科学技术学院
毕业设计（论文）开题报告
题 目： UASB +生物接触氧化+氧化塘工艺处理某养猪场废水工程设计
学 科 部： 理工学科部 专 业： 环境工程 班 级： 环工131 学 号： 7011113008 姓 名： 乔彬 指导教师： 王榕
填表日期： 2016 年 12 月 27 日
一、 选题的依据及意义：
1.1选题依据
近年来，随着我国经济的快速发展，我国工厂化生产的大型猪场发展迅速，而且规模不断扩大，生产规模从几千头发展到几十万头。但与此同时，由于规模化养猪场往往建在大中城市近郊和城乡结合部，由于环境法规不健全，认识不足，特别是资金短缺，绝大多数养殖场在建场初期未考虑畜禽粪便处理。畜禽排放的大量粪尿与养殖场的大量废水，大多未经妥善回收利用与处理、处置即直接排放，对环境造成严重的污染，产生极其不良的影响。城市畜禽养殖业已经成为或正在成为与工业废水和生活污水相当甚至更大的污染源。
该污染源中氮、磷及BOD的含量很高，如不妥善处理，就会通过地表径流和土壤渗滤进入地表水体、地下水层，或在土壤中积累，致使水体严重污染、富营养化，土地丧失生产能力、树术枯死、绿草不生。甚至有的畜禽养殖场位于城市主要河道、饮用水水库或地下水源地附近，大量废水渗入地下，致使地下水严重污染，水井报废。而废水中所含大量的含氮化合物在土壤微生物的作用下，通过氨化、硝化等化学反应过程而形成了NH3-N、NO2ˉ-N和NO3ˉ-N，下渗到地下水，造成地下水中硝酸盐含量增高，使水质不易于饮用，严重影响人体健康。为减少对周围环境的污染，改善水体水质，提高人民生活质量，在发展规模化养养猪厂的同时，必须解决好养猪厂粪尿污水的处理，采取适当的方法，人力控制养猪厂生产中的环境污染，对于增强环境保护和保障人类健康都具有十分重要的意义。 1.2选题意义
1、通过完成该毕业设计来巩固、深化、拓宽所学过的基础课程、专业基础 课和专业课知识，提高综合运用这些知识独立进行分析和解决实际问题的能力，提高自己的专业技术素质。
2、在熟悉资料的同时也锻炼自己搜集有效资料的能力，了解我国有关的水 污染控制的方针和政策，正确使用本专业的有关技术规范和规定，熟悉相应的水处理工艺以及技术设备，为自己未来到社会工作做好准备。
3、熟悉并掌握水污染处理工程的设计内容、设计原理、方法和步骤，能根 据原始设计资料正确地独立地选定设计方案，掌握污水厂设计的基本流程及各构筑物的设计方法，熟悉设计计算书和设计说明书的编写内容和编制方法，并绘制工程图纸。
二丶国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：
现在国内养猪场废水处理设计主要是分为自然处理模式、工业化处理模式和组合处理模式三种。自然处理模式主要有人工湿地、土地处理、氧化塘三种类型；工业化处理模式主要有三个单元，固液分离、厌氧阶段、好氧阶段，固液分离为预处理单元或后续处理单元，厌氧阶段为主要处理单元，好氧阶段为主要处理单元的补充。组合处理模式主要是由工业化处理模式中四个单元的筛选组合和自然处理阶段组成。以下将详细介绍各个处理模式在实际工程当中的应用。 2.1 自然处理模式
养猪场废水有机物和氮磷含量高，主要处理单元后的出水也难以达到出水中氮磷的含量要求，是地表水体超营养化的主要来源之一。后续工业化处理的费用昂贵，难以推广。而自然生态处理建设费用较低、运行成本低廉、无需复杂的设备、管理方便，因而常常作为后续处理单元。但也存在土地占用面积较大、处理效果易受季节、温度、日照变化的影响等缺点。 2.1.1
人工湿地
人工湿地系统是一种由人工建造、监督和控制的与沼泽地类似的土地处理系统。具体而言，人工湿地系统是在一定长宽比及底面坡度的洼地中，由土壤及砾石、炉渣等填料混合构建的填料床，并在床体表面种植芦苇、香蒲等耐水性好的水生植物，形成独特的植物生态环境，利用填料．微生物一植物复合生态系统过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物利用来实现对废水的高效净化。国内现在的研究方向主要集中在以湿地植物和基质筛选为主，并已经取得了一定的成效。 2.1.2
氧化塘
