白云区某畜牧场污水的uasb法处理设计大学本科毕业论文

PAGEPAGE1目录1.绪论 11.1项目背景 11.2工程简介 11.3设计进出水水质 11.4设计处理能力 11.5设计依据 21.6设计原则 22.污水处理工艺选择及说明 32.1畜牧场污水的处理方法 32.2目前畜牧场废水的处理方法 42.2.1固液分离和理化处理系统 42.2.2厌氧池发酵处理系统 42.2.3土地处理系统 52.3.4人工湿地处理系统 62.3.5曝气处理法 62.3.6厌氧——好氧联合处理法 62.3处理工艺选择 72.4UASB工艺介绍 72.4.1UASB工艺 72.4.2UASB的基本构造 72.4.3UASB工艺的特点 82.4.4影响UASB处理效果的因素 82.5工艺流程图 92.6各构筑物介绍 92.6.1集水池 92.6.2毛发聚集器 102.6.3固液分离 102.6.4调节池 102.6.5UASB反应器 102.6.6生物接触氧化池 112.6.7堆肥间 123构筑物设计计算 153.1水量集水池 153.1.1设计说明 153.1.2设计计算 153.2毛发聚集器 153.3固液分离处理 153.3.1固液分离 153.3.2处理后的水质指标 163.4调节池 163.4.1设计说明 163.4.2设计计算 163.5UASB的设计 173.5.1设计说明 173.5.2UASB工艺构造设计计算 183.5.3布水系统得设计计算 213.5.4出水渠设计计算 223.5.5UASB排水管设计计算 243.5.6排泥管的设计计算 243.5.7沼气管路系统设计计算 253.5.8UASB的其他设计 283.6生物接触氧化设计计算 293.6.1生物氧化池 293.6.2接触氧化池尺寸 293.6.3供气系统 313.6.4布水系统 333.6.5出水系统 333.6.6其他 354.主要构筑物和设备一览表 364.1构筑物一览表 364.2主要机械设备一览表 365.工程投资概算 385.1设备费用 385.2土建工程 385.3工程总概算 396.工程经济技术指标评估 406.1工程投资 406.2运行费用 406.2.1电耗 406.2.2人工费用 406.2.3其他各项运行费用 406.2.4总运行费用 406.2.5单位运行费用 41结论 42参考文献 43致谢 441.绪论1.1项目背景近30年来,特别是90年代以来,随着我国经济的飞速发展,城乡人民的生活物质水平的不断提高以及“菜篮子”工程的大力实施,我国的畜牧业向集约化、规模化、专业化方向发展,由此产生大量的废水,由于大多未经适当处理就直接排放,对环境以及人体健康造成严重污染,畜牧业污水正成为与工业废水、生活污水相当甚至更大的污染源,有些城市畜牧业污水更是超过了工业废水与生活污水的污染负荷的总和,其中养猪场废水的污染负荷占主要部分。白云区某畜牧场在为广州市民“菜篮子”工程添砖加瓦,同时也产生了大量的粪便污水,使附近水体已经土壤受到严重污染,排放出来的臭气也严重影响周边的环境质量。1.2工程简介为了解决白云区某畜牧场所带来的污染问题,同时变废为宝,减少污染,建设污水处理厂处理畜牧场的粪便污水,本设计处理量为350m3/d1.3设计进出水水质表1－1设计进出水水质主要污染物CODcr(mg/L)(mg/L)SS(mg/L)氨氮(mg/L)原水800－900400－600300200排放水702060101.4设计处理能力白云区某畜牧场位于林区附近,林木茂盛，果树如海,首先干扫粪便,进行堆肥,以作果树林木肥料,减少冲洗粪水中的有机污染物质,粪水经过处理之后既能产生沼气,又能达标排放，减少了对环境的污染以及人体健康的危害。由于规模一定,各种禽畜的数量组合稳定,日处理量为350m3，1.5设计依据①中华人民共和国环境保护法；②畜禽养殖业污染物排放标准；③供、配电系统设计规范GB50052－92；④《给排水设计手册》；⑤广东省地方标准水污染物排放限制规范。1.6设计原则严格执行国家有关环境保护的各项法规。采用要求的工艺,确保处理量以及达到水质排放的标准。流程布局合理,整体美观大方。合理利用资金,做到投资少,运行费用低,效益高的效果。2.污水处理工艺选择及说明2.1畜牧场污水的处理方法畜牧场污水处理的基本方法，按其基本原理可分为物理处理法、化学处理法、物理化学处理法和生物处理法等。单独使用任何一种方法，都不能使畜牧场高浓度的污水得到有效的处理和达到排放标准。所以必须进行系统处理。目前大型养殖场污水处理系统主要有如下几种：①固液分离与理化处理系统处理流程：固液分离—沉淀——气化——酸化——净化——鱼塘——排放。这种处理系统，基本上可将污水净化到符合排放标准和得到综合利用。其缺点是：处理工艺流程较长，占面积大，工程投资费用高。②厌气池发酵处理系统处理流程：畜舍排出的粪水——厌气池——沉淀池——净化池——灌溉农作物。此种处理系统，能使猪场排出的粪水COD浓度达到国家排放标准200mg／L，同时可充分厌气发酵生产沼气作为能源。但工程投资费用大，沼气池内残料、污泥较难清除。由于湿的粪料运输和利用困难，还会出二次环境污染问题。③土地处理系统土地处理系统是将污水洒布在土地上，利用土壤作物发生净化作为对污水进行处理的系统。主要包括物理的过滤、吸附、化学反应和化学沉淀，以及微生物代谢作用的有机物分解等，按其运行方式不同，可分为自然湿地和人工湿地。自然湿地系统：利用自然湿地可充分利用污水及其中的营养成分，所需的基建费及运行费很少，但要受到某些条件的限制，在推广和应用上还有许多困难，但人工湿地系统的研究是一大方向。