50m³/d 养猪废水处理系统

 

*章  设计基础

1.1 处理水量

设计处理水量：50m³/d，系统连续运行，平均每天工作不低于20小时，即每小时处理量为2.5m³/h。

1.2 原水水质

废水种类	PH	CODcr	NH3-N	磷酸盐
	/	mg/L	mg/L	mg/L
出水标准	6-9	≤12000	≤400	≤300

1.3 出水指标

处理出水达到：《畜禽养殖业污染物排放标准》(GB18596—2001)，指标如下：

废水种类	PH	CODcr	NH3-N	磷酸盐
	/	mg/L	mg/L	mg/L
出水标准	6-9	≤400	≤80	≤8

1.4 养猪场尿液污水处理设备环评达标设计依据

●《污水综合排放标准》（GB8978-1996）

●《室外排水设计规范》（GB50014-2006）

●《工业企业总平面设计规范》（GB50187-93）

●《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB50062-92）

●《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》（GB50236-98）

●《中华人民共和国环境保护法》（1989年12月）

●《中华人民共和国水污染防治法》（1984年11月）

●《中华人民共和国水污染防治法实施细则》（2000年3月）

第二章  工程范围划分

（1）、我方负责废水处理系统的设计、设备供应、安装调试及培训等；

（2）、土建部分由业主方施工建造，我方提供土建条件图。

（3）、系统调试及运行所需的药剂，由业主方提供。

（4）、系统用电总线由业主方引至我方系统电控箱内总开关。

（5）、我方管道安装范围从调节池到活性过滤器出水口结束。

（6）、业主方负责协调环保局验收，我方可给予相应配合。

第三章  设计原则

（1）、结合当地和贵司的环境要求，按照全面规划原则，解决贵司污水排放对水体环境造成的污染，达到既保护环境、又zui大程度发挥工程效益的目的。

（2）、采用节能、易于管理、技术*、稳妥可靠的处理工艺，确保废水处理效果。处理设施具有适当的安全系数，各工艺参数选择留有富余。

（3）、水处理构筑物建筑布局首先考虑的是其实用性，但随着审美观的不断发展，水处理构筑物的布局和外形也要有一定的美观性，即要和当地环境和建筑相协调，又要独树一帜，别具一格。

（4）、水处理工程除了一次性投资外，建成后运行费用也要有一定的投资。运行费用主要包括能源消耗、药品消耗、设备损耗和维修费用。为了降低运行费用，我们在设计时，结合工程使用情况，选择一些性能好、能耗低、使用寿命长的设备，在工艺条件许可和确保出水水质的情况下，尽量减少药品的投加，尽量采用动力少的工艺。

（5）、在设计中优先采用国内成熟、率、低能耗、运行可靠的设备，部分关键设备，国内产品无法替代的可考虑从国外引进，以延长整个处理系统的使用寿命。

（6）、为了减轻操作人员的劳动强度，zui大限度地减少人为因素的影响，在设计中针对工艺的需要配置自动控制系统，以提升操作条件和管理水平。

第四章  养猪场尿液污水处理设备环评达标工艺设计

4.1 工艺选择

养猪场废水主要污染物为猪的粪尿排泄物及废水中含有大量有机物、氮、磷、悬浮物及致病菌并产生恶臭。针对废水特点和废水污染成分，采用相应的处理方法将其一一去除。废水中的大量有机物可以通过化粪池及生化处理将其去除，废水中的氨氮是通过生化系统中的A/O两段进行回流，实现好氧硝化，兼氧反硝化反应以去除废水中的氨氮。生物硝化反硝化系统对去除氨氮率可以达到90%以上，剩下的氨氮可以在末端加氯进行脱氮，通过添加的次氯酸钠还起到杀菌消毒的作用。另外对于废水中的磷酸盐超标，可以通过加石灰的方法，使磷酸盐沉淀下来，zui后通过沉淀池排尿将其去除。故本系统选用的处理工艺为A/O+化学除磷+脱氮消毒。

4.2 工艺流程简易图

 

 

4.3  主要工艺简述

4.3.1  A-A-O法同步脱氮除磷工艺

A-A-O工艺，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic*个字母的简称。

按实际意义来说，本工艺称为厌氧-缺氧-好氧法更为确切。

该工艺在厌氧—好氧除磷工艺(A2／O)中加一缺氧池，将好氧池流出的一部分混合液回流至缺氧池前端，以达到硝化脱氮的目的。 A2/O法的可同步除磷脱氮机制由两部分组成：一是除磷，污水中的磷在厌氧状态下(DO<0.3mg/L)，释放出聚磷菌，在好氧状况下又将其更多吸收，以剩余污泥的形式排出系统。二是脱氮，缺氧段要控制DO<0.5 mg/L，由于兼氧脱氮菌的作用，利用水中BOD作为氢供给体(有机碳源)，将来自好氧池混合液中的硝酸盐及亚硝酸盐还原成氮气逸入大气，达到脱氮的目的。

