1 工程概況

河北某炭黑化工生產(chǎn)企業(yè)，年產(chǎn)10 萬t 的炭黑。生產(chǎn)廢水主要由炭黑生產(chǎn)廢水及部分生活污水組成，廢水中的主要污染物為油類、炭黑顆粒、CODCr和NH3-N 等。綜合考慮炭黑生產(chǎn)方式和炭黑生產(chǎn)企業(yè)廢水特點，設(shè)計采用混凝-氣浮-兩段生物接觸氧化法為主的廢水處理工藝。本文介紹了處理工藝流程和工藝設(shè)計特點，給出了主要構(gòu)筑物的設(shè)計參數(shù)，分析了水溫、DO 濃度等對運行效果的影響。

2 設(shè)計規(guī)模及進、出水水質(zhì)

2．1 設(shè)計規(guī)模

污水處理站設(shè)計規(guī)模為2 000 m3/d，其中炭黑生產(chǎn)廢水量為1 500 m3/d，生活污水量為500 m3/d。

2．2 設(shè)計進、出水水質(zhì)

根據(jù)對各種污廢水的隨機采樣檢測結(jié)果，同時考慮廠區(qū)生活污水和生產(chǎn)廢水的特點，進水水質(zhì)按各項監(jiān)測指標的最大值考慮，并保留適當余量。污水處理站出水水質(zhì)按照GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》中一級A 標準的要求執(zhí)行。污水處理站進、出水水質(zhì)見表1。

3 處理工藝流程及說明

炭黑生產(chǎn)廢水中含有大量懸浮炭黑、油脂類、氰化物、硫化物、酚類等污染物［1］。炭黑顆粒直徑約為10～100 nm，呈不規(guī)則三維扁平狀結(jié)構(gòu)［2］，表面極為粗糙，布滿空隙［3］，如同多孔的海綿體。這種結(jié)構(gòu)使炭黑具有良好的吸水、吸油性能，表現(xiàn)出既有親水性，又有親油性。炭黑生產(chǎn)廢水特點：固體SS 多、油脂含量高、有機物含量高、可生化性好。污水處理站進水中含有廠區(qū)生活污水，生化性能較好，但水中油污和炭黑顆粒含量較高［4］，須首先采用混凝-氣浮去除懸浮油污［5］。若污水處理站出水作為企業(yè)生產(chǎn)用水水源時，需根據(jù)污染程度考慮采用生化處理方法，充分降低水中的BOD5、CODCr及NH3-N 的濃度后方可使用。因此，污水處理站采用格柵-混凝-氣浮-選擇池-兩段接觸氧化-沉淀工藝處理廢水，具體流程見圖1。

廠區(qū)所有排放的生活污水先通過各級化糞池處理，再和生產(chǎn)廢水一起通過機械格柵截留大塊雜質(zhì)和漂浮物后進入調(diào)節(jié)池，在此平衡水量，均調(diào)水質(zhì)，然后用泵提升進入混凝氣浮澄清池，通過投加絮凝劑、混凝劑和破乳劑進行氣浮處理，浮渣排入浮渣池，出水自流至生化處理單元。

氣浮出水首先進入選擇池，為了防止沉淀物的積累及因缺氧產(chǎn)生異味，在池內(nèi)設(shè)水下攪拌器，同時進行脫氮處理；選擇池出水自流入工藝核心處理構(gòu)筑物———兩段生物接觸氧化池，該池底部均布設(shè)專利高效微孔曝氣管，外設(shè)低噪音三葉羅茨風機供氣，為池中微生物提供充足的氧氣，同時攪拌池水，防止沉淀。另外，池內(nèi)設(shè)有高密度、易掛膜生物填料，提高池中微生物量［6］，擴大容積負荷，減小構(gòu)筑物尺寸。經(jīng)充分生化分解的廢水，進入高效斜管沉淀池進行泥水分離，污泥下沉到集泥斗，通過排泥管排入集泥池，部分活性污泥需回流至選擇池，多余污泥用泵抽至脫水間內(nèi)的污泥濃縮池進行重力濃縮，上清液回流至調(diào)節(jié)池，底部高濃度污泥進行脫水處理，干泥定期外運處理，沉淀池出水進入中水處理站。