人工湿地系统处理流程：猪舍——格栅——沉淀地——格栅——酸化池(水解池)——人工湿地——氧化池——排放。该系统是通过人工精心设计和建造一个相对独立的工程化的湿地系统，是一个人造的完整的湿地生态系统，由植物、石床、微生物等子系统构成，靠物理、化学和生物作用使污水净化。为了更好地发展畜牧业生产，保障环境污染降低到最小的限度，必须要以相关的法律给于制约，从而使畜牧场的畜禽粪便及污水的污染能得到更好的治理。由于畜牧场污水的处理比粪处理理更为棘手，国内外至今还存在着处理技术不过关，处理设备设施投资过大等难点，水质污染已成为许多国家和地区畜禽高发病率，高死亡率的祸根，几乎困扰着所有规模化养殖场，这已经成为人类环境保护中的一项重要课题，还有待于在今后工作中进一步探讨。2.2目前畜牧场废水的处理方法：畜牧场污水处理的基本方法，按其基本原理可分为物理处理法、化学处理法、物理化学处理法和生物处理法等四大类。单独使用任何一种方法都不能使畜牧场高浓度的污水得到有效的处理（达到排放标准），所以必须进行系统处理。目前大型养殖污水处理系统主要有以下几种：2.2.1固液分离和理化处理系统处理流程：固液分离——沉淀——气化——酸化——净化——鱼塘——排放。固液的分离，对分离出的固体物可作有机化肥，而分离出的污水排入沉淀池，沉淀后的污水再排入气化池或混凝剂处理池。采用明矾一般可以使污水的COD从15000mg/L降到2700mg/l；经酸化池处理，使污水COD降到1800mg/L，再经三级池净化处理，使COD降到560mg/L，又经三级鱼塘的鱼食消化及净化处理，排出污水的COD可达到160－200mg/L。这种处理系统，基本上可将污水净化到符合排放标准以得到综合利用。其缺点使：处理工艺流程较长，占地面积大，工程投资费用高。2.2.2厌氧池发酵处理系统厌氧池发酵处理即厌氧甲烷化，是多种微生物类群参与的生物化学过程，大致分为产酸和产甲烷两个阶段。产酸阶段主要是水解和发酵菌群将复杂的有机物分解为简单的有机物，进而降解为各种有机酸；产甲烷阶段主要是将各种有机物转化为甲烷和一氧化碳，即沼气。处理流程：禽舍排出的粪水——厌氧池——沉淀池——净化池——灌溉农作物。此种处理系统，能使猪场排出的粪水COD浓度达到国家排放标准200mg/L，同时可充分厌氧发酵生产沼气作为能源。但工程投资费用大，沼气池内残料、污泥较难清除。由于湿料运输和利用困难，还会出现二次环境污染问题。近年来，国内外致力于厌氧生物处理工艺的研究，开发了一系列新型厌氧处理反应器。如UASB（上流式厌氧污泥床工艺）、UBF（上流式厌氧污泥过滤器）。其中探讨最多的是UASB，氨和炭的去除率达95％。2.2.3土地处理系统土地处理系统是将污水晒布在土地上，利用土壤作物发生净化作用对污水进行处理的系统，主要包括物理的过滤、吸附、化学反应和化学沉淀，以及微生物代谢作用的有机物分解等。按其运行方式不同，土地处理系统可分为以下几种：①慢速渗虑系统相当于污水灌溉，适用于渗水性能良好的土壤（如沙质粘土）和蒸发量小的地区，土地上种植农作物。这种系统可以同时实现污水的处理和利用。在污水从土壤缓慢向下渗虑的过程中，借土壤中微生物和农作物对污水进行净化，农作物可充分利用污水的水肥营养。但本系统要注意污水的布洒量和农作物的需要。②快速渗虑系统是以补给地下水，使污水再生回用为目的的系统，适用于渗透性能十分良好的土壤（如砂土）。其上一般不能种植作物，污水在地表均匀散布，很快渗入地下。灌水间歇进行，能有效地去除悬浮物、有机物、磷以及重金属等物质。本系统要求有较高程度的前处理，③地表慢流系统适用于地面具有2—8％坡度的透水较差的粘土和重粘土地块，地面上种植牧草或其它作物。污水在地块高端散布开后，沿地面均匀慢流，在下段设集水渠。本系统净化污水的效果较差，但对地下水的污染较小。④湿地系统是利用低洼湿地或沼泽地对污水进行处理的系统。除具有对上述土地处理系统的作用外，在水中还可以生长藻类和水生植物，通过光合作用放氧，吸收二氧化碳，形成一个类似于稳定塘的水生生态系统。利用土地处理系统可充分利用污水及其中的营养成分，所需的基建费及运行费很少，但要受到某些条件的限制。土地处理系统的广泛推广和应用，还有许多困难。人工湿地系统的研究是一大方向。2.3.4人工湿地处理系统人工湿地处理系统是一个人工精心设计和建造的工程化的相对独立的湿地系统，是一个人造的完整的湿地生态系统，由植物、碎石床、微生物等子系统构成。靠整个湿地系统的物理、化学和生物作用使污水净化。美国猪场在处理粪污技术中，有不少采用“氧化塘+人工湿地”的模式。Dogwoodride农场九级人工湿地的几年运行表明，它能够处理1650头母猪所排出的粪污，保证了猪场在获得利润的同时，保持良好的环境。该农场的湿地处理猪场污水模式，在美国起到了示范作用。汪植三等（1994）廖新珶（1995）在人工湿地处理污水系统方面也作了深入细致的研究。用人工湿地处理污水系统的碎石床既是植物的土壤，又是一种高效化的生物虑床，是一种理想的全方位生态净化系统。人工湿地处理污水系统在我国应进一步研究推广应用。2.3.5曝气处理法曝气处理法是一种需氧生物处理法。粪污首先经机械固液分离机机械分离，液体污水进入大型生物发酵池、大量加氧进行生物降解，使BOD、COD、VFA等指标达到允许的范围内，处理效果较好。英国、日本多采用这种方法处理污水，但有设备费用较昂贵，所需能源较大的弱点。2.3.6厌氧——好氧联合处理法。