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養(yǎng)豬場污水處理工程的設(shè)計，要求是對污水處理進行整體的設(shè)計與規(guī)劃。所提供的污水廠進水水質(zhì)為：Q=3000m3/d,BOD5=3900-4900mg/L， CODcr=9000-13000mg/L， SS=3200-3500mg/L， NH3-N=450-650mg/L，pH=9.0～11.0。要求經(jīng)過處理后出水水質(zhì)為：BOD5=150mg/L， CODcr=400mg/L， SS=200mg/L， NH3-N=80mg/L，pH=6.0～9.0，最終滿足《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（GB18596—2001）要求。

主要污水處理工藝是：氨吹脫——厭氧反應——生物接觸氧化——消毒——出水。所涉及的具體工作是對工藝流程中的各個構(gòu)筑物進行計算，確定其尺寸，對處理工藝中需要的各種設(shè)備進行選型，并確定污水處理場的平面和高程布置。本設(shè)計還對污水處理場的建設(shè)和運行費用做了初步的估算。最終的設(shè)計成果還有多分以CAD軟件繪制的工程圖紙，包括：污水場平面布置圖、污水場高程布置圖以及幾個主要的處理構(gòu)筑物。

1.1養(yǎng)豬污水的來源

隨著畜牧業(yè)的發(fā)展，畜產(chǎn)廢水排放量日益增加，對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和水體環(huán)境產(chǎn)生的負面影響也日益嚴重。養(yǎng)豬場污水主要是豬的排泄物（豬尿及部分豬糞）和豬舍沖洗水的混合物。據(jù)有關(guān)部門測算：１頭豬日排泄糞尿按6kg計，年產(chǎn)糞尿達2.5t。一個千頭豬場日排泄糞尿達6t，年排量達2500t。如果用水沖式清糞，１頭豬日排污量約為30kg，年排污水達１萬多t。污水中懸浮物、有機物及氨氮含量均較高，其中五日生化需氧量BOD5介于600～7000mg/L，化學需氧量COD濃度可13000～17000mg/L。

1.2養(yǎng)豬污水的特點

養(yǎng)豬場污水排水量大、污染負荷高，有機物濃度高，固液混雜。而養(yǎng)豬行業(yè)的利潤水平又低，因而要求污水處理工程投資低、運行費用低、處理效率高。因此，我們必須研究出投資少，運行成本低，管理方便，處理效果好的裝置和相配套的發(fā)酵工藝，盡可能使污水處理后得到資源化利用，既消除污染，又化害為利，促進經(jīng)濟發(fā)展。

1.3養(yǎng)豬污水對環(huán)境的危害

目前，我國的養(yǎng)豬業(yè)集約化程度較低，養(yǎng)豬業(yè)帶來的污染問題尚未引起廣泛關(guān)注，而養(yǎng)豬業(yè)集約化比率增高，排泄物中含有的氮、磷及剩余飼料將導致單位面積土地上的排泄量顯著增加。如果不加以重視，會給環(huán)境帶來嚴重的后果。

養(yǎng)豬廢水含有大量的氮和磷。如果氮和磷被排入水體，則容易導致水體富營養(yǎng)化，污染水體。以硝酸鹽形式存在于水中的氮倘若被人飲用，則會對人體健康造成損害。而土壤中的養(yǎng)分過剩，則會使打破土地的生態(tài)平衡。排泄物中殘留的抗生素等對人類健康的損害也引起了人類健康學家和畜牧業(yè)工作者的重視。規(guī)模化養(yǎng)豬場每天排放的污水量大、集中，并且污水中含有大量污染物，如殘留的獸藥以及大量的病原體等，因此如果污水不經(jīng)過處理就排放于外界環(huán)境或直接農(nóng)用，將會導致當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和農(nóng)田的嚴重污染。

