500吨养猪场养殖废水设计方案.doc

I 500 吨养猪场养殖废水设计方案吨养猪场养殖废水设计方案 第 1 页 1 1 概述概述 1 11 1 项目概况项目概况 建设单位 建设地点 院内 为新建生猪养殖企业 根据此项目环境影响评价报告书的内容 采用干清粪工艺 粪便回收后用于堆肥产沼气发电 每天产生废水量 为 500 吨 天 为适应市场发展 响应国家号召 贯彻执行环境保护的国策 企 业在发展的同时 十分注重环保事业的发展 针对养猪废水水质特性 以及当地环境行政部门及业主最终实现污水排放的要求 受的委托 我公司对此进行了深入细致的调查研究 应用先进的废水处理技术 并结合自己处理同类废水的工程实例及工程经验 经过充分的技术经 济论证 提出了本废水处理工程设计方案 供参考选用 2 2 废水特点废水特点 养猪场采用干清粪工艺 为新建项目 结合我公司在养猪行业的 治理经验 废水中的主要污染物为 COD NH3 N SS TP 粪大肠菌群 猪粪等 其沼气池出水水质特点为 污染物种类较多 成分较复杂 COD NH3 N 悬浮物 TP 粪大肠杆菌 猪粪等 CODcr 浓度高 废水中含有清理不完全的猪粪 废水中的 SS 高 造成 CODcr 浓 度高 CODcr 浓度高达 10000mg L 15000mg L 去除废水中的猪粪等 SS 后的 CODcr 在 5000mg L 8000mg L 属于高 CODcr 浓度废水 第 2 页 SS 浓度高 由于废水中含有干清粪时没有清理完全的猪粪 SS 浓度高达 0 1 0 3 1000 3000mg L NH3 N 总氮浓度高 废水中的氨氮浓度一般在 200 300mg L 总氮浓度高达 300 800mg L 属于高浓度氨氮废水 TP 浓度高 养猪废水采用干清粪工艺废水中的 TP 浓度在 30 50mg L 属于高 含磷废水 根据相同行业工程经验 废水中含有粪大肠杆菌等细菌 废水中含有大量的猪粪残留物 含有大量的粪大肠杆菌 蛔虫等 微生物 C N 基本能满足废水生物脱氮的要求 生物脱氮理论 CODcr NOX N 2 86 但一般认为生物脱氮要求 C N 3 5 根据废水的水质特点 废水需要采用厌氧处理降低废水的 CODcr 的污染物 然后再进行脱氮处理 废水经厌氧处理后废水中的 CODcr 大幅降低 氨氮浓度降低较少 废水中的总氮转化为氨氮转化 为氨氮表现出来 造成废水中的氨氮浓度不降低很少或升高 根据工 程经验 养猪废水经过滤厌氧处理后废水中的 CODcr 1200 2000mg L 氨氮浓度为 400 700mg L C N 1 5 3 基本能满足生物脱氮的要求 但是直接采用生物脱氮 耗氧量 耗碱量较大 运行费用较高 厌氧处理后的废水中悬浮物不易沉降 此废水经厌氧反应器处理后废水中含有的悬浮物多为沼气池内流 失的厌氧菌种 厌氧菌消耗废水中的 COD 产生沼气附着在悬浮物的表 面 使悬浮物不易沉降 第 3 页 3 3 设计原则和依据设计原则和依据 3 13 1 设计依据设计依据 环境影响评价报告书 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 5 月 中华人民共和国水污染防治法实施细则 1989 年 7 月 污水综合排放标准 GB8978 1996 畜禽养殖业污染物排放标准 二次征求意见稿 畜禽养殖业污染治理工程技术规范 HJ497 2009 畜禽养殖业污染治理工程技术指南 2014 城镇污水处理厂污染物排放标准 GB18918 2002 建筑给水排水设计规范 GB50015 2003 室外排水设计规范 GB50014 2006 环境工程手册水污染防治卷 给排水工程构筑物设计规范 GB50069 2002 水处理设备制造技术条件 JB2932 工业企业设计卫生标准 TJ36 79 混凝土结构设计规范 GB50010 2002 砌体结构设计规范 GB50003 2001 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 建筑桩基技术规范 JGJ94 94 建筑设计防火规范 GB50016 2006 建筑抗震设计规范 GB50011 2001 建筑灭火器配置设计规范 GBJ140 90 97 修订版 第 4 页 工业企业总平面设计规范 GB50187 93 低压配电设计规范 GB50054 95 供电系统设计规范 GB50050 95 工业与民用供配电系统设计规范 GB50052 95 低压配电装置及线路设计规范 GB50054 95 通用用电设备配电设计规范 GB50055 93 供配电系统设计规范 GB50052 95 给水排水工程构筑物结构设计规范 GB50069 2002 给水排水构筑物施工及验收规范 GBJ141 90 给水排水管道工程施工及验收规范 GB50268 97 压缩机 风机 泵安装工程施工及验收规范 GB50275 98 工业建筑防腐蚀设计规范 GB50046 95 工业企业噪声控制设计规范 GBJ87 85 砼结构设计规范 GB50010 2002 给排水制图标准 GB T50106 2001 总图制图标准 GB T50103 2001 建筑制图标准 GB50104 2001 其他有关设计规范 3 23 2 设计原则设计原则 1 认真贯彻国家关于环境保护的方针和政策 