稳定塘是一种利用天然的或经过人工修整的池塘处理废水的构筑物。稳定塘对废水的净化和天然水体净化类似。有机物通过水中的微生物代谢而降解。
南方地区采用稳定塘作为工艺主体进行猪场废水处理的案例较北方多。如广东某规模化养猪场日产废水量500 m3／d，采用新型厌氧-兼氧组合式稳定塘工艺。整个厌氧-兼氧-组合稳定塘出水COD的质量浓度保持在3 000 mg／L，COD去除率一般为70％左右，后续辅助好氧池采用活性污泥法，使COD等进一步降解．再
利用高负荷氧化塘进行废水的硝化脱氮，最后通过藻类沉降塘及生物塘使出水排放达到排放标准要求。
但是稳定塘更经常用于厌氧、好氧系统出水的后处理。如九江流域规模化养猪场废水专项整治中，辉龙、华紫、腾龙养猪场在沼气厌氧发酵等生物除碳工艺基础上采用的水生生物氧化塘处理技术，氧化塘出水COD低于200mg/L，氨氮浓度低于25 mg/L，总磷浓度低于5mg／L，出水质达到排放标准要求。辽宁大洼县西安生态养殖场稳定塘处理猪场废水脱氮除磷效率达到90％以上。然而，稳定塘占地面积大、污水处理效果易受季节、气温、光照等自然因素的影响，在全年范围内不稳定。 2.1.3
土地处理
粪便废水还田作肥料是一种传统的、经济有效的处置方法。可以实现养分循环利用，实现污染物零排放。粪尿、冲洗水施于土壤中，在土壤微生物和植物的作用下．有机物质被分解转化成腐殖质和植物生长因子，有机氮磷转化成无机氮磷，供植物生长利用，可减少化肥的使用，维持并提高土壤肥力．减轻风蚀和水蚀作用，改善土壤通透性，促进有益微生物的生长。这种模式适用于远离城市，经济比较落后．土地宽广，有足够农田消纳粪便废水的规模化养猪场。
国内一般采用厌氧消化后再进行土地处理，既可避免有机物浓度过高引起作物烂根和烧苗，又能回收清洁能源沼气，减少温室气体排放。厌氧发酵液中含丰富的氮、磷、钾、多种氨基酸以及微量元素和维生素等营养物质．并且有害菌和虫卵被杀灭。 2.2 工业化处理模式
对于那些规模较大、地处大城市近郊，经济发达，土地紧张，没有足够农田消纳粪污或进行自然处理的猪场。只能采用工业化处理模式来处理粪便废水。这种模式基本采用物理一化学处理法和生物处理法。近十年来，工业化处理模式逐渐发展为三段式，包括固液分离段、厌氧阶段和好氧阶段。
工业化处理模式具有以下优点：(1)占地少；(2)适应性广，不受地理位置限制；(3)季节温度变化的影响相对较小。但工业化处理模式也存在以下缺点：(1)投资大，万头猪场的粪污处理，投资约120～150万元；(2)能耗高，处理1 m3废水，耗电2～4 kW·h；(3)运行费用高，处理1 m3废水，运行费2．0元左右；
(4)机械设备多，维护管理量大；(5)运行管理需要专门的技术人员。 2.2.1
固液分离段
固液分离段的物理方法包括格栅、沉淀、固液分离机等，主要用于去除废水中的机械杂质，普遍用于废水处理的前处理过程；化学处理一般在混凝预处理或后续处理，处理效率高，操作弹性大，但需使用大量的化学药剂，易产生二次污染。
1) 物理方法
国内水冲粪工艺的普遍应用使得大量悬浮物被带入废水，加重了固液分离负担．因此前处理采用常规沉淀技术和机械固液分离技术或二者综合使用，也有报道采用气浮法。机械固液分离多用挤压式固液分离机，固液分离机能大量地去除废水中的粗纤维等有机物，供生产有机肥或有机复合肥之用，同时有效地降低废水排放浓度，减轻废水达标处理系统的压力，减少废水处理工程投资。若固液分离后进行厌氧发酵，则应注意保持适度强度，以免导致沼气产量降低。采用固液分离池进行前处理易产生大量恶臭气体如NH，、挥发性硫化物(VSC)等，须加以处理。
农业部结合国内规模化猪场情况，开发研制的螺旋挤压式固液分离机，悬浮物的去除率达40%左右，挤压后干物质含水率在65%～73%，完全可以达到污水的USAB 处理和生产有机复合肥的工艺要求。
2) 化学方法
猪场废水中会存在细菌和营养物质．可能将大肠细菌带入地表水和地下水。物理-化学方法是防止其污染的一种可行办法。聚丙烯酰胺(PAM)混凝处理基建投资低，应用方便快捷，在养猪场废水中得到了较多应用。PAM，PAM与CaO复配或PAM与Al2(SO4)3复配能使总的大肠菌和排泄物大肠菌减少30％-50％，降低原水中的TP和NH3-N,有效降低COD、BOD，、SS以及污泥比阻,提高废水的可生化性，有利于后续处理单元脱氮、除磷效果的改善[5]。
