养猪场废水处理课程设计

养猪场废水处理课程设计

养猪场废水处理课程设计说明书院系：环境与安全工程学院专业：环境工程成绩：22n目录一．工程设计概述11.1废水排放的危害及工程建设的必要性11.2工程概况2二．设计依据和原则22.1设计依据22.2设计原则2三．工程建设规模及目标33.1废水种类及设计水量33.1.1废水种类33.1.2设计水量33.2设计水质33.2.1废水进水水质33.2.2废水出水水质43.3排放标准4四．处理工艺的选择与确定44.1可行性方案确定44.1.1预处理工艺的选择44.1.2厌氧工艺的选择54.1.3好氧工艺的选择64.1.4污泥处理工艺选择64.2工艺流程的确定64.3主要构筑物的选择84.3.1格栅84.3.2初沉池104.3.3水解酸化池114.3.4稳定池1122n五．工艺设计与计算115.1SBR工艺计算数据和条件135.1.1设计参数135.1.2设定条件145.1.3水质进水条件145.2SBR工艺计算155.2.1调节池的容积：155.2.2活性污泥量(以MLSS计)155.2.3剩余污泥量165.2.4排水及排泥系统165.2.5关于脱氮除磷效果的说明175.3需氧量及曝气系统设计计算175.3.1需氧量175.3.3空气管计算195.3.4UASB池195.3.5鼓风设备205.4污泥的处理20六．参考文献2122n22n养猪场废水处理课程设计前言随着人口的增加和经济的发展，人们消耗的肉类越来越多，养殖产业在不断的发展，养殖厂数量上不断的增多排污量越来越严重，随着人们对环境问题的认识不断的在进步要求处理指标也越来严格。养殖业是我国农业和农村经济的重要组成部分,也是日常食品的重要供给，而随着我国改革开放和经济发展,在大、中城市周边建设了一批规模化畜禽养殖场以及畜禽专业养殖区和农村个体户养殖厂,这些养殖厂产生的大量粪便和污水有些没有经过处理，有些处理不达标，农村个体户分布广泛污水产量小，给污水处理带来一定的困难，这些污水直接排入地表河流中；造成地表水、地下水、土壤和环境空气的严重污染,直接影响了人们的身体健康和正常生产生活,给周围城市区域环境和农村生态环境带来了巨大的压力。养殖废水的处理亟不可待。一．工程设计概述养殖场规模大小是养殖3万头猪，以每头猪产生废水量21.63L/d计算，该养殖场每天产生的污水是650吨/天，这些废水主要是动物尿液和冲洗动物的粪便产生的，还有部分食物残渣。1.1废水排放的危害及工程建设的必要性该养殖场排放的污水COD含量高在10000mg/L，BOD5含量高在5000mg/L，固体杂质和悬浮物高SS是12000mg/L，含氮在150mg/L，PH在7-9,废水中含有大量的细菌和寄生虫和病原体，还有消毒剂，残留的兽药.如果不经过处理直接排放到附近的河流中，高浓度的污染物会污染河水，使河流中的生物种类和数量减少，破坏生态环境，威胁到附近居民的生存环境，会导致河水发臭，色度改变。污水中的固体物质进入河流影响河流透光度，影响水生植物的生长。大量的含氮物质会使河流富营养化使鱼虾灭绝，水生植物种类减少，藻类大量繁殖，最后河流成为一条死河，废水中的PH偏高影响生物的繁殖。废水中大量的病原体会引起疾病的传播，影响附近居民的正常生活。综上所述该养殖场的污水处理亟不可待。22n1.2工程概况设计规模为650吨/天养殖废水处理站，养殖生猪3万头，处理后达到行业标准排放。二．设计依据和原则2.1设计依据污水处理的依据：（1）《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》（HJ497-2009）（2）《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）（3）《给水排水设计手册》（4）《水污染控制工程》第四版上下册（5）厂家提供的基础数据2.2设计原则1依据国家的法律法规和环境保护政策，养殖行业的排污标准和土建电器标准进行设计。2在选择工艺流程时要考虑企业所在地的气候和其他自然条件，结合进水水质和排水水质的国家要求，选择工艺技时要选择可靠、节能处理效果稳定，运行时间长，操作管理简单，工程投资和运行费用低，工艺占地面积小；3优先选择高效节能，性能可靠、自动化程度高，消耗人力少的工艺。4厂区布局合理，功能齐全。在便于施工安装和维修的前提下，使处理构筑物尽量集中，布置紧凑，节约用地，保证绿化面积，同时留有适当的发展余地。