烟草废水在厌氧处理前后水质特性分析

摘要：烟草废水经过厌氧反应，COD去除率由97.26%缓慢下降至84.98%，烟草废水投加末期总磷去除率维持在78%左右，且保持稳定，NH4+、TN去除率维持在38%、37%左右。厌氧处理技术能有效降低以烟碱为主的有机污染物含量，虽烟碱的相对含量未显著下降，但厌氧处理在降低COD方面表现出色，表明厌氧工艺在减少废水中有机污染物总量上是有效的。

关键词：烟草废水；厌氧；GC-MS；

1.前言论述

烟草薄片是一种用于卷烟制造的填充材料，主要是由烟草的废弃物经过一种类似造纸工艺的处理制成的[1]。这种薄片的生产过程与制造纸张的过程相似，需要消耗大量的水。具体来说，每生产一吨烟草薄片，大约会产生30至60吨的废水[2]。其膨胀烟丝和洗梗水量小，生物碱和酚类浓度高；黏合白胶废水，COD含量高；大量的烟末的纤维素、木质素，导致SS高；香精、机油等物质这些都是导致废水中难降解有机物含量增高，增加了处理难度[3]。在烟草废水处理的研究中，曹恩豪[4]发现厌氧处理技术是处理这类废水的主流方法。烟草废水中的烟碱是一种含氮的双杂环化合物，它的特殊结构使得它难以被氧气降解。烟碱分子缺少π电子，导致环状结构的电荷密度降低，同时五元杂环与苯环的稠合结构产生了空间位阻效应，加上烟碱的疏水性质，这些都使得氧气难以从烟碱分子中获取电子。因此，对于含有烟碱这种难降解有机物的废水，适宜采用厌氧工艺进行处理[3]。烟草废水经厌氧处理前后水中污染物特性的变化暂无报道，因此本研究进一步强化厌氧工艺处理烟草薄片废水的探究，运用常规水质分析方法及GCMS来分析厌氧处理前后废水指标变化和污染特性转变，以期为厌氧工艺处理烟草行业废水可行性提供理论依据。

2.实验部分

2.1实验水样与污泥

实验所用原水为淮安市某烟草企业高浓废水，烟草高浓水水质数据见表1。由表可见原水属于高盐废水，含盐量高达18222mg/L，常规指标中浓度较高的指标为COD，COD=21222mg/L，且测算出原水的B/C比仅为0.057，综上所述该烟草企业废水属于高盐高浓度难降解有机废水，废水处理难度大。

2.2实验方法

实验使用UASB反应器来进行中温厌氧消化处理，温度控制在37℃左设备，基本结构如图2-1，实验分为三个阶段：启动阶段：使用部分企业厌氧罐污泥和市政污泥作为接种污泥，用葡萄糖配制进水，按照碳氮磷200：5：1的比例添加，并加入微量元素。开始时的有机负荷设为1kg/（m³·d），每天进水量为25L。 负荷提升阶段：在启动成功后，逐步提高进水中的有机物浓度，从而增加污泥负荷，直到负荷达到5kg/（m³·d），此时进水量保持不变。烟草废水投加阶段：在保持有机容积负荷和进水量不变的情况下，逐步增加烟草废水的比例，每次增加10%，直到完全使用烟草废水。

2.3分析项目及测定方法

3.结果与讨论

3.1烟草废水投加阶段厌氧出水常规指标分析

在实验的50至276天里，通过逐步增加烟草废水的比例，最终实现全部使用烟草废水。这一过程中，厌氧系统的COD去除率略有下降，从97.26%降至84.98%，但后来稳定下来。这表明厌氧法能有效处理烟草废水。其他研究也显示，UASB反应器在有机负荷为8.5kg/（m³·d）时，能长期保持75%以上的COD去除率。实际工程案例中，厌氧反应器处理烟草废水的效率可达86%，证实了厌氧工艺处理高浓度烟草废水的经济效益和高效性[5] [6]。在此阶段废水中的NH4+、TN和TP的去除效率受到较大影响，特别是TP的去除率先是下降，随后又上升，这表明在初期受到烟草废水冲击后，负责除磷的微生物逐渐恢复了活性，最终总磷的去除率保持在大约78%[7]。至于NH4+和TN的去除率，在废水投入后有较大的下降后趋于稳定，分别维持在大约38%和37%，这可能是由于C/N比例的变化和微生物活性受到抑制，进而影响了氮的去除效率。

3.2厌氧进出水GC-MS分析

厌氧处理技术在烟草废水的有机污染物去除方面发挥了重要作用。在处理前，烟碱是废水中的主要污染物，占总有机物质的77.96%，主要来源于烟草加工过程中的烟叶、烟梗和烟末的浸出液[8]。经过厌氧处理，烟碱的相对含量降至68.07%，这一变化说明厌氧处理对于难以降解的烟碱具有一定的分解效果，尽管其在处理后依然占据了相当的比例。原先废水中的一些污染物，如4-甲基环戊[c]吡喃-7-甲醛、3-溴-1，5-环辛二烯和（2，4-苯二甲基）乙酸，在厌氧处理后未被检测为主要污染物，这暗示这些物质可能在处理过程中被有效降解或转化。同时，处理后废水中检测到了新的污染物，包括十二烷酸、1-（羟甲基）-1，2-乙烷二酯、油酸乙二醇酯、1-oxy-quinolin-6-ylamine和2，3-二甲基-2，3-二苯基丁烷，这些新出现的污染物可能是厌氧微生物代谢过程中产生的中间产物或新合成的化合物。尽管特征污染物的相对含量没有显著下降，但厌氧处理在降低COD方面表现出色，原水COD为24100mg/L，出水COD为3620mg/L，有效去除率达到约84.98%。这表明厌氧工艺在减少废水中有机污染物总量上是有效的，但可能需要进一步的处理步骤来降低特定难降解污染物的浓度。4.结论烟草废水投加阶段，厌氧COD去除率由97.26%缓慢下降至84.98%，烟草废水投加末期总磷去除率维持在78%左右，NH4+、TN去除率维持在38%、37%左右。

厌氧处理技术有效降低了以烟碱为主的有机污染物含量，尽管烟碱的相对含量未显著下降，但厌氧处理在降低COD方面表现出色，这表明厌氧工艺在减少废水中有机污染物总量上是有效的。

参考文献：

[1]王艳青，吕新亮，田晓辉，等.造纸法烟草薄片废水处理运行分析及工艺探讨[J].中国造纸，2024，43（03）：142-147.

[2]陈正春，李军，冯文超，等.造纸法再造烟叶废水的处理研究[J].云南化工，2014，41（04）：26-28+33.

[3]张洋，赵静.烟草废水处理工艺的研究进展[J].资源节约与环保，2020，（01）：75-76.

[4]曹恩豪，李军，胡劲，等.造纸法再造烟叶废水处理与回用技术研究进展[J].中国造纸，2016，35（07）：75-82.

[5]陈婕，汤晓峰，汤波，等.UASB-SBR-Fenton法处理中烟废水试验研究[J].环境科技，2014，27（05）：44-48.

[6]孙蓓蓓，张丹.烟草废水处理工程实例[J].工业用水与废水，2021，52（02）：60-63.

[7]杨文静，邓钰莲，陈铸鑫，等.环丙沙星对厌氧反应器处理含磷废水效能及微生物群落响应的影响[J].广西师范大学学报（自然科学版），2023，41（06）：158-168.

[8]吴君章，莫立焕，马青，等.造纸法烟草薄片废水生物处理前后污染特性分析[J].纸和造纸，2015，34（01）：54-58。