因為我國畜禽養(yǎng)殖企業(yè)長期以來只是片面追求經(jīng)濟效益，環(huán)保意識薄弱，對糞便污水處理方法落后，致使大量的糞便隨沖洗水直接排放，甚至有的將糞便直接排入外界水環(huán)境中，嚴重污染了大江大河的水質(zhì)。養(yǎng)豬場排放含糞尿的污水中的生化指標極高，其中COD值和BOD值遠遠超過國標。高濃度的有機污水排入江河湖泊中，造成水質(zhì)不斷惡化，其中污水中高濃度的氮、磷是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因, 使水中的藻類過度生長，從而導致魚類的大量死亡(Roland等，1993)嚴重威脅到了水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。畜禽糞便污水不僅污染到了地表水，至使地表水中的硝酸鹽含量超出規(guī)定范圍(50mg/L)，而且其有毒、有害成分還容易進入到地下水中，嚴重污染地下水。一旦地下水被污染了，是極難治理恢復的，將會造成較持久性的污染。養(yǎng)豬場在污染周圍環(huán)境的同時，也污染了自身的環(huán)境，嚴重地威脅了畜牧養(yǎng)殖業(yè)的自身可持續(xù)發(fā)展。

豬體內(nèi)的微生物主要是包含在糞便內(nèi)通過消化道排出體外，通過養(yǎng)豬場污物的排放進入外界環(huán)境中從而造成嚴重的微生物污染。如果對這些糞污不加以無害化處理，大量的有害病菌一旦進入環(huán)境，不但會直接威脅畜禽自身的生存，還會嚴重威脅到人體健康。

1.4養(yǎng)豬污水的資源化

使養(yǎng)豬場的糞污得到資源化利用：畜禽養(yǎng)殖業(yè)污水中含有較多的氮、磷、鉀等養(yǎng)分，污水經(jīng)過適當?shù)膬艋幚砜梢杂糜谵r(nóng)田、綠地的灌溉，進入漁塘養(yǎng)魚，有條件時還可考慮回用沖洗畜舍；固體糞污經(jīng)處理后可作為高效有機肥。利用畜禽糞便生產(chǎn)有機肥，不僅可減輕畜禽糞便對環(huán)境的污染，還可提高土壤有機質(zhì)含量，提高土壤肥力。

1.5養(yǎng)豬污水的處理方法

1.5.1物理處理方法

物理處理是指通過物理方面的重力或機械力作用使污水水質(zhì)發(fā)生變化的處理過程。

物理處理方法有：格柵、沉淀、過濾等。物理方法主要是去除污水中較大的懸浮物和雜質(zhì)、飼料殘渣、豬毛豬尿及其它可以堵塞或磨損管道和水泵的物質(zhì)，還有污水經(jīng)化學處理的反應產(chǎn)物，污水生物處理后生成的活性污泥或生物膜。

1.5.2化學處理方法

化學處理是利用化學反應的作用以去除水中的雜質(zhì)。

化學處理方法有：混凝、消毒、中和等。污水化學處理對象有：污水中溶解性的有害物質(zhì)，如酸堿性有機物、和各種有機溶劑等。

1.5.3生物處理方法

生物處理是微生物在酶的催化作用下，利用微生物的新陳代謝功能，對污水中的污染物質(zhì)進行分解和轉(zhuǎn)化。

（1）厭氧生物處理技術(shù)：

厭氧生物處理時在沒有分子氧及化合態(tài)氧存在的條件下，兼性細菌與厭氧細菌降解和穩(wěn)定有機物的生物處理方法。

1水解酸化池

  水解酸化池主要包括以下幾個部分：

①池體

  一般為矩形或圓形，水解酸化池的經(jīng)濟高度一般為4～6m之間，另外，可以對水解酸化池進行分格，分格后，每一單元尺寸減少，可提高配水的均勻性，同時有利于維護和檢修。

②配水系統(tǒng)

常用的配水方式有：一管一孔布水、一管多孔配水方式、分枝式配水方式。

③出水收集裝置

水解酸化池的出水可以采用設(shè)于池水表面三角出水堰進行收集。

④排泥系統(tǒng)

