再造煙葉生產廢水毒性及深度處理研究

徐浩東，邱 雁，田 強

1.云南省設計院集團有限公司，云南 昆明 650228

2.云南農業大學建筑工程學院，云南 昆明 650201

3.重慶百歐環?？萍加邢薰?，重慶 404100

再造煙葉的生產制造是當前煙草行業的重要技術，也是廢煙料回收綜合利用的重要途徑。該生產工藝流程有兩個主要的廢水排放源，分別為提取濃縮段和抄造段。抄造廢水產量為提取段的10～15倍，廢水具有COD和BOD含量高、多糖為主的糖類和焦油和苯環類物質，色度呈紅棕色，SS、氧化還原電位高，廢水易腐化變質?；炷撋珵槌Ｒ幍娜问蕉壣幚砉に?，其他工藝有多級串聯厭氧好氧、UASB、氣浮和膜生物反應器等技術。文章對云南某再造煙葉廢水水質和廠內現有污水處理設施的運行情況進行了分析，并通過小試裝置對廢水水樣的可生化性和毒性進行了研究，驗證廢水深度處理采用Fenton氧化和活性炭附的效果以及廢水達標所消耗的藥劑量。

1 現狀處理設施及水質特點

文章研究的廢水和處理設施位于云南某再造煙葉生產廠內，廠內現有處理設施預處理由格柵、初沉、氣浮池組成，主要去除懸浮物；生化處理采用IC反應器和A/O工藝，主要處理有機污染物，尾水采用紫外消毒。進水SCOD在線監測結果如圖1所示。對2018全年集水井、氣浮池、IC反應器、曝氣池、二沉池的SCOD、SS和氨氮在線監測數據進行整理，忽略個別偏離較大的數據，數據均較符合正態分布，且隨著處理過程的深入，監測數據受干擾程度降低，數據標準偏差逐漸降低，95%置信水平樣本平均值出現的最大偏差也逐漸降低，因此采用修正后的正態分布均值進行水質分析是極具代表性的。進水SCOD和SS較高、氨氮較低，初沉、氣浮池等預處理對SS有明顯的去除效果，分別達到84.1%和75.2%。預處理對SCOD的去除有限，僅為30%；IC反應器對SCOD有大幅度的削減作用，去除率達79%，IC反應器出水的SS和氨氮濃度略有增加；好氧處理對SCOD、SS和氨氮的去除率為46%、17.3%、99.8%。現狀處理設施可有效去除BOD5、TN、NH4+-N、TP，但由于好氧生化效率不高，出水SCOD和SS仍達到140mg/L以上。

圖1 進水SCOD在線監測結果

2 實驗準備

2.1 水質取樣及分析

在處理系統進水、好氧生化前、二沉池三個位置取樣，對COD、BOD5、TN、NH4+-N、TP、EC、pH指標進行化學檢測。進水BOD5∶COD=0.52，BOD5∶TN=23.4；NH4+-N略高于在線監測，但趨勢與在線監測類似，進水、生化前和二沉池濃度分別為9.28mg/L、18.3mg/L、3.93mg/L；廢水總氮以有機氮和硝態氮為主；總磷濃度較低，進水僅為8.6mg/L，BOD5∶TP=267.4；可溶解性鹽（EC）在各取樣點均為2000mg/L，濃度不影響廢水的生化反應；進水pH=6.51，呈弱酸性。

2.2 實驗目的及裝置

采用生物接種小試實驗裝置模擬污水處理環境，嚴格控制pH值、溫度等因素，對廢水進行曝氣實驗，實驗主要測定COD降解、好氧速率和驗證處理效果，判斷廢水的可生化性、毒性特征。實驗裝置由廢水儲罐、小型提升泵、生化反應室、泥水分離室、尾水存儲罐、泥水回流組成。

3 廢水實驗

3.1 生化反應及活性炭吸附實驗

對生化前廢水進行連續可生化性實驗，第1天廢水SCOD濃度為205mg/L，第4天的廢水SCOD濃度降為62mg/L；經過連續實驗的廢水含有一定色度，對廢水進行活性炭吸附，濃度為62mg/L的廢水投加1‰的活性炭，可有效去除色度，同時使SCOD降為45mg/L。

3.2 廢水可生化性和毒性實驗

生化前廢水分別按照0%、0.1%、1%、10%、25%、50%濃度加入培養的活性污泥中進行可生化性和毒性實驗，實驗結果如圖2所示。生物代謝總耗氧量=異養耗氧量+硝化耗氧量，異養耗氧量由微生物內源呼吸和外源呼吸組成。污染物總耗氧量大于空白樣時，活性污泥同時發生內源呼吸和外源呼吸；污染物總耗氧量等于空白樣時，僅有內源呼吸進行，外源呼吸較難進行，廢水無毒但存在難降解物質；污染物總耗氧量小于空白樣時，外源和內源呼吸均受到抑制，廢水有毒且存在難降解物質。實驗表明，隨著廢水濃度的增加，活性污泥生化需氧量和硝化需氧量均低于空白樣，廢水具有毒性和難降解的特性，污染物抑制了污泥的內源呼吸。耗氧量表示廢水的毒性和難降解性對生化反應產生了影響，但并未完全破壞生化反應，當廢水濃度達到50%時，異養和硝化耗氧量降低約50%。

圖2 不同濃度廢水好氧速率實驗結果

3.3 Fenton藥劑投加實驗

對二沉池取樣廢水和小試裝置出水進行芬頓實驗，通過COD降解驗證Fenton反應的可行性，確定合適的Fenton加藥量和反應條件。從結果來看，取樣廢水SCOD為124mg/L，投加0.1‰的Fenton藥劑，SCOD可降至64mg/L；取樣廢水在小試裝置內進一步發生生化反應，4d后裝置尾水SCOD可降至62mg/L，投加0.050‰的Fenton藥劑，廢水SCOD降為33mg/L。

4 結論

（1）再造煙葉廢水具有COD、BOD5、SS、色度高，氨氮、TP低的特點，表觀上BOD5∶COD＞0.3，廢水處理以生化反應為主，但現有設施好氧生化效率較低，SCOD、SS的去除率僅為46%和17.3%，SS通過優化氣浮、沉淀和過濾較易去除，而SCOD在投加0.1‰的Fenton藥劑條件下，仍然無法達到一級A標。

（2）廢水中的溶解性鹽為2000mg/L，該濃度并不影響生化反應；廢水的連續可生化反應實驗表明，現有設施尾水COD濃度可進一步降低約50%，仍有較大的挖潛空間，但如要達到一級A標排放標準，必須串聯深度處理。

（3）BOD5∶COD＞0.3表征廢水具有較好的可生化性，但是這并不能真實反映廢水的特性，可生化性和毒性實驗表明廢水具有毒性和難降解特性，當廢水濃度達到50%時，異養和硝化耗氧量降低約50%，毒性和難降解物質抑制了活性污泥內源呼吸，但該抑制作用有限，可通過加大回流比來稀釋廢水濃度、降低影響，同時充分生化后的廢水不宜再采用以生化為主的深度處理工藝。

（4）對廢水采用Fenton氧化和活性炭吸附的實驗表明，Fenton藥劑和活性炭可分別降低48%和27%以上的COD，活性炭吸附還可控制色度；當污水處理系統的生化反應對COD的處理效率提升至70%以上時，一級A標排放標準的深度處理可采用Fenton氧化或活性炭吸附，藥劑和投加量分別為0.050‰和1‰。