首段厌氧池，流入原污水及同步进入的从二沉池回流的含磷污泥，本池主要功能为释放磷，使污水中P的浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中BOD浓度下降；另外，NH3-N因细胞的合成而被去除一部分，使污水中NH3-N浓度下降，但NO3-N含量没有变化。

在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入的大量NO3-N和NO2-N还原为N2释放至空气，因此BOD5浓度下降，NO3-N浓度大幅度下降，而磷的变化很小。

在好氧池中，有机物被微生物生化降解，而继续下降；有机氮被氨化继而被硝化，使NH3-N浓度显著下降，但随着硝化过程使NO3-N的浓度增加，P随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速度下降。所以，A2／O工艺它可以同时完成有机物的去除、硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能，脱氮的前提是NH3-N应*硝化，好氧池能完成这一功能，缺氧池则完成脱氮功能。厌氧池和好氧池联合完成除磷功能。

在好氧池的活性污泥中能积累磷的微生物，可以大量吸收溶解性磷，把它转化成不溶性多聚正磷酸盐在体内贮存起来，zui后通过二次沉淀池排放剩余污泥达到系统除磷的目的。

养猪场尿液污水处理设备环评达标该工艺的主要特点：

1、污染物去除效率高，运行稳定。能较好的耐受冲击负荷。

2、污泥沉降性能好。

3、厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能。

4、脱氮效果受混合液回流比大小的影响,除磷效果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氧的影响，因而脱氮除磷效率不可能很高。

5、在同时脱氧除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程zui为简单，总的水力停留时间也少于同类其他工艺.

6、在厌氧—缺氧—好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI一般小于100，不会发生污泥膨胀。

7、污泥中磷含量高，一般为2.5％以上。

 

 

4.3.2  化学除磷工艺

磷的去除有化学除磷生物除磷两种工艺，生物除磷是一种相对经济的除磷方法，但由于该除磷工艺目前还不能保证稳定达到0.5mg/l出水标准的要求，所以要达到稳定的出水标准，常需要采取化学除磷措施来满足要求。化学除磷是通过化学沉析过程完成的，化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂，其与污水中溶解性的盐类，如磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，这一过程涉及的是所谓的相转移过程，反应方程举例如式1。