符合国家的有关 法规 规范 处理排放的污水水质符合国家和地方的有关排放标准和 规定 2 本着使该废水处理设施运行稳定 出水达标的指导思想 结 合废水水质特点 积极稳妥地引进 采用先进的污水处理和污泥处理 的新工艺 新技术和新材料 达到技术与经济性能俱佳的效果 第 5 页 3 采用先进的节能技术 电气控制尽可能实现自动化 最大限 度地简化运行操作 保证出水水质的稳定 降低人工操作的劳动强度 降低污水处理站的能耗及运行成本 4 工艺流程先进 简洁 可靠 便于操作管理 设计时尽可 能采用自流的布置方式 减少提升次数 节约提升能耗 5 在设备配置和安装设计中 在保证功能的前提下 力争简化 设备配置数量 并要求做到合理安装 检修便利 减少维修频率 降 低维修成本和费用 6 根据用户的意见 科学合理地利用土地资源 确保布局合理 通道畅通 装饰与绿化与附近环境协调匹配 7 确保整个系统一次性调试成功 正常运行 各方面都能达到 验收合格 何一种处理工艺的优缺点都是相对的 所以我们根据实际情况进 行最优化设计 因地制宜地选择适合实际情况的工艺方案 第 6 页 4 4 工程范围工程范围 本工程范围自污水处理站进水格栅井起 到污水处理站接触消毒 池出水口止 其内容包括格栅井 调节池 初沉池 中间水池 1 厌 氧反应器 吹脱调节池 混凝沉淀池 五段式生化综合池 厌氧池 缺氧 1 池 好氧 1 池 缺氧 2 池 好氧 2 池 二沉池 接触消毒池 污 泥储池 鼓风机房 配电中控室 化验值班室 消毒机房 污泥脱水 间及其他辅助等所有建 构 筑物 污水处理站内设备 污水污泥管 道的安装调试 包括控制柜以及相关的电路连接等 我方工程范围 a 设备和土建构筑物的设计 b 工艺设计和电气设计 c 污水处理设施的所有设备制造 运输及安装 d 自污水处理站总进口到污水处理站出水口的所有管件连接 e 配电箱至各电器件的安装和线路连接 f 仪器仪表 包括手工分析仪表 的配置和安装 g 整套工程的联动调试至出水合格 h 提供活性污泥及各种药剂 物料的采购指标 数量 i 免费培训操作人员 协同编制操作规程 同时做有关运行记 录 为今后的设备维护 保养 提供有力的技术保障 第 7 页 5 5 设计水量 进出水水质设计水量 进出水水质 5 15 1 废水设计水量废水设计水量 根据 环境影响评价报告书 内容 本工程废水处理设计水量为 500m3 d 20 83m3 h 5 25 2 废水设计进水水质废水设计进水水质 根据我公司在养猪废水处理行业的工程经验 确定本工程的设计 进水水质如下表 指标 CODcrBOD5NH4 NTNTP 悬浮物 pH 单位 mg Lmg Lmg Lmg Lmg Lmg L 无量纲 设计进水 10000 4000 300 700 40 20006 9 5 35 3 废水排放要求废水排放要求 畜禽养殖业污染物排放标准 GB18596 2001 已经发行近 15 年的时间 已经二次征求意见修改此标准 所以为避免建设单位建造 后短时间内再次改造增加投资及运行费用 本次设计出水水质达到 畜禽养殖业污染物排放标准 二次征求意见稿代替 GB18596 2001 中规定的标准 并满足对本污水处理工程的出水水质要求 具 体设计出水水质如下 指标 CODcrBOD5NH3 NTNTPSS 粪大肠菌群属 pH 单位 mg Lmg Lmg Lmg Lmg Lmg L 个 100ml无量纲 设计出水 1002025503 070100 6 9 二次意见要求 1504040705 01501000 6 9 第 8 页 6 6 工艺工艺选择与确定选择与确定 6 16 1 污水处理工艺方案选择的原则污水处理工艺方案选择的原则 作为企业基础设施的重要组成部分和水污染控制的关键环节 污 水站的建设和运行意义重大 由于污水处理工程的建设及运行不但耗 资较大 而且受多种因素的制约和影响 其中处理工艺方案的优化选 择 对于污水处理站的建设 确保污水处理站的处理效果和降低运行 费用发挥着至为重要的作用 因此有必要根据确定的标准及一般原则 从整体优化的观念出发 结合设计规模 污水水质特性以及当地的实 际条件和要求 选择技术可行 经济合理的处理工艺技术 500 吨 天生活污水处理厂的处理工艺方案的确定将遵循以下原则 1 符合本项建设单位治污的各项规定和要求 2 污水站所选工艺应最大程度地减少气味 噪声 气雾等因 素对周围环境的不良影响 3 采用处理效果稳定 成熟 可靠 运行管理方便的处理工 艺 4 工艺控制调节灵活 提高自动化程度 5 在达到出水标准的前提下 不仅要减少工程投资 更要降 低日常运行费用 6 整体工艺协调优化 7 污水处理工艺的确定应与污泥处理和处置的方式结合起来 考虑 污水处理站排出的污泥应易于处理和处置 8 为了提高污水处理的管理水平 实现科学现代化的管理 同时充分考虑企业的实际情况 采用先进可靠的自动化控 第 9 页 制及仪表检测系统 9 充分利用现有地形 合理布局 减少占地 6 26 2 污水生物处理可行性分析污水生物处理可行性分析 1 污水生物可行性分析 BOD5 CODcr 衡量指标 BOD5和 CODcr 是污水生物处理过程中常用的两个水质指标 用 BOD5 CODcr 值评价污水的可生化性是广泛采用的一种最为简易的方法 一般情况下 BOD5 CODcr 值越大 说明污水可生物处理性越好 