（环境工程专业论文）水解酸化mbr处理卷烟厂废水的实验研究.pdf

摘要 摘要 卷烟厂废水是卷烟生产过程中产生的一种较难处理的有机废水，其特点是水质和 水量波动大、成份复杂、有毒有害物质含量高。随着工业回用水要求和标准的提高， 卷烟厂废水的治理已经成为当前环境保护领域内的一项重要研究课题。膜生物反应器 ( m b r ) 是由污水生物处理技术和膜分离技术结合而成的一种新型污水处理与回用工 艺，其对于高浓度、难降解有机废水的处理有广阔的研究前景。 本课题以某卷烟厂产生的废水为对象，就一体式好氧膜生物反应器在处理卷烟厂 废水过程中的污染物去除效果、污泥特性、晟佳反应参数以及膜污染机理展开了研究， 同时考察了水解酸化作为膜生物反应器预处理措施，在降解水中难降解物质，提高废 水可生化性方面的效果。处理卷烟厂混合废水的试验结果表明：出水达到了中国工业 污水回用标准。当水力停留时间在4 8 小时之间时，水解酸化的c o d 去除效果可达到 4 0 q 5 ，能够有效降低m b r 的负荷，b o d 5 ，c o d 由o _ 3 l 提升至0 4 9 ，提高了废水的 可生化性。m b r 的c o d 容积负荷保持在1 5 也5 k g c o d ，m d 时，能够得到有效的c o d 去除效果，去除率维持在9 5 左右，出水c o d 控制在5 0 m 班以下。m b r 出水n h 3 - n 在 2 m g ，l 以下，去除率达到9 7 。试验结果同时表明，处理卷烟厂混合废水时，m b r 能 够维持较长的运行周期，达到8 0 9 0 d 。 针对m b r 在处理卷烟厂混合废水后期出现的膜污染快速上升的现象，在试验第二 阶段主要针对卷烟厂生产废水进行了处理试验，试验结果表明：卷烟厂生产废水中_ 豹 香精香料物质是膜污染快速上升的主要原因，同时随着香精香料物质在废水中含量的 增加，系统的处理效果降低。 针对卷烟厂废水色度较高，且生化法除色效果不理想的现象，试验还进行了混凝 脱色试验，结果表明，混凝对色度的去除有很好的效果，同时可以有效控制产水水质。 关键词：卷烟厂废水；膜生物反应器；水解酸化；膜污染；污水回用。 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t c i g a r e t t ew 鲫t e w a t e r ，p r o d u di i lt 1 1 ep r o c e s so fc i g a r e t i em a n u f 赴t i l r i n g ， i so k 砌o f o r g a n i cw a s t e w 撕趾di sv e r yd i 佑c l l l tt ot r e a tb e c a u s eo f i t s v a r i a b l eq u a m i t y 髓dq u a l i 母a n dm u c ht o x i ca i l dh a n i l m li n 孕e d i e n t w i mt 1 1 e r a 主s i 王1 9 o fi n d u s t r yw a t e rr e c i a m a t i o ns t a n d a r d ，t h en a 姐e n to fc i g a r e t t e w a s t e w 如rh 船b e c o m ea 翻t i c a lp r o b l e mi l lt l l ef i e l do fe n “r o n m e n t a l p r o t e c 廿o n 1 1 l em e m b r a n eb i o r e a c t o r ( m b r ) ，ac o m b i n e dp m c e s so f b i o l o g i c a l 协咖e n t 耐t l la d v 她c e dm e m 协n es 印a r a t j o n ，i san e wt c c h n o l o g yf o r w a s t e w a t e r 仃e a 抛1 e n ta n dr e u s e m b rh 髂m es p e c i 丘e dr c s e a r c hf o r c g r o u n d b e i i 培u s e df o rt i 砒i n gt l l eo r g a i l i c w a s t e w a t e ro fh i g hc o n c e n t r a t i o na n d s l o 、b i o d e g r a d a b i en a t m e n sr e m o v a le f r e c to fc o i l t a i i l i m 吐o n ，d l a 瑚虻t e r i s t i c so f s l u d g e a n d l c c l l a 血s mo fm e m b r a i l eb e s tr e s p 伽s ep a r 锄e t e r ，f o u l i l l gw e r ei n v e s t