5设计时应该考虑环境污染，噪声污染，不产生异味，不影响周围环境；6畜禽粪便尽资源化，无害化，变废为宝，废物利用，回归大自然。22n三．工程建设规模及目标设计规模为650吨/天养殖废水处理站，处理排放达到达到《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）。3.1废水种类及设计水量3.1.1废水种类生猪养殖场废水的来源主要是粪便产生的大量废水，冲洗猪舍废水。少量工人生活污水。（1）水量大、水力冲击负荷强；（2）废水中常伴有重金属、残留的兽药、消毒水以及各种人畜共患病原体；（3）废水的可生化性较好(BOD/COD=0.5)，水解、酸化快，沉淀性能好；(4)养殖场排放的污水COD含量高在10000mg/L，BOD5含量高在5000mg/L，固体杂质和悬浮物高SS是12000mg/L，含氮在150mg/L，PH在7-9。3.1.2设计水量养殖场规模大小是养殖3万头猪，以每头猪产生废水量21.63L/d计算，该养殖场每天产生的污水是650吨/天，污水处理厂24小时的在工作。平均日流量：650/24=27.1m3/h。3.2设计水质3.2.1废水进水水质表1.进水水质项目CODcr(mgBOD5(mgSS(mg/L)NH3-N(mgTP(mg/L)PH22n/L)/L)/L)废水10000500012000150307~93.2.2废水出水水质该养殖污水处理厂排放的水直接排入附近的河流中，排放标准应该执行行业标准，排水标准执行《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）。表2.设计出水水质项目CODcr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)NH3-N(mg/L)TP(mg/L)PH出水400150200808.06~93.3排放标准养殖污水处理厂排放的水直接排入附近的河流中，排放标准应该执行行业标准，排水标准执行《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）。四．处理工艺的选择与确定养猪场排出的粪、尿及废水中含有大量有机物、磷、氮、悬浮物及致病菌等，对环境污染很大。进水水质污染物浓度高，BOD/COD=5000/10000=0.5>0.3可生化性良好，可以采用生物法处理，由于有机物浓度高，想要达到排放标准，污染物去除率高，但是单一工艺去除率达不到要求，所以必须选择多级处理工艺组合才能达到出水标准。根据养殖行业处理例子和国内外工程实践资料，和该企业污水性质，该养殖企业污水处理工艺选用“预处理+厌氧+好氧+污泥处理”的基本工艺流程。22n4.1可行性方案确定4.1.1预处理工艺的选择废水中含有大量的粪便，食物残渣和一些不溶于水的杂质，这些杂质不处理会堵塞管道和水泵，影响后面的工艺处理，水量不稳定和温度高给很强工艺造成了许多不稳定性，所以选择预处理工艺为后面的处理提供一个安全稳定的条件。1格栅废水中含有大量的粪便，食物残渣和一些不溶于水的杂质，这些杂质不处理会堵塞管道和水泵，影响后面的工艺处理，利用格栅可以除去一些悬浮物质，因为悬浮物颗粒比较大选择粗格栅。2初沉池养殖厂排放的废水中悬浮物浓度较高，需要采用沉淀池处理悬浮物质。初沉池主要去除废水中密度大的无机固体悬浮物进行沉淀分离，污水进入初次沉淀池后流速迅速减小至0.03m/s以下，速度降低减小了水流夹带悬浮物的能力，使悬浮物在重力作用下沉淀下来成为污泥，相对密度小于1的细小漂浮物则浮至水面形成浮渣而除去。沉淀池按水流方向来区分为平流式、竖流式及辐流式等三种。（1）平流式沉淀池优点：对冲击负荷和温度变化的适应能力强，沉淀效果好，施工简单，造价低。缺点：采用多斗排泥时，每个泥斗需单独设置排泥管，操作工作量大；采用机械排泥时，设备易被腐蚀。适用条件适用地下水位较高以及地质较差的地区；适用于大、中、小型污水处理厂。（2）辐流式沉淀池：优点采用机械排泥，运行较好，管理也较简单。缺点:池水水流速度不稳定；机械排泥设备复杂，对施工技术要求高。适用条件：适用大、中型污水处理厂。（3）竖流式沉淀池：优点排泥方便，管理简单，占地面积小。缺点:对冲击负荷22n和温度变化的适应能力较差；造价高；池径不宜太大。适用条件：适用水质不好的小型污水处理厂。该养殖场污水处理主要是BODCOD，水流量小，属于小型污水处理厂，对比三种沉淀池的优缺点，选择平流式沉淀池。