4 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)

（1）格柵渠及格柵。格柵渠尺寸為5.0 m×2.0m×3．6 m，有效水深為0．9 m，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。柵渠安裝機械格柵1 臺，有效寬度為1．28 m，柵條間距為0．8 m，安裝角度為70°，功率為2．2 kW。

（2）調(diào)節(jié)池。地下式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為10.0m× 5.0m× 5.0m，有效水深為4.5m，HRT 為2.7h，設(shè)潛污泵3 臺，2 用1 備，有效功率為5．5 kW。

（3）混凝氣浮間。加藥裝置和氣浮澄清設(shè)備均為框架式結(jié)構(gòu)，其混凝氣浮設(shè)備處理能力按110m3/h 設(shè)計，尺寸為14.0 m×6．5 m×5.0 m，組合氣浮設(shè)備規(guī)格GF-30，溶氣水量為6～10 m3/h，電機功率為7．5 kW，加氣電機為0．75 kW，刮沫機功率為0．25 kW，水力表面負荷為3～6 m3/（m2·h），HRT 為15～30 min。

（4）選擇池。半地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為5.0 m×3.0 m×5.0 m，有效水深為4．5 m，池內(nèi)設(shè)1套水下攪拌器。

（5）生物接觸氧化池。2 座，半地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，一段生物接觸氧化池尺寸為10．6 m×5.0m×5.0 m，有效水深為4．3 m，有效容積為227．9m3，容積負荷為1．2×103 kg［BOD5］/（m3·d）［7 -8］，HRT 為2．7 h；二段接觸氧化池尺寸為10．6 m×4.0m×5.0 m，有效水深為4．1 m，有效容積為173．8m3，容積負荷為1．2×103 kg［BOD5］/（m3·d），HRT為2．0 h；兩池底安裝穿孔曝氣管，曝氣量為500m3/h，氧利用率為20％～25％，曝氣設(shè)備采用SLF-125 型的三葉變頻羅茨風機2 臺（1 用1 備），氣水體積比為（15～20）∶ 1。裝機功率為15 kW，池內(nèi)設(shè)置纖維軟性球狀填料載體，直徑為200 mm，填充體積為156 m3，填充高度為3 m，DO 的質(zhì)量濃度為1～3 mg/L。

（6）沉淀池。1 座，半地上鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為10.0 m×6．5 m×5.0 m，有效水深為4.0 m，有效容積為260 m3，表面負荷為1．1 m3/（m2·h），HRT為3．1 h。布水系統(tǒng)采用穿孔布水管，出水經(jīng)上部收水管收集至匯水槽，水槽上部溢流出水。污泥斗角度為60°。沉淀池上部安裝蜂窩斜管65 m2，材質(zhì)為PVC，安裝高度為1 m，斜管的安裝傾角為60°。

5 設(shè)計特點

（1）本工程將炭黑工業(yè)廢水處理后作為回用水，循環(huán)使用，基本達到廢水零排放，不僅解決了企業(yè)的廢水排放污染問題，而且節(jié)約了新鮮水量，具有較好的社會效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

（2）廢水處理采用以生物接觸氧化為主的生物處理工藝，具有工藝成熟可靠、運行管理簡單、出水水質(zhì)穩(wěn)定、運行成本低等特點。

（3）整個工藝遵循先易后難、梯級回用的原則，具有處理負荷高、耐沖擊負荷強、不產(chǎn)生污泥膨脹，污泥產(chǎn)量少，運行穩(wěn)定可靠，遠程操控，無需污泥回流［9］。整體工程的投資少，占地面積小，工程采用變頻控制電耗量大的設(shè)備（曝氣鼓風機、水泵等），節(jié)省電耗，降低運行費。

