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中水用于某卷烟厂异味处理系统的效果评估

2024-10-30 73 上传者：管理员

摘要：采用某卷烟厂污水处理系统产生的中水和自来水分别对烟草加工过程中产生的废气进行水洗，并分析了水洗前后废气、废水成分和处理效果。结果表明，废气中的污染物经中水水洗后转移至淋洗水中，中水水洗去除了废气中77.6%的乙醇及78.6%的非甲烷总烃，废气中的TVOCs经水洗后下降了59.8%,总有机硫化物去除率高达94.6%,其中甲硫醇为有机硫化物主要成分，且经水洗后去除率高达96.4%。与自来水对比，采用中水能够有效去除废气中的污染物、节约水资源、降低运行成本。

关键词：
中水
卷烟厂
废气
异味气体
水淋洗
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我国烟草生产量约占世界烟草生产总量的40%,生产量及消费量均居世界首位[1],在烟叶、烟丝加工过程中易产生高浓度且易挥发的异味气体，其成分主要是酯类、醛类、酮类、多环芳类等有机化合物[2],由于卷烟生产量大，因此产生的异味气体具有高排放量、高危害性等特点，若直接排放易对周边环境及人体健康产生不良影响[3-4]。

烟草厂异味气体通常采用吸收法、燃烧法、生物法、低温等离子法去除[3]。以水洗技术为主的吸收法是烟草行业主流的异味处理工艺[5],异味处理设备统一收集烟草生产及加工过程中排放的废气，并通过水淋洗及不断更换淋洗设备内部水的方式去除废气中的污染物质，水洗后的废气经后续废气处理单元再次处理达标后排放，产生的废水由污水管网统一排放至污水处理厂。由于目前在水洗过程中所用水为自来水且需要不断更换淋洗水，因此导致了水资源的严重消耗，同时也增加了烟草废气处理的运行成本。因此，笔者采用卷烟厂产生的中水替代自来水对烟草生产设备产生的废气进行水洗，同时对自来水及中水模式下水洗前后的烟气进行成分分析。

1、材料与方法

1.1 采样点位设置

根据某烟厂一区制丝车间异味处理系统工艺设置废气、淋洗水采样点，采样点分布如图1所示。图中1、2、3分别为废气1、废气2、废气3采样点，a、b分别为一级水洗前、一级水洗后淋洗水采样点。

图1 某卷烟厂一区制丝车间异味处理系统废气、淋洗水采样点分布情况

1.2 采样及测试方法

在非生产时或未进行加香作业时采集废气作为空白样品，在进行加香作业时采集废气1、废气2、废气3样品，并根据待测目标污染物的类别设置采样频率及采样方法；同时在进行加香作业时每隔 15 min采集一级水洗前a、一级水洗后b废水水样，具体采样频率及方法如表1所示，测试指标及方法如表2所示。

表1 采样频次及方法

2、结果与讨论

2.1 对废气中乙醇的去除

对废气及废水中的乙醇质量浓度进行分析，结果如图2所示。从图2中可以看出，未进行加香作业时，由于气体输送管道中上一段加香作业停止后废气的残留，废气1和废气2仍存在少量的乙醇。在进行加香作业时，中水模式下废气1乙醇的质量浓度为85.3 mg/m3,自来水模式下废气1乙醇的质量浓度为31.4 mg/m3,经过一级水洗后，中水及自来水模式下气体中乙醇质量浓度分别降低至19.2、5.6 mg/m3。

图2 废气中乙醇质量浓度

同时在进行加香作业时，每隔15 min对一级水洗前a、一级水洗后b的废水进行采样分析，结果如表3所示。从表3中可以看出，自来水和中水原水中均未检测出乙醇，但由于淋洗塔中有残留的淋洗液，因此实验起始时，一级水洗b废水乙醇质量浓度随着加香时间的增长均呈现升高趋势，废气中的乙醇经水洗后被吸收至淋洗水中，经中水、自来水一级水洗分别去除了废气中77.6%和82.3%的乙醇，因此，采用中水替代自来水能有效去除废水中的乙醇。

表3 一级水洗b废水中的乙醇质量浓度

2.2 对废气中非甲烷总烃、臭气、有机硫化物的去除

非甲烷总烃(NMHC)指从总烃测定结果中扣除甲烷后剩余值[6]。在进行加香作业时测得废气中NMHC含量如表4所示。从表4中可以看出，中水淋洗前，废气1中NMHC质量浓度为825.0 mg/m3;经中水淋洗后，废气2中NMHC含量下降至333.0 mg/m3,去除了59.6%的NMHC,经生物滤池处理后，废气3中NMHC含量下降至177.0 mg/m3,相较于废气1,NMHC去除率达78.6%。自来水淋洗前，废气1中NMHC质量浓度为466.0 mg/m3;经自来水淋洗后，废气2中NMHC质量浓度下降至155.0 mg/m3,去除了66.8%的NMHC。经生物滤池处理后，废气3中NMHC质量浓度下降至82.0 mg/m3,相较于废气1,NMHC去除率达82.4%。可见中水及自来水均对废气中的NMHC有着较好的去除效果。

