针状焦是近年来炭素材料中快速发展的一个优质品种，具有低热膨胀系数（CTE）、低空隙度、低硫、低灰分、低金属含量、高导电率及易石墨化等一系列优点，是生产超高功率电极、特种炭素材料、炭纤维及其复合材料等高端炭素制品的原料。近年来，受下游新能源汽车行业爆发的影响，用于生产锂电池负极材料的针状焦需求量快速增长。根据生产原料的不同，针状焦可分为油系针状焦和煤系针状焦。油系针状焦较煤系针状焦具有CTE低、比电阻低等显著优势，因此被广泛应用。未来，在环保政策、煤炭资源不足及原油重质化劣质化影响下，以热裂化渣油和催化裂化澄清油等石油加工厂重质馏分油为原料生产的油系针状焦将得到快速发展，由此而带来的油系针状焦生产废水的排放量将大幅增加，如不妥善处理，将对受纳水体产生较大污染。油系针状焦生产废水具有含油高、含硫高、水质波动大、可生化性差等特点，在废水处理过程中具有一定的难度。以山东某企业年产7×104t油系针状焦项目产生的废水处理为例，详细介绍废水处理工程的工艺设计及运行效果，可为同类工程的设计及运行提供参考。

1、设计规模及进、出水水质

根据企业生产规划，确定本工程设计处理规模为1920m3/d，即80m3/h，其中生产废水为70m3/h、厂区生活污水为10m3/h。

根据项目所在地要求，企业废水经处理后，排入园区综合污水处理厂进一步处理，企业排水需满足《污水综合排放标准》（GB8978—1996）的三级标准及园区综合污水厂协议标准，参照国内同类型企业废水水质情况，确定工程设计进、出水水质如表1所示。

2、废水处理工艺流程

油系针状焦生产废水中硫化物浓度较高，石油类污染物浓度高，水质波动范围大，污染物浓度增高时毒性物质及难降解石油类污染物增加，进入生化池后会影响后续生化处理效果。针对油系针状焦废水的污染物组分特点，设计并优化了“隔油+脱硫+气浮”三级串联的预处理单元，通过强化预处理降低废水中硫化物及油含量，对提高废水处理系统效率、满足生化处理要求、降低废水处理运行费用具有重要的作用。同时，利用改良型Fenton单元，与生化处理单元形成互补，深度去除COD、色度、TP、F-、SS等，进一步提高污染物去除率，确保出水水质稳定达标。油系针状焦生产废水处理工艺流程如图1所示。

生产废水进入隔油池，利用密度差将浮油、重油与废水分离，利用撇油机将表层浮油撇至浮油储池，底层重油利用排油泵抽送至浮油储池。当检测到隔油池出水污染物浓度超过设计指标时，立即将出水切换排至高浓度废水暂存池暂存，并根据生化系统处理能力逐步排入生产废水调节池。隔油池出水自流进入生产废水调节池，实现废水水质、水量的均衡调节，调节池出水泵送至脱硫池。采用加入亚铁盐与硫离子发生反应生成沉淀物的方式去除硫化物。脱硫池出水进入气浮系统，通过向废水中加入除油剂、PAC和PAM，进一步去除悬浮物和油类物质。气浮系统出水自流进入A/O生化池。

生活污水先经格栅渠去除大粒径物质后进入生活污水调节池，在调节池内进行水质水量均衡调节后，由泵提升至A/O生化池进一步处理。

生化池采用A/O工艺，前段缺氧段（A段）和后段好氧段（O段）串联，控制A段溶解氧（DO）为0.4mg/L以下，控制O段DO为2～5mg/L。通过A/O生化池内微生物的综合作用，将废水中各种污染物高效去除。A/O生化池出水进入二沉池，在二沉池内实现固液分离，底部污泥经泵提升回流至A池。二沉池出水进入改良型Fenton处理反应沉淀池，通过改良型Fenton反应进一步去除COD、色度、TP、F-、SS等污染物，实现对废水的深度处理。改良型Fenton反应沉淀池出水达标排放。