厌氧——好氧联合处理包括厌氧处理系统和好氧处理系统两部分，好氧处理系统一般作二级净化，其大概工艺如下所示：据B.Montuelle（1992）设计的厌氧——好氧处理系统的运行分析，整个系统的COD去除率为98％，BOD去除率为99.4％，SS去除率为96％，N去除率为93％，P去除率为99％。2.3处理工艺选择针对畜牧场废水有机浓度高，氨氮浓度高，恶臭严重等特点，同时根据上述畜牧场污水处理技术的比较和综合分析，本设计采取UASB处理工艺和好氧生物处理工艺组合的方法，以便达到好的处理效果。2.4UASB工艺介绍2.4.1UASB工艺UASB是上流式厌氧污泥床反应器（UpflowAnaerobicSludgeBlanket）的简称，由荷兰Wageningen农业大学的教授Lettinga等人于1972－1978年间开发研制的一项污水厌氧生物处理新技术，这种工艺于20世纪80年代初起在高浓度的有机废水的处理中得到日趋广泛的应用（沈耀良等，1999）。国内对UASB反应器的研究是从20世纪80年代开始的。UASB反应器在处理各种有机废水时，反应器内一般情况吓均能形成厌氧颗粒污泥，而厌氧颗粒污泥不仅有良好的沉淀性能，而且有比较高的比甲烷活性。由于UASB反应器设有三相分离器，使得反应器内的污泥不易流失，所以反应器内能维持很高的生物量，平均浓度可达到80gSS/L左右。同时反应器的SRT很大，HRT很小，这使反应器有很高的容积负荷率和处理效率以及运行稳定性。2.4.2UASB的基本构造畜牧场废水由池底进入反应器，通过反应区经三相分离器进入沉淀区进行固液分离。澄清后的废水由水渠拍出，沉淀下来的微生物固体，即厌氧颗粒污泥靠重力自动返回反应区，集气室收集的沼气由沼气管排出反应器，UASB反应器主要包括进水分配系统、反应区、三相分离器、出水系统及排泥系统。反应区包括污泥床和污泥悬浮层区，是UASB反应器的核心，也是培养和富集厌氧微生物的区域，废水与厌氧污泥在这里充分接触，产生强烈的生化反应，有机物主要是在反应区被厌氧分解。三相分离器由沉淀区、集气室和气封组成，其功能是把产生的气体、厌氧颗粒污泥和处理后的废水分离开来。三相分离器分离效果的好坏直接影响反应器的处理效果。2.4.3UASB工艺的特点（1）反应器中高浓度的以颗粒存在的高活性污泥UASB是目前各种厌氧处理工艺所达到的处理负荷最高的高浓度有机废水处理装置之一。在反应器内产甲烷菌为主体的厌氧微生物形成了粒径为1－5mm的颗粒污泥，让UASB工艺具备很高的处理能力。这种活性污泥是在严格控制反应器的水力学及有机负荷条件下，通过污泥的自身絮凝、结合和逐步的固定化过程而形成。大量事实证明，颗粒污泥能长期保持其形态上的稳定性及良好的沉降性能。反应器内具有集泥、水和气分离于一体的三相分离器①这种三相分离器可以自动地将泥、水、气分离并起到澄清出水、保证集气室正常水面的功能。②反应器中无需安装任何搅拌装置。反应器的搅拌是通过产气的上升迁移作用而实现，因而具有操作管理比较简单的特点。2.4.4影响UASB处理效果的因素①pH值pH值是影响UASB处理效果的一个重要的、不太敏感的指标。在启动过程中，反应器内的pH值控制在6.8～7.2之间，偶尔pH值达到6.6，对处理效果没有明显地影响。若启动过程过快或者负荷增加过多，因产甲烷菌增长慢，产酸菌可将废水中地有机物转化为小分子有机酸，导致反应器内的pH值下降，VFA积累。一般出水pH值不能低于6.2，最好控制在6.5以上。若超过上述范围，则应暂时停止进水2～3天，必要时加碱调pH值至6.8。②营养物质产甲烷菌和有关菌群的生长代谢需良好的营养条件，畜牧场废水含有丰富的营养物质，各营养物质之间的比例基本能够满足微生物菌群的生长需要，在整个调试和正常运行期间，不需添加营养物质。温度夏天时，废水的温度维持在20～25摄氏度，此时无需调节温度，在正常运行过程中，温度的变化对UASB的运行影响不大，产气量的变化也比较小！2.5工艺流程图调节池集水池沼液沼气回收UASB工艺（沼气池）堆肥发酵有机肥料固体粪便干扫畜牧场粪污毛发聚集器固液分离出水调节池集水池沼液沼气回收UASB工艺（沼气池）堆肥发酵有机肥料固体粪便干扫畜牧场粪污毛发聚集器固液分离出水粪水液体固体沼渣消毒间好氧生物接触2.6各构筑物介绍2.6.1集水池因为畜牧场污水的日变化虽然不是很大，但是时变化很大，属于比较特殊的例子，设置集水池的目的，就是为了收集所有的废水，集中处理，又因为本设计要求的日处理量不是很大，所以为了使后续处理能够连续下去，特设集水池，收集几天的废水，同时也考虑到废水收集时间长的情况下，可能会导致水体变质，所以收集废水的量不宜太多。2.6.2毛发聚集器主要用于废水的预处理系统中，作为过滤前处理，去除水中毛发、纤维状物及较大悬浮物，以免它们缠绕循环水泵的叶轮，保障后续系统设备正常运行。用途：毛发聚集器的作用就是收集进水中的毛发及纤维性物质，去除水中尺寸较大的漂浮物，防止毛发进入水泵及填料内，影响水泵正常运行，堵塞填料孔隙，排除对后序处理设备可能带来的不利影响。因为畜牧场废水中，含有牲畜的毛发，为了不影响后续过程的处理效果，设置毛发聚集器，并定期进行清理，作用相当于格栅，但是由于它能够聚集毛发，所以在本设计中用途较大，在设置了毛发聚集器之后，不考虑再设置格栅。2.6.3固液分离采用水冲式工艺的养猪场废水中含有大量的固体悬浮物，这些固体悬浮物进入UASB反应器会形成浮渣或占据一部分有效容积，并导致颗粒污泥的解体，使悬浮物质与厌氧微生物混合，将厌氧微生物挤出厌氧反应器，从而降低了厌氧污泥的活性与反应器中的活性厌氧污泥含量；严重时浮渣还会结成硬壳，在三相分离器内阻碍沼气的释放和收集，甚至会阻塞管路。