當水解酸化池內(nèi)污泥達到一定高度后應進行排泥，排泥的高度的設(shè)定應考慮排出低活性的污泥，保留高活性的污泥，通常污泥的排放點設(shè)在污泥區(qū)的中上部，可采用定時排泥方式，每日排泥一至二次。

作用機理：通常把厭氧發(fā)酵過程分為四個階段，即a、水解階段b、酸化階段c、酸衰退階段d、產(chǎn)甲烷階段。水解階段：能使固體有機物降解為污水中的溶解性物質(zhì)，以及將大分子有機物質(zhì)降解為小分子物質(zhì)，在產(chǎn)酸階段，碳水化合物等有機物被降解為有機酸，主要是乙酸、丁酸等。水解和酸化反應進行得相對較快，一般不容易將它們分開，此階段的主要微生物是水解—產(chǎn)酸細菌。

水解酸化池可將大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，將環(huán)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為鏈狀結(jié)構(gòu)，進一步提高了廢水的BOD/COD比，增加了廢水的可生化性，為后續(xù)的消毒處理創(chuàng)造了良好的環(huán)境。污水經(jīng)過水解反應后可提高其生化性能，降低污水pH值，減少污泥產(chǎn)量，為后續(xù)好氧生物處理創(chuàng)造有利條件。

2升流式厭氧污泥床反應器（UASB）

上升式厭氧污泥床反應器是由荷蘭的Lettinga教授等在1972年研制，于1977年開發(fā)的。由于在反應器內(nèi)可以培養(yǎng)出大量厭氧顆粒污泥，使反應器的負荷很大。對一般的高濃度有機污水，當水溫在30℃左右時，負荷可達10-20KgCOD/(m3·d)。

UASB法與其它厭氧反應器相比，具有一系列的優(yōu)點：（1)污泥床內(nèi)生物量多；（2）容積負荷率高，污水在反應器內(nèi)的水力停留時間短，因此所需池容大大減??；（3）設(shè)備簡單，操作方便，無需設(shè)污泥回流裝置，不需填充填料，也不需要設(shè)置機械攪拌裝置，造價相對便宜，便于管理而且不存在堵塞問題。

3厭氧生物濾池

厭氧生物濾池是密封的水池，池內(nèi)放置填料。微生物附著生長在填料上，平均停留時間可長達100d左右。濾料可采用拳狀石質(zhì)濾料，如碎石、卵石等，粒徑在40mm左右，也可以采用塑料填料。塑料填料具有較高的孔隙率，質(zhì)量也輕，但是價格較貴。

根據(jù)對一些有機污水的實驗結(jié)果，當溫度在25-30℃時，在使用拳狀濾料時，體積負荷可達3-6 KgCOD/(m3·d)；在使用塑料填料時，體積負荷可達3-10 KgCOD/(m3·d)。

厭氧生物濾池的主要優(yōu)點是：處理能力較高；率池內(nèi)可以保持很高的微生物濃度；不需另設(shè)泥水分離設(shè)備；出水SS較低；設(shè)備簡單；操作方便等。

厭氧生物濾池的主要缺點是：濾料費用較高；濾料容易堵塞，特別是下部，生物膜很厚，堵塞后，沒有簡單有效地清洗方法。

（2）好氧生物處理技術(shù)：

污水的好氧生物處理技術(shù)是在有氧存在的條件下，利用好氧微生物，將有機物降解的污水處理方法。污水中存在的各種有機污染物，主要是以膠體狀或溶解態(tài)存在。這部分有機物經(jīng)過一系列的生化反應，逐級降解，最終將轉(zhuǎn)化為無機物，達到無害化。

1活性污泥法

性污泥法是目前污水處理中應用最廣泛的好氧生物處理技術(shù)，也是一項極具發(fā)展前景的污水處理技術(shù)。近幾十年以來，對其生物反應和凈化機理的研究取得了長足的發(fā)展，工藝流程漸漸成熟、合理?；钚晕勰喾ㄟm用于大規(guī)模、較高濃度的污水處理。