FeCl3+K3PO4→FePO4↓+3KCl 式1

实际上投加化学药剂后，污水中进行的不仅仅是沉析反应，同时还进行着化学絮凝反应，所以必须区分化学沉析和化学絮凝的差异。污水沉析反应可以简单的理解为：水中溶解状的物质，大部分是离子状物质转换为非溶解、颗粒状形式的过程，絮凝则是细小的非溶解状的固体物互相粘结成较大形状的过程，所以絮凝不是相转移过程。在污水净化工艺中，絮凝和沉析都是极为重要的，但絮凝是用于改善沉淀池的沉淀效果，而沉析则用于污水中溶解性磷的去除。如果利用沉析工艺实现相的转换，则当向污水中投加了溶解性的金属盐药剂后，一方面溶解性的磷转换成为非溶解性的磷酸金属盐，也会同时产生非溶解性的氢氧化物(取决于PH值)。另一方面，随着沉析物的增加及较小的非溶解性固体物聚积成较大的非溶解性固体物，使稳定的胶体脱稳，通过速度梯度或扩散过程使脱稳的胶体互相接触生成絮凝体。zui后通过固—液分离步骤，得到净化的污水和固一液浓缩物(化学污泥)，达到化学除磷的目的。根据化学沉析反应的基础，为了生成磷酸盐化合物，用于化学除磷的化学药剂主要是金属盐药剂和氢氧化钙(熟石灰)。许多高价金属离子药剂投加到污水中后，都会与污水中的溶解性磷离子结合生成难溶解性的化合物。出于经济原因，用于磷沉析的金属盐药剂主要是Fe3+、Al3+和Fe2+盐和石灰。这些药剂是以溶液和悬浮液状态使用的。二价铁盐仅当污水中含有氧，能被氧化成三价铁盐时才能使用。Fe2+在实际中为了能被氧化常投加到曝气沉砂池或采用同步沉析工艺投加到曝气池中，其效果同使用Fe3+一样，反应式如式2、3。Al3++PO43-→AlPO4↓pH=6～7 式2 Fe3++PO43-→FePO4↓pH=5～5.5 式3 与沉析反应相竞争的反应是金属离子与OH的反应，所以对于各种不同的金属盐产品应注意的是金属的离子量，反应式如式4、5。 Al3++3OH-→Al(OH)3↓ 式4 Fe3++3OH-→Fe(OH)3 式5 金属氢氧化物会形成大块的絮凝体，这对于沉析产物的絮凝是有利的，同时还会吸附胶体状的物质、细微悬浮颗粒。需要注意的是有机物在以化学除磷为目的化学沉析反应中的沉析去除是次要的，但在分离时有机性胶体以及悬浮物的凝结在絮凝体中则是决定性的过程。沉析效果是受PH值影响的，金属磷酸盐的溶解性同样也受PH的影响。对于铁盐PH值范围为5.0～5.5，对于铝盐为6.0～7.0，因为在以上PH值范围内FePO4或AIPO4的溶解性zui小。另外使用金属盐药剂会给污水和污泥处理还会带来益处，比如会降低污泥的污泥指数，有利于沼气脱硫等。由于金属盐药剂的投加会使污水处理厂出水中的Cl-或SO2-4离子含量增加。如果沉析药剂溶液中另外含有酸的话，则需特别加以注意。投加金属盐药剂后相应会降低污水的碱度，这也许会对净化产生不利影响。当在同步沉析工艺中使用硫酸铁时，必须考虑对硝化反应的影响。另外，如果污水处理厂污泥用于农业，使用金属盐药剂除磷时必须考虑铝或者铁负荷对农业的影响。除了金属盐药剂外，氢氧化钙也用作沉析药剂。在沉折过程中，对于不溶解性的磷酸钙的形成起主要作用的不是Ca2+，而是OH-离子，因为随着pH值的提高，磷酸钙的溶解性降低，采用Ca(OH)2除磷要求的pH值为8.5以上。磷酸钙的形成是按反应式6进行的： 5Ca2++3po43-+OH-→Ca5(PO4)3OH↓ pH ≥8.5 式6 但在pH值为8.5到10.5的范围内除了会产生磷酸钙沉析外，还会产生碳酸钙，这也许会导致在池壁或渠、管壁上结垢，反应式如式7。 Ca2++CO32-→CaCO3 式7 与钙进行磷酸盐沉析的反应除了受到PH值的影响，另外还受到碳酸氢根浓度(碱度)的影响。在一定的PH值惰况下，钙的投加量是与碱度成正比的。对于软或中硬的污水，采用钙沉析时，为了达到所要求的PH值所需要的钙量是很少的，具有强缓冲能力的污水相反则要求较大的钙投加量。化学沉析工艺是按沉析药剂的投加地点来区分的，实际中常采用的有：前沉析、同步沉析和后沉析或在生物处理之后加絮凝过滤。 (1)前沉析前沉析工艺的特点是沉析药剂投加在沉砂池中，或者初次沉淀池的进水渠(管)中，或者文丘里渠(利用涡流)中。其一般需要设置产生涡流的装置或者供给能量以满足混合的需要。相应产生的沉析产物(大块状的絮凝体)则在一次沉淀池中通过沉淀而被分离。如果生物段采用的是生物滤池，则不允许使Fe2+药剂，以防止对填料产生危害(产生黄锈)。前沉析工艺(如图2所示)特别适合于现有污水处理厂的改建(增加化学除磷措施)，因为通过这一工艺步骤不仅可以去除磷，而且可以减少生物处理设施的负荷。常用的沉析药剂主要是生灰和金属盐药剂。经前沉析后剩余磷酸盐的含量为1.5-2.5mg/1，完满足后续生物处理对磷的需要。 (2)同步沉析同步沉析是使用zui广泛的化学除磷工艺，在国外约占所有化学除磷工艺的50%。其工艺是将沉析药剂投加在曝气池出水或二次沉淀池进水中，个别情况也有将药剂投加在曝气池进水或回流污泥渠(管)中。目前很多污水厂都采用，如广州大坦沙污水处理厂三期就是采用的同步沉析，加药对活性污泥的影响比较小。 (3)后沉析后沉析是将沉析、絮凝以及被絮凝物质的分离在一个与生物设施相分离的设施中进行，因而也就有二段法工艺的说法。一般将沉析药剂投加到二次沉淀池后的一个混合池(M池)中，并在其后设置絮凝池(F池)和沉淀池(或气浮池)。对于要求不严的受纳水体，在后沉析工艺中可采用石灰乳液药剂，但必须对出水PH值加以控制，比如采用沼气中的CO2进行中和。采用气浮池可以比沉淀池更好地去除悬浮物和总磷，但因为需恒定供应空气而运转费用较高。

