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1、摘 要设计是根据相关资料为依据，设计贵州省三都水族自治县正邦养殖有限公司周覃养猪场的粪便污水处理工艺。设计内容有工艺流程的设计、结构和建筑物布置。设计中着重讲解HCR-SBR联用工艺用于养殖场污水处理的处理处置效果。运用SBR反应池主要的功能生化和除垢，在浓度低的情况下HCR独立运行，高浓度时两个工艺一起运行。本工艺设计，BOD5被去除率大于95%，COD去除率97%，SS去除率97%，该工艺处理后的水质均优于富畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001），可达标排放。关键词：养殖场；污水处理；HCR-SBR联用工艺AbstractThe design is based on the
2、relevant data to design the fecal sewage treatment process of zhouqin pig farm of Zhengbang breeding Co., Ltd. in Sandu Shui Autonomous County, Guizhou Province. The design content includes process design, structure and building layout. In the design, the treatment and disposal effect of hcr-sbr com
3、bined process used in the wastewater treatment of the farm is emphasized. The main functions of SBR reactor are biochemical and descaling. HCR operates independently in low concentration, and the two processes operate together in high concentration. In the process design, the removal rate of BOD is
4、more than 95%, cod is 97%, SS is 97%. The treated water quality is better than the discharge standard of pollutants in rich livestock and poultry breeding industry (GB18596-2001), which can meet the discharge standardKeywords:Farm;Sewage Treatment; HCR-SBR Combined Process目 录1 引言12 养殖废水的来源及危害22.1 畜禽
5、养殖业的发展及其带来的环境问题22.2 畜禽养殖业废水来源及污染特征23 国内外研究现状33.1 养殖污水处理的研究现状33.2 HCR工艺的研究现状33.3 SBR工艺的研究现状33.4 本研究的目的、意义及内容44 城市概况44.1 自然和社会条件45 工程设计45.1 设计水量的确定45.2 处理程度56 工艺设计方案确定66.1 方案确定的原则66.2 工艺选择67 养殖废水处理工艺流程88 养殖废水处理构筑物的计算98.1 中格栅98.1.1 设计参数98.2 细格栅108.3 初沉池118.3.1 沉淀池的计算118.4 调节池128.4.1 调节池设计计算128.5 HCR反应池
