1、煙草廢水處理及再生回用技術探討江蘇中煙工業公司徐州卷煙廠綜合管理處 周平關鍵詞：廢水處理；再生回用；膜生物反應器；膜組件摘 要：對于煙草加工企業產生的廢水特點進行了分析，通過對不同廢水處理工藝對比分析，以及對煙草生產廢水進行分析實驗等，開發了以膜生物反應器為核心的煙草行業污水再生回用工藝技術和反滲透技術。經分析，煙草廢水處理宜選用膜-生物反應器，并利用該反應器建立了煙草加工企業水系統循環、處理及回用系統工藝流程。經過膜生物反應器一級處理后的出水COD、濁度、色度等水質指標可以滿足國家標準，經過進一步深化處理的水可用于鍋爐和空調。目前，煙草行業的大多數生產企業，對于水資源實行的仍是較粗放管理模式

2、。其主要原是：對水資源缺乏科學、成熟的分級和循環使用規范，導致水資源使用不科學，綜合利用效率低；現有用水設施技術落后，節水型器具普及率低，造成水資源浪費嚴重。同時，廢水排放也加重了對水環境的污染；卷煙加工企業使用的水費占直接生產成本的比例不足0.5%，廢水處理沒有引起足夠的重視。許多企業很少對廢水進行全面綜合治理，只是繳納一定排污費后直接排入市政污水管網，廢水處理再生回用的企業則更少。在當前建立資源節約型和環境友好型的社會大環境下，煙草加工企業廢水處理及再生回用已逐漸引起了高度重視。1 煙草加工企業廢水特點(1)廢水成分復雜，處理難度較大。煙草加工企業的廢水主要來源于卷煙生產過程中廢水和廠區內

3、生活廢水兩個部分。其中，生產廢水中含有大量細小懸浮物、木質素、煙堿、糖類物質、少量的膠體、芳香類等物質。因此，生產廢水具有污染物濃度高、色度高、成分復雜等特點，故采用傳統工藝僅能實現廢水處理的達標排放，較難達到再生回用水標準。(2)年用水量較大，廢水產生量也相對較大。據調查，煙草加工企業的廢水排放量通常為0.350.60m3/50000支，國內大多數企業的年生產規模在250500億支左右，據此計算，其年廢水排放量達175600km3。以徐州卷煙廠為例，年生產規模287.5億支，根據2005年8月2006年8月自來水的實際使用量統計(表1)，實際用水量20125m3×12個月=2415

4、00m3/年，主要包括生活用水6541m3，占總用水量的32.5%；生產用水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月平均使用量用水類別主要用水點用水量（m3）比例（%）生活用水食堂17658.77澡堂477623.73生產用水辦公樓6523.24一車間312015.5二車間1020.51三車間7363.66鍋爐509625.32空調296914.75服務6533.24其它用水廠區道路清洗、澆灌植被、噴泉等2561.27總計201251002 煙草加工企業廢水處理及再生回用工藝選擇通過對不同廢水處理工藝進行對比分析，對垃圾

5、廢液、市政廢水、石化廢水等應用實例進行調研，以及針對煙草生產廢水進行分析化驗、實驗等，探索出了當前比較適合煙草廢水處理及再生回用的經濟且可靠的工藝技術，即膜生物反應器處理技術。該技術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比較 工藝類型優點缺點適用范圍性價比膜-生物反應器出水水質優且波動小1，容積負荷高，占地面積小，系統流程緊湊；污泥負荷低，產污泥量低；自控程度高，運行管理方便。氣水比高，需對膜絲進行反洗，能耗及運行費用較高。適用各種場地、水量、水質等情況；處理后的水達到城市污水再生利用 城市雜用水水質（GB 18920-2002）2，可作為雜用水回用3，4。高曝氣