活性污泥法是以活性污泥為主體的廢水生物處理的主要方法。活性污泥法是向廢水中連續(xù)通入空氣，經(jīng)一定時間后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥狀絮凝物。其上棲息著以菌膠團為主的微生物群，具有很強的吸附與氧化有機物的能力。  

1) 氧化溝工藝

氧化溝是活性污泥法的一種變型，其曝氣池呈封閉的溝渠型，所以它在水力流態(tài)上不同于傳統(tǒng)的活性污泥法，它是一種首尾相連的循環(huán)流曝氣溝渠，污水滲入其中得到凈化，最早的氧化溝渠不是由鋼筋混凝土建成的，而是加以護坡處理的土溝渠，是間歇進水間歇曝氣的，從這一點上來說，氧化溝最早是以序批方式處理污水的技術(shù)。

氧化溝的技術(shù)特點：氧化溝利用連續(xù)環(huán)式反應池（Cintinuous Loop Reator,簡稱CLR）作生物反應池，混合液在該反應池中一條閉合曝氣渠道進行連續(xù)循環(huán)，氧化溝通常在延時曝氣條件下使用。氧化溝使用一種帶方向控制的曝氣和攪動裝置，向反應池中的物質(zhì)傳遞水平速度，從而使被攪動的液體在閉合式渠道中循環(huán)。　　

2) 間歇式活性污泥法（SBR法）

    SBR是序列間歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的簡稱，是一種按間歇曝氣方式來運行的活性污泥污水處理技術(shù)，又稱序批式活性污泥法。與傳統(tǒng)污水處理工藝不同，SBR技術(shù)采用時間分割的操作方式替代空間分割的操作方式，非穩(wěn)定生化反應替代穩(wěn)態(tài)生化反應，靜置理想沉淀替代傳統(tǒng)的動態(tài)沉淀。它的主要特征是在運行上的有序和間歇操作，SBR技術(shù)的核心是SBR反應池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，無污泥回流系統(tǒng)。

2生物膜法

生物膜法是利用附著生長于某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著的固體介質(zhì)稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進入?yún)挌鈱舆M行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復以達到凈化污水的目的。

1）生物轉(zhuǎn)盤

生物轉(zhuǎn)盤工藝是生物膜法污水生物處理技術(shù)的一種，是污水灌溉和土地處理的人工強化，這種處理法使細菌和菌類的微生物、原生動物一類的微型動物在生物轉(zhuǎn)盤填料載體上生長繁育，形成膜狀生物性污泥－－－生物膜。污水經(jīng)沉淀池初級處現(xiàn)后與生物膜接觸，生物膜上的微生物攝取污水中的有機污染物作為營養(yǎng)，使污水得到凈化。在氣動生物轉(zhuǎn)盤中，微生物代謝所需的溶解氧通過設(shè)在生物轉(zhuǎn)盤下側(cè)的曝氣管供給。轉(zhuǎn)金表面覆有空氣罩，從曝氣管中釋放出的壓縮空氣驅(qū)動空氣罩使轉(zhuǎn)金轉(zhuǎn)動，當轉(zhuǎn)金離開污水時，轉(zhuǎn)金表面上形成一層薄薄的水層，水層也從空氣中吸收溶解氧。

2）生物流化床

  生物流化床是指為提高生物膜法的處理效率，以砂（或無煙煤、活性炭等）作填料并作為生物膜載體，廢水自下向上流過砂床使載體層呈流動狀態(tài)，從而在單位時間加大生物膜同廢水的接觸面積和充分供養(yǎng)，并利用填料沸騰狀態(tài)強化廢水生物處理過程的構(gòu)筑物。構(gòu)筑物中填料的表面積超過3300m2/m3填料，填料上生長的生物膜很少脫落，可省去二次沉淀池。床中混合液懸浮固體濃度達8000-40000mg/L，氧的利用率超過90%，根據(jù)半生產(chǎn)性試驗結(jié)果，當空床停留時間為16-45分鐘時BOD和氮的去除率均大于90%，此時填料粒徑為1mm，膨脹率為100%，BOD負荷16.6kg(BOD5)/( m3·d)。生物硫化床工藝效率高、占地少、投資省，在美、日等國已用于污水硝化、脫氮等深度處理和污水二級處理及其他含酚、制藥等工業(yè)廢水處理。