浮油储池存储的浮油和重油，委托有资质的单位定期外运处置。

脱硫池、气浮系统、二沉池、改良型Fenton反应沉淀池产生的污泥定期排放至污泥储池，再通过泵送至污泥浓缩池浓缩后，进入叠螺式脱水机进行脱水处理，脱水后含水率约为80%的脱水污泥再通过耙式干燥机干燥至含水率约30%后，委托有资质的机构外运处置。

3、主要工艺设计参数

①隔油池。地上钢筋混凝土结构，有效容积300m3。配套设备：撇油机2台，N=0.75kW；排油泵共2台（1用1备），Q=10m3/h，N=0.75kW。

②浮油储池。地上钢筋混凝土结构，有效容积65m3。

③高浓度废水暂存池。地上钢筋混凝土结构，有效容积670m3。配套设备：暂存池提升泵2台（1用1备），Q=30m3/h，N=1.5kW。

④生产废水调节池。地上钢筋混凝土结构，有效容积670m3。配套设备：双曲面搅拌机1台，N=4kW，叶轮直径2000mm，转速20~42r/min；提升泵2台（1用1备），Q=75m3/h，N=3.7kW。

⑤脱硫池。半地上钢筋混凝土结构，尺寸8.8m×6.5m×5.0m，有效容积250m3。配套设备：反应搅拌机2台，双曲面式，N=2.2kW，叶轮直径1000mm；混凝搅拌机1台，框式，N=0.75kW，桨板直径1250mm；絮凝搅拌机1台，框式，N=0.37kW，桨板直径1250mm；非金属链条刮泥机1台，N=0.37kW；斜管填料24m2，DN80，玻璃钢材质；硫酸亚铁、PAM配加药系统1套。

⑥气浮系统。一体化钢制设备，1台，处理能力70m3/h，总装机功率7.4kW。配套设备：PAC、PAM、除油剂配加药系统1套。控制参数：出水表观无浮油，SS低于100mg/L。

⑦生活污水调节池。地下钢筋混凝土结构，有效容积100m3。配套设备：机械格栅1台，N=0.55kW，栅宽400mm；提升泵2台（1用1备），Q=10m3/h，N=0.75kW。

⑧A/O生化池。半地上钢筋混凝土结构，尺寸35.0m×30.0m×6.0m，有效容积5775m3。配套设备：潜水推流器2套，N=3kW，叶轮直径1600mm，转速52r/min；罗茨风机3台（2用1备），Q=27.82m3/min，N=45kW；循环水泵4台（2用2备），Q=600m3/h，N=18.5kW；射流曝气器84套，玻璃钢材质，单套曝气量40m3/h；硝化液回流泵1台，Q=180m3/h，N=1.5kW；污泥回流泵2台（1用1备），Q=75m3/h，N=3.7kW。控制参数：生化池总停留时间72h，A池DO为0.5mg/L以内，O池DO为2~5mg/L，污泥浓度控制在5500~6500mg/L，污泥回流比90%，硝化液回流比200%。

⑨二沉池。地上钢筋混凝土结构，尺寸16.0m×6.0m×3.0m，表面负荷0.83m3（/m2∙h）。配套设备：非金属链条刮泥机1台，N=0.55kW。

⑩改良型Fenton反应沉淀池。地上钢筋混凝土结构，尺寸19.0m×6.0m×3.0m，表面负荷0.83m3（/m2∙h）。配套设备：反应搅拌机1台，框式，N=0.75kW，桨板直径2600mm；絮凝搅拌机1台，框式，N=0.37kW，桨板直径2600mm；非金属链条刮泥机1台，N=0.55kW；盐酸、硫酸亚铁、双氧水、火碱、PAM配加药系统1套。控制参数：Fenton反应区停留时间60min，中和絮凝区停留时间30min。

