排水排入污泥收集池，上清液回流至调节池，重力浓缩后的污泥采用风机供气曝气进行污泥好氧消化处理，好氧消化后的污泥定期由有资质第三方抽吸清理。

4运行分析

4.1 处理效果

该工程经过调试及试运行3个月，试运行期间来水量维持在20 m3/h左右，进水水质满足设计标准，进水负荷在70%～80%之间。目前该工程项目已稳定运行1年左右，每天在各处理单元进出口取样检测分析一次，通过收集近一个月的监测数据，平均出水水质满足设计标准，各处理单元平均去除率见表2，

从表中可以看出，生物活性炭滤池在处理烟草废水色度的处理效率为85.2%，在处理生化指标BOD5和NH3-N方面也达到了48.5%和48.3%，而CODcr的去除效率只有26.3%，石英砂滤池在去除烟草废水中颗粒较小悬浮物ss的处理效率达到68.1%。

4.2 运行费用

4.2.1 电费

以中水处理站每天正常运行24h计算，设备运行总功率为103.15 kWh，工业用电以0.80元/ kWh计算，则电费成本：P1=103.15×0.80÷250=0.324元/t。

4.2.2 药剂费

消毒发生器需要定期投盐和工业盐酸，根据二氧化氯发生器消耗的盐量，污水消耗的药品费用为0.083元/t。

PAC、PAM等絮凝剂每吨污水的消耗量约为0.01kg，按市价6.6元/kg计算，折合污水处理费用约为0.066元/t。

则药剂使用费用：P2=0.149元/t。

4.2.3 人工费

整套处理设施实现自动化处理，主要工作包括：运行维护、常规检查等。管理工作由现有的卷烟厂污水处理站工作人员兼职，此处费用不再另行列出。

4.2.4 总费用

按实际情况一年运行365a，每天制水250 m3，据此得出该工程总运行费用：

P=（P1+P2）×250×365=4.32万元/a（不含设施折旧费用）。

4.3 经济和生态效益

4.3.1 经济效益分析

工程设计日处理量为250 m3/d，当地工业自来水价格3.8元，按处理出水实现全部回用计算，则日创造经济效益950元，按年运行365天计算，年度增加效益约为34.675万元，该工程总投资56.8万元，性价比高。

4.3.2 环境效益分析

污水经过本工程处理后，由表2核算出，可削减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，大大减少了对周边环境水体的污染，同时，净化后的出水作为再利用水资源，可用于绿化、马路冲洗用水，也可作为活水注入景观湖中，实现周边环境的协调发展。

5结论

（1）该工程是在原有污水处理站的基础上进行深度处理，与原污水处理站串联运行，不需对原污水处理站进行改造，投入低，施工及改造难度小，并且在阴雨天气或其他原因不需要绿化等中水回用时，关闭中水处理站，节约成本。

（2）鉴于烟草废水的特殊性，污染物的可生化性较差、SS、色度高，采用生物活性炭技术，在深度处理工艺中加入一套生物活性炭滤池+砂滤组合，烟草废水色度的处理效率为85.2%，BOD5和NH3-N处理效率也达到了48.5%和48.3%，去除各种污染物约12.35t/a，处理效果显著。

（3）该工程改造后处理水质满足企业绿化灌溉、冲洗道路等需求，每年产生可观的经济效益和生态效益，为国内有污水深度处理需求的卷烟厂提供可参考和借鉴的工程实例。

参考文献

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[2] 胡万聪，谢荟翠，李俊，等.某烟草废水处理工程实例研究[J].市政技术，2021，39（6）：133-136.

[3] 王瑞霖，张洪良，张功良等.基于污水处理厂提标改造需求的难降解工业废水处理工艺改进——以湖南省某城镇污水处理厂为例[J].环境工程学报，2021，15（11）：3781-3788.

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[8] 赵瑾，王文华，姜天翔，等.水处理中滤料应用的研究进展[J].净水技术，2018，37（4）：41-46.

[9] 李瑞峰.二氧化氯和次氯酸钠消毒剂在污水厂再生水处理中的应用比较[J].净水技术，2020，39（9）：127-131.

作者简介：周俊晓（1983—），男，硕士，工程师，研究方向为烟草行业环保管理及污染物控制技术。