养猪场污水处理工程的设计，要求是对污水处理进行整体的设计与规划。所提供的污水厂进水水质为：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。要求经过处理后出水水质为：BOD5=150mg/L， CODcr=400mg/L， SS=200mg/L， NH3-N=80mg/L，pH=6.0～9.0，最终满足《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596—2001）要求。

主要污水处理工艺是：氨吹脱——厌氧反应——生物接触氧化——消毒——出水。所涉及的具体工作是对工艺流程中的各个构筑物进行计算，确定其尺寸，对处理工艺中需要的各种设备进行选型，并确定污水处理场的平面和高程布置。本设计还对污水处理场的建设和运行费用做了初步的估算。最终的设计成果还有多分以CAD软件绘制的工程图纸，包括：污水场平面布置图、污水场高程布置图以及几个主要的处理构筑物。

1.1养猪污水的来源

随着畜牧业的发展，畜产废水排放量日益增加，对农业生态环境和水体环境产生的负面影响也日益严重。养猪场污水主要是猪的排泄物（猪尿及部分猪粪）和猪舍冲洗水的混合物。据有关部门测算：１头猪日排泄粪尿按6kg计，年产粪尿达2.5t。一个千头猪场日排泄粪尿达6t，年排量达2500t。如果用水冲式清粪，１头猪日排污量约为30kg，年排污水达１万多t。污水中悬浮物、有机物及氨氮含量均较高，其中五日生化需氧量BOD5介于600～7000mg/L，化学需氧量COD浓度可13000～17000mg/L。

1.2养猪污水的特点

养猪场污水排水量大、污染负荷高，有机物浓度高，固液混杂。而养猪行业的利润水平又低，因而要求污水处理工程投资低、运行费用低、处理效率高。因此，我们必须研究出投资少，运行成本低，管理方便，处理效果好的装置和相配套的发酵工艺，尽可能使污水处理后得到资源化利用，既消除污染，又化害为利，促进经济发展。

1.3养猪污水对环境的危害

目前，我国的养猪业集约化程度较低，养猪业带来的污染问题尚未引起广泛关注，而养猪业集约化比率增高，排泄物中含有的氮、磷及剩余饲料将导致单位面积土地上的排泄量显著增加。如果不加以重视，会给环境带来严重的后果。

养猪废水含有大量的氮和磷。如果氮和磷被排入水体，则容易导致水体富营养化，污染水体。以硝酸盐形式存在于水中的氮倘若被人饮用，则会对人体健康造成损害。而土壤中的养分过剩，则会使打破土地的生态平衡。排泄物中残留的抗生素等对人类健康的损害也引起了人类健康学家和畜牧业工作者的重视。规模化养猪场每天排放的污水量大、集中，并且污水中含有大量污染物，如残留的兽药以及大量的病原体等，因此如果污水不经过处理就排放于外界环境或直接农用，将会导致当地生态环境和农田的严重污染。

因为我国畜禽养殖企业长期以来只是片面追求经济效益，环保意识薄弱，对粪便污水处理方法落后，致使大量的粪便随冲洗水直接排放，甚至有的将粪便直接排入外界水环境中，严重污染了大江大河的水质。养猪场排放含粪尿的污水中的生化指标极高，其中COD值和BOD值远远超过国标。高浓度的有机污水排入江河湖泊中，造成水质不断恶化，其中污水中高浓度的氮、磷是造成水体富营养化的主要原因, 使水中的藻类过度生长，从而导致鱼类的大量死亡(Roland等，1993)严重威胁到了水产业的发展。畜禽粪便污水不仅污染到了地表水，至使地表水中的硝酸盐含量超出规定范围(50mg/L)，而且其有毒、有害成分还容易进入到地下水中，严重污染地下水。一旦地下水被污染了，是极难治理恢复的，将会造成较持久性的污染。养猪场在污染周围环境的同时，也污染了自身的环境，严重地威胁了畜牧养殖业的自身可持续发展。

猪体内的微生物主要是包含在粪便内通过消化道排出体外，通过养猪场污物的排放进入外界环境中从而造成严重的微生物污染。如果对这些粪污不加以无害化处理，大量的有害病菌一旦进入环境，不但会直接威胁畜禽自身的生存，还会严重威胁到人体健康。

1.4养猪污水的资源化

使养猪场的粪污得到资源化利用：畜禽养殖业污水中含有较多的氮、磷、钾等养分，污水经过适当的净化处理可以用于农田、绿地的灌溉，进入渔塘养鱼，有条件时还可考虑回用冲洗畜舍；固体粪污经处理后可作为高效有机肥。利用畜禽粪便生产有机肥，不仅可减轻畜禽粪便对环境的污染，还可提高土壤有机质含量，提高土壤肥力。