因此，废水中悬浮固体物的含量对整个厌氧过程会有很大影响。所以废水应先经滤网过滤和沉淀处理去除大部分SS。养猪场废水经固液分离后可去除80%-90%的SS和25%～30%的。2.6.4调节池由于畜牧场废水的水质、水量的波动很大，而且由于本设计采取多天收集，集中处理的处理方法。这种波动对污水处理设施的正常运行和管理不利，将会严重影响处理效率。所以在进行污水处理前设置调节池，均化水质和调节水量，以使后续处理系统能在良好的环境下运行。2.6.5UASB反应器下图使各种厌氧处理工艺的优、缺点对照。本设计因为SS浓度不是很高，出于经济利益的考虑，也本着UASB工艺运行简单，经济，所以选择UASB工艺作为本次设计的厌氧处理工艺。UASB工艺的基本情况上文已经提到。表2－1各种厌氧工艺优缺点比较工艺类型优点缺点厌氧塘便宜，实际不需要维护需要大量土地，气味问题，不产气厌氧消化池系统非常复杂可适用于高SS浓度低负荷，需要较大池容厌氧接触工艺适应中等浓度SS中等负荷，需要运行经验厌氧虑池运转简单，适应高或低浓度COD不适于废水SS含量高时，有堵塞危险UASB工艺运行简单，适应高或低浓度COD可能是有高负荷解决运转问题需要技巧，不适于废水具有高SS的情况2.6.6生物接触氧化池生物接触氧化池是生物膜法的一种形式，是在生物虑池的基础上，从接触曝气法改良演变而来，因此又称之为“浸没式虑池法”、“接触式曝气法”等。接触氧化池内设有填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长于填料表面，部分则呈絮状悬浮于水中，因此它兼有活性污泥法和生物虑池两者的特点。生物接触法中微生物所需的氧通过曝气供给。生物膜长到一定厚度之后，近填料壁的微生物将由于缺氧而进行厌氧代谢，其产生的气体及曝气形成的冲刷作用及其重力作用会造成生物膜的脱落，并促成新生膜的生长、形成生物膜的新陈代谢，脱落的生物膜将随出水流出池外。生物接触氧化法的处理工艺通常可分为：一段法（一次生物接触氧化法），二段法（两次生物接触氧化法），多段法（多次生物接触氧化法）和推流式（多格生物接触氧化法）。总的来说，一般当有机物负荷较低，水量负荷较大时，采用一段法较合适；当有机负荷较高，采用二段法或推流法比较好；当去除有机污染负荷高时，则应采用多段法。本设计采用推流法。生物接触氧化法的主要特点有以下几个方面：a.由于填料的比表面积大，池内的充氧条件较好，生物接触氧化池内单位容积的生物固体量都高于活性污泥法曝气池以及生物虑池，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷。b．由于相当一部分微生物固着生长在填料表面，生物接触氧化法不需要设污泥回流系统，也没有污泥膨胀问题，运行管理方便。由于生物接触氧化池内生物固体量多，水流状态属完全混合型，因此生物接触氧化池对水质水量的骤变有较强的适应能力。c.由于生物接触氧化池内生物固体量较多，当有机容积负荷较高时，其F/M比可保持在一定的水平，因此污泥产量可相当于或低于活性污泥法。2.6.7堆肥间堆肥技术的研究（本设计采用生物接菌堆肥技术）①传统堆肥方法传统的堆肥方式，大部分是将新鲜的畜禽粪便收集后，在空田地里简单堆沤。有的适当加入少量的秸杆、稻草等，一般堆肥周期在3个月左右，在环境温度低的情况下，堆沤的时间还要更长。整个堆f区的过程，内部温度上升的很慢。接近表层温度低，无法完全杀灭虫卵和病原菌。②生物接菌堆肥技术A分层接菌当干鲜粪和粪渣混合一起收集到一定量，对规模养殖场以1d量为基数，堆成1堆或若干堆，在堆料时，每间隔100～150ram，在层问均匀地撒放生物菌种，堆状成梯形，一般高度为1．2～1．5m。B搅拌均匀接菌有条件的养殖场采用搅拌机，将干鲜粪和粪渣、沼渣加上生物菌种一起搅拌均匀，然后堆积成堆。C堆肥时间和温度的关系堆肥初期温度上升较缓慢，大致在1周时间才达到最高温度66摄氏度（见下表），当温度开始下降时进行翻堆，堆肥的温度基本上保持在60℃以上，翻堆的次数一般是分层接菌的需要3－4次：而均匀接菌一般需要2～3次；表1中，第9天、第12天、第15天．各翻一次堆，堆肥周期在20d左右。一般在第表2－3堆肥时间与温度的关系时间d1234567891011121314151617181920温度℃4252606063666664646563626463616060565555D堆肥水分养分要求堆肥的初始水分应保持在60％一70％。为此，对于较干的粪渣应加水调节湿度。在开始的1—2次翻堆时也应加水调节湿度．最后一次翻堆可不用加水，以保证最终产品的干度较好。同时，在堆肥开始时，最好添加适量的速效氮素和米糠等．调整堆肥中的C／N比，又给生物菌种提供养分，促进微生物的活动。加速粪渣等的分解。③堆肥效果分析A粪便堆肥养分粪便堆肥后，经检测含全氮(N)占2．45％，全磷(P)占2.57％，全钾(K)占1.54％，有机质59.86％。养分基本达到有机肥指标，可直接施用于果蔬，但含水率达到30％，要作为商品有机肥销售还需要再加工。B病虫菌去除接菌堆肥属于高温堆肥．温度超过62℃达到10d．最高达到66℃(见表1)。高温堆肥一般经过发热、高温、降温、腐熟等几个阶段，高温阶段可以杀虫灭菌，各种农作物的病菌虫卵致死温度见表表2－2农作物病菌和虫卵的致死温度名称致死温度/℃需要时间/min二化螟卵653栗夜盗虫卵605金龟子卵505麦蛾卵605谷象505小豆青虫605蛔虫卵751亚麻立枯病菌60240小麦黑穗病菌5410稻热病菌51～5210化脓菌5410麦锈病菌5410经济利益分析据估测，该畜牧场每天产生的新鲜粪便为10t左右，扣除收集时的流失及堆肥后水分的蒸发等．