畜禽粪便污水处理
第1章工程建设规模
1.1项目服务范围
本污水处理工程服务范围为父母代母猪一场（5000头母猪）、保育场（36000头幼崽）以及办公区域生活污水。
1.2设计规模
废水主要有两个来源：生产废水和生活污水。
（1）生产废水
我国目前的清粪方式有水冲粪、水泡粪、干清粪三种，废水排放的特点见下表( GBI8596-2001 )。
表5-1 不同清粪方式废水量及水质指标
由上表知，水泡粪工艺每万头猪每天排放粪污量为150t/d。本项目服务范围内有5000头母猪和36000头幼崽（按照5头幼崽折合一头母猪计算），共计12200头成年猪，产生废水量约为183t/d。
（2）生活污水
全厂劳动定员80人，用水定额为110L/人.d，生活污水量约为8.8t/d。
综合以上所述，污水总量为191.8t/d。按照200t/d设计。
1.3排放水质指标确定
排放水质执行《山东省畜禽养殖业污染物排放标准》DB37/534-2005，各指标相
见下表。项目废水经处理后，进行农田、林地灌溉，排放水质指标同样满足农田灌溉水质标准GB5084—2005。
表5-2 不同清粪方式废水量及水质指标
第2章厂址选择
2.1厂址选择原则
场地的选择应具体考虑以下因素：
（1）畜禽养殖业污染治理工程应与养殖场生产区、居民区等建筑保持一定的卫生防护距离，设置在畜禽养殖场的生产区、生活区主导风向的下风向或侧风向。
（2）畜禽养殖业污染治理工程的位置应有利于排放、资源化利用和运输，并留有扩建的余地，方面施工、运行和维护。
2.2厂址建设条件
本粪污处理工程属于养猪场内部环保工程，给水、排水、电力、通讯、道路等条件良好。养猪场及附属配套已经建设完毕，满足项目实施要求。
（1）供汽：目前项目厂区没有集中供热源供给，生活办公区冬季取暖采用空调。
（2）供水：目前厂区自来水管线尚未铺设到位，项目取水采用浅层地下水。
（3）排水：拟建项目废水经厂区污水处理站处理后废水水质满足《山东省畜禽养殖业污染物排放标准》（DB37/534-2005）标准，同时也满足《农田灌溉水质标准》（GB5084-2005）要求。处理达标后废水经氧化塘暂存后用于有机肥改良区农业和林业灌溉。
（4）供电：拟建项目用电依托夏津县苏留庄镇城市供电系统，能够满足本项目用电需求。
第3章畜禽养殖粪污处理工艺的选择
3.1粪污特性分析
3.1.1粪污排放方式
目前，我国规模化养猪场采用的清粪工艺主要有3 种，即水冲粪、水泡粪（自流式）和干清粪工艺。
水冲粪的方法是粪尿污水混和进入缝隙地板下的粪沟，每天数次从沟端的自翻水放水冲洗。这种清粪方式劳动强度小，劳动效率高，在劳动力缺乏且较贵的欧美国家采用较多。其缺点是耗水量大，污染物浓度高。
水泡粪清粪工艺是在水冲粪工艺的基础上改造而来的，是在猪舍内的排粪沟中注入一定量的水，粪尿、冲洗和饲养管理用水一并排入缝隙地板下的粪沟中，储存一定时间后，待粪沟装满后，拨开出口的闸门，将沟中粪水排出。这种工艺虽然较水冲粪工艺节省用水，但是，由于粪便长时间在猪舍中停留，形成厌氧发酵，产生大量的有害气体如硫化氢、甲烷等，危及动物和人体健康。粪水混合物的污染物浓度更高，后处理也更加困难。
干清粪工艺是粪便一经产生便分流，干粪由机械或人工收集、清扫、集中、运走，尿及污水则从下水道流出，分别进行处理。这种工艺固态粪污含水量低，粪中营养成分损失小，肥料价值高，便于高温堆肥或其他方式的处理利用。产生的污水量少，且其中的污染物含量低，易于净化处理，是目前比较理想的清粪工艺。日本多采用这种工艺，欧美国家也倾向于这种工艺。
3.1.2废水来源及废水特点
本养殖场粪污排放方式为水泡粪工艺，业主提供的水质指标如下：
中悬浮物较高，SS达到30000mg/L；BOD/COD为0.33，废水的生化性较好。
3.2工艺选择
3.2.1整体工艺路线选择