6、生物濾池出水水質較好；運行可靠性高，抗沖擊負荷能力強；無污泥膨脹問題；占地面積小。需反沖洗，運行方式比較復雜；反沖水量較大。小規模廢水處理工程；處理后的水達到城市污水再生利用 城市雜用水水質（GB 18920-2002），可作為低質雜用水回用。較高生物接觸氧化工藝抗沖擊負荷能力高，運行穩定；容積負荷高，占地面積小；污泥產量較低；無需污泥回流，運行管理簡單。部分脫落生物膜造成出水中的懸浮固體濃度高。適用場地小、水量小、水質波動較大和微生物不易培養等情況；需要進一步處理，才能作為低質雜用水回用。中活性污泥法適應不同性質的廢水處理。運行穩定性差，易發生污泥膨脹和流失，分離效果不理想。適用場地大、水量

7、大、水質波動較大和微生物不易培養等情況；不能作為質雜用水回用。較低簡易生化處理工藝造價低，動力消耗低，管理簡單。出水COD、BOD等理化指標不能確保達標。作為廢水處理的前期過渡處理；不能作為質雜用水回用。低3 膜生物反應器膜生物反應器技術是由廢水生物處理技術與膜分離技術結合而成的新型高效廢水處理技術3，由于其出水水質優良、可以直接回用、裝置占地面積小、二次污染小、自動化程度高等特點，在廢水再生利用方面具有良好的應用前景。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成一個膜元件，許多膜元件通過管網聯接構成一個膜組件。膜組件置于生物反應池的外面，通過膜絲的過濾，實現污染物與水的分離

8、。膜材質有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)；毛細管內徑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：封閉系統設計，膜組件與生物反應器分開，便于膜組件的清洗、更換等，維護操作簡單安全，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，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水泵的揚程，降低錯流能耗；在污泥回流過程中，通過泵

9、回流和氣體產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；適用于大規模工業化系統，不受生物反應器的限制，便于系統優化設計。 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，經過充分預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攜帶，以濃縮液的形式返回生物濾池，從而完成一個流程污染物與水的分離過程。如此周而復始地循環往復，完成廢水的處理。在廢水分離、循環的

10、同時，由空壓機將相應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。當膜組件被污染到一定程度后，系統中設置的在線跟蹤檢測裝置會及時發現異常，并自動進行反沖洗動作，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 煙草加工企業水系統循環、處理及回用系統工藝流程 圖3 水系統循環、處理及回用流程示意圖煙草加工企業水系統循環、處理及回用系統工藝流程見圖3。其中，預先處理工藝包括格柵、高效氣浮、水解酸化等工藝處理過程。格柵用于對水中大顆粒物進行攔截，柵網孔徑為110mm；高效氣浮配合加藥系統，對水中的膠體、懸浮物、色素等進行分離與去除；水解酸化主要針對水中難降解的大分

11、子物質（膠體、芳香類等）進行斷鏈，使之成為小分子、可降解的物質，以便進行生化處理。5 應用效果分析5.1出水質達到鍋爐和空調水質標準經過膜生物反應器一級處理后的出水COD、濁度、色度等水質指標滿足城市污水再生利用 城市雜用水水質（GB 18920-2002）國家標準，可以代替自來水用于灑掃、洗車、沖廁以及景觀用水等，而采用其它傳統工藝處理后的出水僅能達到“污水排放國家標準”6。膜生物反應器一級處理后的出水經進一步的深化處理，可以達到工業鍋爐水質標準（GBl576-2001）7，該水質標準遠高于自來水水質標準，部分水質標準還高于“飲用純凈水標準”，可用于鍋爐和空調等對水質要求較高的用水需求。目前

