养猪场污水uasbsbr工艺处理工程设计.doc

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养猪场污水UASB+SBR工艺处理工程设计

摘要

养殖业污水中富含大量营养物质，若不经处理直接外排入水体，往往会造成水体富营养化。

养猪废水的特点是排放集中、水力冲击负荷强、有机质浓度高、水解酸化快、沉淀性能好。

本设计采用UASB+SBR处理工艺，该工艺优点在于艺对有机物、悬浮物、氮和总磷均有很好的去除效果。

废水首先进入调节池,去除大部分悬浮物和少量有机物，出水流入集水井，通过泵输送到UASB反应器，大部分有机物被降解，并产生沼气。

UASB反应器出水进入SBR反应器进行后续处理，部分有机物和大部分NH3-N被降解。

由于SBR反应器出水SS、COD还较高，影响出水水质，因此通过氧化塘作进一步处理，以满足达标排放要求。

废水经处理后达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）排放标准，本设计采用的工艺可达到预期的处理效果。

关键词：

养猪场废水；有机废水；UASB；SBR；氧化塘

Abstract

Alargenumberofaquaculturewastewaterrichinnutrients,ifnottreateddirectlydischargedintowaterbodiesoutsidewilloftenresultineutrophication.Emissionsfromswinewastewaterischaracterizedbyaconcentrationofstronghydraulicshockloads,highconcentrationsoforganicmatter,hydrolysisacidificationrapidsedimentationperformance.ThisdesignusesUASB+SBRtreatmentprocess,theprocessadvantagesofArtsoftheorganicmatter,suspendedsolids,nitrogenandphosphorusremovalwereverygood.First,adjustthepoolwatertoenter,removemostsuspendedsolidsandasmallamountoforganicmatter,waterwellsintothecollection,bypumpingtotheUASBreactor,mostoftheorganicmatterisdegraded,andproducemethane.UASBreactoreffluentintotheSBRreactorforsubsequentprocessing,partoftheorganicmatterandmostoftheNH3-Ndegradation.SBRreactoreffluentasSS,CODisalsohigh,affectingwaterquality,sobyoxidationpondforfurtherprocessingtomeetthedischargestandardsrequirements.

Thetreatedwastewatertoachieve"emissionstandardsforlivestockandpoultrybreedingindustry"（GB18596-2001）emissionstandards,thedesignprocesscanbeusedtoachievethedesiredtreatmenteffect.

Keywords:

Piggerywastewater.；Organicwaste；USAB；SBR；Oxidationpond

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章前言 1

1.1毕业设计课题及研究目的意义 1

1.1.1课题的意义 1

1.1.2课题研究的目的 2

1.2国内外养殖业污染现状及防止措施 2

1.2.1国外养殖业污染及防治措施 2

1.2.2国内养殖业污染现状 4

1.3养殖厂废水处理的发展现状 5

1.3.1国外发展现状 5

1.3.2国内发展现状 5

1.3.3研究现状 6

1.3.4其他相关处理技术 9

1.3.5结论与展望 9

1.4养猪场废水处理工艺发展趋势 10

第二章设计任务说明 14

2.1设计依据 14

2.2设计思想 14

2.2.1设计原则 15

2.3水质水量 15

2.3.1设计水质水量的确定 15

2.3.2污水来源 15

2.3.3水质特点 15

2.3.4污水水质 16

2.3.5排放标准 16

第三章污水处理工艺选择 17

3.1废水工艺选择 17

3.2工艺流程 18

3.3构筑物对BOD5、CODcr的去除率 19

第四章工艺流程设计计算 20

4.1筛网设计计算 20

4.2格栅渠设计计算 20

4.3初沉池设计计算 21

4.4调节池设计计算 22

4.5UASB反应器设计计算 23

4.6二沉池设计计算 32

4.7SBR反应池设计计算 34

4.8SBR设计程序 35

4.9SBR产泥量计算 39

4.10氧化塘设计计算 40

第五章污泥处理与处置 42

5.1污泥量与集泥池的确定与计算 42

5.1.1污泥量的确定与计算 42

5.1.2集泥池 42

5.2污泥浓缩池 42

5.2.1设计说明 42

5.2.2参数选取 43

5.2.3设计计算 43

5.3污泥脱水间 44

第六章平面布置和高程布置 45

6.1平面布置说明 45

6.2高程布置说明 46

第七章污水处理工程中的水力计算 47

7.1污水处理高程水力计算 47

7.1.1高程计算注意事项 47

7.1.2水头损失计算及高程设计 48

7.1.3处理构筑物及管道的水头损失 48

第八章环境影响评价及工程措施 50

8.1环境影响评价 50

8.1.1污水处理建设本身的环境保护问题 50

8.2工程技术措施 51

结束语 52

致谢 53

参考文献 54

第一章前言

1.1毕业设计课题及研究目的意义

1.1.1课题的意义

随着我国人民日常生活水平的提高,畜禽养殖越来越普遍。

由此产生的废水对水体的污染,目前已经成为比工业废水和生活污水更大的污染源[1]逯延军，杨学武.养殖废水处理工程[J].山西建筑，2007，36（21）：

175-176.

。

许多地区的畜禽粪便污染物排放量已超过居民生活、农业、乡镇和餐饮业的污染排放量，成为许多重要水源地、河、湖、海洋严重污染及其富营养化的主要原因。

据调查，目前我国中小型畜禽养殖业的养殖数占养殖总量的70％以上，所造成的污染是全国养殖业污染的主要部分。

此外，7头猪每天排放的污水量相当于7人生活产生的废水，1头牛每天排放的废水量更超过22人生活产生的废水。

畜禽养殖业已成为环境污染的重要因素。

据国家环境保护总局对全国23个省（区）、市规模化畜禽养殖业污染状况调查表明，畜禽粪便产生量为工业固体废弃物产生量的2.4倍，畜禽粪便化学需氧量（CODcr）远远超过我国工业废水和生活污水化学需氧量排放量之和[2]李远.我国规模化畜禽养殖业存在的环境问题与防治对策[J].上海环境科学，2002，21（10）：

597-599

。

许多地区畜禽养殖带来的污染已经或正在成为当地环境主要污染源。

畜禽粪便中含有大量肠道寄生虫和病原微生物，随意排放非常容易造成人畜共患疾病的传播，这些粪便一旦进入河道，将会造成水体富营养化，水体富营养化将使藻类大量繁殖，鱼类将无法生存，严重时水体会变黑变臭，任何植物动物都无法生存，这样的河水也不能再用来灌溉庄稼。

养殖废水属于高污染废水，含有大量悬浮物、有机物、氮磷等营养元素和病菌，如果不经处理，就直接进入水体，会造成很严重的后果，极易对地表水、地下水及土壤造成了严重的污染，同时污染大气，引起传染病和寄生虫病的蔓延，威胁人类的健康[3]宋炜，付永胜，李晓华.猪场废水养殖技术研究进展[J].农业环境与发展，2008,3（14）：

33-34.

。

根据国家环保总局的统计，从2002年开始，我国的农业污染已经超过全国工业污染总额，而养殖业是主要污染源之一。

近年来，随着我国畜牧业养殖生产方式的转变，规模化标准化和集约化养殖成为了一个重要的发展方向，随之而来的，就带来了畜禽粪便的高密度排放，给周边环境带来了极大的污染，如果得不到很好的治理，集约化的畜禽养殖业，将成为农业面源污染的一个重要污染源，但是我们如果对它进行有效地处理，实现资源化利用，也可以变废为宝，带来很好的经济和环境效益。

1.1.2课题研究的目的

通过毕业设计综合运用所学的基础理论知识，技术基础知识和专业知识；对有关工程技术中的实际问题进行分析、研究、分析计算和设计绘图，培养学生独立分析和处理专业问题的能力；完成工程师的基本训练，掌握查阅本专业设计的各种文献资料和各种工具书的方法，达到提高综合素质和能力。