综合 国内外的研究成果 可参照下表中所列的数据来评价污水的可生物降 解性能 污水可生化性评价参考数据表 3 BOD5 CODcr 0 450 30 0 450 20 0 30 0 30 可生化性好较好较难不宜 本项目污水处理站进水水质 BOD5为 6000mg L CODcr 为 15000mg L BOD5 CODcr 0 4 属于较好生物降解范畴 2 污水生物脱氮可行性分析 BOD5 TN 衡量指标 该指标是鉴定能否采用生物脱氮的主要指标 由于反硝化细菌是 在分解有机物的过程中进行反硝化脱氮的 在不投加外来碳源条件下 污水中必须有足够的有机物 碳源 才能保证反硝化的顺利进行 从理论上讲 BOD5 TN 2 86 就能进行脱氮 但一般认为 BOD5 TN 3 5 即可认为污水有足够的碳源供反硝化菌利用 本工程 BOD5为 4000mg L NH3 N 为 300mg L TN 为 700mg L BOD5 TN 4000 700 5 70 属于碳源充足的污水 根据以上分析 本工程易采用生物法对污水进行脱碳 脱氮处理 第 10 页 3 污水生物除磷可行性分析 BOD5 TP 衡量指标 该指标是鉴定能否采用生物除磷的主要指标 废水中的磷以三种 状态存在 有机磷 正磷酸盐 聚合磷 生物除磷主要由一类统称为 聚磷菌的微生物完成 由于聚磷菌能在厌氧状态下同化发酵产物 使 得聚磷菌在生物除磷系统中具备了竞争优势 在厌氧状态 兼性菌将 溶解性有机物转化为挥发性脂肪酸 聚磷菌把细胞内聚磷水解为正磷 酸盐 并从中获得能量 吸收污水中的易降解的 CODcr 同化为细胞 内碳能源存储物聚 羟基丁酸或 羟基戊酸等 在好氧或缺氧状 态下 聚磷菌以分子氧或者化合态氧作为电子受体 氧化代谢内贮物 质 PHB 或 PHV 等 并产生能量 过量地从无水中摄取磷酸盐 能量以 高能物质 ATP 的形式存贮 其中一部分有转化为聚磷 作为能量贮于 胞内 通过剩余污泥的排放实现高效生物除磷目的 由于厌氧除磷是在分解有机物的过程中进行厌氧除磷的 在不投 加外来碳源条件下 污水中必须有足够的有机物 碳源 才能保证 聚磷菌厌氧状态下释放足够的磷 并为后续好氧状态下的聚磷做准备 保障除磷的顺利进行 从理论上讲 BOD5 TP 17 就能满足生物除磷 的要求 本工程 BOD5为 4000mg L 经厌氧处理后废水中的 BOD5为 750mg L 经石灰除磷后 TP 为 5mg L BOD5 TP 750 5 25 属于碳源充 足的污水 满足生物除磷的碳源要求 6 36 3 废水中污染物处理方法概述废水中污染物处理方法概述 废水处理通常可选用生物法 化学法及物理化学法等 污水处理 中 不同的污染物是经不同的方式去除的 污染物的去除决定了污水 处理工艺流程 各种污染物去除原理和方法如下 6 3 1 悬浮物的去除 第 11 页 污水中 SS 的去除主要靠沉淀 过滤作用 污水中的无机颗粒和 大尺寸的有机颗粒靠自然沉淀作用就可以去除 小尺寸的有机颗粒靠 微生物的降解作用去除 而小尺寸的无机颗粒 包括尺寸大小在胶体 和亚胶体范围内的无机颗粒 则要靠活性污泥絮凝体的吸附 网捕作 用 与活性污泥絮体同时沉淀去除 污水站出水中悬浮物浓度涉及到出水 SS 指标 还因为组成出水 悬浮物的主要是活性污泥絮凝体 其本身的有机成分就很高 因此对 出水的 CODcr BOD5 TP 等指标也有直接影响 所以控制污水处理厂 出水的 SS 指标是最基本的 也是很重要的 为了降低出水中的悬浮物浓度 需要在工程中采用适当的措施 例如采用适当的污泥负荷值以保持活性污泥的凝聚及沉降性能 采用 较小的二次沉淀池的表面负荷 采用较低的出水堰负荷 充分利用活 性污泥悬浮层的吸附 网捕作用等 6 3 2 BOD5的去除 污水中的 BOD5的去除是靠微生物的吸附作用和微生物的代谢作用 然后对污泥与水进行分离完成的 活性污泥中的微生物在有氧的条件下将污水中的一部分有机物用 于合成新细胞 将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所 需的能量 其最终产物是 CO2和 H2O 等稳定物质 这也就是污水中 BOD5的降解过程 在这种合成代谢与分解代谢过程中 溶解性有机物 例如低分子有机酸等易降解有机物 直接进入细胞内部被利用 而 非溶解性有机物则首先被吸附在微生物表面 然后备酶水解溶解后进 入细胞内部被利用 由此可见 微生物的好氧代谢作用对污水中的溶 解性有机物和非溶解性有机物都起作用 并且代谢产物是无害的稳定 物质 因此可以使处理污水中的残余浓度 BOD5很低 BOD5的去除的去 第 12 页 除分为厌氧处理法和好氧处理法 6 3 3 CODcr 的去除 污水中的 CODcr 去除与 BOD5基本相同 CODcr 的去除率取决于原 污水的可生化性 他与废水的组成有关 对于此养殖废水 其 BOD5 CODcr 比值往往接近 0 4 其污水的可 生化性较好 出水中的 CODcr 值可以控制在较低的水平 6 3 4 氮的去除 含氮化合物在水体中的转化分为三步 第一步是含氮化合物如蛋 白质 多肽 氨基酸和尿素等有机氮转化为无机氨氮 第二步是氨氮 的亚硝化和硝化 第三步是硝态氮的反硝化转化为氮气 这三步转化 反应都是在微生物作用下进行的 第一步在水解 异养菌的作用下进 行 