刘宇赜等通过对SBR反应器出水后水样在试验室进行正交试验后表明，在废水中投加聚合氯化铝和聚丙烯酰胺对废水中TP有较好的去除率，对SS也有一定程度的去除，但对COD的去除效果不明显。
2.2.2 厌氧阶段
厌氧发酵技术主要是利用厌氧微生物以粪料中的糖和氨基酸为养料生长繁殖。进行沼气发酵。粪料含水量较低(60％～70％)的以乳酸发酵为主，粪料含水量高(>80％)的则以沼气发酵为主。其优点是无需通气和翻堆，能耗省，费用低，厌氧生物处理可大量除去可溶性有机物，去除率可达70％～85％，而且可杀死传染性病菌，有利于防疫。利用厌氧发酵技术，能够减少臭味和降解有机污染物，同时回收储存在有机物中的能量作为能源。
主要工艺有：完全混合式厌氧反应器(CSTR)。厌氧接触法(ACP)，厌氧滤池(AF)，厌氧序批式反应器(ASBR)，厌氧复合反应器(UBF)，斜流式隧道厌氧污泥滤床(EATS)，上流式厌氧污泥床(UASB)，内循环厌氧反应器(IC)，厌氧折流板反应器(ABR)，推流式厌氧滤器(PAFR)，混合一推流厌氧消化器，两段厌氧消化等。
尽管厌氧生物处理能直接处理高浓度猪场废水，并能回收能源。但是，厌氧处理出水中污染物浓度仍然很高，不易降解的有机物大量残留，氮、磷的去除效果不佳，若实际条件不允许还田或自然处理，须进一步后处理。目前针对猪场废水厌氧消化液的后处理有大量研究、报道，但好氧处理仍属主流选择。 邓良伟等采用内循环厌氧反应器(IC)处理猪场废水，BOD，去除率为95.8％，SS去除率为78.5％，沼气产气率达1.5～3m3／d。后又通过改善厌氧消化液的可生化性和培养高效脱氮菌种等措施，NH3- N去除率达到了99％，COD去除率达98％。纯粹的厌氧处理猪场污水后，出水一般残留的COD值较高，达不到排放标准。实际应用中的厌氧处理实际上还参杂其他处理单元。近年来，学者对各种厌氧器研究较多，认为新型超高效厌氧反应器处理猪场污水有机污染物有前景。 2.2.3
好氧阶段
好氧处理的基本原理是利用微生物在好氧条件下分解有机物，同时合成自身细胞(活性污泥)。在好氧处理中，可生物降解的有机物最终可被完全氧化为简单的无机物。采用好氧技术对猪粪尿及废水进行生物处理，这方面研究最多的是SBR(Sequencing Batch Reactor)工艺，即序批式活性污泥法。它把污水处理构筑物从空间系列转化为时间系列，在同一构筑物内进行进水、反应、沉淀、排水、闲置等周期。
SBR具有流程简单，占地面积小，运行灵活，耐冲击负荷，自动化程度高，
污泥浓度高，反应期存在浓度梯度，能加快反应速度，抑制污泥丝状膨胀等优点。因此，SBR在难降解有机物处理的研究中越来越受到重视， 现在已广泛用于猪场废水处理，但单独使用SBR工艺的极少，多是采用SBR与其他方式结合处理。 2.3 组合处理模式
对于高浓度有机废水特别是养猪场废水，厌氧-好氧-自然处理组合工艺是公认的经济处理方法。如邓仕槐等采用气浮-ABR-CASS-湿地及生态塘为主体的废水处理工艺，处理后的废水COD、氨氮、SS等指标都能达到排放标准。且该工艺耐冲击负荷能力强，剩余污泥量少，操作管理简单，运行成本低[8]。
但是所报道的厌氧-好氧组合工艺如CSTR-SBR工艺、ASBR-SBR工艺、IC-SBR工艺、UASB-SBR工艺等处理猪场废水的效果都不甚理想，特别是好氧后处理单元猪场废水厌氧消化液的低碳氮比限制了SBR处理猪场废水脱氮除磷的效果，一般需通过补充碳源物质，如乙酸、乙酸钠、猪场粪便提高SBR脱氮除磷效果。另外，通过调整工艺路线也可实现SBR工艺碳源补给。
如邓良伟对传统的IC—SBR工艺加以改进，形成厌氧-加原水-间歇曝气工艺Anarwia工艺。将大部分畜禽养殖废水进行厌氧消化后，出水再与小部分未经厌氧消化的养殖废水混合，然后采用间歇曝气序批式反应器处理混合水，该Anarwia工艺处理效果与序批式反应器直接处理工艺相同。但其水力停留时间、工程投资、剩余污泥量、，并能回收沼气，说明Anarwia工艺颇具优势。该工艺已成功应用于杭州灯塔养殖总场废水处理工程，且处理效果良好。