6、138.5.1 反应池设计计算138.6 SBR反应池148.6.1 设计参数：148.6.2 设定条件：148.7 污泥浓缩池178.7.1 设计参数：179 养殖厂总体布置209.1 平面布置209.2 高程布置2110 结论22参考文献23致谢25附录A25附录B26III养殖场废水处理工艺设计1 引言随着我国养殖业发展迅速，尤其是养猪产业的发展最为明显，该养殖生产过程中引发的有些污染会影响环境。特别是生猪废水没有经过处理就直接排放，造成了严重的环境污染。根据相关研究资料计算，猪日排便量为6公斤，是人的5倍。粪便和尿液的年产量约为2.2吨。如果采用水冲法清理粪便，一头猪每天的污水排放量约
7、为30公斤。那么养猪场日排便量为6吨,年排便量为2500t,若采用冲水法清粪，日污水量为30吨，猪场的污染程度几乎相当于十几万人的城镇。随着生活质量的提高，人们对食物营养搭配也越来越重视，各种肉类的需求也不断提高。所以全国畜禽养殖业产生的固体废物和废水负荷也在日益增多，成为不可忽略的重要污染源。12 养殖废水的来源及危害2.1畜禽养殖业的发展及其带来的环境问题近年我国的畜禽养殖业呈现持续高速稳步发展趋势，随之也带来了诸多环境问题。就如同此行业的行业发展趋势一般环境影响问题也逐步加深。社会经济的增长的同时也带来了人们环境意识的增长。环境防护与治理问题已经如同发展经济一般是人们共同注视的主题。不能
8、做到国家现行的规模集约化养殖场将会给环境带来影响：1、对大气环境的污染；2.对水环境的污染；3、对农田环境的污染；4、畜禽场废物的污染。2.2畜禽养殖业废水来源及污染特征污水主要来自用于洗刷畜禽舍的各种用水以及养殖场生活污水等。据有关研究和记载分析其主要危害有：1、污水中富含的有机物会消耗水中氧气，致水体发臭。2、当有机物再次在缺氧或无氧条件下分解时，会产生有毒气体使水生生物中毒死亡。3、悬浮物会使水体变得浑浊，影响水中生物的光合作用进一步限制生物活动，乃至生命受到威胁而只能消耗水体底部的氧并逐渐走向死亡，从而水体同化能力也被降低。4、污水中的大量元素是水体富营养化的根源，进而引起藻类和其他富
9、有生物快速繁殖，水体变得具有毒性危害水生生物和人类健康。（1）水质污染污染源主要来自洗刷禽畜粪便的污水，这类污水中污染物质含量及指标极高。污水不做处理而直接排放，会造成水质的加速恶化；这类污水直接排入鱼塘、河流等会让水生生物中毒死亡，严重影响到了水产业。其不仅使得地表水受到污染，还会进一步污染到地下水。（2） 恶臭污染污水不能行之有效的进行相应处理处置，会散发出恶臭的气味，影响和污染周围居民正常的生活环境和生活质量。 （3）药物残留潜在污染药物的残留会对畜产品及生态环境造成非常恶劣的潜在性污染，其中大多数为化学物质。3 国内外研究现状养殖业的快速发展带来了严重的各种环境问题，全世界越来越重视畜
10、禽粪便的处理处置课题。许多发达国家已经运用并且慢慢改进污水处理工艺，如苏联在50年代曾利用厌氧、好氧等方法处理污水。养殖场的污水处理设施现状还不是很完善，统计到的方法主要有：传统沼气池、固液分离、发酵和厌氧处理。前两种多用于小型养殖场，因效果不是很好已不被推崇；厌氧和发酵处理系统因其优质的处理效果被广泛运用于小型养猪场。3.1养殖污水处理的研究现状养殖场的废水相对于生活污水处理难度偏大，由于废水相对集中、加工难度大等特点，在加工过程中存在许多问题，对环境造成严重危害。不同的养殖场根据自身规模、经济、环境等条件，应相应选择适合的处理工艺。3.2 HCR工艺的研究现状HCR工艺是高效好氧生物处理技
11、术（High Performance Compact Reactor）的简称。具有COD去除率高，空间利用率高且操作简单，所需空间少，占地面积小等优点。越来越受到养殖户的青睐，因为HCR工艺操作起来简单不费力，节省了很多成本，一池具有多池的处理效果，并且空间小占地面积也不大，方便移动。最主要的是处理效果都优于其他工艺，综上，集多种功能于一身的HCR工艺特别适用于我国这种对肉类需求量大，对环境保护资金不足的现状。而且该工艺利用氧气去传输废水，这让反应器的微生物能够很快适应，尤其是对养殖场这种废水负荷高的处理效果十分明显。3.3 SBR工艺的研究现状SBR是序批式间歇活性污泥法（Seguencin