第二部在好氧环境中利用硝化菌及亚硝化菌进行硝化反应完成 第三部在缺氧环境中利用反硝化细菌利用有机物为电子供体转化完成 在缺氧的水体中 硝化反应不能进行 可在反硝化细菌的作用下 产 生反硝化作用 因此 污水的脱氮是有硝化和反硝化两个生化过程产 生的 污水在有氧条件下进行硝化 有机氮被细菌分解成氨氮 氨氮 进一步转化为硝态氮 然后在缺氧条件下 硝态氮还原成氮气溢出 从而达到去除总氮的目的 此废水中含有大量的有机氮 在厌氧生化 的过程中 废水中的有机氮转化为氨氮 同时通过微生物的增长去除 废水中的氨氮 6 3 4 磷的去除 废水中的总磷包括 正磷酸盐 有机磷 聚磷酸盐 焦磷酸盐 偏磷酸盐 其中主要以正磷酸盐 有机磷 聚磷酸盐为主 除磷方法 分为生物除磷法及化学除磷法 生物除磷分为三步 1 厌氧区 生物 除磷菌获得 VFAs 并将其运送到细胞内 通化成胞内碳能源存储物聚 第 13 页 羟基丁酸 聚羟基戊算 所需的能量来自于聚磷的水解以及细胞内糖 的酵解 并导致磷酸盐向体外释放 2 好氧区 细菌以聚磷的形式存 贮超出生长需求的磷量 通过 PHB PHV 的氧化代谢产生能量 用于磷 的吸收和聚磷的合成 能量以聚磷酸高能键的形式捕捉存贮 磷酸盐 从溶液相中去除 合成新的贮磷菌细胞 产生富磷污泥 3 剩余污泥 排放 通过剩余污泥的排放 将磷从生物除磷系统除去 好氧吸收磷 的前提条件是混合液必须经过磷的厌氧释放 在有效磷释放过程中 磷的厌氧释放可使微生物的好氧吸收磷的能力大大提高 好氧吸收磷 速度的不是由厌氧释放磷速度不同引起的 厌氧段放磷速度大 释磷 放量大 合成的 PHB 就多 那么在好氧段时分解 PHB 而合成的聚磷酸 盐速度就较大 所以表现出的好氧吸收磷的速度也就大 化学除磷 化学除磷通常采用投加铁盐及铝盐 石灰成成羟基磷 酸盐进行化学除磷 除磷效率较高 但是运行费用增加 由于本工程废水中的总磷浓度高达 40mg L 单独采用生物除磷工 艺不能保障废水中总磷的达标排放 需要对废水中总磷进行预处理降 低后进行生物除磷 所以本工程采用化学除磷和生物除磷相结合的工 艺对废水中的总磷进行去除 6 46 4 污水预处理工艺的选择污水预处理工艺的选择 本工程废水预处理采用如下措施 细格栅 本工程采用机械细格栅对废水中的大颗粒物质及纤维状 污染物进行去除 选择原因如下 采用干清粪工艺 但是废水中还残 留较多的猪粪等悬浮物以及纤维状的污染物 如果不达到去除回堵塞 后续调节池内潜水排污泵 影响污水处理站的正常稳定运行 调节池 调节废水的水质水量 选择原因如下 废水的排放为间 第 14 页 歇排放且废水中各项污染物浓度变化较大 如果不对废水的水质水量 进行调节 会造成后续处理单元的稳定运行 影响出水的稳定达标运 行 初沉池 对废水中泥沙 粪污进行沉淀分离 废水中含有的泥沙 会对后续厌氧及好氧生化处理系统造成淤积 粪污在废水中以 CODcr 及氨氮 总磷的形式表现出来 如果不先行去除 后续的厌氧系统及 AO 生化处理单元的设计负荷很大 造成工程总投资大大的增加 运行 废水大大增加 厌氧反应后针对废水中的 SS 及高氨氮的预处理方法 吹脱调节池 投加石灰乳调节废水的 PH 10 5 12 曝气吹脱废水 中的氨氮 石灰乳同时起到混凝沉淀的作用 厌氧反应器出水中含有 厌氧菌种 此悬浮物不易沉降 需要对其曝气破坏菌种的活性 混凝沉淀池 沉淀废水中的羟基磷酸盐及其他沉淀物 6 56 5 厌氧处理工艺选择厌氧处理工艺选择 污水处理站的工艺选择应根据现状工艺条件 进水水质 出水要 求 污水站建设规模 污泥处理方法 气象环境条件及技术管理水平 工程地质等因素综合考虑后确定 6 5 1 厌氧处理方法介绍 为了强化处理效果和极大的减轻后续单元的处理负荷 满足好氧 生物处理的要求 设置厌氧生化处理是必须的 厌氧 水解酸化都经 常用作好氧的前置处理工艺 由于本项目的废水有机物较高 初沉池沉淀粪便后 COD 高达 7000mg L 只能采用厌氧生物处理工艺 否则处理系统很难达到排 放标准 第 15 页 1 厌氧生化法与好氧生化法相比具有下列优点 1 应用范围广 好氧法因供氧限制一般只适用于中 低浓度有机废水的处理 而 厌氧法既适用于高浓度有机废水 又适用于中 低浓度有机废水 有 些有机物对好氧生物处理法来说是难降解的 但对厌氧生物处理是可 降解的 如固体有机物 着色剂蒽醌和某些偶氮染料等 2 能耗低 好氧法需要消耗大量能量供氧 曝气费用随着有机物浓度的增加 而增大 而厌氧法不需要充氧 而且产生的沼气可作为能源 废水有 机物达一定浓度后 沼气能量可以抵偿消耗能量 实践表明 当原水 COD 达到 2500 mg L 时 采用厌氧处理即有能量剩余 有机物浓度愈 高 剩余能量愈多 一般厌氧法的动力消耗约为性污活泥法的 1 10 3 负荷高 通常好氧法的有机容积负荷为 2 4kgBOD m3 d 而厌氧法为 2 10kgCOD m3 d 高的可达 50kgCOD m3 d 4 剩余污泥量少 且其浓缩性 脱水性良好 好氧法每去除 1kgCOD 将产生 0 4 0 6kg 生物量 而厌氧法去除 1kgCOD 只产生 0 02 0 1kg 生物量 其剩余污泥量只有好氧法的 5 20 同时 消化污泥在卫生学上和化学上都是稳定的 因此 剩余 污泥处理和处置简单 运行费用低 甚至可作为肥料 饲料或饵料利 用 5 氮 磷营养需要量较少 