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針狀焦是近年來炭素材料中快速發(fā)展的一個(gè)優(yōu)質(zhì)品種，具有低熱膨脹系數(shù)（CTE）、低空隙度、低硫、低灰分、低金屬含量、高導(dǎo)電率及易石墨化等一系列優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)超高功率電極、特種炭素材料、炭纖維及其復(fù)合材料等高端炭素制品的原料。近年來，受下游新能源汽車行業(yè)爆發(fā)的影響，用于生產(chǎn)鋰電池負(fù)極材料的針狀焦需求量快速增長(zhǎng)。根據(jù)生產(chǎn)原料的不同，針狀焦可分為油系針狀焦和煤系針狀焦。油系針狀焦較煤系針狀焦具有CTE低、比電阻低等顯著優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用。未來，在環(huán)保政策、煤炭資源不足及原油重質(zhì)化劣質(zhì)化影響下，以熱裂化渣油和催化裂化澄清油等石油加工廠重質(zhì)餾分油為原料生產(chǎn)的油系針狀焦將得到快速發(fā)展，由此而帶來的油系針狀焦生產(chǎn)廢水的排放量將大幅增加，如不妥善處理，將對(duì)受納水體產(chǎn)生較大污染。油系針狀焦生產(chǎn)廢水具有含油高、含硫高、水質(zhì)波動(dòng)大、可生化性差等特點(diǎn)，在廢水處理過程中具有一定的難度。以山東某企業(yè)年產(chǎn)7×104t油系針狀焦項(xiàng)目產(chǎn)生的廢水處理為例，詳細(xì)介紹廢水處理工程的工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行效果，可為同類工程的設(shè)計(jì)及運(yùn)行提供參考。

1、設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)、出水水質(zhì)

根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)規(guī)劃，確定本工程設(shè)計(jì)處理規(guī)模為1920m3/d，即80m3/h，其中生產(chǎn)廢水為70m3/h、廠區(qū)生活污水為10m3/h。

根據(jù)項(xiàng)目所在地要求，企業(yè)廢水經(jīng)處理后，排入園區(qū)綜合污水處理廠進(jìn)一步處理，企業(yè)排水需滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及園區(qū)綜合污水廠協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，參照國(guó)內(nèi)同類型企業(yè)廢水水質(zhì)情況，確定工程設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表1所示。

2、廢水處理工藝流程

油系針狀焦生產(chǎn)廢水中硫化物濃度較高，石油類污染物濃度高，水質(zhì)波動(dòng)范圍大，污染物濃度增高時(shí)毒性物質(zhì)及難降解石油類污染物增加，進(jìn)入生化池后會(huì)影響后續(xù)生化處理效果。針對(duì)油系針狀焦廢水的污染物組分特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并優(yōu)化了“隔油+脫硫+氣浮”三級(jí)串聯(lián)的預(yù)處理單元，通過強(qiáng)化預(yù)處理降低廢水中硫化物及油含量，對(duì)提高廢水處理系統(tǒng)效率、滿足生化處理要求、降低廢水處理運(yùn)行費(fèi)用具有重要的作用。同時(shí)，利用改良型Fenton單元，與生化處理單元形成互補(bǔ)，深度去除COD、色度、TP、F-、SS等，進(jìn)一步提高污染物去除率，確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。油系針狀焦生產(chǎn)廢水處理工藝流程如圖1所示。

生產(chǎn)廢水進(jìn)入隔油池，利用密度差將浮油、重油與廢水分離，利用撇油機(jī)將表層浮油撇至浮油儲(chǔ)池，底層重油利用排油泵抽送至浮油儲(chǔ)池。當(dāng)檢測(cè)到隔油池出水污染物濃度超過設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，立即將出水切換排至高濃度廢水暫存池暫存，并根據(jù)生化系統(tǒng)處理能力逐步排入生產(chǎn)廢水調(diào)節(jié)池。隔油池出水自流進(jìn)入生產(chǎn)廢水調(diào)節(jié)池，實(shí)現(xiàn)廢水水質(zhì)、水量的均衡調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)池出水泵送至脫硫池。采用加入亞鐵鹽與硫離子發(fā)生反應(yīng)生成沉淀物的方式去除硫化物。脫硫池出水進(jìn)入氣浮系統(tǒng)，通過向廢水中加入除油劑、PAC和PAM，進(jìn)一步去除懸浮物和油類物質(zhì)。氣浮系統(tǒng)出水自流進(jìn)入A/O生化池。