通过设计方案的进行，思考养猪厂污水处理发展过程中出现的问题，积极探索解决方法。

1.2国内外养殖业污染现状及防止措施

1.2.1国外养殖业污染及防治措施

（1）美国

a.点源性污染

为了防治养殖业造成的污染问题，1977年的清洁水法明确规定了点源污染的具体要求，将密集设施（工厂化）养殖业和城市集雨排放下水道与工业和城市设施一样视为点源性污染，排放必须达到国家污染减排系统许可。

严格执行国家环境政策法案（NEPA）。

NEPA建立一个程序用于计划编制提出较好的环境保护和改善的计划。

养殖场的建设必须报批，进行环境评价，污染物排放必须达到国家污染减排系统许可的要求。

规定的点源污染养殖业的具体标准如下。

畜禽养殖业：

没有植被的密集的设备养殖，动物被圈养45d或一年以上，污染物排放必须满足国家污染减排系统许可的要求（除非25年一遇、24h连续强降雨）。

以下三种饲养规模都是点源污染。

①存栏1000个动物单位以上，除非强降雨养殖场不能直接排放污染物。

②存栏300个动物单位以上，除非强降雨养殖场不能通过人工的管道直接排放污染物或往河流放污染物，通过现场考察，EPA的地方管理人员或有关项目的主任有权力决定任何规模的养殖场是否是点源污染。

③存栏300个（或以下）动物单位，通过人工的管道直接排放污染物和往河流排放污染物。

通过现场考察，EPA的地方管理人员或有关项目的主任有权力决定任何规模的养殖场是否是点源污染。

密集动物水产养殖：

标准对冷水和热带水产养殖进行了分类规定，以下范畴水产动物的养殖被定为点源性污染（必须符合国家污染减排系统要求）。

①塘、水沟中，冷水鱼种或其他冷水水产，每年至少30排放，年生产2万磅以上的水产，最高月投铒量5000磅以上。

②在塘、水沟中，热带鱼或其他热带水产，每年至少30天排放。

封闭的池塘（除非降雨造成流溢），年生产不足10万磅的水产动物养殖设备不属于点源性污染。

③由认可的权威人士根据具体案例决定养殖场（设备）对水污染的严重程度。

b.非点源污染

由于点源污染得到有效控制，实现了零排放。

水质污染主要来自非点源污染，占调查河流和湖泊污染的70%。

1987年修改的水法，增加了第319章，对非点源性污染进行了规定，制定非点源污染防治规划。

该计划要求各州对非点源性污染造成的水体污染进行监测和评价，准备或向EPA提供评价报告，联邦根据各州的评价报告，制定出水质管理计划，要求各州提供发明良好的管理减少污染的计划方案以便消除污染。

法律规定联邦政府为各州提供完成这些计划费用的60%，除联邦的资助外，州也通过设立清洁河流项目专项经费支持一些控制非点源性污染的试验项目，最后地方政府和河流管理当局利用联邦和地方的资金采用适合自己的非点源性污染的防治计划。

（2）欧盟

20世纪70年代以来，养殖业和种植业结合性的农场减少了三分之一，农场总数减少了25%以上。

1995年，在欧盟15国，2100万个从事畜牧业专业化的农场仅占农场总数的28%，这些专业化农场所使用的农业用地同期也减少（仅减少6%），造成农场应用的粪便超过了土壤的吸纳能力，长期以来对环境造成影响。

此外，由于动物性传染病的危害、配额制（主要是牛奶）的引入，20世纪90年代，欧盟成员国通过了新的环境法，规定了每公顷动物单位（载畜量）标准、畜禽粪便废水用于农用的限量标准和动物福利（圈养家畜和家禽密度标准），鼓励进行粗放式畜牧养殖，限制养殖规模的扩大，凡是遵守欧盟规定的牧民和养殖户都可获得养殖补贴。