1.5养猪污水的处理方法

1.5.1物理处理方法

物理处理是指通过物理方面的重力或机械力作用使污水水质发生变化的处理过程。

物理处理方法有：格栅、沉淀、过滤等。物理方法主要是去除污水中较大的悬浮物和杂质、饲料残渣、猪毛猪尿及其它可以堵塞或磨损管道和水泵的物质，还有污水经化学处理的反应产物，污水生物处理后生成的活性污泥或生物膜。

1.5.2化学处理方法

化学处理是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。

化学处理方法有：混凝、消毒、中和等。污水化学处理对象有：污水中溶解性的有害物质，如酸碱性有机物、和各种有机溶剂等。

1.5.3生物处理方法

生物处理是微生物在酶的催化作用下，利用微生物的新陈代谢功能，对污水中的污染物质进行分解和转化。

（1）厌氧生物处理技术：

厌氧生物处理时在没有分子氧及化合态氧存在的条件下，兼性细菌与厌氧细菌降解和稳定有机物的生物处理方法。

1水解酸化池

  水解酸化池主要包括以下几个部分：

①池体

  一般为矩形或圆形，水解酸化池的经济高度一般为4～6m之间，另外，可以对水解酸化池进行分格，分格后，每一单元尺寸减少，可提高配水的均匀性，同时有利于维护和检修。

②配水系统

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出水收集装置

水解酸化池的出水可以采用设于池水表面三角出水堰进行收集。

④排泥系统

当水解酸化池内污泥达到一定高度后应进行排泥，排泥的高度的设定应考虑排出低活性的污泥，保留高活性的污泥，通常污泥的排放点设在污泥区的中上部，可采用定时排泥方式，每日排泥一至二次。

作用机理：通常把厌氧发酵过程分为四个阶段，即a、水解阶段b、酸化阶段c、酸衰退阶段d、产甲烷阶段。水解阶段：能使固体有机物降解为污水中的溶解性物质，以及将大分子有机物质降解为小分子物质，在产酸阶段，碳水化合物等有机物被降解为有机酸，主要是乙酸、丁酸等。水解和酸化反应进行得相对较快，一般不容易将它们分开，此阶段的主要微生物是水解—产酸细菌。

水解酸化池可将大分子物质转化为小分子物质，将环状结构转化为链状结构，进一步提高了废水的BOD/COD比，增加了废水的可生化性，为后续的消毒处理创造了良好的环境。污水经过水解反应后可提高其生化性能，降低污水pH值，减少污泥产量，为后续好氧生物处理创造有利条件。

2升流式厌氧污泥床反应器（UASB）

上升式厌氧污泥床反应器是由荷兰的Lettinga教授等在1972年研制，于1977年开发的。由于在反应器内可以培养出大量厌氧颗粒污泥，使反应器的负荷很大。对一般的高浓度有机污水，当水温在30℃左右时，负荷可达10-20KgCOD/(m3·d)。

UASB法与其它厌氧反应器相比，具有一系列的优点：（1)污泥床内生物量多；（2）容积负荷率高，污水在反应器内的水力停留时间短，因此所需池容大大减小；（3）设备简单，操作方便，无需设污泥回流装置，不需填充填料，也不需要设置机械搅拌装置，造价相对便宜，便于管理而且不存在堵塞问题。

3厌氧生物滤池

厌氧生物滤池是密封的水池，池内放置填料。微生物附着生长在填料上，平均停留时间可长达100d左右。滤料可采用拳状石质滤料，如碎石、卵石等，粒径在40mm左右，也可以采用塑料填料。塑料填料具有较高的孔隙率，质量也轻，但是价格较贵。

根据对一些有机污水的实验结果，当温度在25-30℃时，在使用拳状滤料时，体积负荷可达3-6 KgCOD/(m3·d)；在使用塑料填料时，体积负荷可达3-10 KgCOD/(m3·d)。

厌氧生物滤池的主要优点是：处理能力较高；率池内可以保持很高的微生物浓度；不需另设泥水分离设备；出水SS较低；设备简单；操作方便等。

厌氧生物滤池的主要缺点是：滤料费用较高；滤料容易堵塞，特别是下部，生物膜很厚，堵塞后，没有简单有效地清洗方法。

（2）好氧生物处理技术：

污水的好氧生物处理技术是在有氧存在的条件下，利用好氧微生物，将有机物降解的污水处理方法。污水中存在的各种有机污染物，主要是以胶体状或溶解态存在。这部分有机物经过一系列的生化反应，逐级降解，最终将转化为无机物，达到无害化。