表4 废气中非甲烷总烃含量

由于烟草废气中具有异味的气体成分复杂，部分气体的嗅阈值非常低，难以准确测定其组分及质量浓度，因此以无量纲臭气浓度表示烟草异味气体强度[7]。废气中臭气扗浓度如表5所示。从表5中可以看出，在进行加香作业时，中水模式下废气中臭气浓度为174.3±24,经中水水洗后，臭气浓度为165.7±12.7,臭气浓度下降不明显，经生物滤池后臭气浓度下降至119.7±9.8,下降了27.8%。经中水水洗后，废气中臭气浓度仅降低了4.9%,中水淋洗对废气中臭气去除效果不明显。在自来水模式下进行加香作业时，废气中臭气浓度为98,经自来水水洗后废气中臭气浓度略上升为112,经生物滤池后臭气浓度下降至98,与自来水水洗相比，中水水洗能去除废气中少量的臭气，但自来水及中水水洗对废气中的臭气的去除效果均不明显。

表5 废气中臭气浓度

对废气中羰基硫、硫化氢、二硫化碳、甲硫醇、乙硫醇、噻吩、甲硫醚、甲乙硫醚、二甲二硫、乙硫醚10种有机硫化物进行检测，废气中均未检测出乙硫醇，其余成分质量浓度的检测结果如表6所示。从表6中可以看出，在中水模式下，不加香时，废气1与废气2中有机硫化物各组分质量浓度接近，废气1、废气2总硫化物质量浓度分别为87.7、73.2 μg/m3,而废气3的总挥发性有机硫化物质量浓度较高，为952.3 μg/m3,其中甲硫醇占比98.1%,质量浓度为934.2 μg/m3。在进行加香作业15 min时，废气1总硫化物质量浓度为1 640.4 μg/m3,其中甲硫醇占比91.9%,质量浓度为1 507.9 μg/m3。随着加香作业的进行，加香作业35 min时，废气中总有机硫化物质量浓度上升至7 641.8 μg/m3,甲硫醇占比99.4%,质量浓度为7 594.2 μg/m3。经中水水洗后，在加香作业进行15 min时，废气2总有机硫化物质量浓度下降至89.1 μg/m3,对比在加香作业进行15 min时废气1中总有机硫化物质量浓度，经中经水洗后去除了废气中94.6%的总有机硫化物，其中甲硫醇去除率高达96.4%。

表6 中水模式下废气中有机硫化物

在加香作业进行35 min时，废气2总有机硫化物质量浓度下降至81.2 μg/m3,对比加香作业进行35 min时废气1中总有机硫化物质量浓度，中水水洗去除了废气中98.9%的总有机硫化物，其中甲硫醇去除率为99.2%。

在自来水模式下废气中有机硫化物浓度见表7,由于卷烟厂加工作业批次的不同，此时，加香作业15 min时，废气1总硫化物质量浓度高达33 575.3 μg/m3,加香作业进行至35 min时，废气中总有机硫化物质量浓度上升至50 388.9 μg/m3,在加香作业进行的过程中，甲硫醇为废气中有机硫化物主要成分，占比高达99.9%。经自来水水洗后，在加香作业进行15 min时，废气2总有机硫化物质量浓度下降至10 994.6 μg/m3,对比加香作业进行15 min时废气1中总有机硫化物质量浓度，经自来水水洗后去除了废气中67%的总有机硫化物，其中主要是甲硫醇的去除。在加香作业进行35 min时，废气2总有机硫化物质量浓度下降至643.3 μg/m3,对比加香作业进行 35 min时废气1中总有机硫化物质量浓度，自来水水洗去除了废气中98.7%的总有机硫化物，其中主要是甲硫醇的去除。采用中水替代自来水后，对废气中的总有机硫化物尤其是甲硫醇仍有较好的去除率。

表7 自来水模式下废气中有机硫化物

废气中主要有机硫化物为甲硫醇，甲硫醇微溶于水，在298.15 K下亨利常数为5 kg·bar/mol[8-9],易溶于乙醇、乙醚、石油醚等。而废气中的乙醇经中水淋洗后转移至淋洗水中，直至加香作业进行至 75 min时，中水及自来水模式下废水中乙醇质量浓度分别为9 202.0、6 836 mg/L,因此经中水水洗后废气中甲硫醇质量浓度明显降低，但由于在好氧或厌氧环境下，含硫氨基酸的降解、硫化物甲基化和巯基的转移等生物化学过程[10-11],生物滤池中甲硫醇质量浓度不断累积，中水及自来水模式下，废气3中甲硫醇质量浓度均较废气2有所升高，生物滤池对总有机硫化物尤其是甲硫醇去除效果差。