12、gBatchReactor）的简称。它是近几年来才被大家广泛认知，是一项比较完善的污水处理新技术。具有占地面积小，处理效果稳定，处理流程简单，对水质浮动有较大的适应能力，还可以去除水中的氮和磷。而且运行成本也不高，属于低消费高回报的工艺，该工艺值得被推广和运用。起初它只具备沉淀池和曝气池的功能，后来不断在原来的基础上加以改进，目前的SBR工艺具备沉淀池和曝气池功能的同时，也具备了活性污泥，也是集多种功能于一池的工艺。3.4本研究的目的、意义及内容畜禽废水属于高浓度有机废水，针对我国畜禽养殖废水的处理现状，首要任务就是寻找一种操作方便的新型厌氧工艺。目前的工艺大多数都存在运行操作不稳定容易罢工，
13、而占土地的面积很大，建筑成本高等问题。现将HCR与SBR工艺过程串联起来，HCR工艺是一种集曝气，强化相转移，分离等技术为一体的好氧工艺，具有曝气池和污泥床的特点。而SBR工艺是一个相对成熟的工艺，这两种高效低能的工艺强强联合，使其各自的优点发挥到极致。HCR过程作为处理的前部分，SBR作为后续部分进行深度处理。本次采用HCR-SBR工艺处理畜禽养殖业废水，使废水能够达到排放标准。4 城市概况4.1自然和社会条件周覃镇是一个适合避暑的好地方,气候条件相对温和，雨量充沛，夏无酷暑，冬无严寒，气候属于亚热带湿润季风气候。年平均气温18.2，年平均降水量大概1400多毫米，全年日照1131.4小时，
14、全年无霜期326天。全镇以中低山地为主，海拔多为500 1000 m。西南部高，东北部低，山脉水系受地质构造制约，山脉呈环形阶梯展布，水系呈放射状。地形复杂，土壤类型多样，尤其红壤分布较广，多数分布在低山、丘陵地区。5 工程设计5.1设计水量的确定该养殖场年出栏生猪为一万头，粪水产量每天为300t，每天运行按24小时计，流量的确定：总变化系数：Kz=2.7/Qa0.11=2.7/2.40.11=2.45最大流量Qmax=2.45300=735m/d=30.6m/h=0.008m/s5.2处理程度根据畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）规定的排放标准，设计进出水水质如表4-1所示
15、。表4-1 畜禽养殖污水进出水一览表指标进水水质标准出水水质出水水质COD(mg/L)2000022000400400BOD5(mg/L)1000012000150150SS(mg/L)12000200200TN(mg/L)26008.08.0NH-N(mg/L)160080806 工艺设计方案确定6.1方案确定的原则1.合理布局，安全可靠，能够满足出水的水质要求；2.采用先进的处理工艺，经济投资少；3.能够重复利用废水，大力推进清洁生产；4.运行管理方便，运转灵活，对进出水水量变化有一定的耐冲击力。5.全面规划，合理布局。综合考虑环境、经济和社会效益；6.符合国家、行业及地方相关的法规、规范
16、和准则；7.工艺配套，设备技术先进，质量可靠；8.工艺过程自动化控制高，系统稳定，便于管理；9.在保证出水达标的前提下，投资、管理及运行费用低；6.2工艺选择不同的污水处理工艺有着自己的特点及适用的范围。针对该养殖场经济欠发达，处理规模中等水平的情况，对成本较高，管理技术要求高的工艺不予考虑。根据对全国各省市19822013年投运养殖污水处理应用情况统计，目前应用最多的主体处理工艺有：序批式活性污泥法、HCR工艺、循环活性污泥工艺、A2/O、氧化沟工艺。这些工艺所具有的优缺点如表6-1所示。表6-1各处理工艺对比5方案优点缺点 序批式活性污泥法（SBR ）1.构筑物简单而且少，曝气-沉淀出水一