畜禽养殖污水具有有机负荷较高，氨氮含量高等特点，而畜禽养殖业作为农业生产的基础性产业其生产和经营方式都区别于工业生产，因此其污水的治理一般需要多种处理技术的结合。从治理技术来看，要实现目前去除COD、BOD的同时，再脱氮除磷的效果，厌氧工艺是不可或缺的同时，配合我国农村地区的沼气化工程建设，厌氧沼气化可以实现资源的有效利用。概括起来，目前我国畜禽养殖污水的治理主要有以下三模式。
（1）模式Ⅰ
图7-1 模式Ⅰ工艺流程示意图
适用条件：粪尿连同废水一同进入厌氧反应器。模式Ⅰ工艺以能源利用与综合
利用为主要目的，适用于当地有较大的能源需求，沼气能完全利用，同事周边有足够土地消纳沼液、沼渣，并有一倍以上的土地轮作面积，使整个养殖场（区）的畜禽排泄物在小区域内全部达到循环利用的情况。
（2）模式II
图7-2 模式II工艺流程示意图
适用条件：废水进入厌氧反应器之前应先进行固液（干湿）分离，然后再对固体粪渣和废水分别进行处理。模式II工艺适用于能源需求不大，主要以进行污染物无害化处理、减少沼液和沼渣消纳所需配套的土地面积为目的，且养殖场周围具有足够的土地面积全部消纳低浓度沼液，并且有一定的土地轮作面积的情况。
（3）模式III
图7-3 模式III工艺流程示意图
适用条件：废水进入厌氧反应器之前应先进行固液（干湿）分离，然后再对固体粪渣和废水分别进行处理。模式III工艺适用于能源需求不高且沼液和沼渣无法进行土地消纳，废水必须经过处理达标排放或回用的情况。
各模式适用条件如下所示。
模式I：厌氧+沼液利用模式。适用于存栏2000头及以下养殖场；
模式II：固液分离+厌氧+沼液利用模式。适用于存栏2000头及以下养殖场；
模式III：固液分离+厌氧+好氧+自然处理模式。适用于存栏10000头及以上养殖场；
（4）工艺路线选择
本养殖场的养殖条件如下：
①本养猪场猪存栏量大，废水排放需要达到国家标准。
②周围农户较少，没有较大的能源需求。
③本养猪场占地2800多亩，且土地为沙土地。处理后的废水可以用于灌溉、改造沙土地。
综合考虑上述条件以及粪污排放方式、当地自然环境因素、排水去向，本项目选择模式III作为本项目的处理工艺。
3.2.2单体工艺选择
所选工艺主要包括固液分离、厌氧发酵、好氧处理、自然处理等几方面的技术，以下就这几方面的技术做详细介绍。
（1）固液分离
无论畜禽养殖场废水采用什么系统或综合措施进行处理，都必须首先进行固液分离，这是一道必不可少的工艺环节，其重要性及意义主要在于：首先，一般养殖场排放出来的废水中固体悬浮物含量很高，相应的有机物含量也很高，通过固液分离可使液体部分的污染物负荷量大大降低；其次，通过固液分离可防止较大的固体物进入后续处理环节，防止设备的堵塞损坏等。此外，在厌氧消化处理前进行固液分离也能增加厌氧消化运转的可靠性，减小厌氧反应器的尺寸及所需的停留时间，降低设施投资并提高COD的去除效率。固液分离技术一般包括：筛滤、离心、过滤、浮除、沉降、沉淀、絮凝等工序。
本项目粪污固体含量高达30000mg/L，需要最大程度降低粪污中的悬浮物，为厌氧发酵创造有利条件。预处理设施主要包括：格栅、固液分离机（80-120目）。
（2）厌氧处理技术
理能源环保型工程，但是其高径比的限制使单个罐体不能太大，因此不适于本工程中应用。而UASB工艺适用于养猪场的污水处理能源环保型，其处理效果较好。
（3）好氧处理技术
好氧处理是指利用好氧微生物处理养殖废水的一种工艺。好氧生物处理法可分为人工好氧处理和天然好氧处理两大类。
人工好氧生物处理是采取人工强化供氧以提高好氧微生物活力的废水处理方法。该方法主要有活性污泥法、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化法、序批式活性污泥法（SBR）、厌氧/好氧（A/O）及氧化沟法等。就处理效果来讲，接触氧化法和生物转盘的处理效果要好于活性污泥法，虽然生物滤池的处理效果也很好，但易于出现滤池堵塞现象。氧化沟、SBR和A/O工艺均属于改进的活性污泥法。氧化沟出水水质好、产生泥量少，也可对污水进行脱氮处理，但其处理的BOD负荷小、占地面积大、运行费用高。SBR法自动化控制程度高，能够对污水进行深度处理。A/O 体是一种兼有去除BOD和脱氮双重作用的活性污泥处理工艺，其投资虽然偏大，但经该法处理后的水易于达标排放。因此对于那些养殖规模大、废水产生量多且有较强经济能力的养殖场可选择A/O法。