i g a t e dt o n 砒t h ew a s t e w a t e ro fac i g 盯e t t ef a c t o r y e x p c 曲e n t a lr e s u l ts h o w ：q u a l i t ) ，o f o b t a i n e de m u e mm e tt h ew a s t c w a t c rr e c l a m a t i o ns t a n d a r do fc h i n aw i t l l c o d l o g l ) ，同时维持了较低的悬浮污泥浓度( 2 0 0 6 0 0 m l ) ，从而明 显减轻了对中空纤维膜的堵塞，良好的生物处理效果在系统整体的处理效 果中起主要作用，超滤则通过去除悬浮物使之得到了强化。张军f 6 习在所进 行的复合淹没式中空膜生物反应器处理生活污水的特性研究中，在下部装 填盾形泡沫填料、上部装填中空纤维膜组件的复合生物反应器之外，又设 置了前置反硝化的a 段反应器，从而组成了a 0 系统，并且在其中实现了 北京交通大学硕士学位论文 a 2 o 的运行条件。其后，张军【6 6 1 进行的该系统的脱氮除磷效能研究中发现， 该系统能够在去除有机污染物的同时脱氮除磷，但必须控制好反应器内的 运行条件。当温度控制在2 5 3 0 0 c ，d o 为4 6 m g ，l ，营养比为b o d 5 ：t n ： 1 1 p = 1 0 0 ：5 ：1 ，进水为中性或碱性时，可获得出水c o d 3 0 m g l ， b o d 5 7 0 的处理效果。 1 1 5 m b r 作为r o 预处理韵研究进展及应用 1 r 0 的进水水质要求 反渗透膜对于进水的p h 值、温度、微量化学物质、悬浮物、胶体物、 乳化油等有明确的要求。一般会采取一下一些预处理措施： 采用絮凝、沉淀、过滤或生物处理方法去除水中的悬浮固体和胶 体。 用氯、紫外线或臭氧杀菌，防止微生物、藻类和细菌的侵蚀。 加阻垢剂或酸，防止钙镁离子沉淀结垢。 按照所选用的反渗透膜的种类，严格控制进水p h 和余氯含量，防 止膜的水解和氧化。 控制水温，保证膜处于良好的操作条件，并延长使用寿命。 2 国内外研究进展及应用现状 膜生物反应器既可以用于高浓度、难降解有机工业废水的处理，又可 以用于生活污水和一般工业污水的净化。其特点是污染物去除效率高，处 理出水水质好，不仅对悬浮物、有机物去除效率高，出水的悬浮物和浊度 可以接近于零，而且可以去除细菌、病毒等，可以作为污水深度处理的资 源化技术，完全可以达标排放或中水回用，这是膜生物反应器最重要的优 点和应用优势所在。 超滤，微滤+ r o 生产循环冷却水在我国电力行业已经得到了广泛应用， 而m b r + r o 在国内的文献报道中不多见，在工程实例中主要应用于以下两 个主要方面：一是垃圾渗滤液的处理，二是生活污水的处理，主要是洗浴 第一章文献综述 污水的处理，比较大规模的应用是北小河再生水厂，处理量l 万吨天。 国外已经有较多的应用m b r 作为r 0 的预处理措施，其中主要集中在市 政污水的处理上，用于制取饮用水，在m i c m b i a l 删的报道中，m b r 主要是 去除污水中的氮，污水经过m b r 之后，可以直接作为反渗透的进水而没有 运用其它任何预处理措施。在l o z i e r ，j 【6 ”报道的应用m b r r 0 处理市政污 水的报道中，m b r 应用z e n o n 的z e n o g e m 系统作为r o 预处理，试验结果同 样令人满意，同时反渗透的污染程度也较低。 n i ，c h 【6 8 】等人在应用m b 删0 3 处理电子液晶生产废水，试验结果表 明：m b r 能够去除废水中9 8 5 的c o d ，9 7 4 的t o c ，s d i 小于3 ，进水完 全达到反渗透的进水要求。在s c h o l z w o 【6 9 】所报道的应用m b r f 町处理皮 革工业废水中，m b r 被看作很成功的预处理措施，某皮革厂的废水在进行 处理后准备用作灌溉水源，但其中的高盐量成为其应用的制约因素，应用 反渗透进行除盐时出现了反渗透膜孔快速堵塞的现象，m b r 成为解决这一 问题的方法，试验报道，m b r 的水力停留时间为1 7 2 0 小时，f m = o 5 2 ， 容积负荷为3 2 8k gc 0 d m 。3 d a y - 1 ，试验结果表明，m b r 能够去除污水中9 0 1 0 0 的c o d 、b o d 和氨氮。出水c o d 达到3 4 4 m l ，b o d 为2 0 m g 几，经过 r o 处理之后，其中的含盐量降低了9 7 1 ，试验结果表明，m b r 能够有效 的防止反渗透的微生物堵塞和悬浮物污染。在v i s v a l l a t l l a n ，c h e m y a p p a n 所报道的应用在新加坡m b r 作为r 0 预处理进行海水淡化的实践中，m b r 作为i 的预处理，试验主要考察了m b r 对d o c 的去除情况，结果发现， m b r 对d o c 有7 8 的去除率，对于可生物降解d o c 基本上可完全去除。