17、个构筑物内完成；2.工艺流程简单，可靠性高；3.低负荷运行，对水质、水量的冲击力适应强；4.占地省，基建费用低；5.运行人员少，管理费用低；6.具有除磷和脱氮效果，能有效防止丝状菌发生膨胀；污泥稳定性好，不需要消化，可直接脱水。1.反应器多，需要频繁切换进出水阀门；2.设备的闲置率较高；3.用于大型污水处理要求；4.污水提审水头损失大。HCR工艺1 .占地少；2.空气氧转化利用率高，容积负荷污泥负荷高；3.固液分离效果好，剩余污泥量少；4.抗冲击负荷能力强5.操作简便，处理效果有保障；1.微生物代谢过于旺盛，造成生物膜过厚、结球；2.预处理不充分时，滤料容易堵塞，更替膜不便 循环活性污泥工艺1
18、.CASS工艺设施占地面积小，建设费用低；2 .生化反应推动力大，综合性工艺模式易于管理；3.操作简单，运行灵活，耐冲击负荷强；4.沉淀效果好，系统运行稳定；5.有机物去除率高，出水水质好，能达到良好的脱氮除磷效果。1.不适用于大型污水处理厂；2.对于低浓度的有机物难以达到预期处理效果。A2/O1.工艺流程简洁，可同时脱氮除磷，水力停留时间短；2.污泥中含磷浓度高，具有高效肥力；3.污泥在厌氧，缺氧，好氧环境进行交替，丝状菌不会大量繁殖，沉降性能好；4.技术成熟，使用广泛，工艺可靠性强1.脱氮除磷的效果不佳，容易增加运行费用；2.处理不当，污泥未能充分吸收磷。氧化沟1.处理流程简单，操作管理方
19、便。2.基建投资省，运行费用低。3.处理效果稳定，脱氮除磷效率高，耐冲击负荷能力强；4.有明显的溶解氧浓度梯度，适用于硝化-反硝化生物处理工艺；5.有较长的水力停留时间，低的有机负荷和较长的污泥龄，出水水质好，污泥絮凝效果佳。1.容易造成丝状菌大量繁殖，发生污泥膨胀；2.油脂易富集到污泥，产生大量泡沫；3.曝气时间过长，污泥跟随油脂上浮。通过上述比较，HCR工艺和SBR工艺存在一定的互补性，废水中氨氮是去除难度较大和去除成本较高的元素、并且很多养殖场都不具备这个去除条件。针对这个实际状况，研究中采用了HCR-SBR的联用工艺对该养殖场进行废水处理。7 养殖废水处理工艺流程中格栅去除废水中颗粒较
20、大的污染物，再到细格栅除去粒径较小的污染物，经提升泵房运输到初沉池，初沉池可去除可沉物飘在表面的物质，使细小的固体变成大的颗粒，强化分离效果。接着到调节池对排出的废水进行适当的调节，对水质和水量的调节是厌氧反应必不可少的一步。而HCR工艺具有提高氧传递和曝气机的作用，SBR反应池作为HCR反应器的后续深化处理。当HCR反应器正常运行处理出水水质达到排放标准时，SBR池不参与处理工艺且仅作为沉淀池使用；当HCR反应器出水水质不能满足排放标准时，SBR池作为HCR工艺的补充使出水水质重新达到排放标准。经处理后的废水可达标排放，未达标可通过污泥回流再一次进行处理，部分达标的废水可通过污泥浓缩池形成污
21、泥堆肥排放。8 设计计算8.1 中格栅中格栅可去除粒径大于50 mm的悬浮物质，起到保护后序构筑物正常运行的作用。由于该养殖场规模不大，养殖废水处理流量较小，故采用人工格栅对养殖废水进行处理。表8-1 中格栅设计参数名称单位设计规范设计取值污水流量m/d-735栅条宽度mm51010栅条间隙mm104010有效水深m-0.3安装角度609075过栅流速m/s0.61.00.7（1）栅条间隙数n： 所以栅条间隙n取值为4。（2）栅槽宽度B：（3）过栅水头损失h1：（4）栅后槽总高度H：（5） 格栅总长度L：8.2 细格栅细格栅用于去除粒径较小的物质，防止阻塞配水处理的进出口。（1）设计参数如表7