最终可获得含水20％一30％的初级有机肥4t左右初级有机肥可作为有机肥的原料，也可直接做果蔬的基肥使用。按照市场价每t200元，生产成本、包装及菌种每t需50元，4个工人负责收集粪渣、堆肥、翻堆及肥料装袋、装车等，每月每人1500元，暂不计设备及一次性前期建设费，每年可增加业主收入近15万元。这样不但增加业主的治污积极性，而且带来较好的社会和经济效益，还有环境利益。3构筑物设计计算3.1水量集水池3.1.1设计说明：因为畜牧场的日变化量基本不变，但时变化量很大，再有该畜牧场规模较小，日处理量不多，出于效益考虑，拟收集5天污水量，再集中处理，同时也应避免收集天数过多，造成水体发酵！3.1.2设计计算畜牧场污水日排放量为350m3五天的收集量为：350×5×1.2＝2100m集水池尺寸为：20×15×7＝2100m3.2毛发聚集器废水中含有毛发及纤维性物质，若不加以收集，进入水泵及后序处理设备，会产生堵塞或缠绕，对后序处理带来不利的影响。毛发聚集器的作用就是收集进水中的毛发及纤维性物质，去除水中尺寸较大的漂浮物，防止毛发进入水泵及缠绕在膜丝上，影响水泵正常运行，堵塞膜丝孔隙，对后序处理设备带来的不利影响。3.3固液分离处理3.3.1固液分离采用水冲式工艺的养猪场废水中含有大量的固体悬浮物，这些悬浮物进入UASB反应器中会形成浮渣或者占据一部分有效容积，并导致颗粒污泥的解体，使悬浮物质与厌氧微生物混合，将厌氧微生物挤出厌氧反应器，从而降低了厌氧污泥的活性与反应器中的活性厌氧污泥含量。严重时浮渣还会结成硬壳，在三相分离器内阻碍沼气的释放和收集，甚至会阻塞管路。因此，废水中的悬浮固体物的含量对整个厌氧过程会有很大的影响。所以废水应先经过滤网过滤和沉淀处理去除部分SS，畜牧场场废水经过固液分离后可去除80％的SS和25％～30％和。3.3.2处理后的水质指标900×（1-25％）＝675mg/l600×(1-25%)=450mg/lSS300×(1-90%)=30mg/l3.4调节池3.4.1设计说明根据生产废水的排放规律，后续处理构筑物对水质水量稳定性的要求，调节池停留时间取8.0h。调节池采用半地下式，便于利用一次提升的水头，并便于污泥重力排入集泥井和一定的保温作用，由于调节池内不安装工艺设备或者管道，考虑土建结构可靠性高时，故障少，只设一个调节池。3.4.2设计计算调节池调节周期T＝8.0h；调节池有效容积V＝TQh＝8×87.5＝700；调节池的有效水深h＝4m；调节池的规格2.5m×6m×12m×4m＝720；调节池设污泥斗四个，每斗上口面积6m×6m，下口面积为0.6m×0.6m，泥斗倾角，泥斗高2.7m；每个污泥容积：＝h/3×（）=2.7/3×(6×6+0.6×0.6+)=34.5；污泥斗容积共V＝4＝4×34.5＝138；调节池在每个处理周期沉淀污泥重为W＝210×40％×2100＝0.20（t）；湿污泥体积约为0.20/2.5%=8()(设污泥的密度为1t/)。泥斗可存约2个月污泥（5天为一个处理周期，建议两个周期（约10天）清理一次）调节池的最高设置为+3.00m，超高为0.5m，顶标高为3.50m。最低水位为-0.50m，池底标高为-3.50m3.5UASB的设计3.5.1设计说明UASB是上流式厌氧污泥床反应器（UpflowAnaerobicSludgeBlanket）的简称，由荷兰Wageningen农业大学的教授Lettinga等人于1972－1978年间开发研制的一项污水厌氧生物处理新技术，这种工艺于20世纪80年代初起在高浓度的有机废水的处理中得到日趋广泛的应用（沈耀良等，1999）。UASB一般包括进水配水区、反应区、三相分离区、气室等部分，UASB反应器的工艺基本出发点如下：为污泥絮凝提供有利的物理－化学条件，厌氧污泥即可获得并保持良好的沉淀性能；良好的污泥床可形成一种相当稳定的生物相，能抵抗较强的冲击。较大的絮体具有良好的沉降性能，从而提高设备内的污泥浓度；通过反应器内设置一个沉淀区、使污泥细颗粒在沉淀区的污泥层内进一步絮凝和沉淀，然后回流入反应器。UASB处理有机废水有以下特点：污泥床污泥浓度高，平均污泥浓度可以达到20～40gVSS/L；有机负荷高、中温发酵时容积负荷可达8～12kgCOD（）；反应器内无混合搅拌设备，无填料，维护管理较简单；系统较简单，不需另设沉淀池和污泥回流设施。本工程所处理的畜牧场废水，属中低浓度有机废水，生物降解性较好，UASB反应器作为处理工艺的主体，拟按下列参数设计：设计流量350（拟5天为一个处理周期处理量为2100，变化系数为1.2）即87.5进水浓度为675mg/l的去除率＝75％；450mg/l的去除率＝70％；容积负荷＝6.5kgCOD/（）(按常温23)；产气率r＝0.4COD；污泥产率X＝0.15kg/kgCOD。3.5.2UASB工艺构造设计计算①UASB总容积计算UASB总容积：V＝Q/式中Q——设计处理流量，（一次为5d）；——去除的有机污染物的浓度，；——容积负荷。则V＝2100×（0.675×0.75+0.45×0.70）/6.5＝265。选用4个池子（2用2备），则每个池子的体积都为135。假定UASB体积有效系数是90％，则每个池子需容积为150。若选用直径为7000mm的反应器4个，则其水力负荷为0.4，负荷要求（＝0.1～0.9）。若反应器总高为H＝4.7+0.3＝5（m），反应器总容积为V＝384，有效容积约为305，符合有机负荷要求。