同 时，对是否有m b r 作为预处理进行了平行对比试验，试验结果表明，有m b r 作为预处理的反渗透膜，能够达到的最高通量是没有预处理的3 0 0 。 1 2 水解酸化工艺简介 国内外处理难降解有机物的方法有两大类，一类是采用吹脱、吸附、 膜分离、氧化、焚烧、电化学等处理手段的物理化学法；另一类则是立足 于生化法，通过预处理或生物处理的强化手段，提高生物对难降解有机物 北京交通大学硕士学位论文 的分解能力。近年来的研究表明，一种介于厌氧和好氧之间的工艺水 解酸化工艺，作为难降解有机物的预处理工艺，有显著的效果。多年来的 经验表明，厌氧生物处理比好氧生物处理在对难降解有机物的处理上有更 大的优越性。这主要是由于一些大分子化合物的生物处理，首先要经过水 解过程，而好氧微生物的水解能力很弱，致使有机物降解缓慢；厌氧生物 处理却恰好可以利用厌氧消化过程中水解和酸化阶段，使一些难降解有机 物得到降解。 水解和酸化阶段，主要的微生物是水解菌和产酸菌，均为兼性细菌， 因此可以将水解和酸化阶段从整个厌氧过程中分离出来。利用水解菌和产 酸菌，将大分子、难降解有机物降解为小分子有机物，改善废水的可生化 性，为后续处理创造了有利条件。由于产甲烷菌与水解菌、产酸菌的生长 速度不同，因此可以控制水力停留时间( h r n ，利用水力淘洗作用，抑制产 甲烷菌的生长。 经水解和酸化预处理后，b o d s c o d 大为提高，c o d 的去除率显著高 于传统活性污泥工艺，而废水总停留时间又可缩短。水解酸化工艺水力停 留时间( m 是水解反应器运行控制的重要参数之一，它的选择主要取决于 废水的性质。研究发现，用水解酸化工艺处理煤气洗涤废水，h r t 增加， c o d 、b o d 及b o d 5 c o d 均先上升后下降，表明一定h r t 内，水解与酸化 使一些大分子降解为小分子、易生物降解的有机物，使b o d 升高；随着h r t 的延长，产甲烷菌开始生长，使一些小分子有机物彻底降解，故b o d 、c 0 d 均降低。因此应选择b o d 5 c o d 达到最大时的h r t 为最佳值，这样可充分 发挥后续好氧生物处理的作用，缩短系统的总h r t ，减小处理设备的容积。 温度、p h 对水解酸化工艺的影响：研究表明，水解酸化适宜温度范围 较宽，但不同水质的最优水解酸化温度有所差别。有的适应低温的能力强， 1 0 2 0 时水解酸化反应速率变化不大，有的则是2 0 以上时水解酸化反应 才有明显效果。大量研究表明，水解酸化微生物对口h 值变化的适应性较强， 该过程可在p h 值宽达3 5 1 0 o 的范围顺利进行，但最佳的p h 值范围为 5 5 6 5 。 水解和酸化处理过程不需曝气但又不能厌氧，它不以产甲烷为目标， 第一章文献综述 仅是厌氧处理的中间过程，与完全厌氧相比，它不需严格的厌氧条件，对 温度、声的变化不敏感，便于操作控制；水力停留时间h i 汀短，所需反应 器体积较小，水解和产酸菌繁殖速度快，驯化培养时间较短。同时，抗冲 击负荷能力强，经该预处理后，出水水质稳定，减小了原水负荷波动对后 续生化处理系统的冲击但是，水解酸化过程受h r t 影响较大，i 司此应根据 b o d ，c o d 上升到最大值来确定最佳水力停留时间。 1 3 卷烟厂废水特点及治理现状 1 3 1 卷烟厂废水产生过程 随着卷烟厂生产工艺过程的高度机械化和自动化，人们认为卷烟生产 过程中废水排放量相对减少，对废水处理未引起高度重视。据调查，国内 的卷烟厂很少对全厂的废水进行全面综合治理。大部分卷烟厂是缴纳一定 的排污费后直接排入市政污水管网。实际上，卷烟厂的排污量也是相当大 的。据1 9 9 8 年的调查统计，大中型卷烟厂的废水排放量为每箱烟o 3 5 一 o 6 0 m 3 ，废水中污染物的含量也很高，对水体造成严重的污染，使生态环 境遭到破坏，故此，近年来卷烟厂的废水处理已经逐渐引起人们的高度重 视。 卷烟厂废水主要来源于两个部分，生产过程中的工业废水和来自厂区 及周边地区的生活污水，前者是卷烟厂废水处理中的主要对象，也是较难 处理的部分。下面将对卷烟厂的生产废水的来源作重点介绍，首先简单介 绍以下卷烟的生产过程。 卷烟厂的生产主要有三部分，分别为： 制丝：分为制叶片、制梗丝和制烟丝三大工段，包括烟叶回潮、配比、 切头、解把、润基、打叶、润叶、贮叶、润梗、压梗、切梗、烘梗、贮梗 丝、切叶丝、烘烟丝与加香、贮丝等工序，制造的烟丝必须配比均匀，纯 净无杂质，烟丝的宽度、水分、温度均应符合工艺要求。 卷制：卷制包括喂丝、风力送丝、卷支、滤咀接装，按照规格和质量 北京交通大学硕士学位论文 标准，卷成各种烟支。 包装：用软包、硬盒、听装等多种包装方式包装成卷烟产品，还有包 透明纸、包条、装箱程序，最后成品入库。 卷烟厂废水主要来源于制丝阶段，首先要在烟草中通入水蒸气进行浸 润，之后在其中加入调味剂，主要方法是浸泡和浸润。在浸润环节中，调 味剂会进入废水中，成为卷烟生产过程中废水污染物的主要来源。 