4.1.2厌氧工艺的选择厌氧生物处理适用于高浓度有机废水（CODcr>2000mg/L,BOD5>1000mg/L）。它是在无氧条件下，靠厌氧细菌的作用分解有机物。在这一过程中，参与生物降解的有机基质有50％～90％转化为沼气（甲烷），而发酵后的剩余物又可作为优质肥料和饲料。厌氧生物处理包括多种方法，有化粪池、厌氧生物滤池、厌氧接触法、升流式厌氧污泥床反应器（UASB）、厌氧膨胀床、厌氧流化床、厌氧生物转盘和两相厌氧法等。废水的厌氧处理方法主要有传统消化法、厌氧生物滤池法、厌氧接触法、升流式厌氧污泥床反应器（UASB）。选择升流式厌氧污泥床反应器（UASB），UASB工艺有机负荷高，大部分有机物被转化为甲烷和二氧化碳除去，对BOD的去除率是70%-80%对,COD的去除率是80%-90%，对SS的去除率是30%-50%。4.1.3好氧工艺的选择氧化沟法、传统活性污泥法、生物滤池法、接触氧化法、序列间歇式活性污泥法（SBR），这五种是在养猪场废水处理中应用比较多的好氧反应器。SBR：序批式活性污泥处理系统（简称SBR）属于“注水-反应-排水”类型的反应器，在流态上属于完全混合，是通过其主要反应器-曝气池的运行操作而实现的，有机物随着时间的推移浓度逐渐减少。其操作流程，是由进水、反应、沉淀、出水、闲置等五个基本过程所组成。这五个工序都在曝气池这一个反应器内运行、实施，运行操作的。不需要设沉淀池，各阶段时间根据需要可以调节。结合实际和工艺特点好氧工艺选择SBR。4.1.4污泥处理工艺选择该养殖企业污泥产量少，采用重力浓缩，处理以后送垃圾填埋场卫生填埋。22n4.2工艺流程的确定本次处理工艺采用预处理+UASB+SBR+污泥处理为主体的生化处理方法，工艺流程图如下：格栅初沉池水解酸化池UASB沼气气液分离脱硫塔储气罐SBR消毒池污泥浓缩处理稳定池进水去锅炉房去填埋场出水鼓风机污泥图1.养猪场废水处理工艺流程图工艺流程图中构筑物功能介绍：1.格栅：废水中含有大量的粪便，食物残渣和一些不溶于水的杂质，这些杂质不处理会堵塞管道和水泵，影响后面的工艺处理，利用格栅可以除去一些悬浮物质。22n1.初沉池：主要去除废水中密度大的无机固体悬浮物进行沉淀分离，去除SS。2.水解酸化池：调节水质的PH，添加污泥利用微生物作用和物理化学作用将大分子有机物水解成小分子有机物，提高后面工艺中微生物分解有机物的效率。3.稳定池：调节水量的大小使水的流量稳定。4.沼气气液分离：把收集到的气体进行气体和液体分离。5.脱硫塔：将脱水后的气体进行脱硫处理去除硫化氢和一些有毒有害气体。6.储气罐：加工后的气体进行装罐。7.污泥浓缩处理：把各部分的产生污泥送到污泥房里进行加工处理。8.消毒池：加消毒剂进行处理，杀死水中的病菌和致病菌种。9.鼓风机房：提供空气，把空气通入SBR中。4.3主要构筑物的选择1.设计流量确定：平均流量：Qa=650/24m3/h=27.1m3/h=0.0076m3/s=7.6L/s总变化系数：式中：Qa－平均流量，L/s；则：设计最大流量Qmax：Qmax=Kz×Qa=2.17×650=1410.5m3/d=58.8m3/h=0.017m3/s4.3.1格栅该养殖企业排放的废水中含有粪便和食物残渣，固体颗粒比较大采用粗格栅。格栅间隙b=60mm=0.006m，格栅的栅条断面形状采用正方形，采用机械清渣，22n安装倾斜角为70度，进水流速v=0.8m/s，工作台超高水位水位1.6m,栅条宽S=0.01m,设栅前水位为h=0.5m,Qmax=0.017m3/s(1)格栅槽总宽度B=S(n-1)+b*n取n=7则栅槽的宽度一般比格栅宽0.2-0.3m，取栅槽的实际宽度为B=0.40m(2)过格栅水头损失过格栅水头损失h2=k*h0h0=ε*v22*g*sinα取条断面形状是正方形，h2（3）格栅后槽的总高度格栅前渠道超高，取H=h+h1+h2=0.5+0.3+0.054=0.854m（4）格栅槽的总长度22nL=0.41+0.205+1.0+1.5/tan20=5.8m（3）每日栅渣量小于0.2，采用人工清渣。