500吨天奶牛养殖废水处理改造工程设计

500吨/天奶牛养殖废水处理改造工程设计目录500吨/天奶牛养殖废水处理改造工程设计 1设计总说明 3DesignGeneralInformation 4绪论 51. 设计背景 52. 研究领域国内外最新进展及发展趋势 6改造工程现状 8问题分析与解决方案 10工程改造必要性 12解决方案 12可行性分析（工艺优化比选与可行性分析） 13固液分离强化 13工作原理 14性能优势 14固体废物处理 15预期效果 15厌氧池改造 17厌氧池现状 17材料选用依据依据 17沼气生成量计算 17改造方案 18好氧池臭氧催化氧化改造 191. 装置设计： 192. 装置规格 19臭氧发生器： 20曝气器： 20催化剂与承托层 22臭氧催化氧化设备室 22废水处理设施改造后效果 22改造支出与经济效益 22物资购置费用明细 22参考文献 24致谢 25

设计总说明近年来，随着我国经济社会的迅速发展，养殖废水已成为工业废水、生活污水之后的第三大污染源。畜禽养殖业作为农业生产的重要组成部分发展迅猛。目前，规模化养殖成为主流，已基本完成了由传统散养到规模化养殖的积极转变，各种大型养殖场大量涌现，规模化养殖在畜禽养殖业中已占据主要地位。处理奶牛养殖废水的技术主要有：还田技术可使污染物零排放，提高土壤肥力，需要大量土地，可能污染地表水或地下水，也会传播疾病。生态修复技术投资小，能耗低，处理效果不稳定，占地面积大、产气率低、负荷低，也有污染地下水的可能。生化处理技术占地少，受温度变化影响小，投资大，运行费用较高。在实践中，省外有不少成功案例，基本采用厌氧+好氧+氧化塘工艺，。目前针对不同地区不同水质的奶牛养殖废水，如何经济高效地进行处理成为首要问题，创新技术成为处理养殖废水的瓶颈。应采用优化组合工艺，扬长避短，达到有效处理废水的目的，促进奶牛养殖业与环境的协调发展。所处不同地区的奶牛养殖场，其产生的养殖废水水质有较大差异。在奶牛养殖场行业中，普遍采用“隔渣+厌氧+好氧+消毒脱色+氧化塘”工艺处理养殖废水。而所研究对象采用上述工艺，设计废水处理量500m3/d。但在实际运行中，远达不到设计处理量，每日的处理量大约在380吨左右，若超出此处理量，处理效果将大大下降，且生化系统出水CODCr和色度仍然较高，需要在后续使用大量化学药剂用于脱色，成本大大增高。本设计以广州地区某奶牛养殖集团公司的关键词：养殖废水，臭氧，催化氧化。DesignGeneralInformationInrecentyears,withtherapiddevelopmentofChina'seconomyandsociety,aquaculturewastewaterhasbecomethethirdlargestsourceofpollutionafterindustrialwastewateranddomesticsewage.Livestockandpoultryfarmingisdevelopingrapidlyasanimportantpartofagriculturalproduction.Atpresent,large-scalefarminghasbecomethemainstream,andhasbasicallycompletedthepositivetransformationfromtraditionalfree-rangetolarge-scalefarming.Alargenumberoflarge-scalefarmshaveemerged,andlarge-scalefarminghasoccupiedamajorpositioninthelivestockandpoultrybreedingindustry.Themaintechniquesfordealingwithdairyfarmingwastewaterare:returningthefieldtechnologytozeropollutantemissions,improvingsoilfertility,requiringalargeamountofland,possiblycontaminatingsurfacewaterorgroundwater,andspreadingdiseases.Theecologicalrestorationtechnologyhassmallinvestment,lowenergyconsumption,unstabletreatmenteffect,largefloorspace,lowgasproductionrate,lowload,andthepossibilityofpollutinggroundwater.Biochemicaltreatmenttechnologyoccupieslessland,islessaffectedbytemperaturechanges,haslargeinvestment,andhashigheroperatingcosts.Inpractice,therearemanysuccessfulcasesoutsidetheprovince,basicallyadoptingtheanaerobic+aerobic+oxidationpondprocess.Atpresent,howtotreatdairyfarmwastewaterwithdifferentwaterqualityindifferentregionshasbecomeaprimaryproblem,andinnovativetechnologyhasbecomeabottleneckforthetreatmentofaquaculturewastewater.Optimizedcombinationprocessshouldbeadoptedtopromotestrengthsandavoidshortcomings,achievethepurposeofeffectivelytreatingwastewater,andpromotethecoordinateddevelopmentofdairyfarmingindustryandenvironment.Thequalityofaquaculturewastewaterproducedbydairyfarmsindifferentregionsvariesgreatly.Inthedairyfarmindustry,theprocessof“slagslag+anaerobic+aerobic+disinfection1decolorization+oxidationpond”iscommonlyusedtotreataquaculturewastewater.Theresearchobjectadoptstheaboveprocess,andthedesignedwastewatertreatmentcapacityis500m^3/d.However,inactualoperation,thedesignprocessingcapacityisfarbelow,andthedailyprocessingcapacityisabout380tons.Iftheprocessingvolumeisexceeded,thetreatmenteffectwillbegreatlyreduced,andthebiochemicalsystemeffluentCODCKeyword:Aquaculturewastewater,ozone,catalyticoxidation

绪论设计背景近年来，我国经济发展迅猛，政府对环境问题也日渐重视，城市环境问题已有所改善，但农村问题却日渐突出，其中养殖废水已成为工业废水、生活污水之后的第三大污染源。农业生产的重要组成部分畜牧养殖业发展尤其迅速，因为传统的散养方式无论是从技术上还是管理上都存在问题，随着社会的发展，其局限性和缺点充分暴露，生产效率低下，浪费资源，破坏环境等弊端日渐显露。现在的畜牧业，规范化养殖成为主流，越来越多传统散养养殖被规范化养殖替代，规范化养殖在畜牧养殖业中已占据主体地位。与传统饲养方式相比，规模化养殖提高了生产效率，但规模化养殖过程中也产生了粪尿过度集中和冲洗水大量增加的问题，对生态环境带来了极大压力。据有关研究，2015年全国规模化养殖比重达到50%，全国规模化畜禽养殖场CODC畜禽养殖废水中的污染物主要是有机物、悬浮物、氮、磷、沉积物和致病菌等，并伴有恶臭，其污染物浓度是一般生活废水的10-20倍。