具体的废水产生环节如图1 3 所示： 烟草 产生废水冲洗添料设各时产生冲洗废 水 图1 3 卷烟生产中产生的废水的主要环节 1 3 2 卷烟厂废水水质、水量 在生产工艺的前半部分，主要产生的污水来源于膨胀烟丝用水和洗梗 用水，其污水的特点是水量较小，浓度较高，含有烟叶中的的生物碱和酚 类等，同时污水的温度较高，大约在6 0 7 0 之间。 生产中还有粘合剂会在生产过程中进入排水系统，这部分废水被称为 白胶废水，废水呈白混浊色，c o d 的浓度在2 0 0 0 m g ，l 左右，在生物污水处 理中，往往会造成污泥中微生物的大量死亡，致使处理效果下降，污泥增 加。这种情况只有经过一段较长的时间才能逐渐恢复，如果此时监测排放 水的浓度，有可能超出排放标准。因此在某些烟厂中，要求白胶废水分类 集中回收，以降低污水的处理难度。 在生产流程的后期，产生的污水主要来源于香料车问，大部分来源于 冲洗加料设备，含有加入香烟中的香料和香精成分，同时还有些机油。此 类废水的浓度较高，色度较高，同时废水中含有多种难降解的生物碱、酚 类、醇类等有机物。 烟草中的香精香料主要包含以下一些药剂： 甜昧剂：甜叶菊、大茴香醛、紫苏葶、罗汉果浸膏、山梨醇等。 第一章文献综述 矫正吸味，抑制刺激杂气：可可粉或可可酊剂、咖啡酊、菊巨浸膏、 茅香浸膏、葫芦巴酊、红茶酊、棕色化反应产物；杏核、桃核、核桃等坚 果酊剂；浓缩果汁等。 增添膏香：秘鲁香膏、吐鲁香膏、排草浸膏、灵香草浸膏、香荚兰豆 浸膏、黑香豆浸膏或酊剂。 增添脂香和烟草特征香味：甲基环戊烯醇酮、香紫苏内酯、异戊酸、 戊酸苯乙酯、苹果酸、苯甲醛等。 增加蜜甜香：苯乙酸及其酯类、壬酸乙酯、山秋油等。修饰花香：玫 瑰精油或浸膏、烟花浸膏、树兰浸膏、金合欢浸膏、橙花油、橙叶油、香 叶油、苯乙醇、玫瑰醇及其酯类、苯乙醛等。 修饰清香：叶醇及其酯类、橡苔和树苔浸膏、格香膏等。 增强辛香：缬草、肉豆蔻、丁香花、芹菜子、小香、肉桂、苦香木皮 等的精油或浸膏、斯里兰卡玉叶油、大茴香醇、肉桂醇、肉桂醛等。 增强酒香和果香：柑橘类精油、草莓酸、低碳酸酯类、朗姆醚、白兰 地酒等。 修饰龙涎木香：香紫苏油、柏木酯、龙涎酮、自芷酊、独活酊、檀香 油等。 修饰酚香和烟熏香：丁香酚及其衍生物、糖醛衍生物、烟熏香料、海 狸香膏等。 增强整体香味强度：麦芽酚、乙基麦芽酚、降龙涎醚、香紫苏内酯、 环十五内酯、石竹烯、环氧石竹烯、桉叶素等。 卷烟厂废水中最难处理的就是生产污水，这部分水量虽不很大，但污 染负荷较高，包括洗梗废水、膨胀烟丝废水、洗刷废水，有水量小、浓度 高、不定期排放等三个特点。 试验所取的卷烟厂废水取自某卷烟厂。根据以前的文献调研和本次试 验的采样情况，对卷烟厂的水质在时间上的分布特点作简要介绍。 如前文所述，卷烟厂废水有水量小、浓度高、不定期排放三个特点， 主要是因为一个卷烟厂往往要生产三种以上的香烟品牌，每一种品牌的烟 草种类、生产工序以及添加的香精香料也各不相同，这就造成了卷烟厂废 北京交通大学硕士学位论文 水的水质波动很大，没有明显的规律性。 就本次试验水样采集的情况来说，水量较大的时段出现在中午食堂开 饭和下午职工洗澡的时候，其水质同普通的生活污水没有大的区别，生产 废水的排放则贯穿于整个过程。 在一篇外文文献1 7 i 】中，对土耳其某卷烟厂的污水排放作了一次长时间 的水质检测，以下作简要介绍，以供参考。 该卷烟厂所排放的废水主要来源于食堂、周边居民区、以及生产过程 中产生的废水，其特点与本次废水来源的卷烟厂情况比较相似。 水质测量每半小时测量一次，一次2 0 0 m l ，一天共取水样9 6 0 0 m 1 ，测量 水量是将水样混合后测量。测量行为共进行了7 周。下图是水质随时间的分 布状况。 c o n f l ，u 2 0 l 铷 l o 5 0 i l 、l，j7 i 、。! ! 、。一j ，i f ij ，一j f1 、ij1 i，7似 再、fi 。 i r 4 f 】， k * l _ 1 i 。 i 甜u i 粥 d 棚 7 s e p9 5 图l - 4 土耳其某卷烟厂水质监测情况 由水质测量结果可以看到，在将近5 0 天的取样测量中，c o d 的最低值 为3 2 4 m g ，l ，最高值为1 8 7 4 m 啦，水质波动较大，c o d 的平均值为1 2 1 6 m g ，l 。 该卷烟厂废水的p h 值分布在5 7 7 2 之间。 本次卷烟厂废水没有进行长期检测，试验之前进行过一次水质情况调 研，试验期间共取水七次，将这七次取水的水质分析情况作简要介绍，以 期对此类废水作一些规律性的描述。 七次取水的水质情况如下图所示： 第一章文献综述 营 吾 。 图l - 5 试验期间取样情况 试验地点有两个取水口，一个为总排口，所排废水汇集了生产废水及 周边的生产废水；另一个为膨胀烟丝车间废水排放口，最终汇集在总排管 道。总排口出水c o d 最大值8 7 3 m 叽，最小值4 6 4 m 扎，均值为6 8 9 m g l 。 膨胀烟丝废水c o d 最大值2 5 2 0 m g ，l ，最小值1 5 7 3 m g ，l ，平均值2 1 2 1 9 m g ，l 。 膨胀烟丝废水被生活污水稀释之后c o d 值有所降低。 废水中的胶体类物质是导致膜污染的主要因素，主要是因为胶体类物 质会在膜表面形成凝胶层，导致膜表面膜孔堵塞，引起膜通量的降低。 