好氧法一般要求 BOD N P 为 100 5 1 而厌氧法的 BOD N P 为 100 2 5 0 5 对氮 磷缺乏的工业废水所需投加的营养盐 第 16 页 量较少 6 厌氧处理过程有一定的杀菌作用 可以杀死废水和污泥中的寄生虫卵 病毒等 7 厌氧活性污泥可以长期贮存 厌氧反应器可以季节性或间歇性运转 与好氧反应器相比 在停 止运行一段时间后 能较迅速启动 2 厌氧污水处理法也存在下列缺点 1 厌氧微生物增殖缓慢 因而厌氧设备启动和处理时间比好 氧长 2 出水往往达不到排放标淮 需要进一步处理 故一般在厌 氧处理后串联好氧处理 3 厌氧处理系统操作控制因素较为复杂 3 本次所选工艺的独特性 根据我公司在食品 医药工业废水中的大量工程实践和提炼的理 论数据 在工程设计中对厌氧经典工艺进行了特定的卓有成效的优化 设计 1 配水装置出口处的要求和配水均匀性 长期运行中的厌氧经典工艺中会有 鸟粪石 的产生 厌氧工艺 底部适宜位置的进水既能保证进水与污泥的充分接触又能防止难降解 残留物堵塞进水管道 本次工程中采用特殊的配 布水系统以保证布 水装置出口处的水力学要求和确保配水的均匀性 2 合理利用内循环特征 养殖废水处理工程中 COD 较高 可生化性好 内循环量较大 内 循环的合理利用将大大提高污泥和废水的接触效率与厌氧反应器的抗 冲击负荷的能力 第 17 页 3 三相分离器的选用 废水的性质和类型不同 所采用的三相分离器必需与之相适应 由于该种强化工艺存在部分污水回流 反应器内污水上升流速较经典 UASB 工艺高 故采用相应的高效的三相分离器以确保反应器内有效污 泥的浓度 根据气 固 液三相分离的要求 三相分离器设计要点 从沉淀角度考虑 沉淀器的斜角 集气器的倾角 应该在 45 60 集气室隙缝部分的面积应该占反应器全部面积 15 20 在集气室内应该保持气液界面以释放和收集气体和阻止浮渣层 的形成 反射板与隙缝之间的遮盖应该在 100 200 mm 以避免上升气 泡进入沉淀室 在出水堰之间应该设置浮渣挡板 通过以上比较分析 本项目厌氧采用通过以上比较分析 本项目厌氧采用 ICIC 反应器 反应器 6 66 6 脱氮工艺脱氮工艺选择选择 目前现有的氨氮污水处理方法主要有空气吹脱法 氯化法 离子 交换法 中空纤维微孔膜法 生物法 6 6 16 6 1 空气吹脱法空气吹脱法 废水中的氨氮大多以铵离子 NH4 和游离氨 NH3 保持平衡的状态 而存在 其平衡关系如下式所示 NH3 H20 NH4 OH 这个关系受 pH 值的影响 当 pH 值高时 平衡向左移动 游离氨 的比例增大 常温时 当 pH 值为 7 左右时氨氮大多数以铵离子状态 存在 而 pH 为 11 左右时 游离氨大致占 90 第 18 页 当水的 pH 值升高 呈游离状态的氨易于逸出 若加以搅拌 曝 气等物理作用更可促使氨从水中溢出 氨氮吹脱系统有吹脱池和吹脱 塔两种 在实际工程中大多采用吹脱塔 吹脱塔的构造一般采用气液 接触装置 在塔的内部填充材料 用以提高接触面积 通常以石灰作 为碱剂处理 经石灰调节 pH 值后的水从塔的上部淋洒到填料上而形 成水滴 顺着填料的间隙次第落下 与由风机从塔底向上或水平方向 吹送的空气逆流接触 完成传质过程 使氨由液相转为气相 随空气 排放 完成吹脱过程 由于用石灰调节 pH 值容易造成填料系统堵塞 使整个吹脱系统瘫痪 采用烧碱可以解决吹脱塔的堵塞问题 但是采 用烧碱调节废水的 PH 碱液运行成本太高 采用吹脱池进行氨氮吹脱 效率较吹脱塔较低 占地面积较大 需要的池容较大 土建投资增大 但是采用氨氮吹脱池可以采用生石灰调节废水的 PH 从而运行费用大 大降低 利用 NH4 OH NH3 H2O 将氨氮废水的 pH 值调至 10 5 11 5 后 送入吹脱塔内用空气吹脱 其脱氮率可达 80 95 该法的优点是设 备简单 可靠性高 缺点是会造成对大气的二次污染 且出水 pH 值 较高 费用较高 6 6 26 6 2 折点加氯法折点加氯法 先将氨氮废水的 pH 值调至 8 0 10 5 然后加入摩尔比 3 2 的 次氯酸盐 使水中氨转化成游离氮而去除 再将 pH 值调回中性 此 法的优点是去除率高 设备简单 且不受进水氨浓度的影响 缺点是 有可能生成氯胺等其他毒物 出水中含有氯和硝酸根离子 水中有机 物同时消耗较多的氯 6 6 36 6 3 离子交换法离子交换法 氨氮废水经滤床过滤去除悬浮物后送入阳离子交换器 水中的 第 19 页 NH4 与阳离子交换树脂中的 H 交换而去除 使出水达标 吸附交换近 饱和的树脂可用硫酸进行再生 出来的再生废液含有硫酸铵 需进行 提浓加工回收产品 无机离子交换法的离子交换剂是天然斜发沸石 沸石是一种含有 结晶水的碱金属和碱土金属的硅铝酸盐 它具有特殊的离子交换特性 对污水中的 NH4 具有很好的选择性 以粒度为 20 40 目的天然斜发 沸石作为无机离子交换剂 吸附污水中的氨氮 从而达到净化污水 NH3 N 的目的 对于联碱工艺 可以采用饱和盐水 NaCl 饱和溶液 洗脱使沸石再生 并回收氨氮 如此吸附 再生 洗脱 不断循环 是利用离子交换工艺治理污水中 NH3 N 的主要技术原理 此法的优点是工艺流程较简单 去除率高 缺点是再生废液的处 理较麻烦 处理费用较高 且对有机物无法同时去除 6 6 46 6 4 