A/O工艺是80年代初期开创的处理技术，该法利用缺氧-好氧串联工艺，使反硝化-硝化反应不断进行，将BOD去除与反硝化脱氮在同一池中完成的缺氧/好氧系统，又称为前置反硝化系统，同时由于一般采用混合液回流，故亦可称为循环脱氮系统。采用A/O系统具有下述主要优点：①工艺流程较简单，易于运行管理；②缺氧、好氧交替运行，有利于改善污泥沉降性能，丝状菌不易增殖繁衍，不会出现污泥膨胀现象；③以废水中有机物作为反硝化碳源；④废水中的部分有机物通过反硝化去除减轻了后续好氧段负荷，减少了动力消耗；⑤反硝化产生的碱度可部分满足硝化过程对碱度的需求，因而降低了化学药剂的消耗，降低了运行费用。
本项目好氧处理技术采用A/O活性污泥工艺。
（3）自然生物处理
自然生物处理法（亦称天然好氧生物处理法）是利用天然的水体和土壤中的微生物来净化废水的方法，主要有水体净化和土壤净化两种。前者主要有氧化塘（好氧塘、兼性塘、厌氧塘）和养殖塘等；后者主要有土地处理（慢速渗滤、快速法滤、地面漫流）和人工湿地等。自然生物处理法不仅基建费用低，动力消耗少，该法对难生化降解的有机物、氮磷等营养物和细菌的去除率也高于常规的二级处理，部分可达到三级处理的效果。此外，在一定条件下，该法配合污水灌溉可实现污水资源化利用。该法的缺点主要是占地面积大和处理效果易受季节影响等。但如果养殖场规模小且附近有废弃的沟塘和滩涂可供利用时，应尽量选择该方法以节约投资和处理费用。
由于出水灌溉林地的季节性以及出水的储存问题，同时考虑自然生物处理对有机物的降解效果，本项目的自然处理选择兼氧塘处理方式。
3.2.3技术路线选择
经过上述论证，本项目工艺路线选择模式III的工艺路线，即：格栅+固液分离设备+水解酸化+厌氧处理+好氧处理+自然处理。
具体到各工段单体：
（1）预处理包括：格栅、固液分离机、水解沉淀池；
（2）厌氧生物处理：UASB反应器；
（3）好氧生物处理：A/O池；
（4）物化处理：絮凝沉淀池；
（5）自然生物处理：兼性塘。
3.2.4所选工艺介绍
（1）工艺概述
①猪舍粪污采取水泡粪的清理方式，在猪舍附近设置有集粪井，含有粪尿的高浓度废水定期从猪舍下部排入集粪井，然后再经集粪井汇入格栅井，格栅用于拦粪污中较大的物质，经过格栅过滤后的废水进入调节池。
②调节池具有粪污的贮存作用，能够满足调节水质水量的要求，调节池内部设
置有搅拌器，防治粪污中的物质产生沉降。
③粪污经潜污泵打入固液分离机，经过固液分离机的高速旋转、筛分、挤压，绝大部分悬浮物被从水中分离出来，分离出的粪渣运至堆肥车间堆肥。
④固液分离机出水自流进入水解池，水解池中设置有射流搅拌器，防治悬浮物沉淀，当连通空气时，可以作为射流曝气器。水解池后设置沉淀池，水解（或曝气）后部分物质易于沉淀，将易于沉淀的物质沉淀下来，进一步降低废水中悬浮物，以尽可能降低进入UASB反应器中的悬浮物。沉淀池设置有污泥回流泵，用于把沉淀池的污泥回流水解池，在不曝气的状态下，此处可以形成厌氧环境，作为整个系统的一级厌氧反应池，而后续UASB作为二级厌氧反应器。
⑤废水进入UASB反应器后，经过厌氧发酵，大部分有机物被降解，产生的沼气经过水封，进入沼气利用系统。经过厌氧后的废水进入预曝气池，经过曝气后部分有机物变的易于沉淀，在后续沉淀池中进行沉淀，同时预曝气为后续的好氧处理做准备。
⑥经过曝气沉淀的废水进入A/O池，在池中停留6天左右，在进一步降低有机物的浓度的同时可以降低氨氮的浓度。A/O池出水进入沉淀池，出水设置混合液回流，在沉淀池中设置污泥回流。