根据农场的耕作面积安装粪便处理设备，通过减少载畜量，选择适当的作物品种，减少无机肥料的使用，合理施肥等良好的农业实践减少对环境造成的负面影响。

不同类型的农场对环境的影响不一样，例如以猪为主农场，表现为水体中氮磷增加的富营养化，而羊放牧表现为土壤的退化。

荷兰通过立法规定每公顷2.5个畜单位，超过该指标农场主必须交纳粪便费。

实际上大多数农场都超过该指标，立法10年来，农场数增加，规模缩小[4]韩仕群.国外处理废水、净化水体研究现状[J].农业环境与发展，2008,10（16）：

57-58.

。

1.2.2国内养殖业污染现状

a.养殖场（点源）主要规定

新建、改建和扩建畜禽养殖场，必须按建设项目环境保护法律、法规的规定，进行环境影响评价，办理有关审批手续。

在依法实施污染物排放总量控制的区域内，畜禽养殖场必须按规定取得《排污许可证》，并按照《排污许可证》的规定排放污染物。

畜禽养殖场必须设置畜禽废渣的储存设施和场所，采取对储存场所地面进行水泥化等措施，防止畜禽废渣渗漏、散落、溢流、雨水淋失、恶臭气味等对周围环境造成污染和危害。

畜禽养殖场应当保持环境整洁，采取清污分流和粪尿的干湿分离等措施，实现清洁养殖。

养殖场的标准：

《畜禽养殖业污染防治技术规范》中规定，对于无相应消纳土地的养殖场，必须配套建立具有相应加工（处理）能力的粪便污水处理设施或处理（置）机制；畜禽养殖场的设置应符合区域污染物排放总量控制要求；排污口应设置国家环境保护总局统一规定的排污口标志。

我国制定了相应的养殖场管理规范，对养殖场的建场，废弃物堆放、处理和排放都提出了一系列要求。

但存在有法不依和执法不严的现象。

据浙江省报道，全省只有2%的养殖场建有污水和废弃物处理设备，大多数养殖场的废弃物都随意排放，严重污染水体和周围环境。

养殖业必须尽快实行严格的环境管理措施，否则后果不堪设想。

b.非点源污染

虽然没有对养殖场以外的非点源污染提出明确规定，但要求县级以上政府的环境保护行政主管部门在拟定本辖区的环境保护规划时，应根据本地实际，对畜禽养殖污染防治状况进行调查和评价，并将其污染防治纳入环境保护规划中。

农业部、科技部和部分省（市）都开展了相关科学研究，建立控制示范区，制定地区或流域防治规划，推广成熟、可行的技术。

为保护湖库及其流域的水质和生态环境，遏制湖库富营养化发展，指导湖库富营养化防治并提供技术支持，为湖库环境管理提供技术依据，根据《中华人民共和国水污染防治法》、《中华人民共和国水法》，国务院批准的太湖、巢湖、滇池水污染防治计划，以及国家关于湖库环境保护的法规、政策和标准[5]张克强，高怀友.畜牧养殖业污染物处理与处置[M].化学工业出版社，1996，36-42.

。

1.3养殖厂废水处理的发展现状

1.3.1国外发展现状

（1）小型猪场。

日本和中国的台湾、香港地区的木屑养猪场法——每日排泄的猪尿不断被铺在舍内地面上由混有某些微生物的木屑层吸收、消化。

有的处理厂将粪污经固液分离后，污水经厌氧消化（即沼气池）处理后，排至农田、鱼塘。

最近日本开始采用膜分离技术进行处理。

（2）中型猪场。

法国和德国等西欧各国的中型猪场将猪牛粪利用自动化程度较高的沼气装置处理后，贮存在数个500～1000钢制罐内，待需要时用粪车运至农田作肥料；产出的沼气作本农场的电力和热源，从而成一个生物质多层次利用的良性循环的生态农场。