中空纤维微孔过滤法中空纤维微孔过滤法 氨氮废水先经滤床过滤除去悬浮物后进入中空纤维微孔膜过滤装 置 利用聚偏氟乙烯中空纤维孔膜的膜分离特性将水中的 NH3分离出 来 达到脱氮功效 失效后的微孔膜需用酸再生 此种方法目前尚处 于小试和中试阶段 它的最大问题就是再生液难于回收利用 6 6 56 6 5 电催化高级氧化法电催化高级氧化法 20 世纪 80 年代发展起来的电催化高级氧化技术能在常温常压下 通过有催化活性的电极反应直接或间接产生氧化中间物 从而有效去 除污染物 电催化氧化法去除氨的原理是 废水进入电解系统以后 在不同 条件下 在阳极上可能以不同途径发生氨的氧化反应 1 氨的直接 电氧化 即氨直接参与电极反应 被氧化成氮气脱除 2 氨的间接 电氧化反应 即通过电极反应 生成氧化性物质 该物质再与氨反应 第 20 页 使氨降解 脱除 缺点是电耗大 6 6 66 6 6 化学沉淀法化学沉淀法 加入沉淀剂 使氨氮生成难溶复盐 MgNH4PO4 6H2O 简称 MAP 沉 淀除去 MAP 作肥料回收利用 缺点是加入的磷盐往往造成出水磷的 超标 6 6 76 6 7 生物处理法生物处理法 主要是利用生物的硝化过程和反硝化过程 实现对氨氮的生物降 解去除 反应方程式如下 2NH4 3O2 2NO2 4H 2H2O 亚硝化反应 2NO2 O2 2NO3 硝化反应 6NO3 5CH3OH 5CO2 2N2 7H2O 6OH 反硝化反应 生物法能较彻底的脱除废水中的氨氮 且不会造成二次污染 目 前国内高含氨氮废水处理基本上都采用 A O 硝化反硝化流程单独处理 或与化学法 物理法相结合进行处理 生物法污水处理又可分为活性污泥法和生物膜二种 生物膜法采 用填料或滤料经挂膜提高微生物单位体积的密度可大大提高容积负荷 占地面积小 但在实际运行控制过程中广泛存在池型复杂 控制困难 膜易积存 滤料流失 水流短路以及氧化池底布气管检修不便 填料 堵塞 板结等问题 活性污泥法同生物膜法相比 具有处理效率高 处理效果好 运行稳定 运转经验丰富 环境良好等优点 因此 生 物活性污泥法是其中的首选方案 在国内外亦被普遍采用 1 生物脱氮工艺的历史 从 60 年代开始 美国曾系统地进行了脱氮物化处理方法研究 结果认为用物化法的缺点是耗药量大 污泥多 经济上不合算 因此 着手研究生物法脱氮 第 21 页 从 70 年代开始 采用活性污泥法脱氮己逐步实现工业化流程 1977 年正式命名为 A O 法 A A O 法是在其基础上进一步研究开发而 成的生物脱氮工艺流程 我国从 80 年代初开始开展生物脱氮研究 在 80 代后期实现工业 化流程 目前常用的生物脱氮处理工艺有 A A O 法 SBR 法 氧化沟 法等 均取得较好效果 后期 SBR 法中演变成采用 CASS 法 氧化沟法改良为带有沉淀槽 的三槽式氧化沟等 2 生物脱氮工艺基本原理 生物脱氮是利用自然界氮的循环原理 采用人工方法予以控制 首先 污水中有机氮 蛋白氮等在好氧条件下转化成氨氮 而后由硝 化菌变成硝酸盐氮 这个阶段称为好氧硝化 随后在缺氧条件下 有 反硝化菌作用 并有外加碳源提供能量 使硝酸盐氮变成氮气逸出 这阶段称为缺氧反硝化 整个生物脱氮过程就是氮的分解还原反应 反应能量从有机物中获取 在硝化与反硝化过程中 影响其脱氮效率 的因素是温度 溶解氧 pH 值以及反硝化碳源等 生物脱氮系统中 硝化菌增长速度缓慢 所以 要有足够污泥泥 龄 反硝化菌的生长主要在缺氧条件下进行 并要有充裕的碳源提供 能量 才可促使反硝化作用顺利进行 由此可见 生物脱氮系统中硝化与反硝化反应需要具备如下条件 硝化阶段 足够的溶解氧 DO 值 2mg l 以上 合适的温度 最好 20 不低于 10 足够长的污泥泥龄 合适的 pH 条件 反硝化阶段 硝酸盐的存在 缺氧条件 DO 值 0 2mg L 左右 充 足的碳源 能源 合适的 pH 条件 第 22 页 通过上述原理 可组成缺氧与好氧池 即所谓 A O 系统 按照上述分析 通过进水水质分析 确定可以采用生物脱氮工艺 对污水进行脱氮 按照上述分析对比及厌氧反应器出水水质按照上述分析对比及厌氧反应器出水水质 PH 6PH 6 8 CODcr 1500mg L NH8 CODcr 1500mg L NH4 4 N 600mg L N 600mg L 本方案采用吹脱池 本方案采用吹脱池 生物法对污水进行脱氮处理 吹脱池采用投加生石灰调节废水的生物法对污水进行脱氮处理 吹脱池采用投加生石灰调节废水的 PHPH 至至 10 510 5 1212 经吹脱池吹脱后废水的 经吹脱池吹脱后废水的 PHPH 降至降至 8 8 9 9 进入后续的生物 进入后续的生物 脱氮系统 调高的废水脱氮系统 调高的废水 PHPH 能补充生物脱氮产生的酸 从而达到平衡 能补充生物脱氮产生的酸 从而达到平衡 吹脱后氨氮降低至吹脱后氨氮降低至 300mg L300mg L 左右 左右 C N 1200 300 4 C N 1200 300 4 基本满足生物脱基本满足生物脱 氮的要求 不需额外补充碳源 氮的要求 不需额外补充碳源 6 76 7 生物脱氮处理单元选择生物脱氮处理单元选择 本项目污水中氨氮含量高 出水对氨氮指标要求也比较高 比较 常用的 比较实用的方法有 A O 法 SBR 氧化沟法 MBR 法等 生物脱氮是利用自然界氮的循环原理 