利用生物氧化法处理卷烟工业生产废水的研究

摘要:某卷烟厂采用生物氧化结合气浮法处理卷烟生产废水,运行实践表明,工艺运行稳定可靠,在进水COD为300～1500mg/L、SS为100～600mg/L、BOD5为100～900mg/L、NH3-N为10～20mg/L、水温为20～30℃时,出水COD< 70mg/L、BOD5<20mg/L、SS<30mg/L、NH3-N<3mg/L,完全实现达标排放。

关键词:生物氧化;卷烟;废水

卷烟生产工艺的机械化和自动化程度都非常高,烟草加工业废水产生量不是很大,不易引起人们的重视,但其含有高浓度有害物质如焦油、尼古丁、酚、苯并芘等[1],直接排放严重污染环境。据对我国卷烟企业的废水排放状况调查统计,卷烟企业废水排放量为每箱烟0.35～0.60m3[2-3],大中型卷烟企业的废水排放量也相当大。

根据国内卷烟企业生产废水处理实践看,由于生产工艺、卷烟产品不同造成了废水水质不同,处理方法可以分为物化处理、生物处理以及两者相结合的处理等3种。例如济南将军集团卷烟厂采用水解—BAF—纤维过滤工艺[3],湖南郴州卷烟厂采用加絮凝剂沉淀与气浮相结合的工艺[4],上海卷烟厂采用在二级生化处理的基础上增设过滤装置并投药杀菌的处理工艺[5]。一些处理工艺也存在缺陷,比如采用生物曝气滤池需要定期进行反冲洗,管理较复杂,且运行费用较生物接触氧化要高;物化法仅能处理可溶态COD较低的废水,适用面窄。某卷烟厂采用均质调节—厌氧—氧化—沉淀的处理工艺,运行效果很不理想,后又增加深度处理工艺,造成投资及后期运行成本的大幅提高。

1、废水的来源、水质特点及排放标准

某卷烟厂年生产卷烟60万箱,全厂生产车间洗涤水、设备及地面冲洗水以及生活污水总量约为1000m3/d,全部纳入污水处理站集中处理。其卷烟生产过程中产生的废水水质状况如表1所示。

根据当地环保部门要求,该厂污水经处理后必须达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996) 中的一级排放标准,即:COD100mg/L;BOD520mg/L;SS70mg/L;石油类5mg/L;NH3-N 15mg/L;pH6～9;挥发酚0.5mg/L。

2、卷烟厂综合废水处理工艺

生物接触氧化工艺对水质水量变化适应能力强,由于不需要污泥回流,不存在污泥膨胀问题,运行管理简便,因而在卷烟厂废水处理中得到广泛应用。该卷烟厂废水的水质、水量变化大,COD最大1530mg/L,最小194mg/L,加上场地条件的制约,选择生物接触氧化工艺作为主体处理工艺,工艺流程为:集水井—调节池—生物接触氧化—气浮,见图1。工艺设计处理能力1440m3/d。

废水流经格栅后进入调节池,充分混合后由泵打入接触氧化池。接触氧化池有效水深4.5m,池中采用纤维填料,填料层厚度为2.7m,穿孔曝气管采用不锈钢材料。废水经生化处理后进入气浮池。气浮对悬浮物和油类具有较高的去除效率,采用加压溶气气浮代替二次沉淀池进行固液分离,气浮处理后的出水经中间水箱后由泵抽排。气浮的浮渣重力流入调质罐,经调质后由板框压滤机脱水后外运处理。

3、运行结果与讨论

3.1 调试运行

工程建成后首先进行了单机试车和联动试运转,系统在各种状态下均运转正常。然后开始对污水处理设施进行系统的调试运行。采用直接进水启动挂膜的方式,前2周进水量控制在10～15m3/h,第3周有明显的生物膜形成,进水量提高到20～30m3/h,第5周挂膜成功,出水水质基本达到设计要求。

在水质调节前期,一些方面的原因造成系统进水水量、水质不稳定,在处理工程中出现一些问题,先后对工艺做出了部分调整,主要在如下几个方面:

其一,增加集水井格网。进水中含有杂质,多为直径1～5mm,长度3～10cm的柔韧性物质。其原因是在新建厂房的施工中,污水管网内未能彻底清理,并且其他工种在施工过程遗留下来的施工垃圾等被冲进管网中。以上部分杂物经常堵塞潜水泵,多次清理后,仍无法彻底解决问题。后增设格网,进行拦截,效果良好。生产线正常生产后,水中所含杂质减少,大粒径的杂质基本消失,系统进入正常运行。

其二,取消了PAM药剂的投加。在调试过程中,经过对污泥试投加不同种类及浓度的药剂进行了比较后,得出结论,在本系统中通过适当调整PAC的投加量,可以不投加PAM,从而在不降低处理效果的前提下节省了运行费用。另外,将PAC配制成糊状物,预先粉刷在板框压滤机的滤布上,可明显提高脱水效果。