②工艺构造设计UASB的重要构造是指反应器内三相分离器的构造，三相分离器设计直接影响到气、液、固三相在反应器内的分离效果和反应器的处理效果。对污泥床的正常运行和获得良好的出水水质起到十分重要的作用，根据已有的研究和工程经验，三相分离器应满足以下几点要求：混合液进入沉淀区之前，必须将其中的气泡予以脱出，防止气泡进入沉淀区影响沉淀。沉淀区的表面水力负荷应在0.7以下，进入沉淀区前，通过沉淀槽底缝隙的流速不能大于2.0m/h沉淀斜板倾角不应小于，使沉泥不在斜板积聚，尽快回落入反应区内。出水堰前设置挡板，以防止上浮污泥流失；某些情况下，应设置浮渣清除装置。三相分离器设计须确定三相分离器的数量，大小斜板的尺寸、倾角和相互间关系。小斜板（反射锥）临界长度计算反射锥临界长度计算公式（该公式的推导便是依据以上的三相分离器的设计要求得出的）为=[（q/L×N×）+r]；式中q——通过缝隙的流量，；L——回流缝隙长度，m；N——缝隙条数；——气泡的上升速度，m/s；r——上斜板到器壁的距离，m；——下斜板与器壁的夹角。且其中由斯托克斯公式计算：＝；式中——气泡自由上升速度，cm/s；B——气泡碰撞系数；g——重力加速度，980cm/；——液体密度，g/；——气体密度，g/；——液体动力粘度，g/（cm.s）；——气泡直径，cm。且＝γ；式中γ——液体的运动粘滞系数，；设水温为25，气泡直径为0.02cm，废水为1.02g/，气体为1.15×g/，β取0.95，净水γ＝0.0089，则净水动力粘度为：＝γ＝0.0089×1.02＝0.00908（g/cm.s）。因处理对象为废水，比净水的要大，其取值为净水的2.5倍，则废水动力粘度为＝2.5＝0.0227（g/cm.s），气泡在静止的水中的上升速度为：＝（0.95×980）/（18×0.0227）×（1.02-1.15×）×＝0.93（cm/s）＝0.93×（m/s）。单池处理水量为q＝87.5/（2×3600）＝1.21×（）。设计回流缝数量n＝1，宽度r＝0.6m，下倾板倾角α＝即β＝，计算出回流缝的长度L＝（3.5-0.2-0.3）×2×π＝18.85（m）。计算出回流缝后，进一步计算下斜板临界长度=1/×[（1.21×/18.85×1×0.93×）+0.6]＝1.13（m）。取斜小板搀和度＝1.5＝1.70（m），其水平＝1.00m，垂直＝1.38m，三相分离器设计数据如下：=1.9m，＝5.2m，＝4.6m，＝＝。大气集气罩的收气面积占总面积的比例为/A＝＝43％，符合要求。沉淀区面积S＝＝29.3（）。沉淀区负荷为0.53m/h，符合要求。回流缝的过水流速为：v＝（87.5/4）/（18.85×0.6）＝1.93（m/h）符合要求。UASB设计结果：D＝7.0m，H＝5m，，其中超高为＝0.3m，三相分离器的高度＝1.5m，反应区高度为＝3.5m，反应器底污泥区高＝0.35m。集气罩顶直径＝1.9m，大斜板长＝2.83m，倾角，小斜板长度＝2.0m，倾角＝。脱气条件校核如果水是静止的，则沼气将以＝0.9～1.0cm/s的流速上升，可以进入气室中。但由于在三相分离器中，水是变向流动，因此沼气气泡不仅获得了水的加速，而且运动发生了方向改变，气泡进入气室，必须保证满足以下公式要求/v>式中——气泡垂直上升速度v——气泡实际缝隙流速；——回流缝垂直长度；——小斜板与大斜板重叠长度。根据三相分离器设计结果，得：/v＝0.93/（1.93×100/3600）＝17.3；＝（0.6×）/[（5.2-4.6）×0.5×tg53.1]＝2.0；可见/v》，满足脱气条件要求。3.5.3布水系统得设计计算①设计说明为了保证两个UASB反应器运行负荷的均匀，并减少污泥床内出现沟流短路等不利因素，设计良好的配水系统是很有必要的，特别是常温条件下运行或者处理低浓度的废水时，因有机物浓度低，产气量小，气体搅拌作用较差，此时对配水系统的设计要求高一些。二次泵房出水，直接向两台UASB反应器供水，布水形式为分中布水。各台UASB反应器进水管上设置调节阀和流量计，以均衡流量。在UASB反应器内部采用适应圆池要求的环形布水器。反应器上布水点数量设置与处理流量、进水浓度、容积负荷等因素有关，本次设计拟每2～4设置一个布水点。②设计计算布水器设置16个布水点，每点负荷面积为＝1/16×4/×＝2.4（）布水器设环管一根，支管四根，环管上（即外圈）设12个布水点，支管上设4个布水点，布水点共16个。按均匀布置的原则，环管（外圈）环径为5.6m，支管上内圈环径为2.5m。UASB反应器布水器中心管流量为＝87.5/2（）＝0.012（），中心管流速为1.2m/s，则中心管的管径为＝＝113mm，取＝110mm布水器支管均分流量为0.004，支管管内流速为1.5m/s，则管径计算为＝58mm，取＝60mm。环管均分流量为12×0.012/16＝0.009，环管流速假定为1.5m/s，则环管管径计算为0.087m，取环管管径为＝90mm。布水孔16个，流速选为1.5m/s，孔径计算为0.029mm，取孔径＝30mm。布水器水头损失计算。尽管布水器为环状，但当运行稳定、布堵塞，且配水均匀条件下，可按枝状管网计算其水头损失，3.5.4出水渠设计计算每个UASB反应器沿周边设一条环形水渠，渠内侧设溢流堰，出水渠保持水平，出水由一个出水口排出。出水渠设计计算环形出水渠在运行稳定，溢流堰出水均匀时，可假设为两侧支渠计算。