1活性污泥法

性污泥法是目前污水处理中应用最广泛的好氧生物处理技术，也是一项极具发展前景的污水处理技术。近几十年以来，对其生物反应和净化机理的研究取得了长足的发展，工艺流程渐渐成熟、合理。活性污泥法适用于大规模、较高浓度的污水处理。

活性污泥法是以活性污泥为主体的废水生物处理的主要方法。活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧性微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。  

1) 氧化沟工艺

氧化沟是活性污泥法的一种变型，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，污水渗入其中得到净化，最早的氧化沟渠不是由钢筋混凝土建成的，而是加以护坡处理的土沟渠，是间歇进水间歇曝气的，从这一点上来说，氧化沟最早是以序批方式处理污水的技术。

氧化沟的技术特点：氧化沟利用连续环式反应池（Cintinuous Loop Reator,简称CLR）作生物反应池，混合液在该反应池中一条闭合曝气渠道进行连续循环，氧化沟通常在延时曝气条件下使用。氧化沟使用一种带方向控制的曝气和搅动装置，向反应池中的物质传递水平速度，从而使被搅动的液体在闭合式渠道中循环。　　

2) 间歇式活性污泥法（SBR法）

    SBR是序列间歇式活性污泥法（Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。与传统污水处理工艺不同，SBR技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。

2生物膜法

生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为庆气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。

1）生物转盘

生物转盘工艺是生物膜法污水生物处理技术的一种，是污水灌溉和土地处理的人工强化，这种处理法使细菌和菌类的微生物、原生动物一类的微型动物在生物转盘填料载体上生长繁育，形成膜状生物性污泥－－－生物膜。污水经沉淀池初级处现后与生物膜接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机污染物作为营养，使污水得到净化。在气动生物转盘中，微生物代谢所需的溶解氧通过设在生物转盘下侧的曝气管供给。转金表面覆有空气罩，从曝气管中释放出的压缩空气驱动空气罩使转金转动，当转金离开污水时，转金表面上形成一层薄薄的水层，水层也从空气中吸收溶解氧。

2）生物流化床

  生物流化床是指为提高生物膜法的处理效率，以砂（或无烟煤、活性炭等）作填料并作为生物膜载体，废水自下向上流过砂床使载体层呈流动状态，从而在单位时间加大生物膜同废水的接触面积和充分供养，并利用填料沸腾状态强化废水生物处理过程的构筑物。构筑物中填料的表面积超过3300m2/m3填料，填料上生长的生物膜很少脱落，可省去二次沉淀池。床中混合液悬浮固体浓度达8000-40000mg/L，氧的利用率超过90%，根据半生产性试验结果，当空床停留时间为16-45分钟时BOD和氮的去除率均大于90%，此时填料粒径为1mm，膨胀率为100%，BOD负荷16.6kg(BOD5)/( m3·d)。生物硫化床工艺效率高、占地少、投资省，在美、日等国已用于污水硝化、脱氮等深度处理和污水二级处理及其他含酚、制药等工业废水处理。

3）生物接触氧化法

生物接触氧化法是以附着在载体（俗称填料）上的生物膜为主，净化有机废水的一种高效水处理工艺。具有活性污泥法特点的生物膜法，兼有活性污泥法和生物膜法的优点。在可生化条件下，不论应用于工业废水还是养殖污水、生活污水的处理，都取得了良好的经济效益。该工艺因具有高效节能、占地面积小、耐冲击负荷、运行管理方便等特点而被广泛应用于各行各业的污水处理系统。

    本设计的处理废水为养猪废水，拟采用的主要工艺是：氨吹脱塔—UASB—生物接触氧化，最终给出水要达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596—2001）的要求。设计中将采用CAD制图，绘制污水厂平面布置图、高程图、格栅与沉砂池、氨吹脱塔、二沉池、污泥浓缩池。

2.1.1设计资料

(1) 水质水量

   a.水量

   设计规模为3000 m3/d。

   b.污水水质

2.1.2设计依据

    (1) 污水处理场委托设计合同。

    《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596—2001）。

2.1.3指导思想

 (1) 设计方案必须在经济上合理，在保证出水水质条件下，尽量节省投资，安全可靠，管理方便。

 (2) 以养殖场可持续发展为目标，即以污水处理、有机肥加工等进行优化组合，做到能量多极利用，物质良性循环，形成没有污染的农业生态系统。

(3) 剩余污泥是优质的有机肥料，可加工成高效有机复合肥出售。

2.2 养猪污水处理工艺流程的设计

2.2.1 方案选择

方案①

简述：方案①利用的是厌氧—兼氧—生物接触氧化法处理养猪污水的工艺流程。

工艺流程中初级处理的设备为：

1)格栅：去除大块的呈悬浮状态的污染物，为后续处理构筑物或水泵机组提供保护作用。

2)集水池：把污水储存起来同时均质均量，保证污水处理设备和设施的正常运行。

3)板框压滤机：去除污水中较大的猪粪便和毛等。

 工艺流程中二级处理构筑物主要是厌氧池，兼氧生物滤池、生物氧化池和沉淀池。

1)厌氧池：主要用来去除有机物，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，获得不含硝酸盐的污泥，进而提高释磷效率，再者是利用好氧池中的硝酸盐除磷。