22、-1所示表8-2细格栅设计参数名称单位设计规范设计取值栅条净间隙bmm1.5105过栅流速vm/s0.61.00.9有效水深hm-0.4安装角度度609070细格栅采用人工清渣方式，数量为3座。图8-3细格栅计算草图8.3 初沉池表8-4 类型在处理工艺中的作用沉淀时间/h表面水力负荷/m.(m.h)-1初沉池单独沉淀处理1.52.01.52.5生物处理前0.51.52.04.5二沉池生物膜法后1.54.01.02.0活性污泥法后1.54.00.61.58.3.1 沉淀池的计算(1) 沉淀区的表面积A：(2) 沉淀区有效水深h2：（3）沉淀区有效容积V：式中：V沉淀区有效容积，m(4) 沉淀池
23、长度L：(5) 沉淀区总宽度B：采用平流式沉淀池，HRT=1.0h敞开式钢筋混凝土结构。为了节约工程造价和减小管理难度，可以取消混凝工艺。根据目前实际情况来看，该方案是可行，但需要加强对运行过程的管理，原来的设施仍在沉淀池中使用，HRT=1.5h,表面负荷为1.5 m/(m。h),尺寸为30 m0.51 m1.5 m，采用手动排泥。8.4 调节池调节池的功能主要是将养殖厂的废水进行调节，废水的数量和质量随着时间变化而且变化幅度较大。只有对废水的数量和质量进行调节，才能确保工作的正常运行。故保留原设计，HRT=8.0h,工艺尺寸：16 m4 m3.5 m,有效容积为200m的敞开式钢筋混凝土结构
24、。8.4.1 调节池设计计算（1）有效容积V：式中：t停留时间，取8h.(2) 池子面积F：式中：h有效水深，取3m.(3) 池子总高H：式中：h1池子超高，取0.5m。8.5 HCR反应池8.5.1 反应池设计计算:表8-5水质指标表水质指标COD(mg/L)BOD(mg/L)进水水质2000010000设计去除率97%95%设计出水水质400150（1）反应池容积V（2）反应池的形状和尺寸： 该工程设计单座反应器，形状为圆筒，因为圆形池子有水量分布均匀而且处理效果好的优点，所以横截面为圆形，反应器的有效高度h1=8m则：所以HCR反应池的尺寸为：7 m5.5 m8 m8.6 SBR反应池8
25、.6.1设计参数：8.6.2 设定条件：（1）曝气时间：（2）沉淀时间必要的沉淀时间为：(3) 排水时间: TD=2.0h(4) 一个周期所需时间:(5) 进水变动的讨论根据进水时间为4h的进水流量变化规律，求出1个周期最大流量变化比r=1.5，由公式：考虑到流量的变动，反应器修正的容积V1为：以反应器水深为4.5m，所需水面积为：反应器的运行水位计算如下：（6）需氧量按去除1kgBOD5需氧2kg计算，则曝气时间TA=3h，则每个小时需氧量为：(7) 供氧量设计水温为20，混合液浓度为1.5mg/L，池水深4.5m，曝气头距池底0.2m，则淹没水深为4.3 m，EA=15%,则空气离开反应器
26、时氧的百分比浓度为：则曝气装置水深修正系数r:供氧能力：（8）供风量鼓风空气量GS为：（9）上清液排出装置日处理污水量Q=30.6m3/h，池数N=2，周期数n=3，排水时间TD=2h，则每池的排水负荷为：每池设一台滗水器则排水负荷为0.0425m3/min，考虑到流量的变化r=1.5,则滗水器最大排水负荷为：0.04251.5.0.064m3/min。（10）氯接触池氯接触池时间按15min计算，则池容积为：8.7 污泥浓缩池8.7.1 设计参数：设计流量Q=735m3/d=30.6m3/h=0.008m3/s，浓缩时间T=10h，水力负荷取4.0m3/m2.d，污泥固体通量Co取30kg/
27、m2.d，进泥含水率取99%，出泥含水率取96%，浓缩池水深不得超过4m，污泥上升流速v取0.1mm/s。（1）浓缩池有效水深：（2）中心管面积（中心管流速不超过0.03m/s）：（3）浓缩后分离出来的污水流量：（4）浓缩池的有效面积：（5）浓缩池直径：（6）浓缩后剩余污泥量：（7）浓缩池污泥斗容积：取下斗直径D=1.0m，设=55，上斗底r1=3m，下污泥斗r2=0.8m,则：（8）污泥在斗中停留时间：（9）设超高h1=0.5m，缓冲层=0.3m，池子总高度：9 养殖厂总体布置9.1 平面布置养殖场的平面布置包括：处理构筑物、办公、化验及其他辅助建筑物的布置，本设计主要沟（建）筑物如表9-1