12、在建的“徐州卷煙廠污水處理”項目已采用該技術，并將深化處理后的水用于鍋爐和空調（水質達到GBl576-2001標準），這也是國內煙草行業首家將深化處理后的廢水用于鍋爐和空調，為國內煙草企業的廢水再生回用提供了新的思路。5.2 課題節能和減排效果分析根據省環保廳和徐州市環保局對徐州卷煙廠“十五”后期技術改造工程的建設項目環境影響報告批復測算：每年將減少污水排放、節約寶貴的自來水505750噸， 595000×0.85(廢水回用系數)=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 課題直接經濟效益就本課題而言，施行“中水”回用項目（達到設計運行能力2000T/D），每年將為企業創造直接經濟效益：80-100萬元。具體測算如下：節約自來水費80-100萬元=2000×0.5（0.6）×350×(3.27-0.84)；其中，污水轉化為中水的轉化率按0.5-0.6“中水”運行費用計；隨著徐州卷煙廠“中水”回用比例的提高和自來水價格的不斷上漲，該項目產生的效益將更大。5.4 課題技術效益具有良好的經濟實用價值和廣泛的推廣運用價值

14、。采用傳統工藝處理到排放指標，則不能減少排污費用；如處理到中水標準，根據煙草行業實際情況，中水不能被全部利用，剩余部分中水的排放將造成浪費；同時，在傳統工藝基礎上處理到鍋爐回用水標準，則基建成本比MBR+RO工藝增加約40，運行費用增加約20；更為重要的是，通過工藝研究，開發以膜生物反應器為核心的煙草行業污水再生利用工藝技術、反滲透技術，解決了煙草行業污水再生利用的難題；而且，本課題項目是國內煙草行業中首家將污水深度處理并運用于鍋爐、空調領域，具有良好的經濟實用價值和廣泛的推廣運用價值。5.5 課題環保及社會效益對于缺水的我們，中水回用的意義已遠遠超越了經濟范疇，不僅攸關水資源的可持續利用，更

15、重要的是它攸關每個人生活質量的提高，攸關當代與子孫后代的生存發展。節約就是創造，利用一份中水，就會增加一份潔凈水資源、增加一份發展能力、增加一份生存保障。本項目將產生巨大的“變廢為寶”環保效益-實現排放“污水”的再利用，提高企業和社會的水資源利用效率；節約無價水資源，有效遏止水環境惡化；更為重要的是，實現了企業污水的零排放，確保了企業環保領先，避免企業今后在環保方面可能面臨的被動局面。同時，通過本項目的施行，不僅是對環保法規和清潔生產法的認真貫徹執行，而且能夠進一步降低企業生產成本，提高企業的競爭能力；更為重要的是將提高企業全員的節水意識，提高可持續利用資源的意識與行為，提升企業履行企業“一片

16、綠意、一片愛心”社會使命與企業責任，提升企業清潔生產與可持續發展能力；同時，企業的廢水處理及中水回用項目將為其它企業提供借鑒，為社會樹立節約水資源的典范，其社會和無形價值不可估量。當今，從世界范圍看，中水回用已不再是一個“行業”，而成長為一個朝陽“產業”。 6 課題公關效果6.1 解決了水質波動難題膜-生物反應器出水優良穩定，懸浮物和濁度接近于零，細菌和病毒被大幅去除。同時由于膜的高效分離作用，增強了系統對有機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-生物反應器內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50g/L，在低F/M條件下，生化反

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

18、運行，膜-生物反應器的產泥量低于常規污水生物處理工藝。若采用其它工藝，按系統2000T/D每天的處理能力計，每天將產生300kg以上的污泥，且要經常清理，否則，將導致處理水池淤塞。從目前實際的運行情況來看，污泥產生量確實很少，運行10個月來，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生，也解決了因大量污泥產生而導致的二次污染難題；不僅節省了污泥二次的處理費用，而且，減少了異味的產生，凈化了現場環境，得到操作人員的認可，得到各方調研、參觀、學習人員的贊許。6.3 解決了廢水脫色難題目前，采用許多工藝均能實現將污水處理至達標中水，但其產水的顏色較深，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物質，其水顏色更重。本課題通過針對煙草廢水的針對性公關研究，成功攻克了煙草廢水處理的脫色技術難關，本項目生產的中水已經達到“無色無味”感官標準。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生量，從而從根本上控制了本項目異味的產生；同時，通過對污水處理站內異味的收集，并集中處理，進一步確保對異味的處