试验中测得，生活污水的胶体浓度为1 0 1 5 m g 几。 实验室测量胶体的含量主要应用t o c 来表现。试验过程中，分别对总 排口出水、膨胀烟丝废水及冲洗设备废水的胶体t o c 进行了测量。试验结 果如图1 6 所示： 北京交通大学硕士学位论文 8 0 垡2 0 0 总排u 出水膨胀烟丝废水洗烟梗废水设备冲洗废水 项目 图1 _ 6 卷烟厂各类废水胶体t o c 由检测结果可以看出，卷烟厂废水的胶体t o c 明显高于生活污水，总 排口的胶体含量较低这是由于生产废水与周边生活废水混合的缘故，在 几种废水中，冲洗设备废水的胶体含量是最高的，为9 1 4 i r 影l ，膨胀烟丝 及洗烟梗废水的胶体含量在6 0 m l 左右，从胶体含量上看，工业废水有可 能会引起膜污染的快速发生，是试验中需要特别注意的地方。 其他常规指标的水质分析如表1 2 所示 表1 2 其他常规水质指标。 衢，融，深叽，盖毵茕舶( m 肌) ( m g ，l ) ( m g ，l )( m 鲈0( 倍)( ) ”1 “ 总排口 3 5 03 51 2 31 1 0 51 0 05 0 6 07 8 膨胀烟丝 1 1 0 05 22 6 5 2 5 68 0 9 07 8 1 3 3 卷烟厂废水处理现状 ( 1 ) 生物曝气滤池( b a f ) 为主体的处理工艺 曝气生物滤池( b i o l o g i c a la c r 眦df i l t c r ) 简称b a f ，是2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初在普通生物滤池的基础上，并借鉴给水滤池工艺而开发的新工艺。 该工艺已经在欧美和同本等发达国家广为流行，目前在世界上已有数百座 大小污水处理厂采用了这种技术。现今，曝气生物滤池已经从单一的工艺 1 暑v g _ l 甚 第一章文献综述 逐渐发展成为系列综合工艺，具有去除c o d 、b o d 、硝化、脱氮除磷等作 用，其最大的特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续的二 沉池。此外，曝气生物滤池工艺有机物容积负荷高、水力负荷大、水力停 留时间短、所需基建投资少、能耗及与性成本低，同时该工艺出水水质较 好【7 2 】。 刘建广报道了生物曝气滤池工艺处理卷烟废水的试验情况【7 3 l 。该工艺 具有流程简单，生化反应速度快，停留时间短等优点。在适宜的工艺条件 下，出水水质达到了生活杂用水水质标准( c j2 5 1 8 9 ) 。 刘建广等人应用生物曝气滤池工艺处理济南将军卷烟厂废水，处理的 废水水质指标为：c o d 为8 0 0 m g ，l ，n h 3 - n 为3 5 m g ，l ，s s 为2 0 0 m l ，b o d 5 为3 5 0 m g 几，出水达到回用标准，可用作厂区绿化、冲洗等用途。 但该工艺也存在一些缺点，主要是：对曝气要求较高，若曝气不均匀， 会形成某一小区域在整个高度上的缺氧或厌氧，造成所谓“沟流”，影响 出水水质：反冲洗强度不能过高，否则会造成生物膜脱落，影响下一周期 的处理效果；c o d 容积负荷较低，负荷超过4 5 k ( m 3 d )( 相应b o d 5 负 荷为2 0 k g “n 3 d ) ) 时，出水c o d 浓度明显上升，c o d 去除率开始下降。 ( 2 ) 混凝+ 生物处理方法 卷烟厂污水中存在少量的极细纤维及未能降解的有机污染物与高分子 有机物胶体，在进行深度处理时容易造成滤膜的堵塞，因此，国内外很多 的研究实践都选择混凝气浮+ 生物处理的方法达到水质净化的效果。 b o z a r s l a n 等应用絮凝+ 生物方法对处理土耳其某卷烟厂废水进行了小 试规模的研究，并应用不同的絮凝剂进行对比试验【7 1 】。原水的c o d 平均值 为1 2 0 0 m g l ，主要的试验指标以c o d 的去除效率为主，选用了三氯化铁、 芬顿以及氢氧化钙三种絮凝剂，通过考察不同的絮凝剂浓度，以及同生物 方法联合使用后的效果来确定最佳药剂和最佳的反应参数。试验的结果见 表1 3 所示。 北京交通大学硕士学位论文 表1 - 3 处理效果比较 絮凝剂去除萎豁肌0 0c 蕊蓑嚣触去除董篱凯0 0 芬顿 2 4 5 96 8 - 9 37 9 9 6 f e c l 3 2 0 - 4 99 0 _ 9 79 5 9 8 堡! ( q 蔓丝；! ：丝 丝二堑! ! ：! ! 试验结果表明，芬顿在混凝剂中具有最好的c 0 d 去除效果。如果有生 物处理的后续工艺，则使用f e c l 3 和c a ( o h ) 2 后具有较高的处理效率。二者 差别不大，但通过对比污泥产量，应用f e c l 3 ，污泥产量为9 9 m 3 d ；应用 c “o h ) 2 ，污泥产量为2 1 6 m 3 d 。从整个工程考虑，应用铁离子作为混凝剂 并进行生物后续处理是最经济有效的方法。去除率可以达到9 4 一9 7 。 