4.3.2初沉池平流式沉沙池设计参数污水在池内流速v=0.2m/s；取时间t=60s;有效水深h2=0.5m,Qmax=0.017m3/s（1）沉淀部分的长度L:L=v*t=0.2=0.2*60=12m（2）水流断面面积A:（3）池总宽度B:B=A/h2=0.085/0.5=0.17m（4）贮砂斗所需容积V：22n（5）贮砂斗各部分尺寸计算设贮砂斗底宽，斗壁与水平面的倾斜角为；则贮砂斗的上口宽：贮砂斗的容积：4.3.3水解酸化池设停留时间HRT=5h,反应容积取池宽6m,长10m,有效水深5m,超高0.5m.4.3.4稳定池取池宽6m,长10m,有效水深5m,超高0.5m.22n五．工艺设计与计算本设计中设有粗格栅一道，SS去除率为10%。。平流式沉淀池处理对象是悬浮物质,对SS的去除率为40%~55%，同时对BOD5的去除率为10%~30%，本次设计中对SS的去除率取50%，对BOD5的去除率取25%，COD的去除率取20%。水解酸化池对COD、BOD5、SS的去除率都比较低。UASB工艺对COD的去除率为80%~90%，对BOD5的去除率为70%~80%，对SS的去除率为30%~50%，本次设计取COD的去除率为85%，BOD5的去除率为75%，SS的去除率为45%。SBR工艺对COD的去除率为90%以上，对BOD5的去除率为85%，对SS的去除率为90%~95%。本次设计取COD的去除率为90%，BOD5的去除率为85%，SS的去除率为94%。此次工艺流程进行去除率计算，计算结果见下表:表3.工艺构筑物的进水出水水质表项目CODcr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)NH3-N(mg/L)TP(mg/L)格栅进水1000050001200015030出水1080010%22n去除率初沉池进水1000050001080015030出水800037505400去除率20%25%50%水解酸化池进水800050005400出水720045005022去除率10%10%7%UASB池进水720045005022出水10801125276222n去除率85%75%45%SBR池进水10801125276215030出水108112.516637.54.5去除率90%85%94%75%85%5.1SBR工艺计算数据和条件5.1.1设计参数(1)设计温度T=20；(2)日最大设计水量Qmax=2.17Q=2.17650m3/d=58.8m3/h=0.017m3/s。在低负荷运行时，每流入1KgSS约为0.75Kg污泥量5.1.2设定条件反应池数4池22n反应池水深H=6m活性污泥界面上的最小水深0.6m排出比m=1/4MLSS浓度CA=5000mg/lBOD-SS负荷L=0.10KgBOD/Kg·SS·dSBR容积10*6*6。体积是600m35.1.3水质进水条件SBR池项目CODcr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)NH3-N(mg/L)TP(mg/L)进水10801125276215030出水108112.516637.54.5去除率90%85%94%75%85%表4.SBR进水和出水水质表5.2SBR工艺计算设单个SBR反应池运行周期为8小时。进水（厌氧)1小时，反应（曝气）422n小时，沉淀(缺氧）2小时，排水排泥1小时。低污泥负荷下有利于硝化菌、反硝化菌等自养菌的生长。设计取Ns=0.1KgBOD5/（KgMLSS·d）。设置4个反应池，反应池前设一个调节池，调节池与曝气沉砂池相连。当前一个反应池运行2小时后，下一个反应池开始运行。也就是说每周期从调节池注入一个SBR反应池的水量相当于2小时内从沉砂池流进调节池的平均水量。5.2.1调节池的容积：以3小时内流进调节池的平均水量计算调节池的体积，这样既可对因上游来水不均匀造成的水位波动起到缓冲作用（KZ=2.17），又可以保证在有一个SBR反应池出现故障时，其它3个反应池仍能交替连续运行。调节池尺寸L×B×H=10*5*6,正常运行时最高水深为3.5m，最低水深1.5m，池底出水。出水管（钢混）流量设计取排水管管径DN800mm，采用2根水管排水，设计流量q=27.1m3/h，v=27.1*23600*3.14*0.8*0.8=0.0075m/s，出水结束由调节池及SBR中液位控制。5.2.2活性污泥量(以MLSS计)采用污泥负荷法计算：则总活性污泥量：5.2.3剩余污泥量剩余污泥包括两部分：a、微生物降解BOD后代谢增殖的污泥量。b、吸附在菌胶团上的不可降解的非挥发性固体（进水水中的SS）。