在粪污收集、贮存、运输和土地利用期间都可能产生污染，若得不到妥善处置将会对水体、大气、土壤及人体健康造成极大的威胁与危害，对养殖业自身的可持续发展带来巨大的负面影响。许多地区由畜禽养殖业带来的污染已成为当地的主要污染源。规模化养殖废水与工业废水及生活污水相比具有其独特特点：首先，养殖废水中的一些营养成分可直接或间接的供作物吸收；其次，养殖业属于微利行业，会受到来自市场和自然的双重风险，企业没有充足的资金投入到废水治理中，而传统的工业废水或生活污水的处理方法也并不完全适合畜禽养殖废水的处理。由于畜禽养殖废水是高浓度有机废水，采取单一的物理、化学或生物处理方法很难达到排放标准，其处理应结合国内外先进经验和最新理念，因地制宜，因水制宜，建立不同饲养规模的养殖场粪污水处理模式。《畜禽养殖业污染治理工程技术规范》提出的工艺流程为：预处理（格栅、沉砂池、固液分离系统、水解酸化池）-厌氧生物处理-好氧生物处理-自然处理。自然处理工艺宜作为厌氧+好氧两级生物处理后出水的后续处理单元，自然处理工艺有人工湿地、土地处理和稳定塘（氧化塘）技术。养殖规模不同，污染物处理、处置技术及排放利用方式不同，所采用的处理模式也有所不同。以研究对象为例，2015年搬迁到现址，采用广泛使用的工艺并经正式设计，配套建设了奶牛养殖废水处理系统并投入运营，但处理效果不尽如人意。突出表现在两个方面：一是处理量达不到设计量，提高处理水量出水水质会急剧恶化；二是生化出水CODC从一般经验看，奶牛养殖废水似乎处理难度不大，因为主要是奶牛的代谢产物，常规的工艺应该可以解决问题，但申报单位废水处理设施一年多的运行实践和国内外资料调研表明，奶牛养殖废水的处理远不像想象的那么简单，而是不同地区有不同的水质特点，现有的“隔渣+厌氧+好氧+消毒脱色+氧化塘”工艺在其他省市广泛使用，效果也比较好，但在申报单位就不能满足环境保护的实际需要。研究领域国内外最新进展及发展趋势养殖废水处理技术发展现状目前，处理畜禽养殖废水的技术主要有还田技术、生态修复技术和生化处理技术。（1）还田技术畜禽粪便还田是一种经济有效的处理方法，适用于规模较小的养殖场，既能够有效处理污染物又能将其中的营养成分循环用于土壤-植物生态系统中。最大的优点是：污染物零排放，减少化肥使用量，提高土壤肥力，实现资源最大化利用，投资省、能耗低、运转费用低、便于管理。主要缺点是：需要大量土地利用粪便污水，但养殖场周边土地资源有限；雨季或非用肥季节应适当考虑粪便污水的出路；不合理的施用方法会导致NO3-、P及重金属的积累，这些物质将成为地表水和地下水污染源；粪污生物降解过程中产生的氨、硫化氢等有害气体将会对大气环境造成污染；另外，还存在传播畜禽疾病和人畜共患疾病的风险。（2）生态修复技术生态修复技术是利用水体生态系统中各种生物群落的综合作用去除污染物的一种技术[5]。利用培育的植物或微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解，主要优点是：投资少，能耗低，工艺简单，污泥量少且不需要复杂的污泥处理系统，可回收能源甲烷等。主要缺点是：生物生长代谢受到季节温度变化的影响较大，处理效果不稳定，占用面积大、产气率低、负荷低，回收的能源较少，比较容易受到病虫害影响，同时也有污染地下水的可能。（3）生化处理技术生化处理技术包括厌氧处理、好氧处理和厌氧-好氧联合处理工艺等不同工艺组合。主要优点是：占地少，不受地理位置限制，受季节温度变化影响小；主要缺点是：投资大、能耗高、运转费用高、设备维护管理量大等。目前日本大量应用这种技术，我国畜禽养殖场也普遍采用生化技术处理粪便污水[6]。厌氧设施通常有厌氧滤池（AF）、升流式厌氧污泥床（UASB）、内循环厌氧反应器（IC）、升流式厌氧固体反应器（USR）等。厌氧对废水中大量的氮、磷等几乎没有去除能力。好氧处理技术包括活性污泥法、生物转盘、氧化沟与接触氧化等。这类技术虽然具有占地面积较小，反应速度快，处理产生的臭气较小等优点，但在对高浓度有机废水进行处理时，水力停留时间较长，需要对废水进行稀释，且投资大、运行费用和能耗较高。