生活污水先經(jīng)格柵渠去除大粒徑物質(zhì)后進(jìn)入生活污水調(diào)節(jié)池，在調(diào)節(jié)池內(nèi)進(jìn)行水質(zhì)水量均衡調(diào)節(jié)后，由泵提升至A/O生化池進(jìn)一步處理。

生化池采用A/O工藝，前段缺氧段（A段）和后段好氧段（O段）串聯(lián)，控制A段溶解氧（DO）為0.4mg/L以下，控制O段DO為2～5mg/L。通過A/O生化池內(nèi)微生物的綜合作用，將廢水中各種污染物高效去除。A/O生化池出水進(jìn)入二沉池，在二沉池內(nèi)實(shí)現(xiàn)固液分離，底部污泥經(jīng)泵提升回流至A池。二沉池出水進(jìn)入改良型Fenton處理反應(yīng)沉淀池，通過改良型Fenton反應(yīng)進(jìn)一步去除COD、色度、TP、F-、SS等污染物，實(shí)現(xiàn)對(duì)廢水的深度處理。改良型Fenton反應(yīng)沉淀池出水達(dá)標(biāo)排放。

浮油儲(chǔ)池存儲(chǔ)的浮油和重油，委托有資質(zhì)的單位定期外運(yùn)處置。

脫硫池、氣浮系統(tǒng)、二沉池、改良型Fenton反應(yīng)沉淀池產(chǎn)生的污泥定期排放至污泥儲(chǔ)池，再通過泵送至污泥濃縮池濃縮后，進(jìn)入疊螺式脫水機(jī)進(jìn)行脫水處理，脫水后含水率約為80%的脫水污泥再通過耙式干燥機(jī)干燥至含水率約30%后，委托有資質(zhì)的機(jī)構(gòu)外運(yùn)處置。

3、主要工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

①隔油池。地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積300m3。配套設(shè)備：撇油機(jī)2臺(tái)，N=0.75kW；排油泵共2臺(tái)（1用1備），Q=10m3/h，N=0.75kW。

②浮油儲(chǔ)池。地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積65m3。

③高濃度廢水暫存池。地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積670m3。配套設(shè)備：暫存池提升泵2臺(tái)（1用1備），Q=30m3/h，N=1.5kW。

④生產(chǎn)廢水調(diào)節(jié)池。地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積670m3。配套設(shè)備：雙曲面攪拌機(jī)1臺(tái)，N=4kW，葉輪直徑2000mm，轉(zhuǎn)速20~42r/min；提升泵2臺(tái)（1用1備），Q=75m3/h，N=3.7kW。

⑤脫硫池。半地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸8.8m×6.5m×5.0m，有效容積250m3。配套設(shè)備：反應(yīng)攪拌機(jī)2臺(tái)，雙曲面式，N=2.2kW，葉輪直徑1000mm；混凝攪拌機(jī)1臺(tái)，框式，N=0.75kW，槳板直徑1250mm；絮凝攪拌機(jī)1臺(tái)，框式，N=0.37kW，槳板直徑1250mm；非金屬鏈條刮泥機(jī)1臺(tái)，N=0.37kW；斜管填料24m2，DN80，玻璃鋼材質(zhì)；硫酸亞鐵、PAM配加藥系統(tǒng)1套。

⑥氣浮系統(tǒng)。一體化鋼制設(shè)備，1臺(tái)，處理能力70m3/h，總裝機(jī)功率7.4kW。配套設(shè)備：PAC、PAM、除油劑配加藥系統(tǒng)1套?？刂茀?shù)：出水表觀無浮油，SS低于100mg/L。