（1）增殖活性污泥以SS计22n式中：∆Xvss—剩余活性污泥，kgVSS/df--VSS与SS之比值，取0.6,一般取0.6-0.75；Y--产率系数，kgVSS/kgBOD5，取0.6,一般取0.5-0.6；Kd--内源代谢系数，取0.06d-1,一般采用0.06-0.1d-1所以，（2）假设进水中的SS被活性污泥吸附后，能达到排放标准。应器中的总污泥量（MLSS-SS）:2060kg5.2.4排水及排泥系统选用电动旋转式滗水器，型号XBS-D-1800。滗水深度2.45m，排水结束由液位控制。排水管（钢混）与滗水器相连，每池设一个排水管。设计取排水管管径DN800mm，设计流量q=27.1m3/h，（实际运行时，排水结束由SBR池中液位控制）。在池底设置简易半圆形集泥槽（），剩余污泥在重力作用下排入集泥井。排泥管管径DN=300mm，管上安装流量阀，控制排泥量。SBR反应运行时间与水位控制：22n图2.SBR反应池示意图进水开始与结束由水位控制，进水结束即开始曝气阶段，曝气结束由时间控制，沉淀开始到结束由时间控制，沉淀结束即开始排水排泥，排水结束由水位控制。5.2.5关于脱氮除磷效果的说明有资料显示SBR处理城市污水的处理效果为：项目CODBOD5TNNH3--NTP去除率82~88%85~93%33~39%53~87%85~99%表5.SBR对于污染物的去除效果在上述工况下，除TN外其余指标均能达标。在运行调试阶段，强化硝化反硝化过程，提高TN的去除率。5.3需氧量及曝气系统设计计算5.3.1需氧量取0.50kg/kg，0.190(1/d)。22n5.3.2供气量计算设计采用SX-1型空气曝气器，敷设在SBR反应池池底，距池底距离500mm，且水深为5.5m，因此淹没深度H=5.5-0.5=5m。氧转移效率8.00%，服务面积为，软管间距取500mm。查表知，20时溶解氧饱和度为。已知数据中，当地平均气压为730.2mmHg柱，换算为标准单位是Pa，所以曝气器出口处的绝对压力为：空气离开曝气池时，氧的百分比为曝气池中溶解氧平均饱和度为：（水温20）20是脱氧清水充氧量为：=255.0kg/d=11kg/h式中——污水中杂志影响修正系数，取0.7；——污水含盐量影响修正系数，取0.95；C——混合液溶解氧浓度，取2.0；——气压修正系数，22nSBR反应池的供气量为5.3.3空气管计算鼓风机房出来的空气供给供气干管，在每个SBR池的隔墙上设5根供气支管，为四个SBR反应池供气。每个供气支管设5条配气竖管，为SBR池供气，四个反应池共20根供气支管，100根配气竖管。每根配气竖管安装SX-1型曝气器10个，每池共250个曝气器，全池共1000个曝气器。每个曝气器的服务面积为。每根空气干管供气量为：1.25——安全系数故选用SX-1型盆型曝气器，敷设SBR反应池池底，氧转移效率8.00%，供气量，服务面积为。5.3.4UASB池进水COD=7200mg/l，容积负荷Nv4.5kg.COD/(m3/d)。设计水量Q=650m3/d=27.08m3/h=0.0075m3/s。UASB有效容积V=Q*S0Nv式中：Q-设计流量,m3/sS0-进水COD,mg/lNv-容积负荷，kgCOD/(m3/d)UASB有效容积V=Q*S0Nv=650*7.24.5=1040UASB设计成长方形，取池宽10m,长12m,有效水深8.7m,超高0.5m。22n5.3.5鼓风设备鼓风机房要给曝气沉砂池和SBR池供气，选用TS系列罗茨鼓风机选用TSD-150型鼓风机2台，工作1台，备用1台。设备参数：风量20.4（总风量为20.4×60×1=1224m3/h）在管道上安装调节阀控制供气量，符合本工艺所需。升压44.1KPa（曝气器出口处的压力为44.1KPa，符合）；配套电机型号Y200L-4；功率30KW；转速1220r/min；机组最大重量730kg；设计鼓风机房占地L×B=10×10=100。5.4污泥的处理产生的污泥用重力浓缩的方法，降低其含水率，处理以后送往垃圾填埋场进行卫生填。22n六．参考文献{1}《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》（HJ497-2009）；{2}《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）；{3}《给水排水设计手册》；{4}《水污染控制工程》第四版上册；{5}《水污染控制工程》第四版下册。22