含酚氰废水处理设计
含酚、氰化物废水处理设计
对冶金厂产生的酚氰废水中含有大量的有毒物质，处理后达到环保标准后排放的设施设计。处理酚氰废水的根本措施是改造生产工艺，减少或杜绝废水，在废水处理前回收废水中的有用物质，以减少废水中的有害杂质。例如焦化厂采用煤干燥预热、脱硫脱氰、油洗萘、氨蒸发、高炉煤气干法除尘等工艺，可以减少废水量，降低处理难度。
废水来源及特点 含酚氰废水主要来源于焦化厂炼焦生产，其次是煤气发生站和高炉煤气洗涤循环水系统。在煤干馏过程中，煤的水分随煤气一起逸出，在煤气冷却、气液分离过程中排出。还有煤气净化、化工产品加工产生的分离水和污水。一般情况下，焦化厂每吨煤产生废水量约为0.51～0.82m3。其废水成分复杂，浓度高，除含酚、氰化物外，还有氨气、硫化物等。 一般含酚400～800mg/L、氰化物6～10mg/L、化学需氧量（COD）2800～1/L、总氨（T•NH3）300～500mg/L、油80～120mg/L、硫氰化物（SCN¯）500～600mg/L。煤气站酚氰废水来源于煤气提升管和洗涤塔循环水系统污水，每吨煤产生废水量约为0.85～0.90m3。因煤气生产原料不同，废水水质差别很大，以烟煤为原料时，废水除总固体含量高外，还含有酚1000～/L、焦油500～/L、氰化物2～20mg/L。 以无烟煤或焦炭为原料时，水体污染较轻，总固体含量较低，含酚0.4～12mg/L、含氰化物2～20mg/L、含氰化物600mg/L。钢铁厂含酚氰废水来源于高炉煤气洗涤循环水系统的污水，水质因冶炼系统和所用原、燃料不同而变化很大，除悬浮物含量高外，酚、氰化物含量较低（含酚0.1～5.0mg/L、含氰化物0.2～6.0mg/L），因其常作为冲渣补充水，一般不纳入含酚氰废水处理设施。但对于锰铁高炉，由于废水中氰化物含量高达400mg/L，必须考虑采取处理措施。 另外，厂区煤气管道密封用水，如无处理措施，一般也纳入焦化厂生物处理装置进行处理。
主要处理工艺有生化处理、活性炭吸附、生物脱氮等。
生化处理方法分为活性污泥法和生物膜法。活性污泥法是将污水与各种微生物群在人工充氧条件下不断混合培养，形成活性污泥，利用活性污泥的生物混凝、吸附、氧化作用，分解去除污水中的有机污染物，然后将污泥与水分离。大部分污泥返回曝气池，其余部分排入污泥处理系统。此法有延迟曝气、两级生化等。生物膜法采用各种不同的载体，首先通过污水与载体的不断接触，在载体上繁殖生物膜，然后利用膜的生物吸附、氧化作用，降解去除污水中的有机污染物。脱落的生物膜与水分离。生物膜法有接触氧化池法、生物滤池（塔）法和生物转盘法等。
为了强化生物处理效果，还可在曝气池中投加重金属离子、碳粉、葡萄糖等，如采用生物铁法、生物炭法、生长素法等，促进细菌代谢，提高细菌繁殖率，提高污泥浓度，加速生物氧化。
活性污泥法典型工艺流程如图1所示。废水首先进行预处理，主要是除油和均衡、调节水质水量。除油在初沉池和气浮池进行，除去影响生化处理的焦油、轻质油和乳化油等，停留时间分别约为2～4小时和45分钟。除油后的废水在均衡池和调节池进行混合稀释，在均衡池的停留时间一般为8小时，在调节池的停留时间为16小时。除油后的废水在曝气池和二沉池进行生化处理。在曝气池中，废水在不断通气、供氧的情况下，与回流污泥充分接触，通过微生物的新陈代谢，将有害物质氧化分解。曝气池的容积一般按24小时进水量计算。 曝气后的泥水混合物进入二沉池进行泥水分离，其停留时间为2～4小时。沉淀后的污泥以50%～200%的回流比（回流污泥量与废水入流量之比）返回曝气池，剩余污泥与混凝沉淀物用于污泥处理（见污泥处理设施设计）。二沉后的出水进入混凝沉淀池，在投加混凝剂的条件下，进一步去除细颗粒、降解COD。 当进水COD为800~/L、苯酚为150~300mg/L、CN¯5~10mg/L、BOD5(5天生化需氧量)为250~400mg/L时，处理后的出水COD约为200mg/L、苯酚不大于0.5mg/L、CN¯不大于0.5mg/L、BOD5不大于60mg/L。