国内马步清【7 4 1 所报道的上海卷烟厂污水处理方案改造中，也采取了类 似的工艺，污水厂改造前主要应用o 法处理，经实践表明，原工艺在工作 过程中出现了污染负荷增大、沉淀池沉淀区深度不足、污水中含有不能降 解的纤维并影响中水回用问题，针对上述问题，采取了以下改进措施：改 厌氧池为缺氧池以增加c o d 的去除率；在沉淀池内增设斜板以弥补沉淀区 深度不足的缺陷；增加化学混凝沉淀去除水中的难降解纤维；在二级生化 处理后再增加过滤装置并进行投药杀菌；同时对白胶废水进行了单独的预 处理。改造后的运行结果表明，污水厂获得了更高质量和稳定的出水，并 且扩大了中水回用范围。改造前后的水质对比如表1 4 所示。 表1 4 上海卷烟厂污水处理厂改造前后效果对比 水质指标原水水质改造前出水水质改造后出水水质 u u d 7 377 56 4 b o d 5 2 1 21 41 1 6 s s2 7 54 93 5 n h 3 - n 5 5 2o 8 8 o 5 8 一一一 由郑一新报道的利用生物方法处理昆明某公司的烟草薄片废水【7 5 】，在 分别进行了混凝试验、厌氧试验及好氧试验的小试和中试后，采用混凝+ u a s b ( u p f l o wa n a e r o b i cs 1 u d g eb 1 a n k e t ) + i c e a s ( i n t e n n i t t e n tc ”l e e x t e n d e d a e r a t i o n s y s t e m ) 工艺，其工艺流程如图1 5 所示： 第一章文献综述 案1 囫 揠1 拒一冒裂 图1 7 烟草薄片废水处理流程 工艺设计先利用气浮去除水中的悬浮物，然后进入水解调节池，调节 水质水量，同时对部分难降解有机物进行分解，提高可生化性，再进入u a s b 处理设备，厌氧分解有机物，考虑处理效率与建设投资的性价比，工程设 计u a s b 水力停留时间为2 4 h 。然后进入i c e a s 工艺反应池，与传统s b r 略 有不同，i c e a s 工艺为连续进水，间断出水，通过滗水器排水进入混凝脱 色池，出水回用于绿化用水。污泥从厌氧和好氧池以及气浮、混凝脱色池 排入污泥浓缩池，浓缩后进入带式压滤机脱水，脱水后污泥卫生填埋。 污水的处理效果如表1 6 所示： 表1 5 各单元处理效果 该方法的对于污水的处理效果较好，但是工艺流程较为复杂，在操作 上有一定难度。 刘文玲报道了应用气浮法处理郴州卷烟厂污水1 7 6 l ，卷烟厂污水的主要 来源是：锅炉房冲渣水、设备及地面除尘水、烟叶回潮产生废水等。水中 的污染物质主要是油类、悬浮物、c o d ，污水中的c o d 大部分为不溶性， 构成c o d 的主要是烟末和动植物油类。该厂污水为问断排放，对于废水处 理属冲击负荷。郴州卷烟厂污水的另一个特点是可生化性较差，b o d ，c o d 的值平均为o 0 2 6 ，不宜用生物法处理。处理流程如图1 - 8 所示。 北京交通大学硕士学位论文 案一竺h 辇h 竺! h 墅h 篁卜匡卜豁 曝| 气 1 混凝莉 圈1 8 气浮法废水处理工艺流程 该工艺中，隔栅用于去除大的固形物，沉淀池底部进行射流曝气以氧 化部分可溶性c o d ，气浮池用于去除废水中的悬浮物和油类，之后进入清 水池。结果表明废水经过处理后，达到排放标准，悬浮物的去除率大于9 5 ， c o d 去除率大于8 0 ，石油类的去除率大于7 5 。该工艺投资少，为3 8 7 5 元，( m 3 年) ，运转费用仅0 3 5 元，n 1 3 ，设备运转正常。该工艺的缺点是对于 卷烟厂综合污水的b o d 去除效果不明显，不能达到回用水的水质要求。 ( 3 ) 电化学法 b e j a i l l 【i w a r 应用电化学+ 絮凝的方法处理印度某卷烟厂废水1 7 7 l ，试验中 采用铸铁电极，用以去除水中的苯酚、木质素、e d i a 、金霉素等化合物， 并且能去除水中大部分的c o d 和b o d 。当通电电流为3 5 a ，5 小时后，c o d 和b o d 的去除率可以达到5 6 和8 4 。 同时研究表明。当阳极的面积增大且通电的时间延长时，处理效果也 随之提高，并且能耗也有所降低，但在试验中还发现，当电流在5 a 或更高 时，铸铁电极会溶于水中，并且形成相当多的电化学污泥。3 2 c m 2 被认为是 最佳的反应面积。b e i a n k i w a r 针对絮凝和电化学反应的先后顺序进行了研 究，研究表明，电化学+ 絮凝沉淀能够取得比较好的处理效果，c o d 和b o d 去除效率能够达到8 1 和9 5 。 结合国内外对卷烟厂废水的工程应用和处理经验，可以得出以下结论： ( 1 ) 卷烟生产废水为中高浓度污水，含有焦油、酚、苯并蓖、尼古丁等 有毒有害物质，结构稳定，且抑制水中微生物生化作用，属难处理污水。 ( 2 ) 污水中含有难降解的纤维成分及环烃等大分子，生化法不易去除， 宜采用混凝方法与生物处理结合应用，能够取得较好的处理效果。 ( 3 ) 应用好氧处理时，应当与水解酸化及脱色反应配合使用，能够取得 较好的效果。 第一章文献综述 ( 4 ) 污水中含有的白胶和机油成分较难处理，如条件允许宜采用分类回 收，可以降低污水处理成本。 1 4 研究目的及研究内容 1 4 1 研究目的 验证水解酸化+ m b r 对卷烟厂废水的处理效果及稳定性。 