其三,增加污泥系统回流管,改变加药种类,投加石灰。在运行初期,污泥始终无法压滤成干泥饼,导致污泥处理时滤布更换频繁(10～15d更换一次),且臭味较重。其原因是滤布由尼龙布加工而成,污泥中含有较多的高粘性物质,进入板框压滤机后很快在滤布表面形成比阻很大的粘液层,严重影响污泥脱水效果及滤布使用寿命。后来在污泥管路上增加了污泥回流管,使泵打出的污泥部分回流到污泥调质罐中,保证板框压滤机及系统管路中压力能够稳定在一定的范围之内,达到正常工作状态。同时针对污泥不易成型的问题,通过试验发现,当石灰投加量为25%左右时,pH达到12以上,经测定污泥比阻由30×1012s2/g降到0.7×109s2/g,污泥脱水性能显著提高,滤布更换频率降低到40～50d一次。

其四,采取应对进水负荷峰值的措施,确保出水达标排放。卷烟车间正常生产日,每天中午12时左右进水负荷达到最大,此时进水COD浓度高,进水流量突然增大,虽然持续时间短,也对处理工艺造成很大冲击。运行人员采取措施,提前将调节池抽空,使来水入调节池缓冲,同时减小接触氧化池进水流量,增大曝气量,适当延长接触时间。采取以上措施后,基本能保证出水达标。

3.2 稳定运行结果

以上问题解决以后,出水水质趋于稳定,COD控制在70mg/L以下,达到设计要求及国家排放标准,稳定运行结果见表2。

对工艺进出水结果长期监测表明,生物接触氧化池在COD容积负荷2.0～6.0kg/(m3.d) 范围内变化时,出水COD均低于100mg/L,COD去除率始终保持在80%以上。

3.3 生物接触氧化池中的生物相观察

镜检发现,除菌胶团大量存在,还有数量较多的丝状细菌,及钟虫类固着型纤毛虫和轮虫、线虫等多细胞后生动物。同时发现生物膜中出现的微生物与BOD负荷有很大的相互关系。当负荷高时,除菌胶团外,草履虫、豆形虫属、肾形虫属、波豆虫属大量出现,生物膜颜色呈灰色到黑色。中负荷时,轮虫属、小口钟虫属、旋轮虫属等占优势。线虫类和寡毛虫类也相当多,同时出现丝状菌和真菌类,生物膜呈灰褐色。低负荷时,纤毛虫类减少,变形虫属、普通表壳虫等占优势,生物膜呈褐色。此时,硝化细菌大量生成,发生明显的硝化作用。

从生物组分分析,生物接触氧化法实际介于生物膜法和活性污泥法之间。其内部水流呈推流式,沿水流方向不同高度生物种类和数量具有呈层分布现象,特别是生物膜中的异养菌与硝化细菌,数量比例随水流方向变化更加明显。实践发现,当进水负荷变化时,也可看到原有的特征层次随之移动的现象。

通过生物相观察,了解微生物生长状态,采取适当措施,比如生物膜大片发黑时,采取适当延长水力停留时间、暂缓进水水量、加大曝气量等措施,对于维持微生物活性,保证出水水质长期稳定具有较大的意义。

3.4 处理效果综合分析

生物接触氧化结合气浮法处理高浓度的卷烟综合废水效果较好,具有较高的去除容积负荷。生物接触氧化具有泥量大、负荷高、耐冲击、占地省、运行管理较简便、运行费用较低等优点,同时池中微生物菌龄较长,可进行硝化、反硝化过程。气浮池分离效率高,且水力停留时间短、设备体积小、占地少。该工艺组合对运行场地要求较低,本工程即建在厂房的地下室内。

4、结论

①该废水处理工程投入运行以来,实践证明,采用生物接触氧化加气浮的工艺处理卷烟综合废水非常成功,工艺运行稳定可靠,而且具有投资较少,运转费用低,操作简便等优势。

②生物接触氧化池对间歇性运转有较强的适应能力,卷烟厂平均每月停产2～3d,废水处理设施停工后再运转,1d内生物膜即可恢复。

③定期调查生物接触氧化池中生物膜的颜色、生物相、臭味以及用镜检能够鉴别的微生物,采取相应的对应措施,对于维持工艺稳定运行十分关键。

④对进出水挥发酚等指标不定期监测表明,原水中来自烟丝清洗、卷接包车间设备保养废水的有毒物质经调节池充分混合后,进入接触氧化池的预处理水挥发酚浓度低于23mg/L,没有对工艺的正常运转产生影响。气浮后出水中挥发酚含量低于0.2mg/L,处理效果较好,低于排放标准。

⑤综合废水经处理后,达到国家综合污水排放一级标准。年运转费用低于30万元,减排COD290t,免交排污费150万元,具有较大的环境经济效益。

参考文献:

[1]郝醒华,高晶,沈玲等.卷烟生产废水治理途径初探[J].北方环境,2002,2:63～65

[2]刘文玲. 卷烟厂综合废水处理及其实效[J].工业安全与防尘,1998,8:19～21

[3]刘建广.水解-BAF-纤维过滤工艺处理卷烟废水. [J].中国给水排水,2003,19(1):62～64

[4]高兴斋,刘育禾,钟巧云等.用物化法处理卷烟厂综合废水的实践[J].环境科学研究,1998,11(5):55～57

[5]马步青. 上海卷烟厂污水治理[J].烟草科技/ 烟草工艺,2004,6:3～5

[6]徐亚同,黄民生. 废水生物处理的运行管理与异常对策[M].北京:化学工业出版社,2003