⑦生活污水調(diào)節(jié)池。地下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積100m3。配套設(shè)備：機(jī)械格柵1臺(tái)，N=0.55kW，柵寬400mm；提升泵2臺(tái)（1用1備），Q=10m3/h，N=0.75kW。

⑧A/O生化池。半地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸35.0m×30.0m×6.0m，有效容積5775m3。配套設(shè)備：潛水推流器2套，N=3kW，葉輪直徑1600mm，轉(zhuǎn)速52r/min；羅茨風(fēng)機(jī)3臺(tái)（2用1備），Q=27.82m3/min，N=45kW；循環(huán)水泵4臺(tái)（2用2備），Q=600m3/h，N=18.5kW；射流曝氣器84套，玻璃鋼材質(zhì)，單套曝氣量40m3/h；硝化液回流泵1臺(tái)，Q=180m3/h，N=1.5kW；污泥回流泵2臺(tái)（1用1備），Q=75m3/h，N=3.7kW?？刂茀?shù)：生化池總停留時(shí)間72h，A池DO為0.5mg/L以內(nèi)，O池DO為2~5mg/L，污泥濃度控制在5500~6500mg/L，污泥回流比90%，硝化液回流比200%。

⑨二沉池。地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸16.0m×6.0m×3.0m，表面負(fù)荷0.83m3（/m2?h）。配套設(shè)備：非金屬鏈條刮泥機(jī)1臺(tái)，N=0.55kW。

⑩改良型Fenton反應(yīng)沉淀池。地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸19.0m×6.0m×3.0m，表面負(fù)荷0.83m3（/m2?h）。配套設(shè)備：反應(yīng)攪拌機(jī)1臺(tái)，框式，N=0.75kW，槳板直徑2600mm；絮凝攪拌機(jī)1臺(tái)，框式，N=0.37kW，槳板直徑2600mm；非金屬鏈條刮泥機(jī)1臺(tái)，N=0.55kW；鹽酸、硫酸亞鐵、雙氧水、火堿、PAM配加藥系統(tǒng)1套?？刂茀?shù)：Fenton反應(yīng)區(qū)停留時(shí)間60min，中和絮凝區(qū)停留時(shí)間30min。

?污泥儲(chǔ)池。地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積145m3。配套設(shè)備：污泥提升泵2臺(tái)（1用1備），Q=10m3/h，N=0.75kW。

?污泥濃縮池。地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸?8.0m×4.5m，有效容積200m3。配套設(shè)備：污泥濃縮機(jī)1臺(tái)，N=0.55kW，材質(zhì)SUS304；疊螺脫水機(jī)2臺(tái)，處理能力720~1200kg/d，N=0.77kW；污泥耙式干燥機(jī)1臺(tái)，N=49kW，倉容積6m3。控制參數(shù)：脫水機(jī)出泥含水率為80%~83%，干燥機(jī)出泥含水率為28%~33%。

?綜合房屋。磚混結(jié)構(gòu)，平面尺寸27.5m×6.0m，包括配加藥間、風(fēng)機(jī)房、脫水機(jī)房、辦公室、化驗(yàn)間等。

4、工程運(yùn)行效果及經(jīng)濟(jì)分析

4.1 工程處理效果

該工程自投運(yùn)以來，已連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行一年多時(shí)間，保障了企業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)。取2021年7月—12月連續(xù)6個(gè)月企業(yè)例行檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，此期間平均進(jìn)水量為65m3/h。各工段對(duì)廢水主要污染物的去除效果如表2所示。

由表2可知，實(shí)際進(jìn)水負(fù)荷為設(shè)計(jì)負(fù)荷的81%時(shí)，整體工藝對(duì)COD、NH3-N、TN、TP的去除率分別為98.8%、96.7%、93.5%、95.8%，出水主要污染物指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及園區(qū)綜合污水廠協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及運(yùn)行管理