采用人工方法予以控制 首先 污水中有机氮 蛋白氮等在好氧条件下转化成氨氮 而后在硝 化菌作用下变成硝酸盐氮 这个阶段称为好氧硝化 随后在缺氧条件 下 由反硝化菌作用 并由外加碳源提供能量 使硝酸盐氮变成氮气 逸出 这阶段称为缺氧反硝化 整个生物脱氮过程就是氮的分解还原 反应 反应能量从有机物中获取 在硝化与反硝化过程中 影响其脱 氮效率的因素是温度 溶解氧 pH 值以及反硝化碳源等 生物脱氮系统中 硝化菌增长速度缓慢 所以 要有足够污泥泥 龄 反硝化菌的生长主要在缺氧条件下进行 并要有充裕的碳源提供 能量 才可促使反硝化作用顺利进行 主要是利用生物的硝化过程和 反硝化过程 实现对氨氮的生物降解去除 异化反应方程式 第 23 页 2NH4 3O2 2NO2 4H 2H2O 亚硝化反应 2NO2 O2 2NO3 硝化反应 NH4 2O2 NO3 2H H2O 6NO3 5CH3OH 5CO2 3N2 7H2O 6OH 反硝化反应 同化反应方程式 NH4 1 86O2 1 98HCO3 0 98NO3 0 0206C5H7O2N 1 88H2CO3 1 04H2O NO3 1 08CH3OH 0 24H2CO3 0 06C5H7O2N 0 47N2 1 68H2O HCO3 生物法能较彻底的脱除废水中的氨氮 且不会造成二次污染 6 7 16 7 1 SBRSBR 法法 1901 年英国 Ardern 和 Lockett 在其试验成功的基础在世界化学 学报上首先发表了一篇重要的科研报告 介绍了在单一的反应器内将 空气注入污水中 将其所产生的污泥进行循环并按间歇方式运行 就 得到良好的污水净化效果 从试验成果 诞生了活性污泥法 70 年代 以来 活性污泥法一直处于污水生化处理的主导地位 活性污泥法虽 然处理效率很可观 但是由于当时的监控和检测技术的限制 SBR 法 未得到广泛应用 80 年代起 由于西欧各国财政上的原因 迫使环保 事业着眼于低投资低能耗 后来由于程控技术 电子计算机技术的发 展 一些水质仪表如溶氧测定仪等的发明 于是 SBR 法又得到了重视 日本 美国 澳大利亚 法国等国家开始了高层次重新研究间歇活性 污泥法 被命名为序批式活式污泥 Sequencing Batch Reactor 简称 SBR 根据 SBR 工艺运行模式 其操作由进水 曝气反应 沉淀 排 出和闲置 5 个基本过程 从进水至闲置之间的工作时间为一个周期 在一个周期内的 5 个过程都在一个反应池内按程序完成 整个处理系 统可以通过二个或二个以上的反应池进行组合交替完成 由于 SBR 工 第 24 页 艺流程短 反应过程在一个池内按时间程序完成 所以在时间程序中 进水阶段可以降低曝气强度使池内产生缺氧状态 而曝气阶段的时间 可根据实际反应时间而定 通过时间顺序可以对缺氧 好氧的比例进行调整 使处理系统更 适应水质的变化和达到期望的出水标准 通过时间程序可控制沉淀出 水水质 根据活性污泥的实际沉淀时间使出水 SS 浓度更低 SBR 法 曝气 沉淀集同一池内 节约了二次沉淀池和污泥回流 系统 但曝气池体积 曝气动力设备均要增加 在中小规模污水处理 中是较好的处理工艺 而且出水中硝氮比较低 不足之处在于 SBR 采用间歇出水 对排水沟渠的要求较高 另外 随着排放 标准的逐渐提高 如需后置深度处理单元 则必须增设缓冲池并增加 一级提升 SBR 及其改进型 CASS 好氧阶段 在空气搅拌下 混合液完全混 合 需氧量随着硝化反应的进行逐渐降低 需要随时调整曝气量 要 求自动化程度高而且准确 实际上往往做不到 造成前期溶解氧低或 适中 后期溶解氧过高 过高的溶解氧造成反应器中原生动物 后生 动物大量繁殖 吃掉菌胶团 污泥浓度降低 抑制硝化反应的进行 这是 CASS 或 SBR 脱氮效果低的主要原因 在缺氧阶段为混合液非完 全混合 效率受到影响 脱氮率较低 没有稀释功能 对高氨氮废水适应性差 6 7 26 7 2 氧化沟法氧化沟法 氧化沟是活性污泥法的一种变型 废水和活性污泥的混合液在环 状的曝气渠道中不断循环流动 具有特殊的循环流态 既是完全混合 式又具有推流式的特征 氧化沟一般在延时曝气条件使用 水和固体 第 25 页 停留时间长 固体总量较多 因而能对进水水质的冲击有一定的缓冲 作用 又因为氧化沟沟内循环量高于进水流量的几十倍甚至上百倍 使其产生较大的稀释能力 当受到水质水量波动的冲击或有毒物质的 影响时能迅速稀释 所以氧化沟具有很强耐冲击负荷能力 适宜处理 高浓度有机废水 氧化沟的曝气装置按点交替分布 而不是全池分布 因而很容易在沟内形成好氧和缺氧交替出现的状态 存在着不同的生 物微环境 可发挥不同微生物的生物特性 氧化沟的构造型式 水流 搅动状态和溶解氧的分布有利于活性污泥的生物凝聚作用 由于泥龄 较长 污泥在氧化沟内有一定好氧稳定性无须进行污泥处理 但氧化 沟的能耗较高 目前氧化沟有很多型式种类 如奥贝尔氧化沟 Passveer 氧化沟 双沟式氧化沟等 卡鲁塞尔氧化沟是众多氧化沟中的一种 近年来国 内外被广泛采用 它除具有氧化沟上述共有的特性外 还有自己不同 的特征 卡鲁塞尔氧化沟采用垂直安装的低速表面曝气机 每组沟渠安装 一个 均安设在一端 因此形成了靠近曝气机下游的富氧区和曝气机 上游及外环的缺氧区 这不仅有利于生物凝聚 使活性污泥易于沉淀 沟深可采用 3 4 5 米 