3)生物接触氧化池：其优点有容积负荷高，占地小，污泥少，不产生丝状菌膨胀，无需污泥回流，管理方便等。生物接触氧化池停止工作后，重新启动快，因而企业因节假日或设备检修停止生产无污水排放对其影响较小。尽管生物接触氧化法投资较高，但因其能适应企业污水管理水平较低和用地较紧张等困难处境，所以应用越来越广泛。

此方案的优点：本工艺的主要优点是采用了厌氧-兼氧-好氧处理工艺，有机物及氮磷能够较完全地去除，板框压滤机用于去除水中淀粉状悬浮颗粒以及胶质。

此方案的缺点：因为板框压滤机是间歇工作的，其工作时间、间隔时间需要通过实验确定，所以设计工作量就相对来说很大，不宜于计算和应用。板框压滤机是间歇式工作的，所以板框压滤机在这个位置也会影响后续构筑物的连续运行。

方案②

说明：方案②采用的是“折流厌氧塘—兼氧塘—强化好氧塘工艺”对养猪污水进行处理。

（1） 折流厌氧塘

可以将可生物降解有机物质转化为CO2和CO4。此厌氧塘相对较深，混合度比较好，可以尽量减小单位体积的表面积，进而尽可能减小氧气传递、臭味扩散和表面热的损失。

（2）兼性塘的厌氧状态，可将部分有机物通过厌氧过程转化为CO2和CO4。氧化塘的好氧状态，可将部分有机物好氧降解。同时好氧状态能够氧化厌氧状态产生的还原性化合物，减少臭味和氧化溶解性化合物。兼性塘容易受周围环境条件影的响而发生变化。

（3）强化好氧塘

与活性污泥系统相似，通过充分混合保持微生物处于悬浮状态，将有机质降解为二氧化碳和水，同时转化为生物量而去除有机物，通过好氧硝化使有机物得到稳定化。

方案②的优点：本工艺较为简单，处理构筑物较少，采用了折流式厌氧塘，这是一种将可生物降解有机物质转化为二氧化碳和甲烷的厌氧工艺。此厌氧塘相对较深，混合度比较好。厌氧塘不需设置机械搅拌，有机物硝化过程中释放出来的气体能够引起一定程度的混合。该工艺可以将污水中的大部分可溶性有机物降解酸化去除。另外本工艺投资较少、运行费用较低、处理效率高。

方案②的缺点：兼性氧化塘易受周围环境影响，与季节和地理有关，在寒冷地区，氧化塘在冬季易结冰，严重影响其性能。

方案③

说明：氨吹脱塔可以用来降低污水中的高含量的氨氮。粪渣干化场：利用空地修整出干化场来处理粪渣，这样可以减轻污泥处理压力。

方案③优点：本工艺比其他方案多了调节池，因为猪圈的冲洗污水，开始时和最后时污水量是不一样的，所以调节池可以调节各个时间的污水量，均衡水量水质，从而使后续处理可以很好的进行。本方案的另一个优点就是它设计了氨吹脱塔，可以处理污水中高含量的。

方案③采用的生物接触氧化法特点是：

1生物膜微生物相丰富，包括细菌、真菌、原生动物和后生动物；

2 生物接触氧化法的有机负荷较高，处理效率高，占地面积小；

3生物接触氧化法运行得当还可以实现脱氮，可作为深度处理技术；

4 操作简单，易于维护和管理，无需污泥回流，没有污泥膨胀问题，污泥生成量少，污泥颗粒较大，易于沉淀去除；

5 对冲击负荷有较强的适应能力，在间歇运行时仍能保持良好的处理效果，更适用于产生污水量不均匀的企业。

比较：方案①与方案②相比，方案①采用的是兼性生物滤池，其缺点就是容易堵塞。因为本设计中污水的SS较高，所以生物滤池容易被破坏。而②方案采用的是氧化塘，虽然它的占地面积较大，但是它不存在堵塞问题，所以，相比较来说，方案②较好。

    方案②和方案③比较来说，方案③更加全面。它考虑到了氨氮的去除，采用了氨吹脱技术，同时又省掉了兼性厌氧池。所以，方案③更加简单经济。

综上所述，本次设计采用方案③。