单个反应器流量12.2L/s，侧支渠流量为6.1L/s；K＝WC；C＝；式中q——渠中水流量，i——水力坡度，定i＝0.005；K——流量模段，C——谢才系数；W——过水断面面积，R——水力半径，m；n——粗糙度系数，钢取n＝0.012。计算K＝＝6.10×/＝0.086（）假定渠宽为b=0.15m,则有W=0.15hX=2h+0.15R=式中h——渠中水深，mX——渠湿周，m。代入即则有0.086＝0.15h×（1/0.012）×解方程可得：h＝0.06（m）可见渠宽b＝0.15m，水深h＝0.06m则渠中水流流速约为＝0.68（m/s）>0.40m/s符合明渠均匀流要求。溢流堰设计计算每个UASB反应器处理水量是12.2L/s，溢流负荷为3～4L/（m.s）设计溢流负荷取f＝3.0L/（m.s），则堰上水面总长为；L＝q/f＝12.2/3＝4.07m；设计三角堰，堰高H＝40mm，堰口宽B＝80mm，堰上水头h＝20mm，则堰口水面宽b＝40mm。三角堰数量n＝L/b＝4.07/（）＝102（个），设计取n＝100（个）。出水渠总长为3.14×（7-0.3）＝21.05（m）设计堰板长（80+130）×10＝210（mm），共10块，每块堰10个80nn堰口，10个间隙。堰上水头校核每个堰出流率为q＝4.07×/100＝4.07×（）按三角堰计算公式则堰上水头为0.015（m）3.5.5UASB排水管设计计算单个UASB反应器排水量6.1L/s，选用DN150钢管排水，v约为0.75m/s，充满度为0.5，设计坡度为0.01。两台UASB反应器排水量12.2L/s，选用DN175钢管排水，v约为0.90m/s，充满度为0.6（该值为设计值），设计坡度为0.006。UASB反应器溢流出水渠出水由短立管排入DN150排水支管，再汇入设于UASB走道下的DN175排水总管。3.5.6排泥管的设计计算①产泥量的计算产泥系数r＝0.15kg干泥/（kgCOD.d）；设计流量Q＝87.5；进水COD浓度＝675mg/l去除率＝75％；进水BOD浓度＝450mg/l去除率＝70％；则UASB反应器总产泥量为=0.15×2100(0.675×0.75+0.450×0.7)=260[kg(干)/d]=10.8[kg(干)/h]每池产泥设污泥含水率为98％，因含水率P>95％，取ρ＝1000，则污泥产量为每池排泥量排泥系统设计因该处理站为畜牧场废水处理，加上进入UASB反应器之前经过固液分离，故进入UASB中砂的量较少，UASB产生的外排污泥主要是有机污泥，故UASB只设底部排泥管，排空时由污泥泵从排泥管强排。UASB五天排泥一次（整个处理周期为5d），各池污泥同时排入集泥井，再由污泥泵抽入污泥浓缩池中，各池排泥管选钢管，DN150，两池合用排泥管选用DN200，该管按每天一次排泥时间1.0h计。3.5.7沼气管路系统设计计算①产气量计算设计流量Q＝87.5；进水COD浓度＝675mg/l去除率＝75％；进水BOD浓度＝450mg/l去除率＝70％；产气率＝0.4；则总产气量：＝0.4×87.5×（0.675×0.75+0.45×0.70）＝72.0（）每个UASB反应器的产气量＝G/2＝36（）②沼气集气系统布置由于有机负荷较高，产气量大，两台反应器应设置一个水封罐，水封罐出来的沼气进入气水分离器，气水分离器设置一套两级，一个，从分离器出来到沼气贮柜。！集气室沼气出气管最小直径为DN100，且尽量设置不短于300mm的立管出气，若采用横管出气，其长度不宜小于150mm。每个集气室设置独立出气管至水封罐。沼气管道计算产气量计算每池产气量为36.0，则集气罩的出气量为：＝15.5（）小集气罩的出气量为：＝20.5（）该沼气容重为r＝1.2，换算为计算容重的出气量分别为b．沼气管道压力损失计算沼气出气管的流速分别为远小于5m/s，符合规范对流速的要求。沼气收集管道压力一般较低，约为200～300mm，其管道内气体压力损失可按下式计算。式中L——管道长度，m；G——气体容重为0.6kg/时的流量，；r——气体容重，；K——摩擦系数；D——管径，cm；计算公式中查《给排水设计手册》得到＝35000。对大集气罩出气管，DN100，G＝22.0，L＝15m，v＝0.78m/s，则计算出＝0.125mm，局部损失为＝22％；＝0.027mm，总压力损失为＝0.152mm对小集气罩出气管，DN100，，L＝10m，v＝1.03m/s，则计算出＝0.144mm，局部损失为＝34％＝0.049mm，总压力损失为＝0.193mm可见沼气管道压力损失均不是很大。因此，对于沼气贮柜之前的低压沼气管道，可以认为管道压力损失为0，这种水封罐取与集气槽里面的压力减去沼气柜的压力的值即可，这样计算方法偏于安全。水封罐的设计计算水封罐一般设于消化反应器和沼气柜或压缩机房之间，起到调整和稳定压力，兼作隔绝和排除冷凝水之用。UASB反应中大集气罩中出气气体压力为，小集气罩中出气压力为，则两者气压差为：故水封罐中该两收气管的水封深度差为沼气柜压力P<<400mm,取为0.4m，则在忽略沼气管路压力损失时（这种计算结果最为安全），水封罐所需的最大水封为：取水封罐总高度为H＝2.5m。水封罐直径1800mm，设进气管DN100钢四根，出气管DN150钢一根，进水管DN52钢一根，放空管DN50钢一根，并设液面计。气水分离器气水分离器起到对沼气干燥的作用，选用×，钢制气水分离器两个，串联使用，气水分离器中预装钢丝填料，在各级气水分离器前设置过滤器以净化沼气，在分离器出气管上装设流量计、压力表及温度计。