⑪污泥储池。地上钢筋混凝土结构，有效容积145m3。配套设备：污泥提升泵2台（1用1备），Q=10m3/h，N=0.75kW。

⑫污泥浓缩池。地上钢筋混凝土结构，尺寸Ø8.0m×4.5m，有效容积200m3。配套设备：污泥浓缩机1台，N=0.55kW，材质SUS304；叠螺脱水机2台，处理能力720~1200kg/d，N=0.77kW；污泥耙式干燥机1台，N=49kW，仓容积6m3。控制参数：脱水机出泥含水率为80%~83%，干燥机出泥含水率为28%~33%。

⑬综合房屋。砖混结构，平面尺寸27.5m×6.0m，包括配加药间、风机房、脱水机房、办公室、化验间等。

4、工程运行效果及经济分析

4.1 工程处理效果

该工程自投运以来，已连续稳定运行一年多时间，保障了企业的稳定生产。取2021年7月—12月连续6个月企业例行检测数据进行统计分析，此期间平均进水量为65m3/h。各工段对废水主要污染物的去除效果如表2所示。

由表2可知，实际进水负荷为设计负荷的81%时，整体工艺对COD、NH3-N、TN、TP的去除率分别为98.8%、96.7%、93.5%、95.8%，出水主要污染物指标稳定达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）的三级标准及园区综合污水厂协议标准。

4.2 技术经济分析及运行管理

该工程总投资约为1200万元。根据2021年7月—12月连续6个月的企业月度成本统计报表统计数据，工程运行直接处理费用为5.4元/m3，其中电费1.6元/m3，药剂费（含PAC、PAM、盐酸、硫酸亚铁、双氧水、火碱、碳源等）3.8元/m3。

该工程实施后，减排COD为2447.3t/a，减排NH3-N为41.3t/a，减排TN为99.1t/a，减排TP为6.5t/a，保障了企业的稳定生产，促进了当地的就业和区域经济发展，环境效益和社会效益显著。

在实际运行过程中，废水中石油类污染物的预处理效果对后续生化处理具有显著影响。在生产废水排放异常、预处理效果不太稳定时，石油类污染物进入A/O生化池内，生化池内会出现大量泡沫，活性污泥系统的耗氧量降低，对污染物去除率下降，特别是生化系统内的硝化细菌活性极易受到冲击，导致生化池出水氨氮波动。本工艺通过设置隔油、脱硫、气浮三级串联的预处理设施，显著提高了预处理系统运行的稳定性，有效降低了生产废水水质波动对生化处理系统造成的影响。

改良型Fenton工段对废水中的COD、色度、TP、F-、SS等污染物具有良好的处理效果，可有效弥补A/O生化处理工段的不足。在生产废水发生较大波动、对A/O生化池产生较大影响从而导致二沉池出水指标较高时，可通过优化反应条件、提高药剂投加量等方式，提高该工段对污染物的去除率，从而保障出水稳定达标排放。改良型Fenton工段的设置，显著增强了组合工艺的抗冲击能力，保障了组合工艺出水主要污染物指标显著优于设计标准。

因本项目产生的污泥按照危险废物管理，外委处置费用较高，故实现污泥减量是降低废水处理运行费用的关键。本工程实际运行过程中，采取了一系列污泥减量措施，取得了良好的污泥减量效果：一是根据实际水质情况及时优化药剂投加量，有效避免了药剂投加过量造成的化学污泥产量增加；二是通过延长生化池内活性污泥的污泥龄，进一步减少生化处理工段剩余污泥的产生量；三是通过“污泥脱水+污泥干化”组合工艺，最大限度降低外委处置污泥的含水率，从而进一步削减污泥的产生量。

5、结论

①针对油系针状焦废水含油高、含硫高、水质波动大、生化性能差的特点，采用“隔油+调节+脱硫+气浮+A/O生化+改良型Fenton”组合工艺处理该废水，实际运行结果表明，该组合工艺具有处理效果好、抗冲击能力强、运行稳定性好的特点。

②该工程在实际进水负荷为设计负荷的81%工况下，整体工艺对COD、NH3-N、TN、TP的去除效率分别为98.8%、96.7%、93.5%、95.8%，出水主要污染物指标稳定达到《污水综合排放标准》（GB8978—1996）的三级标准及园区综合污水厂协议标准，直接运行费用为5.4元/m3。