（3）大型猪场。

各大型猪一般都采用了固液分离、厌氧消化（即沼气发酵）和沉淀等工艺单元。

大型沼气装置过去是大型钢混结构的纺缍形池，后发展为UASB（上流式厌氧污泥床反应器）技术的钢混矩形池。

近来澳大利亚又出现没有顶盖的采用特种胶布制成的三相分离器的UASB型池。

在好氧工艺中，在传统鼓风曝气装置上又发展了简单实用的多种浅层射汉曝气装置。

澳大利亚一大型猪场污水处理工艺流程中，在粪水沉淀后立即采用添加一种高效絮凝的大型气浮装置，使出水的BOD降低到1800（估计COD为3000），然后排放到牧草地作灌溉之用[6]付庆峰.养猪业：

环保的距离有多远[J].农业环境与发展，2009,21（12）：

77-78。

。

1.3.2国内发展现状

浙江省养殖废水处理模式，一是大中型规模化畜禽养殖场以沼气建设为纽带的能源环境工程。

以畜禽粪便污水资源化，并进行综合利用为内容，实行固液分离，以厌氧发酵为主要环节，并与好氧处理相结合，将能源（沼气）生产、高效有机肥料生产和养殖业污染物处理有机结合在一起的一种工程模式。

二是养殖小区推行集中治污。

养猪户的粪便污水经一级处理（沼气池或酸化池）后，通过污水管进入集中处理工程，以厌氧发酵为主体工艺，结合氧化塘、人工湿地等自然处理系统，出水用作农田灌溉，也可达标排放，同时利用部分沼液作为周边果园的肥料，实现粪便污水的多层次利用，较好地解决养殖小区的污染问题，养殖小区推行集中治污养猪户的粪便污水经一级处理（沼气池或酸化池）后，通过污水管进入集中处理工程，以厌氧发酵为主体工艺，结合氧化塘、人工湿地等自然处理系统，出水用作农田灌溉，也可达标排放，同时利用部分沼液作为周边果园的肥料，实现粪便污水的多层次利用，较好地解决养殖小区的污染问题。

三是农村小规模化养殖场建生态型沼气工程。

通过沼气发酵技术利用畜禽粪便进行沼气和沼气肥生产，合理循环地利用物质和能量，解决燃料、肥料、饲料矛盾，改善和保护生态环境，促进良性循环。

四是养猪大户集中的专业村，因地制宜推广“猪－沼－果（茶）”，“猪－沼－菜”等能源生态90%以上没有粪污处理工程设施，连简单的固液分离机都没有。

其工艺流程与国外技术大致相同，即固液分离—厌氧消化—好氧处理—水生植物塘。

有的工程为减少能源的消耗，降低运行费用，使厌氧消化的出水直接进入植物塘（坡、沟）进行处理后排放[7]高兴盛.浙江省畜牧养殖污水处理的模式[J].农网快讯，2007,11（24）：

67-68.

。

猪场废水氨氮浓度高,对直接进行生化处理可能会产生影响,因此在生化处理前进行化学脱氮以减轻后续生化处理的难度，是目前猪场废水处理的一个新途径。

养猪业属于传统产业，猪场废水处理必须寻求经济可行、处理效果好的方法。

开发经济有效的处理工艺是目前猪场废水处理的重点。

高效厌氧反应器的研制、氮磷污染物的去除、沼气发电技术及无害化资源能源的回收是今后猪场废水处理的重要研究方向。

1.3.3研究现状

猪场废水氮磷含量很高，采用磷酸镁铵（MgNHPO·6HO,俗称鸟粪石）化学沉淀法处理，使得废水中的氨氮转化为缓释肥中的营养元素，解决了氮的回收和氨的污染两大问题，同时达到较好的预处理效果，为后续的生化处理创造了条件。