⑦为进一步降低悬浮物和BOD5并去除氮、磷类的营养物质，对好氧处理后的水进行混凝沉淀深度处理，通过加药、凝聚、絮凝、沉淀处理，达到降低水中有机物的目的。
⑧经强化处理后的废水进入自然处理系统。设置为兼性塘，进一步去除废
水中的有机物。另外一个作用是储存处理完的水，在需要灌溉林地的季节，进行取水灌溉。
⑨生物处理不能完全杀灭水中细菌和病毒，稳定塘出水进行消毒处理，达
到排放标准后作为农田灌溉用水。
（2）工艺流程图
粪污废水
（水泡粪）
图7-3 工艺流程图
（3）各单元处理效率
表7-3 各单元处理效率表
第4章工程设计方案
8.1 设计处理水量及水质
（1）设计水量
表8-1 设计水量
（2）设计进出水水质指标
表8-2 设计进出水水质指标
8.2 单体设计
（1）格栅井
功能：设置格栅的作用是拦截养殖粪污中较长的纤维、毛等较大的悬浮物质，防止后续的设备、管道被堵塞，保证整个系统的正常运行。栅渣应及时运至粪便堆肥场或者其他无害化场所进行处理。
尺寸：L×W×H=4.0×1.0×2.0m
结构：钢筋混凝土
数量：一座
设备：格栅机栅隙：10mm、6mm,各2台；材质：SUS304；清渣方式：人工清渣。
（2）调节池
功能：养猪废水悬浮物非常高，有大部分易沉物容易沉积于调节池池底，设置搅拌系统，防止悬浮物沉积，使后续固液分离机进水稳定。
尺寸：L×W×H=6.0×6.0×4.0m
停留时间：12h
结构：钢筋混凝土，进行防腐处理
搅拌系统：1套（防爆电机）。
(3)固液分离系统
固液分离机：处理水量：15m3/h；筛孔要求：80-120目；型号：S-2，N=7KW；数量：2台（1用1备）
液下泵：Q=10m3/h，H=15m；功率2.2kw；2台（1用1备）
干粪输送皮带机：20m3/h（宽度=0.5m，长度=6m），1台
（4）水解池
功能：设计为一池两用，池中设置射流搅拌器。
①作为水解池，水解酸化，同时后续沉淀池污泥回流，作为一级厌氧，UASB
反应器可作为二级厌氧；
②射流搅拌器改为射流曝气器，作为预曝气池，降低固液分离后废水的悬
浮物。
尺寸：L×W×H=6.0×3.75×4.0m
结构：钢筋混凝土，进行防腐处理。
射流搅拌器（射流曝气器）：射流曝气器：3套（单台产气量：30m3/h，氧转移率＞30%）
（5）1号沉淀池（竖流沉淀池）
功能：水解或者曝气后，用于废水中悬浮物的沉淀，进一步降低废水中悬浮物，保证UASB反应器的运行安全。
尺寸：L×W×H=2.85×2.0×4.0m；
数量：1座；
表面负荷：0.6（m3/（m2*h)
结构：钢筋混凝土，进行防腐处理
污泥回流泵：Q=10m3/h，H=15m；功率2.2kw。数量：2台（1用1备）
导流筒、反射板及出水堰：1套，材质：碳钢防腐
（6）UASB反应器
功能：分解污水中CODcr，提高污水的可生化性，使污水进入后续设备进行好氧理效消化，显著提高处率。反应器外部采用矿棉保温板和镀锌板或彩板保温。
数量：1座
材质：搪瓷拼装
停留时间：7d
容积负荷：2.5kgCOD/（m3·d）
沼气产量：748m3/d(31m3/h)
罐体尺寸：φ=14m，H=10m
三相分离器：1套（材质：PP或碳钢防腐）
布水系统：1套（材质 PP或碳钢防腐）
水封器：φ=0.63m H=0.8m，材质：PP，共1套
集水系统：2套，SUS304材质
进料泵：Q=10m3/h，H=15m；功率2.2kw。数量：2台（1用1备）
内循环泵：Q=35m3/h，H=15m.(防爆电机)，2台（1用1备）
（7）预曝气池
功能：废水经厌氧发酵产沼后，进行预曝气，为后续的好氧处理创造条件。
尺寸：L×W×H=8.0×3.5×4.0m；1座
停留时间：12h
结构：钢筋混凝土，进行防腐处理
曝气方式：微孔曝气器；数量：200套
（8）2号沉淀池
功能：不能被厌氧分解的物质经过曝气更利于沉淀，进一步除去部分有机物。
尺寸：L×W×H=2.75×3.5×4.0m；