图1 活性污泥法处理含酚氰废水典型流程图
除生物处理外，活性炭吸附法在排放标准较高的地方也需要深度处理。例如中国宝山钢铁厂在二级生化处理后采用活性炭三级处理。该方法主要利用活性炭比表面积大的吸附作用，进一步去除废水中残留污染物，但由于成本高、不能去除氨氮等原因，很少采用。
生物脱氮是利用好氧细菌在延迟曝气条件下将氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐（称消化），再在缺氧细菌作用下将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气（称反硝化）的方法，是由生物处理演变而来的。在缺氧段，它还能将难以生物降解的多环芳烃分子链打开，使其变成易于生物降解的物质。因此，通过硝化反硝化全过程，可同时达到降解COD和去除氨氮的目的。焦化厂酚氰废水生物脱氮新工艺已于20世纪90年代初成功突破实验研究阶段，并开始应用于相关工程设计。生物脱氮工艺流程见图2。
图2 生物反硝化工艺流程图
生物脱氮工艺流程为：未稀释废水和回水直接进入缺氧池，保证充足的碳源，经反硝化作用，将难生物降解的多环芳烃打开，硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气。出水流入好氧池，将氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，然后流入二沉池。经泥水分离后，污泥回流至好氧池，废水按一定的回流比和内循环工艺回流至缺氧池。若采用外循环工艺，废水从二沉池前端回流，此时好氧池需铺设填料，拦截污泥。二沉池出水经后混凝过滤后，可回用或直接排放。 废水在缺氧池停留时间为12～18小时，在好氧池停留时间为24～36小时，污泥回流比约为5。
生物脱氮工艺可替代活性污泥法加三级活性炭吸附处理，解决了活性炭吸附不能去除氨氮的问题。其运行的关键条件是处理前废水的碳氮比必须达到一定值，一般不小于5。当进水COD为1800~/L、氨氮不大于300mg/L时，出水COD可降至100mg/L以下、氨氮在15mg/L以下。
设施组成活性污泥法由预处理、生化处理、混凝沉淀、污泥处理四部分组成。预处理构筑物主要有初沉池、气浮除油池、均化调节池等，辅助设备有刮油器、气液分离池、释放器等。生化处理构筑物包括曝气池、二沉池等，辅助设备有鼓风机（多为离心式）、曝气机（螺旋曝气机、散流曝气机、微孔曝气机、多孔管曝气机等）、表面曝气机等。混凝沉淀处理包括混凝沉淀池、加药装置、排水泵等。污泥处理的设施设备主要有浓缩池、机械脱水机、辅助设备等。除生化处理部分外，生物膜工艺设备与活性污泥法相同。 生物膜工艺处理设施主要包括接触氧化池、生物滤池（塔）、生物转盘等。
生物脱氮工艺由预处理、生物脱氮处理和污泥处理三部分组成。预处理和污泥处理与活性污泥工艺基本相同。生物脱氮处理设施主要有缺氧池、好氧池和二沉池，辅助设备有鼓风机、曝气设备等。当采用外循环工艺时，还必须增加混凝沉淀和过滤设施。