28、所示。同时根据厂区处理规模，对构筑物与建筑物平面布置时，应遵循下列原则：各处理构筑物布置应该紧凑，并要考虑工人施工和操作的方便；根据地形选择，因地制宜，减少建筑成本；注意各设备的工作属性和合并方式，既要便于联系，又能够增大构筑物体型，加强立面处理；各构筑物之间的距离要符合国家规定安全距离，以防危险；厂区要留有一定的绿化面积，美化环境，改善卫生条件，营造一个舒适的工作氛围；应设置超越管以便能够应对突发状况；污水和污泥管道尽量考虑重力作用自流，以减少水头损失；需要时，要考虑近、远期工程结合，为后期扩建和施工提供可能；交通方便，施工、管理方便。表9-1主要构（建）筑物一览表构（建）筑物名称规格数量（
29、座）中格栅2.3 m0.6 m0.8m1细格栅2.0m0.7m0.9m3初沉池30m1.0m1.5m1调节池16 m4 m3.5m1HCR反应池7m5.5 m8m2SBR反应池16m8m4.5.m2污泥浓缩池10m9m8m1根据以上原则，再考虑养殖场布置的具体位置在周覃镇郊区，距离城峰镇中心约有3.5km，背靠山，不会给城镇人口带来不良环境卫生问题。本设计按照功能的不同，将厂区划分为生产区、生活区及辅助生产区，分区集中。生产区为厂区的核心部分，占主要位置。从西南方向向东依次布置中格栅、细格栅、初沉池、调节池，HCR反应池和SBR反应池布置在厂区的正中间污泥浓缩池布置在厂区的西侧。生活区主要是办
30、公楼、食堂、宿舍及篮球场布置在风向的上风向，即厂区的东侧。9.2 高程布置高程布置就是对各个构筑物标高确定相互连接的管渠尺寸，及通过计算水头损失对各部位的水面标高21。污水经过各处理构筑物的水头损失及高度如表9-2所示。在处理工艺流程不变的情况下，根据具体情况做出适当调整，其遵循的基本原则如下：进厂污水应该通过一次提升之后，就可利用重力通过整个处理系统；进行高程布置时，要考虑综合地形、地基、排水等条件，避免最低构筑物埋深过大和最高构筑物架高过高的可预防因素，并且考虑一些安全问题，以便留有余地；尽量减少厂区土方量，节省投资；厂区排水在防洪标准下最高水位时能够自流排出；与厂外市政道路、竖向标高衔接
31、。表9-2污水流经各处理构筑物的水头损失及标高构筑物名称水头损失/m标高/m中格栅0.12+0.00细格栅0.11+0.00初沉池0.12+3.00调节池0.10+3.00HCR反应池0.18+1.50SBR反应池0.30+1.50污泥浓缩池0.22+1.50重力浓缩池0.25+1.50平流式接触消毒池0.13+2.0010 结论本设计结合该养殖场的实际需求，通过查阅相关资料，了解养殖废水处理的新技术，在同等水平投资的情况下，粗略比较当前应用广泛的HCRSBR联用工艺。HCR工艺在短时间内运行的话，。当废水的浓度较高，处理难度较大而导致经HCR工艺处理的废水不能达标排放是，这时候SBR反应池就
32、会充分发挥其沉淀池的功能并且也能很快恢复生化处理的功能。采用的HCR+SBR处理工艺具有处理效果好、运行管理方便、工艺可靠、出水能稳定达到排放标准。参 考 文 献1. 徐庆贤,魏敦满,钱蕾.规模化养猪场污水处理工艺应用及运行分析J.福建农业科技,2019(10):61-66.2. 于同艳,张文明.养猪场废水处理工艺的应用J.资源信息与工程,2017,32(05):192-193.3. 吴烨颖.养猪场废水污染危害与防治J.海峡科学,2017(04):24-25.4. 韩伟铖. 规模化养猪场废水常规处理中存在的问题探究C. 中国土壤学会.土壤科学与生态文明（下册）中国土壤学会第十三次全国会员代表大
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