数量：1座；
表面负荷：0.6（m3/（m2*h)
结构：钢筋混凝土，进行防腐处理
排泥泵：Q=10m3/h，H=15m；功率2.2kw。数量：2台（1用1备）
导流筒、反射板及出水堰：1套，材质：碳钢防腐
（9）A/O活性污泥池
功能：对废水的深度处理，利用好氧微生物的新陈代谢作用将污水中的氨水、CODCr、BOD5重金属及有机污染物分解，达到污水净化目的。
A池尺寸：L×W×H=10.5×8.0×4.0m；
O池尺寸：L×W×H=10.5×16×4.0m；
水力停留时间：6d
硝化液回流泵： 2台（1用1备），Q=10m3/h，H=10m，N=0.75KW
污泥回流泵：型号：Q=5-10m3/h, H=10m, N=0.75KW, 2台（1用1备）
罗茨鼓风机， Q=250m3/min,P=0.049MPa, N=37KW，二台，1用1备
ABS管道、曝气头:DN260 840个；
PH调节系统：1套（加碱），PP材质罐，V=1.5m3。
（10）3号沉淀池（竖流沉淀池）
功能：进行固液分离，进一步去除污水中的有机物。
尺寸：L×W×H=3.85×2.0×4.0m，
结构形式：钢筋混凝土结构，进行防腐处理
表面负荷：0.6（m3/（m2*h)
污泥回流泵：Q=10m3/h，H=10m，N=0.75KW； 2台（1用1备）
导流筒、反射板及出水堰：1套，材质：碳钢防腐
（11）絮凝沉淀池
功能：经过好氧处理的废水仍然不能达标，通过投加絮凝剂，使之与污水混合并发生絮凝沉淀，为进一步消减有机物。
工艺概述：混合方式采取水泵混合，混合时间为10-30s,速度梯度为G=500-1000s-1。反应区采取网格反应池，在多格回流竖井中安装若干层网
格。，网格数自进水端至出水端依次减少，分为三段。
尺寸：L×W×H=6.85×2.0×4.0m
结构形式：钢筋混凝土结构，进行防腐处理
表面负荷：0.6（m3/（m2*h)
污泥回流泵：Q=10m3/h，H=20m，N=1.50KW ；2台（1用1备）（12）氧化塘
功能：设置为兼性塘，通过兼性塘进一步去除废水中的有机物。另外一个作用是储存处理完的水，在需要灌溉林地的季节，进行取水灌溉。
尺寸：L×W×H=80.0×30.0×2.5m，
结构：土工结构（膨润土防渗）
总容积：6000m3
数量：1座
（13）消毒池
功能：对好氧出水进行消毒处理。
尺寸：L×W×H=3.5×2.5×2.5m，
结构形式：钢筋混凝土结构，进行防腐处理
停留时间:2h
数量：1座
氯片投加器：1套
消毒剂：固体氯片（含氯有效量60%～70%）
加氯量：15mg/L
（14）污泥浓缩池
功能：进行污泥浓缩，池内上清液回流至调节池进行循环处理，剩余污泥排至脱水间进行处理。
尺寸：L×W×H=2.85×2.0×4.0m，
结构形式：钢筋混凝土结构，进行防腐处理
设备：浓缩机，型号：NZS-4,N=0.37kw，1台；渣浆泵, Q=1.0m3/h,H=15m,N=3KW，2台。
（15）综合设备用房
功能：为各种生产设备提供安全清洁的放置环境，其中包括配电室、鼓风机房、脱水机房、化验室等附属建筑物。
尺寸：22.0×9.5×4.2m（150㎡）
结构形式：砖混结构
设备：加药设备一套
罗茨鼓风机：2台（参数详见第（9）条）。
燃气燃油两用热水锅炉：型号WNS1-0.7-Y(Q)，额定热功率：1MW。耗电功率：5.9KW，出/回水温度：171℃/184℃，沼气消耗量：130m3/h。当冬季用热量较大，产生沼气不能满足使用量时，用燃油来代替。
（16）应急火炬系统
功能：当夏天厌氧消化罐不需要加热时，燃气锅炉处于暂停状态，此时沼气通过火炬燃烧后排放，以防止沼气对当地大气环境的污染，减轻温室气体排放。
形式：放散式
型号：PRHJ-100S
功率：1.1+0.7kw
尺寸：2.40*1.10*4.00m
处理量：0～75m3/h
8.3 设备清单