6 運行效果

6．1 去除率分析

調(diào)試期間兩段生物接觸氧化工藝中CODCr、NH3-N 的濃度和去除率的變化情況分別見圖2、圖3。調(diào)試期間溫度變化范圍為15～30 ℃，平均溫度為22 ℃，pH 值為7．0～8．0，流量為10～15 m3/h，DO 的質(zhì)量濃度為1．8～3．0 mg/L，調(diào)試期間污泥體積指數(shù)（SVI）降低至160 mL/g，污泥沉降性能得到改善［10］。

由圖2、圖3 可知，兩段生物接觸氧化工藝進水CODCr、NH3-N 的濃度變化較大，在進水CODCr、NH3-N 的質(zhì)量濃度分別為300 ~ 400、40 ~ 80 mg／ L的條件下，經(jīng)系統(tǒng)處理調(diào)試后，出水CODCr、NH3-N的質(zhì)量濃度分別為36～48、3～6 mg/L。兩段生物接觸氧化單元對CODCr的去除率可達到93％，對NH3-N 的去除率達到92％，出水均滿足設(shè)計要求，且處理效果穩(wěn)定。

6．2 影響因素

6.2.1溫度

調(diào)試期間平均溫度為22 ℃，在低溫（＜15 ℃）和常溫（22～25 ℃）下生物接觸氧化工藝對炭黑廢水處理效果見表2。

由表2 可知，低溫條件下，生物接觸氧化工藝對CODCr、NH3-N 的去除率較低。低溫對硝化細菌的增長速率和活性都有很強的抑制作用，水溫越低，硝化和反硝化反應(yīng)越難進行。從工藝處理效率角度分析，常溫下，一段接觸氧化工藝對CODCr、NH3-N 貢獻率分別為71％、68％；二段接觸氧化工藝的貢獻率分別為24％、30％。低溫條件下一段接觸氧化工藝對各種污染物的去除效率較常溫下低。

6.2.2 DO 濃度

不同DO 濃度下兩段生物接觸氧化工藝對CODCr、NH3-N 的去除率分別見圖4、圖5。

由圖4 可知，當DO 的質(zhì)量濃度為2．5 mg/L時，一段生物接觸氧化池對CODCr、NH3-N 的去除率均達到最高，分別為89％、86%。因此，一段生物接觸氧化池的較優(yōu)DO 質(zhì)量濃度為2．5 mg/L。

由圖5 可知，當DO 的質(zhì)量濃度為2．0 mg/L時，二段生物接觸氧化池對CODCr的去除率為89％，DO 濃度繼續(xù)升高，CODCr的去除率反而下降。當DO 的質(zhì)量濃度為2．0～2．5 mg/L 時，NH3-N 均有較好的去除率，可達到80％以上。因此，二段生物接觸氧化池的較優(yōu)DO 質(zhì)量濃度為2．0mg/L。具體參見http://www.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

7 結(jié)論

采用混凝-氣浮-兩段接觸氧化-沉淀組合工藝處理綜合性炭黑廢水，出水水質(zhì)穩(wěn)定達到炭黑企業(yè)生產(chǎn)工藝要求，廢水經(jīng)處理后循環(huán)使用，基本達到廢水零排放，處理成本為1．49 元／ m3，每年減少廢水排放約90 萬m3，產(chǎn)生經(jīng)濟效益207．9 萬元。

（1）兩段接觸氧化工藝對炭黑廢水中CODCr和NH3-N 的去除率分別為93％和92％。其中一段工藝單元的去除率優(yōu)于二段工藝單元，主要是微生物吸附降解起著較大的作用。

（2）低溫條件下一段接觸氧化工藝對污染物的去除效率較常溫下低。一段接觸氧化工藝對去除CODCr、NH3-N 的貢獻率分別占71％、68％；二段接觸氧化工藝分別占24％、30％。通過不同DO 濃度對比試驗，一、二段生物接觸氧化池的較優(yōu)DO質(zhì)量濃度分別是2．5 和2．0 mg/L。