3）生物接觸氧化法

生物接觸氧化法是以附著在載體（俗稱填料）上的生物膜為主，凈化有機廢水的一種高效水處理工藝。具有活性污泥法特點的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的優(yōu)點。在可生化條件下，不論應用于工業(yè)廢水還是養(yǎng)殖污水、生活污水的處理，都取得了良好的經(jīng)濟效益。該工藝因具有高效節(jié)能、占地面積小、耐沖擊負荷、運行管理方便等特點而被廣泛應用于各行各業(yè)的污水處理系統(tǒng)。

    本設(shè)計的處理廢水為養(yǎng)豬廢水，擬采用的主要工藝是：氨吹脫塔—UASB—生物接觸氧化，最終給出水要達到《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（GB18596—2001）的要求。設(shè)計中將采用CAD制圖，繪制污水廠平面布置圖、高程圖、格柵與沉砂池、氨吹脫塔、二沉池、污泥濃縮池。

2.1.1設(shè)計資料

(1) 水質(zhì)水量

   a.水量

   設(shè)計規(guī)模為3000 m3/d。

   b.污水水質(zhì)

2.1.2設(shè)計依據(jù)

    (1) 污水處理場委托設(shè)計合同。

    《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（GB18596—2001）。

2.1.3指導思想

 (1) 設(shè)計方案必須在經(jīng)濟上合理，在保證出水水質(zhì)條件下，盡量節(jié)省投資，安全可靠，管理方便。

 (2) 以養(yǎng)殖場可持續(xù)發(fā)展為目標，即以污水處理、有機肥加工等進行優(yōu)化組合，做到能量多極利用，物質(zhì)良性循環(huán)，形成沒有污染的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

(3) 剩余污泥是優(yōu)質(zhì)的有機肥料，可加工成高效有機復合肥出售。

2.2 養(yǎng)豬污水處理工藝流程的設(shè)計

2.2.1 方案選擇

方案①

簡述：方案①利用的是厭氧—兼氧—生物接觸氧化法處理養(yǎng)豬污水的工藝流程。

工藝流程中初級處理的設(shè)備為：

1)格柵：去除大塊的呈懸浮狀態(tài)的污染物，為后續(xù)處理構(gòu)筑物或水泵機組提供保護作用。

2)集水池：把污水儲存起來同時均質(zhì)均量，保證污水處理設(shè)備和設(shè)施的正常運行。

3)板框壓濾機：去除污水中較大的豬糞便和毛等。

 工藝流程中二級處理構(gòu)筑物主要是厭氧池，兼氧生物濾池、生物氧化池和沉淀池。

1)厭氧池：主要用來去除有機物，提高污水的可生化性。

2)兼氧池：兼氧池的作用，首先是反硝化，獲得不含硝酸鹽的污泥，進而提高釋磷效率，再者是利用好氧池中的硝酸鹽除磷。

3)生物接觸氧化池：其優(yōu)點有容積負荷高，占地小，污泥少，不產(chǎn)生絲狀菌膨脹，無需污泥回流，管理方便等。生物接觸氧化池停止工作后，重新啟動快，因而企業(yè)因節(jié)假日或設(shè)備檢修停止生產(chǎn)無污水排放對其影響較小。盡管生物接觸氧化法投資較高，但因其能適應企業(yè)污水管理水平較低和用地較緊張等困難處境，所以應用越來越廣泛。

此方案的優(yōu)點：本工藝的主要優(yōu)點是采用了厭氧-兼氧-好氧處理工藝，有機物及氮磷能夠較完全地去除，板框壓濾機用于去除水中淀粉狀懸浮顆粒以及膠質(zhì)。