纵观现在国内养猪场废水处理设计的三种模式，自然处理模式利用自然生态循环来消纳污染物，需要占用大量的土地，适用于规模不大、远离城镇社区的养猪场。但是随着经济的不断发展，土地资源的日益紧张，养猪场逐渐的规模化，工业化处理模式更受到关注，因此养猪场废水处理设计模式将逐渐向混合式处理模式发展，从而使得养猪场废水中的高浓度的有机物和悬浮物能够被经济有效地去除，同时也能够全面处理猪场的水、气、固三类废物并进行回收利用。
三丶本课题研究内容
本课题研究UASB +生物接触氧化+氧化塘工艺处理某养猪场废水工程设计 总悬浮物 CODcr BOD5 氨氮 粪大肠菌流量 pH 项目 (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) 群个/L （m3/d） 6-9 3000 14000 5000 1300 700 进水 2.8×108 6-9 200 400 150 80 10000 700 出水 出水水质达《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）标准要求
出水水质;表2
项目 出水 pH 6-9 总悬浮物 (mg/L) 200 CODcr (mg/L) 400 BOD5 (mg/L) 150 氨氮 (mg/L) 80 粪大肠菌群个/L 10000 流量 3（m/d） 500 出水水质达《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）标准要求
四丶本课题研究方案
废水处理工艺流程主要包括前处理单元(格栅、集水池、调节池) 、U A SB 反应器、兼氧池、生物接触氧化池、氧化塘等处理单元。处理工艺流程见图 3 。
格栅
集水池
调节池
污泥 出气 UASB反应器 污 水鼓 兼氧池 回风
流 机
生物接触氧化池 污泥 应用 储气拒 脱水塔 脱硫塔 除臭塔 污泥浓缩外排农田 好氧塘 消毒池
2 主要构筑物和设备
1)格栅。 格栅池,主要用于去除废水中颗粒较大的残渣及悬浮物,防止后续处理构筑物的堵塞。
2)集水池。集水池用于汇集经格栅处理后的废水,同时沉淀砂石等无机杂质,然后定量用泵打入离心机进行离心分离。
3)调节池。离心后的废水自流进调节池,该池利用厌氧回流、硝化液回流,与离心后的原水在调节池内混合,调节水质、水量、水温和pH值,使工艺进水的各项污染指标保持在一定的浓度进料,减小工艺的运行负荷。
4)UASB反应器。厌氧反应器采用钢混结构的UASB池,其出水一部分回流到调节池,以水中较高的碳酸盐碱度调节原水的pH值,利于处理效率的稳定,另一部分出水则进入兼氧池进一步处理。此工段产生沼气,设计水封及气水分离器。 5)兼氧池,功能:①由厌氧到好氧间兼氧过渡,可减少好氧对溶解氧的需求量,并使菌种有适应过程;②是生物脱氮去磷的工艺点;③去除不溶性COD。 生物接触氧化池。其功能为:去除BOD5,硝化脱氮,除磷。
6)好氧塘。,功能:综合性净化水质;反硝化将硝态氮转化为硝酸盐;将积磷菌吸引的有机磷转化为磷酸盐沉淀去除。 8)消毒池。消毒池1座,
五丶研究目标、主要特色及工作进度：
(1) 研究目标:
此次毕业设计即是通过工程设计，计算以及方案胡实施对所学知识的综合
利用。
通过对污水水质的分析，综合各方面因素，设计采用UASB +生物接触氧化+氧化塘工艺进行污水处理。工艺每个构筑物的设计计算，都是在利用污水处理厂管理运行经验并结合实际情况，力求做到比较专业的污水处理厂设计。设计通过对污水处理厂总平面图和构筑物的CAD制图，使设计更为直观的体现在纸上，使设计思路一目了然。
本次设计虽然困难重重，过程坎坷，但是结果是美好的。心理也有一份特殊的喜悦和成就感。从工艺的选择、设备的采用到污水处理厂的总体规划布置以及对工程经济效益的考虑，都让我在不断地对比，查阅，修改过程中学到了很多知识。同时此次设计也让我看到了自己在学业上的不足，更督促我去钻研将这个专业，希望做到一个合格优秀的工程设计师，为国家的环保事业做一份贡献。
本次毕业设计有一个更加真实的效果让我们学会查阅资料、总结概括和知识运用。所以该毕业设计的确非常锻炼我们的能力，提高了作为环境工程专业毕业生对环境知识的运用技能。
(2) 主要特色:
本设计完成了生猪养殖场废水处理工程设计。在完成过程中，结合目前高浓度有机废水的处理概况以及废水的水质特点，通过对比不同的工艺，最终选择预处理UASB +生物接触氧化+氧化塘工艺组合的主体工艺对废水进行处理。 预处理能够使养猪场废水的理化性状适合于后续处理工艺要求，调节水质、均衡水量、去除废水中的较大悬浮物，以保证后续处理设施的正常运行以及降低其他处理设施的处理负荷，同时为生物的深度处理创造适宜的条件。UASB工艺，在池子底部设有污泥床，依据进水与污泥床的高效接触，依靠顶部的三相分离器进行气、液、固的分离，能够使污泥维持在污泥床内而很少流失。UASB 工艺可以有效去除养猪场高浓度有机废水中的 BOD、COD和固体悬浮物等。通过该处理工艺,出水可以达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001） 。
(3)工作进度：
序号 各阶段工作内容 1 2 3 4 5 6 7 起讫日期 备注 撰写文献综述、开题报告 1周 撰写文献综述、开题报告 1周 撰写毕业设计说明书 撰写毕业设计算书 绘制、设计工程图纸 校核与文件整理 毕业设计答辩 2周 2周 4周 1周 1周
六、参考文献：
[1] 叶美锋，林代炎，林琰.规模化养猪场污水综合治理工艺模式分析[J].能源与环境，2006． [2] 姚来银，许朝晖.养猪废水氮磷污染及其深度脱氮除磷技术探讨[J].中国沼气，2003． [3] 张克强，高怀友.畜禽养殖液污染物处理与处置[M].北京：化学工业出版社，2004． [4] 沈瑾，路旭，孙瑜.规模化猪场粪污水处理固液分离工艺[J].中国沼气，1997.
[5]Entry J A. Phillips I. Stratton H.Polyacrylamide+Al2(SO4)3 and polyacrylamide + CaO remove coliform bacteria
and nutrients from swine wastewater [J].外文期刊，2003.
[6]刘宇赜，韦彦斐.高浓度畜禽养殖废水处理新工艺及调试运行[J].家畜生态学报，2009. [7]郑良伟，陈铬铭. IC工艺处理猪场废水试验研究[J]. 中国沼气，2001.
[8]LiY S.Robin P.Cousteau D. Vermifiltration as a stage in reuse of swine wastewater[J]. monitoringmethodology
on an experimental farm,2008(04).
[9] 邓良伟，郑平，陈子爱.Anarwia工艺处理猪场废水的技术经济性研究[J].浙江大学学报(农业与生命科学
版)，2004(06).
[10] 许振成，谢武明，谌建宇.养猪场废水治理技术进展[J].中国沼气，2004，22(2).
[11] 段妮娜，董滨也.规模化养猪废水处理模式现状和发展趋势[J].净水技术，2008，27(4)：9—15. [12] 韩志英.分布进水序批式反应器处理猪场废水工艺研究[D].浙江:浙江大学环境与资源学院,2007. [13] 刘宇赜，韦彦斐. 高浓度畜禽养殖废水处理新工艺及调试运行[J]. 家畜生态学报，2009. [14] 孙文. 国内外规模化猪场废水处理工艺技术新进展[J]. 环境科学导刊，2007.
[15] 杨朝晖，曾光明. 固液分离-USAB-SBR工艺处理养猪场废水实验研究[J]. 湖南大学学报，2002. [16] 胡晓莲，王西峰，杨民. 改良式两段内循环厌氧反应器处理养猪废水[J]. 中国给水排水，2010. [17] 项爱枝，付永胜. 高浓度养猪场废水处理工艺[J]. 广东农业科学，2008.
[18] 寿亦丰，蔡昌达. 杭州灯塔养殖总场沼气与废水处理工程的技术特点[J].农业环境保护2002，21(1)：29—32.
[19] 袁基刚，周宥兆. 养猪场废水处理实用技术[J].农业环境保护，2009.
[20] 陈步东，王小佳. 生猪养殖场废水处理工程设计与运行调试[J]. 广东农业科学，2010. [21] 颜智勇，吴根义. UASB-SBR-化学混凝工艺处理养猪废水[J]. 中国给水排水，2007.
养猪场废水处理