但该方法必须考虑废水中N、P、Mg的平衡问题,所以廉价的添加剂是化学沉淀法能否实际应用的关键。

LeeSI等人利用海水或制盐工业中的废盐卤作为Mg添加剂，沉淀速度快,与添加MgCl作镁源对磷有等同的去除效果，是一种处理成本低廉的方法，但去除氨的效果不如添加MgCl。

自然处理模式主要采用氧化塘、土地处理系统或人工湿地等自然处理系统。

该模式在美国、澳大利亚和东南亚一些国家应用较多，且国外一般未经厌氧处理而直接进入氧化塘处理畜禽粪便污水，往往采用多级厌氧塘、兼性塘、好氧塘与水生植物塘，污水停留时间长（水力停留时间长达600d），占地面积大[8]崔理华，朱夕珍，陈智营.国内外规模化猪场废水处理组合工艺进展[J].农业环境保护，2000，19（3）：

188-191.

，多数情况下氧化塘只作为人工湿地的预处理单元。

欧洲及美国较多采用人工湿地处理畜禽养殖废水。

墨西哥湾项目（GMP）调查收集了68处共135个中试和生产规模的湿地处理系统约1300个运行数据，并建立了养殖废水湿地处理数据库，发现污染物平均去除效率生化需氧量（BOD5）为65％，总悬浮物53％，NH3一N48％，总N42％，总P42％[9]RobertL．Knight，VictorW．E．，PayneJr．B，eta1．Constructedwetlandsforlivestockwastewatermanagement[J].EcologicalEngineering，2000，15：

41-55.

。

人工湿地存在的主要问题是堵塞，而引起堵塞的主要原因是悬浮物，微生物生长的影响却很小。

避免堵塞的方法主要有加强预处理、交替进水和湿地床轮替休息[10]KernJ．，IdlerC．Freatmentofdomesticandagriculturalwastewaterbyreedbedsystems[J].Ecolo．Eng，1999，12（1-2）：

13-25.

，近年还发展了“潮汐流”以及反粒级（上大下小）等避免堵塞[11]ZhaoY．Q，SunG．，AllenS．J．Anti-sizedreedbedsystemforanimalwastewatertreatment：

acomparativestudy[J].WaterResearch，2004，38：

2907-2917.

。

我国南方地区如江西、福建和广东等省也多应用自然处理模式，但大多采用厌氧预处理后再进入氧化塘进行处理，厌氧处理系统分地上式和地下式，氧化塘为多级塘串联。

我国在人工湿地处理养殖废水方面进行的一些实验研究和工程应用，主要着眼于植物筛选和处理效果的考察[12]廖新悌，骆世明.人工湿地对猪场废水有机物处理效果的研究应用[J].生态学报，2002，13

（1）：

113-117.

，而在氧化塘以及人工湿地处理养殖废水设计中，一般参照氧化塘或人工湿地处理其他污水的资料作为设计依据或者随意设计，但针对畜禽养殖废水，其氧化塘、人工湿地究竟需要多大面积出水才能达到标准，季节温度变化对自然处理系统效果的影响等方面尚缺乏深入研究和规范可依。

好氧生化法主要有活性污泥法和生物接触氧化法。

成文采用接触氧化水解（酸化）-两段接触氧化-混凝工艺处理猪场废水，水解对CODcr有较高的去除率，稳定在60%～70%，接触氧化对COD的去除效果在50%左右。

整个工艺对氨氮去除效果较好，出水氨氮在13～15，CODcr在200～250，经过聚合氯化铝混凝沉淀后，最终出水CODcr稳定在100以下，出水达到污水综合排放一级标准（GB8978-88）。

但该工艺程序复杂，占地面积大，对氨氮的去除效果还有待进一步研究。

水解—SBR处理猪场废水,大大简化了处理工艺，水解去除了大部分的COD，TP去除率达到55%，但对氨氮去除效果不好；SBR对氨氮有较好的去除效果，TN的去除率为74.1%，氨氮的去除率在97%以上，但最终出水的COD残留量较大。

猪场废水的高氨氮常常导致生化处理过程中碳源不够、C/N过低，从而