2.3 对废气中VOCs的去除

自然界中，植物释放的挥发性有机物约有3 000多种，占挥发性有机组分(VOCs)总量的90%以上，约有3 000余种，主要包含萜烯类化合物、烃类、醇类、醛类、酮类、酯类等化合物[12],在对烟厂废气中的VOCs进行全扫描分析时，检测出卤代烃、不饱和烃、饱和烃酯类、酮类、醚类，分析结果如表8所示。从表8中可以看出，各废气点位的相对含量占比较高的VOCs组分有：卤代烃、不饱和烃以及饱和烃。在中水模式下，在未进行加香作业时，废气1、废气2中总挥发性有机组(TVOCs)质量浓度分别为 1 844.3、1 686.8 μg/m3;在加香作业初始阶段，加香进行至15 min时，废气1中TVOCs上升至2 178.2 μg/m3;加香进行至35 min时，废气1中TVOCs有所下降，在经过中水水洗后，废气中TVOCs去除显著。在加香进行至15 min时废气2中TVOCs质量浓度下降至661.4 μg/m3,与废气1相比，下降了69.6%,加香作业进行至35 min时，废气2中TVOCs质量浓度为552.0 μg/m3,与废气1相比，下降了59.8%。

表8 中水模式下废气中VOCs分析

在自来水模式下(见表9),在未进行加香作业时，废气1、废气2中总挥发性有机组(TVOCs)质量浓度分别为9 458.7、2 225.4 μg/m3;在加香作业初始阶段，加香进行至15 min时，废气1中TVOCs质量浓度上升至14 742.3 μg/m3;加香进行至35 min时废气1中TVOCs质量浓度有所下降。在经过自来水水洗后，废气中TVOCs去除显著，在加香进行至15 min时废气2中TVOCs质量浓度下降至4 012.0 μg/m3,与废气1相比，下降了72.8%;加香作业进行至35 min时，废气2中TVOCs质量浓度为 3 944.0 μg/m3,与废气1相比，下降了72.9%,自来水、中水对废气中TVOCs均有着较好的去除效果。

表9 自来水模式下废气中VOCs分析

2.4 废水水质变化

在中水模式下，在整个加香作业过程中，废水COD及废水pH和碱度变化情况分别如图3、图4所示。从图3、图4中可以看出，一级水洗a点位废水COD、pH、碱度始终保持稳定，COD质量浓度最高为14.2 mg/L,pH为7.3左右，碱度最高值为150.2 mg/L。废气中污染物质经中水淋洗后大部分转移至水中，中水水洗后，一级水洗b点位废水COD质量浓度显著增加，在整个加香阶段，COD质量浓度在10 031.0～10 766.0 mg/L之间。在自来水模式下，在整个加香作业过程中，一级水洗a点位废水COD、pH、碱度始终保持稳定，COD质量浓度最高为18.6 mg/L,pH为7.2左右，碱度最高值为75.06 mg/L。自来水水洗后，一级水洗b点位废水COD质量浓度显著增加，在整个加香阶段，COD质量浓度在5 393.0～7 699.0 mg/L之间。在实际操作流程上，由于换水不彻底，残留的淋洗液COD导致淋洗初期COD质量浓度较高。在淋洗过程中，使用中水的淋洗水pH维持在7.5～7.6之间，碱度维持在185.2～190.2 mg/L之间，由于中水的碱度高于自来水，这也保证了水洗过程中pH较为稳定，而在自来水水洗的后期，废水pH出现明显的下降，可见与自来水相比，中水水洗能保持水洗过程中pH的稳定。

图3 废水COD变化

图4 废水pH及碱度变化

2.5 经济效益分析

烟厂加香作业生产时长为8 h/d, 期间每套中水淋洗系统换水16次，每次用水量约0.5 t, 据统计，烟厂厂区淋洗系统中水用水量平均每天130 t左右，因此采用中水替代自来水，平均每套淋洗系统每年可节约3 000 t自来水，厂区每年共计节约约 47 450 t自来水，可有效地节约水资源，在去除污染物的同时达到节能减排的目的。

3、结论

(1)中水水洗对废气中的乙醇有较好的去除效果，废气中的乙醇经水洗后被吸收至废水中，经一级水洗后乙醇含量可降低77.6%。

(2)废气中的非甲烷总烃经中水水洗后下降了78.6%,总有机硫化物去除率达94.6%,其中甲硫醇去除率高达96.4%,废气中的TVOCs经水洗后下降了59.8%。

与自来水模式相比，采用中水替代自来水回用于异味处理系统，对废气中污染物仍有较好的处理效果，并且能有效节约水资源、降低运行成本，在去除污染物的同时达到了节能减排目的。

参考文献:

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