沟内水流速度约为 0 3m s 由于曝气器周围 的局部地区能量强度比传统活性污泥法曝气池中的强度高很多 因此 氧的转移效率大大提高 当有机负荷低时 可以停止某些曝气器的运 行 在保证水流搅拌混合循环流动的前提下 节约能量消耗 卡鲁塞尔氧化沟工艺需设污泥回流系统 将沉淀后的污泥回流到 氧化沟中 使微生物处于平衡状态 剩余污泥进入污泥浓缩池 进行 污泥浓缩 卡鲁塞尔氧化沟的技术特点 第 26 页 卡鲁塞尔氧化沟的技术特点可归纳如下 卡鲁塞尔氧化沟耐水质水量上的冲击负荷较好 限制了沟内丝状菌的过量繁殖 改善污泥沉降性能 出水水质稳定 设备单一数量少且使用寿命长 维修量少 操作管理简单方便 操作维护量小 不需要较高的操作运转水 平 氧化沟的不足之处在于 地面积大 处理效率较低 氧化沟的设计负荷一般较低 基本 上属于全混流反应器 CSTR 对于全混流反应器 理论上反应器内 CODcr 浓度与出水浓度相同 因此反应器始终处于最低效率下工作 能量消耗较高 因为必须维持废水处于不停的流动状态 需要 额外消耗部分能量 6 7 36 7 3 A OA O 法法 A O 工艺称为缺氧 好氧结合系统 美国的 Spector 于 20 世纪 70 年代中期从控制活性污泥法膨胀出 发 研究开发了与 Bardenpho 脱氮工艺类似的 A O 工艺 缺氧和好氧 2 种不同的环境条件及不同功能的微生物菌群能有机配合协作 此工艺 具有抗冲击负荷能力强 运行稳定的特点 A O 工艺不但在城市污水处理中得到了广泛应用 而且在多家养 猪场 化肥厂 焦化厂用于处理高氨氮废水 效果良好 在回流量足 够的条件下可以达到较高的氨氮去除率 6 7 46 7 4 MBRMBR 膜法膜法 膜生物反应器 Membrane Bioreactor 简称 MBR 是膜分离技 术与生物技术有机结合的废水处理技术 它利用膜分离组件的高效截 第 27 页 留性能 进行固液分离 有效的达到了泥水分离的目的 膜的高效截 留作用 可以有效截留硝化菌 使其完全截留在生物反应器内 使硝 化反应得以顺利进行 有效去除氨氮 避免污泥的流失 理论上 膜的清理工作由微生物进行 在提供氧气状态下 微生 物分解污水中含有的绝大部分污染物和营养物质 并转换成生物物质 同时进行膜过滤过程 膜组件在分离界限 38nm 处将处理之后的清液 和活性污泥相分离 因为膜内孔径很小 比人的头发丝细 1500 倍 所有固体物质和细菌 以及几乎大多数病毒都被截留分离 出水水质 达标 通过以上对比 三种方法都可以使污水达标 从实际工程运行看 SBR 脱氮效率最低 MBR 设备少 流程短 但是存在无机颗粒堵塞 清理麻烦 由此造成膜寿命短 A O 适应性比较广 结合公司在河南 省内养殖废水及合成氨化工废水处理经验 本工程生物脱氮工艺采用 五段 Bardenpho 处理工艺 增大硝化液回流比 360 优化缺氧池 的设计 确保反硝化脱氮的效果 增加总氮的去除效率 降低碱液补 充量 从而降低运行费用 双 AO 工艺具有氨氮 总氮去除率高 运 行稳定 特别是冬季 抗负荷冲击能力强 同时具有 COD 去除率高 的特点 备注 工艺设计采用较低的反硝化负荷 使五段备注 工艺设计采用较低的反硝化负荷 使五段 BardenphoBardenpho 工艺工艺 去除去除 CODCOD 彻底 出水总氮浓度低 避免二沉池发生反硝化污泥上浮现彻底 出水总氮浓度低 避免二沉池发生反硝化污泥上浮现 象 造成出水悬浮物增高 象 造成出水悬浮物增高 6 6 8 8 除磷工艺选择除磷工艺选择 6 8 16 8 1 金属盐混凝沉淀除磷金属盐混凝沉淀除磷 磷不同于氮 不能形成氧化体或还原体向大气放逐 但具有以固 体形态和溶解形态相互循环转化的性能 从污水中除磷技术就是以磷 第 28 页 的这种性能为基础而开发的污水除磷技术有 使磷成为不溶性的固体 沉淀物从无水肿分离出去的化学除磷法和使磷以溶解态的微生物所摄 取 与微生物成为一体 并随同微生物从污水中分离出去的生物除磷 法 化学除磷有铝盐除磷 铁盐除磷 石灰除磷 铝离子与正磷酸盐 离子化合 形成难溶的磷酸铝 通过沉淀法加以去除 三价铁离子和 正磷酸盐离子化合 形成难溶的磷酸铁 通过沉淀法加以去除 向含 磷废水中投加石灰 由于形成氢氧根离子 污水的 PH 值上升 与此 同时 污水中的磷与石灰中的钙产生反应 形成羟基磷灰石沉淀物 化学处理除磷效率较高 一般为 60 90 6 8 26 8 2 生物除磷工艺生物除磷工艺 生物除磷是利用微生物中的聚磷菌在好氧状态下过量聚磷 然后 在厌氧状态下释磷 聚磷菌吸收的磷以排放剩余活性污泥的形式排除 生化处理系统 从而完成生物除磷过程 生物除磷要求厌氧释磷时要 有充足的碳源 C TP 17 常见的除磷工艺为 A2 O 及其的变形工艺 包括 UCT MUCT JHB RAO 工艺 五段 Bardenpho 工艺 生物除磷效率通 常在 50 80 之间 本工程的除磷工艺为 石灰除磷本工程的除磷工艺为 石灰除磷 生物除磷 在吹脱调节池内投生物除磷 在吹脱调节池内投 加石灰乳调节废水的加石灰乳调节废水的 PH 10 5PH 10 5 12 12 废水中的磷和石灰反应生成羟基磷废水中的磷和石灰反应生成羟基磷 灰石沉淀物 进行氨氮吹脱后废水灰石沉淀物 进行氨氮吹脱后废水 PHPH 将至将至 8 98 9 然后提升至混凝沉淀 然后提