沼气柜容积确定由上述计算可知该处理站一个处理周期产沼气1728，则沼气柜容积应为平均产气量的3h体积来确定，即3×＝216（）设计选用300钢板水槽内导轨湿式贮气柜（C-1416A）3.5.8UASB的其他设计①取样管设计为掌握UASB运行情况，在每个UASB上设置取样管。在距反应器底1.1～1.2m位置，污泥床内分别设置取样管4根，各管相距1.0m左右，取样管选用DN50钢管，取样口设于距地坪1.0m处，配球阀取样。②UASB的排空由UASB池底排泥临时接上排泥泵强制排空。检修人孔为了便于检修，各UASB反应器在距地坪1.0m处设人孔一个。通风为防止部分容重过大的沼气在UASB反应器内聚集，影响检修和发生危险，检修时可向UASB反应器中通入压缩空气，因此在UASB反应器一侧预埋压缩空气管（由鼓风机房引来）。采光为保证检修的采光，除采用临时灯光外，还可移走UASB反应器的活动预盖，或不设UASB顶盖。给排水在UASB反应器布置区设置一根DN32供水管供补水、冲洗及排空中使用。通行在距离UASB反应器顶面之下1.1m之处设置钢架、钢板行走平台，并连接上台钢梯。安全要求UASB反应器的所有电器设施，包括泵、阀、灯等一律采用防爆设备。禁止明火火种进入该布置区域，动火操作应远离该区及沼气柜。保持该区域良好通风。3.6生物接触氧化设计计算3.6.1生物氧化池生物接触氧化池一般不少于两座。设计数据：Q＝87.5，进水，进水BOD＝135mg/L。停留时间：4h（设计值）氧化池为顺流式，底部进水，进气，上部出水。3.6.2接触氧化池尺寸COD去除率=70%;BOD去除率＝90％有效容积：＝＝680（）反应池总面积：＝式中H——填料层高度一般采用3.0m接触氧化池两座座，每座8格单池面积：f＝池单格面积：a＝f/n＝135/8≈18池平面设计：单格尺寸长取5m，格宽为18/5＝3.6m，单格尺寸5m×池深＝3+0.5+0.4+0.25+1.0＝5.2（m）式中：——超高，取0.5m——填料层上水深，取0.4m——上下填料层间距，取0.25m——填料层数，取2层——填料至底部高度，取1.0m主要结构见图3.6.3供气系统①供气系统采用在填料下直接曝气方式，曝气充氧的扩散装置采用多孔管。管设在距池底0.7m处，孔径取，孔在管的两侧交错排列。需氧量式中a——出去每1kgCOD的需氧量，；——进、出水BOD浓度，；Q——进水量，；b——微生物自身氧化系数，；X——MLSS浓度，；V——池容积，；＝0.75×2100×（0.135-0.014）+0.12×4×680＝516.98（kg/d）＝21.54（kg/h）。查得水肿溶解氧饱和度分别为＝9.17mg/l，＝7.63mg/l；气出口处的绝对压力（）为：＝氧转移效率（E）为10％，则空气离开曝气池时氧的百分比为：温度为20时，一氧池中溶解氧饱和度为9.17mg/l，池中的平均溶解氧饱和度为7.63mg/l。温度为20时，脱氧清水的充氧量为：＝22（kg/L）式中——氧转移折算系数（一般＝0.8～0.85，取0.8）——氧溶解折算系数（一般＝0.9～0.97，取0.9）——密度，1.0kg/l——废水中实际溶解氧浓度，mg/L（一般为2mg/L）——需氧量＝11.8kg/h供气量为＝＝6.11()每池所需空气量＝733.3/2＝366.6每单元格所需要的空气量＝/8＝366.6/8＝45.8每池有多孔管3根，长4m，管中心间距1.5m，孔距100mm，每管有出气孔30个每根支管所需空气量＝45.8/3＝15.3孔口空气流速②反应池充气管管径＝366.6，＝15.3；设空气干管流速＝10m/s，支管流速为5m/s；则干管直径：，取120mm；校核＝4×366.6/（3600π×）＝9.01（m/s）；支管直径：，取60mm；校核v＝4×45.8/（3600π×）＝4.50（m/s）。3.6.4布水系统采用导流廊道，设进水流速＝0.2m/s，进水管径D＝150mm；导流廊道尺寸：每单格各有一导流廊道，沿单格的长边，长5m，宽0.6m，导流墙高4.7m，距池底0.5m。3.6.5出水系统出水采用过水孔，与导流廊道相对在另一长边，设出口流速＝0.2m/s。①过水孔所需面积＝87.5/（2×3600×0.2）＝0.061；充满度为0.6，则＝0.061/0.6＝0.10。②过水孔尺寸每单格有过水孔3个，孔中心间距1.1m；孔宽b＝0.2m，孔高h＝/bn＝0.10/（0.2×3）＝0.16（m）；进水孔尺寸0.2m×0.16m。③水流方式水从过水孔流入下一个单格的导流廊道，整个反应池呈推流式，如下图箭头方向④引流渠格3和格4之间有引流渠，渠有效深度为0.05m，实际渠深H＝0.05+0.25+0.05，渠长10.2m，从格3外侧第一个孔到格4最后一个孔，如图所示。具体结构尺寸：10.2m×0.3m×0.35m。⑤出水渠格6过水孔外侧有出水渠，渠宽0.4m，设流速0.2m/s，则有效水深h＝＝＝0.15（m）则实际槽深0.15+0.5＝0.65（m），槽坡度为0.01，长5m。具体结构尺寸：5m×0.4m×0.6m3.6.6其他接触氧化池，加上导流廊道、引流渠、出水渠等构筑部分，单座反应池的实际尺寸：20m×12m×5.2m；钢筋混凝土结构，每池的曝气系统，半软性填料及支架一套，两座接触氧化池相连建造，共用鼓风设备，池为半地上结构，超出地平高度3.2m左右！4.主要构筑物和设备一览表4.1构筑物一览表表4－1构筑物一览表名称平面尺寸㎡高度m备注数量堆肥间20.0×15.010砖体结构1集水池20.0×15.07钢筋混凝土1泵房4.0×