确定各反应器的最佳操作参数，为工程实践应用提供指导。 考查卷烟厂废水中的胶体物质对膜污染的影响。 1 4 2 研究内容 构建水解酸化+ m b r 工艺试验装置： 考查工艺的运行效果，确定最佳的工艺运行参数； 考察混凝对卷烟厂污水的脱色效果； 应用最佳工艺运行参数，通过长期运行，考查卷烟厂废水对膜污染的 贡献，并确定最佳的清洗药剂和清洗方式。 m b r 处理工业废水已经在国内外得到了广泛的应用，而对于卷烟厂废 水的处理还没有相关报道，因此，本实验对于m b r 在处理卷烟厂废水的工 程试验具有较重要的指导意义。 北京交通大学硕士学位论文 第二章试验装置及试验方法 2 1 试验装置与流程 图2 1 为研究中所采用的水解酸化小m r 试验装置图。 出水 装置 气泵气体流量计 图2 一l 水解酸化m b r 试验装置图 水解酸化+ m b r 工艺主要由水解酸化池、曝气池和膜组件三部分组 成。水解酸化池和曝气池的箱体采用有机玻璃制造。帘式聚乙烯中空纤维 微滤膜组件( 膜孔径o 4um ，膜面积o 2 m 2 ，日本三菱公司生产) 放置于 生物反应器中，膜下用曝气管曝气。水解酸化采用上流式填料装置。曝气 池有效容积3 2 l ，分为4 格，分别设有进水管和阀门控制，以控制不同的水 力停留时间。好氧处理采用膜生物反应器，反应器有效容积1 6 l ，曝气量 为0 4 m 3 m ，反应器内设有导流板，以增强对膜面的冲刷，升流区和降流区 的体积比为3 ：1 。膜通量在试验中始终保持在1 0 l m 2 h 。反应器采用“1 3 ：2 ” 的间歇式出水方式运行，以减缓膜的污染。即出水泵运行1 3 分钟，停止抽 吸2 m i n 。 第二章试验装置及试验方法 2 2 试验方法 表2 1 试验的测试项目及分析方法 测试项目测试方法备注 m l s s 、v s s减重法 水和废水监测分析方法( 第三版) ，p 1 0 7 混合液粘度粘度仪 h a a k e v t 5 0 l 水和废水监测分析方法编委会 c o d 重铬酸钾法 ( 1 9 8 9 ) ，d 3 5 4 3 5 7 b o d标准法 同上，p 3 6 2 3 6 6 水和废水水质检测方法第三版 氨氮纳氏试剂分光光度法 p 2 5 4 2 5 6 总磷分光光度法水和废水水质检测方法第三版 t o c t o c 仪岛津t o l c 一5 0 0 0 温度温度计 d o溶解氧测定仪y s i m o d e l5 8 p h精密p h 试纸 污泥活性比耗氧速率桂萍np 4 8 5 0 胶体t _ o ct o c 仪 表2 1 中，污泥活性和胶体t o c 的具体测定方法如下： 1 、污泥活性的测定方法 1 测定原理 j o n n as 粼z - g o r s k a 等在1 9 9 6 年提出通过测定耗氧速率来计算活性 污泥分解有机物的活性及硝化活性。该方法首先测定活性污泥的总耗氧速 率，计算得到活性污泥的总活性。然后通过添加硝化反应的抑制剂，使污 泥的硝化过程受到抑制，此时测定的活性污泥的耗氧速率即为活性污泥氧 北京交通大学硕士学位论文 化有机物的活性，而二者之差即为活性污泥的硝化活性。 试验采用的抑制剂是n a c l 0 3 和a t u ( 丙稀酸硫脲) 。n a c l 0 3 会迅速 对硝化细菌产生抑制作用，a t u 则会迅速抑制亚硝酸细菌的活性。 2 测定装置 污泥活性测定的关键是测定活性混合液在分解基质的过程中溶解氧 的变化。活性测定的试验装置由四个部分组成，如图2 _ 3 所示。 其中，反应瓶的体积是事先经过校正的，反应瓶的瓶口与溶解氧仪之 间须保证良好的密闭特性。磁力搅拌器用于保证混合液与基质良好的混合 与反应。 1 一磁力搅拌器；2 溶解氧仪探头；3 一记录仪；4 一反应瓶 图2 3 污泥活性测定装置示意图 3 测定步骤 首先，取一定量的污泥样品置于事先经过标定的锥形瓶中。静置沉 淀2 小时后，弃去上清液。 按最终需要达到的浓度在反应瓶内加入相应的基质溶液到规定的 体积。基质组成考虑尽量与进水水质相接近。 将锥形瓶放在磁力搅拌器上开始搅拌一分钟，使锥形瓶中的溶解氧 达到饱和。然后将溶解氧探头置入锥形瓶内，并使锥形瓶口密封好：丌始 第二章试验装置及试验方法 计时，并同时记录溶解氧随时间的变化。此时得到的耗氧速率即污泥的总 耗氧活性。 当溶解氧浓度降到3 m l 左右时，加入2 0 m m ( 2 1 l g ，l ) 的n a c l 0 3 以 抑制硝酸细菌的活性。然后，再次测量溶解氧随时间的变化。污泥总耗氧 活性与该耗氧速率之差即为污泥的硝酸细菌的耗氧活性。 最后，当溶解氧浓度降到2 聊左右时，加入5 m g la t u 以抑制亚 硝酸细菌的活性，并测定溶解氧随时间的变化。中得到的耗氧速率与该 耗氧速率之差即为亚硝酸细菌的氧化活性。综合和中得到的结果，可 以计算出污泥的总硝化活性。 茜 e 趔 避 球 琏 建 蜓 寸 赆 图2 3 污泥耗氧速翠曲线 图2 4 为试验运行过程中测得的污泥耗氧曲线。混合液的溶解氧下降 斜率即为污泥耗氧速率。在耗氧曲线上有两个明显的溶解氧下降斜率的折 点。