再造烟叶生产废水毒性及深度处理研究

徐浩东，邱 雁，田 强

1.云南省设计院集团有限公司，云南 昆明 650228

2.云南农业大学建筑工程学院，云南 昆明 650201

3.重庆百欧环保科技有限公司，重庆 404100

再造烟叶的生产制造是当前烟草行业的重要技术，也是废烟料回收综合利用的重要途径。该生产工艺流程有两个主要的废水排放源，分别为提取浓缩段和抄造段。抄造废水产量为提取段的10～15倍，废水具有COD和BOD含量高、多糖为主的糖类和焦油和苯环类物质，色度呈红棕色，SS、氧化还原电位高，废水易腐化变质。混凝—生化—脱色为常规的三段式二级生化处理工艺，其他工艺有多级串联厌氧好氧、UASB、气浮和膜生物反应器等技术。文章对云南某再造烟叶废水水质和厂内现有污水处理设施的运行情况进行了分析，并通过小试装置对废水水样的可生化性和毒性进行了研究，验证废水深度处理采用Fenton氧化和活性炭附的效果以及废水达标所消耗的药剂量。

1 现状处理设施及水质特点

文章研究的废水和处理设施位于云南某再造烟叶生产厂内，厂内现有处理设施预处理由格栅、初沉、气浮池组成，主要去除悬浮物；生化处理采用IC反应器和A/O工艺，主要处理有机污染物，尾水采用紫外消毒。进水SCOD在线监测结果如图1所示。对2018全年集水井、气浮池、IC反应器、曝气池、二沉池的SCOD、SS和氨氮在线监测数据进行整理，忽略个别偏离较大的数据，数据均较符合正态分布，且随着处理过程的深入，监测数据受干扰程度降低，数据标准偏差逐渐降低，95%置信水平样本平均值出现的最大偏差也逐渐降低，因此采用修正后的正态分布均值进行水质分析是极具代表性的。进水SCOD和SS较高、氨氮较低，初沉、气浮池等预处理对SS有明显的去除效果，分别达到84.1%和75.2%。预处理对SCOD的去除有限，仅为30%；IC反应器对SCOD有大幅度的削减作用，去除率达79%，IC反应器出水的SS和氨氮浓度略有增加；好氧处理对SCOD、SS和氨氮的去除率为46%、17.3%、99.8%。现状处理设施可有效去除BOD5、TN、NH4+-N、TP，但由于好氧生化效率不高，出水SCOD和SS仍达到140mg/L以上。

图1 进水SCOD在线监测结果

2 实验准备

2.1 水质取样及分析

在处理系统进水、好氧生化前、二沉池三个位置取样，对COD、BOD5、TN、NH4+-N、TP、EC、pH指标进行化学检测。进水BOD5∶COD=0.52，BOD5∶TN=23.4；NH4+-N略高于在线监测，但趋势与在线监测类似，进水、生化前和二沉池浓度分别为9.28mg/L、18.3mg/L、3.93mg/L；废水总氮以有机氮和硝态氮为主；总磷浓度较低，进水仅为8.6mg/L，BOD5∶TP=267.4；可溶解性盐（EC）在各取样点均为2000mg/L，浓度不影响废水的生化反应；进水pH=6.51，呈弱酸性。

2.2 实验目的及装置

采用生物接种小试实验装置模拟污水处理环境，严格控制pH值、温度等因素，对废水进行曝气实验，实验主要测定COD降解、好氧速率和验证处理效果，判断废水的可生化性、毒性特征。实验装置由废水储罐、小型提升泵、生化反应室、泥水分离室、尾水存储罐、泥水回流组成。

3 废水实验

3.1 生化反应及活性炭吸附实验

对生化前废水进行连续可生化性实验，第1天废水SCOD浓度为205mg/L，第4天的废水SCOD浓度降为62mg/L；经过连续实验的废水含有一定色度，对废水进行活性炭吸附，浓度为62mg/L的废水投加1‰的活性炭，可有效去除色度，同时使SCOD降为45mg/L。

3.2 废水可生化性和毒性实验

生化前废水分别按照0%、0.1%、1%、10%、25%、50%浓度加入培养的活性污泥中进行可生化性和毒性实验，实验结果如图2所示。生物代谢总耗氧量=异养耗氧量+硝化耗氧量，异养耗氧量由微生物内源呼吸和外源呼吸组成。污染物总耗氧量大于空白样时，活性污泥同时发生内源呼吸和外源呼吸；污染物总耗氧量等于空白样时，仅有内源呼吸进行，外源呼吸较难进行，废水无毒但存在难降解物质；污染物总耗氧量小于空白样时，外源和内源呼吸均受到抑制，废水有毒且存在难降解物质。实验表明，随着废水浓度的增加，活性污泥生化需氧量和硝化需氧量均低于空白样，废水具有毒性和难降解的特性，污染物抑制了污泥的内源呼吸。耗氧量表示废水的毒性和难降解性对生化反应产生了影响，但并未完全破坏生化反应，当废水浓度达到50%时，异养和硝化耗氧量降低约50%。

图2 不同浓度废水好氧速率实验结果

3.3 Fenton药剂投加实验

对二沉池取样废水和小试装置出水进行芬顿实验，通过COD降解验证Fenton反应的可行性，确定合适的Fenton加药量和反应条件。从结果来看，取样废水SCOD为124mg/L，投加0.1‰的Fenton药剂，SCOD可降至64mg/L；取样废水在小试装置内进一步发生生化反应，4d后装置尾水SCOD可降至62mg/L，投加0.050‰的Fenton药剂，废水SCOD降为33mg/L。

4 结论

（1）再造烟叶废水具有COD、BOD5、SS、色度高，氨氮、TP低的特点，表观上BOD5∶COD＞0.3，废水处理以生化反应为主，但现有设施好氧生化效率较低，SCOD、SS的去除率仅为46%和17.3%，SS通过优化气浮、沉淀和过滤较易去除，而SCOD在投加0.1‰的Fenton药剂条件下，仍然无法达到一级A标。

（2）废水中的溶解性盐为2000mg/L，该浓度并不影响生化反应；废水的连续可生化反应实验表明，现有设施尾水COD浓度可进一步降低约50%，仍有较大的挖潜空间，但如要达到一级A标排放标准，必须串联深度处理。

（3）BOD5∶COD＞0.3表征废水具有较好的可生化性，但是这并不能真实反映废水的特性，可生化性和毒性实验表明废水具有毒性和难降解特性，当废水浓度达到50%时，异养和硝化耗氧量降低约50%，毒性和难降解物质抑制了活性污泥内源呼吸，但该抑制作用有限，可通过加大回流比来稀释废水浓度、降低影响，同时充分生化后的废水不宜再采用以生化为主的深度处理工艺。

（4）对废水采用Fenton氧化和活性炭吸附的实验表明，Fenton药剂和活性炭可分别降低48%和27%以上的COD，活性炭吸附还可控制色度；当污水处理系统的生化反应对COD的处理效率提升至70%以上时，一级A标排放标准的深度处理可采用Fenton氧化或活性炭吸附，药剂和投加量分别为0.050‰和1‰。