4.3.3  氯法除氨及消毒

4.3.3.1折点加氯除氨工艺

当水中有机物主要为氨和氮化物，其实际需氯量满足后，加氯量增加，余氯量增加，但是后者增长缓慢，一段时间后，加氯量增加，余氯量反而下降，此后加氯量增加，余氯量又上升，此折点后自由性余氯出现，继续加氯消毒效果，即折点加氯。原因：当余氯为化合性氯时，发生反应，使氯胺被氧化为不起消毒作用的化合物，余氯会逐渐减小，但一段时间后，消耗氯的杂质消失，出现自由性余氯时，随加氯量增加，余氯又会上升。利：当原水受严重污染，它能降低水的色度，去除恶臭，降低水中有机物含量，提高混凝效果。弊：水中有机污染物与氯生成三卤甲烷，必须预处理或深度处理。

废水中的NH3-N可在适当之pH值，利用氯系的氧化剂,如Cl2、NaOCl、Ca(OCl)₂.使之氧化成氯胺(NH2Cl、NHCl2、NCl3)之后，再氧化分解成N2气体而达脱除之目的。此处理方法一般通称为折点加氯法。

废水中含有氨和各种有机氮化物，大多数污水处理厂排水中含有相当量的氮。如果在二级处理中完成了硝化阶段，则氮通常以氨或硝酸盐的形式存在。投氯后次氯酸极易与废水中的氨进行反应，在反应中依次形成三种氯胺：

NH3 + HOCl → NH2Cl(一氯胺) + H2O

NH2Cl + HOCl → NHCl2(二氯胺) + H2O

NH2Cl + HOCl→ NCl3(三氯胺) + H2O

上述反应与pH值、温度和接触时间有关，也与氨和氯的初始比值有关，大多数情况下，以一氯胺和二氯胺两种形式为主。其中的氯称为有效化合氯。

在含氨水中投入氯的研究中发现，当投氯量达到氯与氨的摩尔比值1∶1时，化合余氯即增加，当摩尔比达到 1.5∶1时，（质量比7.6∶1），余氯下降到zui低点，此即“折点”"。在折点处，基本上全部氧化性的氯都被还原，全部氨都被氧化，进一步加氯就都产生自由余氯。

4.3.3.2消毒工艺

消毒法（chloramine disinfection）指的是氯和氨反应生成一氯胺和二氯胺以完成氧化和消毒的方法。

被消毒的水中氨氮含量0.05mg/L时，便在加氯前先加氨或铵盐，再加氯使之生成化合性氯的消毒方法叫氯胺消毒。起主要作用的是一氯胺和二氯胺。

优点：

1) 因与水中腐殖物质作用较小，因此减少了腐殖物质与游离氯所形成的致癌物质（如三卤甲烷）

2) 在管网中的氯胺形成的余氯持续时间长，因而能有效地抑制残余细菌的再繁殖。

3) 避免了氯引起的臭味。

氯胺作为饮用水的消毒剂，1916年在加拿大渥太华应用。zui初加入氨和氯形成氯胺用于对水中嗅和味的控制，在二十世纪二十到三十年代得到广泛使用。1917年在美国克罗拉多丹佛市使用。据美国水协(AWWA) 到1938年调查报告，美国2,541个水厂中的16%使用氯胺作为消毒剂，但由于二次世界大战大量使用铵盐，使使用氯胺作为消毒剂的水厂数量减少。近些年来由于对消毒副产物(DBPs)的关注和对饮用水中消毒副产物限值的规定。越来越多的水厂采用氯胺作为二级消毒剂取代氯消毒。

当水中存在氨氮时，加入水中的氯会与水中的氨氮发生下列反应，生成一氯胺（monochloramine，NH2Cl）、二氯胺（dichloramine，NHCl2）和三氯胺（nitrogen chloride或trichloramine, NCl3）。反应式如下：

NH4++HOCl→NH2Cl+H2O+H+ NH2Cl+HOCl→NHCl2+H2O

NHCl2+HOCl→NCl3+H2O

如化学反应式(1-14)所示，增加自由氯将会导致折点反应：

2NH4++3HOCl→N2+3Cl-+3H2O+5H+

当Cl2:N<5:1时，自由氯与氨氮只形成一氯胺，氯胺消毒采用这一比例范围；5:1，继续投加的氯导致自由氯浓度的提高，进而导致消毒副产物的大量生成。