該工程總投資約為1200萬元。根據(jù)2021年7月—12月連續(xù)6個(gè)月的企業(yè)月度成本統(tǒng)計(jì)報(bào)表統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，工程運(yùn)行直接處理費(fèi)用為5.4元/m3，其中電費(fèi)1.6元/m3，藥劑費(fèi)（含PAC、PAM、鹽酸、硫酸亞鐵、雙氧水、火堿、碳源等）3.8元/m3。

該工程實(shí)施后，減排COD為2447.3t/a，減排NH3-N為41.3t/a，減排TN為99.1t/a，減排TP為6.5t/a，保障了企業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)，促進(jìn)了當(dāng)?shù)氐木蜆I(yè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，環(huán)境效益和社會(huì)效益顯著。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，廢水中石油類污染物的預(yù)處理效果對(duì)后續(xù)生化處理具有顯著影響。在生產(chǎn)廢水排放異常、預(yù)處理效果不太穩(wěn)定時(shí)，石油類污染物進(jìn)入A/O生化池內(nèi)，生化池內(nèi)會(huì)出現(xiàn)大量泡沫，活性污泥系統(tǒng)的耗氧量降低，對(duì)污染物去除率下降，特別是生化系統(tǒng)內(nèi)的硝化細(xì)菌活性極易受到?jīng)_擊，導(dǎo)致生化池出水氨氮波動(dòng)。本工藝通過設(shè)置隔油、脫硫、氣浮三級(jí)串聯(lián)的預(yù)處理設(shè)施，顯著提高了預(yù)處理系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，有效降低了生產(chǎn)廢水水質(zhì)波動(dòng)對(duì)生化處理系統(tǒng)造成的影響。

改良型Fenton工段對(duì)廢水中的COD、色度、TP、F-、SS等污染物具有良好的處理效果，可有效彌補(bǔ)A/O生化處理工段的不足。在生產(chǎn)廢水發(fā)生較大波動(dòng)、對(duì)A/O生化池產(chǎn)生較大影響從而導(dǎo)致二沉池出水指標(biāo)較高時(shí)，可通過優(yōu)化反應(yīng)條件、提高藥劑投加量等方式，提高該工段對(duì)污染物的去除率，從而保障出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。改良型Fenton工段的設(shè)置，顯著增強(qiáng)了組合工藝的抗沖擊能力，保障了組合工藝出水主要污染物指標(biāo)顯著優(yōu)于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

因本項(xiàng)目產(chǎn)生的污泥按照危險(xiǎn)廢物管理，外委處置費(fèi)用較高，故實(shí)現(xiàn)污泥減量是降低廢水處理運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)鍵。本工程實(shí)際運(yùn)行過程中，采取了一系列污泥減量措施，取得了良好的污泥減量效果：一是根據(jù)實(shí)際水質(zhì)情況及時(shí)優(yōu)化藥劑投加量，有效避免了藥劑投加過量造成的化學(xué)污泥產(chǎn)量增加；二是通過延長(zhǎng)生化池內(nèi)活性污泥的污泥齡，進(jìn)一步減少生化處理工段剩余污泥的產(chǎn)生量；三是通過“污泥脫水+污泥干化”組合工藝，最大限度降低外委處置污泥的含水率，從而進(jìn)一步削減污泥的產(chǎn)生量。

5、結(jié)論

①針對(duì)油系針狀焦廢水含油高、含硫高、水質(zhì)波動(dòng)大、生化性能差的特點(diǎn)，采用“隔油+調(diào)節(jié)+脫硫+氣浮+A/O生化+改良型Fenton”組合工藝處理該廢水，實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，該組合工藝具有處理效果好、抗沖擊能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。

②該工程在實(shí)際進(jìn)水負(fù)荷為設(shè)計(jì)負(fù)荷的81%工況下，整體工藝對(duì)COD、NH3-N、TN、TP的去除效率分別為98.8%、96.7%、93.5%、95.8%，出水主要污染物指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB8978—1996）的三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及園區(qū)綜合污水廠協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，直接運(yùn)行費(fèi)用為5.4元/m3。