此方案的缺點：因為板框壓濾機是間歇工作的，其工作時間、間隔時間需要通過實驗確定，所以設(shè)計工作量就相對來說很大，不宜于計算和應用。板框壓濾機是間歇式工作的，所以板框壓濾機在這個位置也會影響后續(xù)構(gòu)筑物的連續(xù)運行。

方案②

說明：方案②采用的是“折流厭氧塘—兼氧塘—強化好氧塘工藝”對養(yǎng)豬污水進行處理。

（1） 折流厭氧塘

可以將可生物降解有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2和CO4。此厭氧塘相對較深，混合度比較好，可以盡量減小單位體積的表面積，進而盡可能減小氧氣傳遞、臭味擴散和表面熱的損失。

（2）兼性塘的厭氧狀態(tài)，可將部分有機物通過厭氧過程轉(zhuǎn)化為CO2和CO4。氧化塘的好氧狀態(tài)，可將部分有機物好氧降解。同時好氧狀態(tài)能夠氧化厭氧狀態(tài)產(chǎn)生的還原性化合物，減少臭味和氧化溶解性化合物。兼性塘容易受周圍環(huán)境條件影的響而發(fā)生變化。

（3）強化好氧塘

與活性污泥系統(tǒng)相似，通過充分混合保持微生物處于懸浮狀態(tài)，將有機質(zhì)降解為二氧化碳和水，同時轉(zhuǎn)化為生物量而去除有機物，通過好氧硝化使有機物得到穩(wěn)定化。

方案②的優(yōu)點：本工藝較為簡單，處理構(gòu)筑物較少，采用了折流式厭氧塘，這是一種將可生物降解有機物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和甲烷的厭氧工藝。此厭氧塘相對較深，混合度比較好。厭氧塘不需設(shè)置機械攪拌，有機物硝化過程中釋放出來的氣體能夠引起一定程度的混合。該工藝可以將污水中的大部分可溶性有機物降解酸化去除。另外本工藝投資較少、運行費用較低、處理效率高。

方案②的缺點：兼性氧化塘易受周圍環(huán)境影響，與季節(jié)和地理有關(guān)，在寒冷地區(qū)，氧化塘在冬季易結(jié)冰，嚴重影響其性能。

方案③

說明：氨吹脫塔可以用來降低污水中的高含量的氨氮。糞渣干化場：利用空地修整出干化場來處理糞渣，這樣可以減輕污泥處理壓力。

方案③優(yōu)點：本工藝比其他方案多了調(diào)節(jié)池，因為豬圈的沖洗污水，開始時和最后時污水量是不一樣的，所以調(diào)節(jié)池可以調(diào)節(jié)各個時間的污水量，均衡水量水質(zhì)，從而使后續(xù)處理可以很好的進行。本方案的另一個優(yōu)點就是它設(shè)計了氨吹脫塔，可以處理污水中高含量的。

方案③采用的生物接觸氧化法特點是：

1生物膜微生物相豐富，包括細菌、真菌、原生動物和后生動物；

2 生物接觸氧化法的有機負荷較高，處理效率高，占地面積??；

3生物接觸氧化法運行得當還可以實現(xiàn)脫氮，可作為深度處理技術(shù)；

4 操作簡單，易于維護和管理，無需污泥回流，沒有污泥膨脹問題，污泥生成量少，污泥顆粒較大，易于沉淀去除；

5 對沖擊負荷有較強的適應能力，在間歇運行時仍能保持良好的處理效果，更適用于產(chǎn)生污水量不均勻的企業(yè)。

比較：方案①與方案②相比，方案①采用的是兼性生物濾池，其缺點就是容易堵塞。因為本設(shè)計中污水的SS較高，所以生物濾池容易被破壞。而②方案采用的是氧化塘，雖然它的占地面積較大，但是它不存在堵塞問題，所以，相比較來說，方案②較好。

    方案②和方案③比較來說，方案③更加全面。它考慮到了氨氮的去除，采用了氨吹脫技術(shù)，同時又省掉了兼性厭氧池。所以，方案③更加簡單經(jīng)濟。

綜上所述，本次設(shè)計采用方案③。