第一个折点是由于在混合液中加入了n a c l 0 3 ，使混合液中的硝酸细菌 受到抑制，导致污泥的耗氧速率下降；第二个折点是由于加入了a r i u ，使 混合液中亚硝酸细菌也受到抑制，致使污泥的耗氧速率进一步下降。因此， 第一个折点之前得到的溶解氧下降速率则为污泥总耗氧速率，而第二个折 北京交通大学硕士学位论文 点之后的溶解氧下降速率则为污泥对有机物的分解活性。二者之差即为污 泥的硝化活性。根据测得的污泥v s s 浓度为o 6 3 l ，计算三个阶段的污泥 活性为： 污泥总耗氧速率= o 1 3 9 o 6 3 6 0 = 1 3 2 4 m 争o 兆一v s s h - 1 污泥有机物分解活性= o 0 3 6 0 6 3 6 0 = 3 4 3m g 0 2 g - v s s h 。1 污泥硝化活性= 1 3 2 4 3 4 3 = 9 8 1m g 0 2 ，g - v s s h _ 1 2 胶体t o c 的测量方法 胶体t o c 的测量方法主要是利用对混合液在投加混凝剂前后t o c 之 差，其具体的测量方法为： 将废水离心1 0 m i n ，转速为4 0 0 0 r m i n 。 离心结束后，收集离心管上清液，分成两份，一份不加混凝剂，一份 按体积比为1 0 ：1 比例投加混凝剂a 1 2 ( s 0 4 ) 3 。 将投加混凝剂的混合液再次离心分离，时长l o m i n ，转速4 0 0 0 “m i n 。 取离心分离后的上清液，分别测量两种混合液的t o c ，两者之差即为 胶体t o c 之值。 第三章水解酸化+ h b r 处理卷烟厂混合废水 第三章水解酸化+ m b r 处理卷烟厂混合废水 水解酸化瓜仍r 处理卷烟厂废水的小试实验从2 0 0 5 年7 月2 7 同开始，至 2 0 0 5 年1 1 月底结束，试验为期四个月，试验期间在2 0 0 5 年1 0 月1 9 日进行了 一次化学清洗，以此次化学清洗为标志，实验分为两个阶段，第一阶段的 处理对象是由卷烟厂总排口出水和生产车间出水混合而成的混合废水，其 主要实验目的是验证该工艺对卷烟厂废水的处理效果及稳定性，以及确定 各反应器的最佳操作参数；第二阶段的处理对象是卷烟厂生产车间的冲洗 设备废水，主要考察了卷烟厂生产废水中香精香料对工艺运行的影响，重 点考察了对膜污染的贡献。 本章介绍试验第一阶段对卷烟厂混合废水的处理效果。 3 1 试验概述 因为卷烟厂废水具有水质! 水量变化大，含有难降解成分较多的特点， 因此在实验第一阶段通过逐步加大容积负荷的方法验证水解酸化+ m b r 处理卷烟厂混合废水的处理效果及稳定性，并在试验中逐步改变水解酸化 池的水力停留时间，通过效果的对比来得到最佳的运行参数。 实验的第一阶段基质分为三种工况，分别为； 7 2 7 8 1 1 ，污泥培养、驯化阶段。此时的进水为卷烟厂的总排出水 和清华生活污水按照1 ：1 比例配置。 8 11 1 0 1 2 为实验的主要阶段，进水由卷烟厂的总排口出水与膨胀烟 丝污水按照1 ：l 比例混合，模拟卷烟厂污水，并比实际的卷烟厂废水浓度 略高。 1 0 1 2 一l o 1 8 ，进水为香精香料废水和总排口出水按照1 ：3 的比例配 置，进行冲击负荷试验。 北京交通大学硕士学位论文 3 2 试验结果分析 3 2 1 c o d 的去除效果 实验第一阶段，水解酸化工艺对c 0 d 的处理效果如图3 1 所示。 2 0 0 2 o 1 o 0 o 8 月5 日8 月1 8 日8 月2 8 日9 月7 日9 月1 7 日9 月2 8 目一 实验时间 图3 一l 第一阶段水解酸化朋b r 对c o d 的去除情况 表3 1 第一阶段各工况运行情况( 均值) 进水水解产水 系统处 上仉 c 0 d ( m g l )c o d ( m g ，l )c o d ( m l )理效果 i 8 0 2 34 5 9 14 1 8 9 3 5 i i1 0 7 2 7 5 3 6 55 4 49 4 9 塾! ! 堕：! ! ! ! ! ：!塑：坐 由试验结果( 图3 1 及表3 1 ) 可以看出，通过试验中调整进水c 0 d 的 浓度，卷烟厂废水的水质波动较大( 3 8 8 2 3 2 2 m g ，l ) ，水解酸化池出水 随原水的波动也出现了较大的变化( 2 0 4 1 0 3 5 m g l ) ，平均去除率为 4 0 5 。膜生物反应器对c o d 的去除起主要作用，膜出水基本维持在一个 较稳定的水平( 2 4 7 5 m g ，l ) ，产水均值5 0 7 m g 几。 工况二的污水成分与真实的卷烟厂污水成分没有大的差别，因此，工 况二的实验结果对于实际工程应用的指导性较强，由工况二的实验结果可 以看出，对于卷烟厂废水，水解酸化+ m b r 具有很好的处理效果，c o d 一1，口e一凸oo 第三章水解酸化+ m b r 处理卷烟厂混合废水 的去除效果可以达到9 5 左右，同时水解酸化的去除效果也较好。 3 2 2c o d 容积负荷同去除效果的关系 膜生物反应器c o d 容积负荷同去除效果的关系如图3 2 所示。 孚 回 校 笾 - m 1 9 5 9 0 0 0o51o152025 m b r 容积负荷 ( k