Tilche等人在利用序批式反应器（SBR）处理稀释后的猪场废水时，采取好氧-缺氧交替运行的反应器运行方式，在沉淀排泥时间为2h、硝化和反硝化时间各4h的情况下，氨氮去除率达到98%以上，但反应器需要较长的水力停留时间，一般在9天以上，有的甚至长达16天，而且实验运行费用高达3欧元/m3。由于畜禽养殖废水属于高浓度有机废水，若仅采用一种工艺方法对其进行处理，无论在经济效益还是处理效果上，均达不到理想效果。因此在实际工程中，通常将好氧、厌氧和自然处理系统三者相结合的联合处理工艺，而且这种组合工艺已经成为研究的热点，不同的组合工艺，处理效果也有较大差异。从实践角度看，省外有不少成功的案例。如王宏刚等采用混凝沉淀+EGSB+A2/O+化学强化除磷工艺对奶牛养殖废水进行处理，进水CODCr为19950mg/L，NH3-N为1000mg/L，TP为100mg/L情况下，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准要求，即CODCr≤50mg/L，NH3-N≤10mg/L，TP≤0.5mg/L；吴根义等采用两相厌氧+好氧+氧化塘工艺处理奶牛场养殖废水，进水水质为：CODCr10000-13000mg/L，NH3-N2000-2500mg/L，出水CODCr100-130mg/L，NH3-N56-73mg/L，满足《畜禽养殖业污染物排放标准》（GB18596-2001）要求；陈亮等采用解酸化-USR-活性污泥+氧化塘工艺处理奶牛养殖场废水，实践表明该工艺对奶牛场废水处理效果好，运行稳定，出水各项指标均能满足《畜禽养殖业污染物排放标准（GB18596-2001）要求。具体进水CODCr为4000-13000mg/L，NH3-N500-1000mg/L，出水CODCr127mg/L，NH3-N62mg/L；赵玉祥等用UASB+接触氧化为主体的工艺处理某奶牛养殖场废水，当原水CODCr为3000-4000mg/L，NH3−N30-50mg/L时，CODC上述工程案例主体工艺基本采用厌氧+好氧+氧化塘，与本设计研究对象现有工艺基本相仿，但实践表明，此类工艺在申报单位的应用效果不尽如人意，需要深入研究。养殖废水处理技术发展趋势现在畜禽业的粪便污染日渐严重，但是现在多用的技术往往都是较为单一的技术，粪便利用率低，不能较好地处理畜禽废水。在国内，一些养殖场慢慢开始采用更先进的技术来对畜禽粪便进行减量化和资源化。畜禽的粪便虽然对环境影响颇为严重，但是只要得到利用，也能转化为宝贵资源。把已有的资源化技术充分组合运用，达到综合治理和多循环利用，方可解决现在养殖业中的严重的环境污染问题。比如说，一开始先对畜禽粪便进行固液分离，然后把固体部分分离出来进行堆肥，或进行蚯蚓或饲料的生产，剩余的废水则无需再太复杂地处理，可直接用好氧法处理，大大简化处理过程。就这样采用固液分离技术，好氧法处理和综合利用，既利用了畜禽固体废物，也大大减轻了畜禽业的废水污染，取得较好的经济效益。而我国国内的畜禽养殖业慢慢走向环境友好与节约资源之路，而且也逐渐从粗放型的模式转向集体化和规模化，这很有利于解决养殖废水无法集中处理的问题。但是就目前来说，对养殖废水的处理所研究的工艺还是比较少，特别是对于不同的地区的不同水质的奶牛场养殖废水，首要问题依然是难以找到有针对性的经济高效处理方法，能否探索出新工艺、新技术，成为处理养殖废水的瓶颈。对畜牧养殖业废水的处理方法比较多，对于采取哪一种处理工艺，需要对技术优势、投资、日常运行费用、操作管理等各方面进行详细综合考虑。对于目前我国畜牧业养殖废水的处理现状，发展方向应该是采用优化组合工艺，扬长避短，有针对性地高效处理废水，并且高经济效益。因此在畜牧养殖行业里，应该大力推进清洁生产，改进饲料配方，降低畜禽粪便的产生量，提高畜牧养殖废水资源化的综合利用率，减少畜牧养殖的废水产生量，从而达到保护环境的最终目的，让畜牧养殖业可持续发展并且能与我们的环境相协调。

改造工程现状奶牛养殖场设计现状研究对象于2015年搬迁到现址，经正式设计，配套建设了奶牛养殖废水处理系统并投入运营。目前改造设计对象存栏量为3600头奶牛，年总产奶量为16000吨。研究对象现有工艺如下图：上图中，调节池容积很大，实际上充当了第一级厌氧塘，但由于完全暴露在室外，厌氧效果不够好，与空气直接接触；在氧化池中，因为可被生活利用的有机物不足，导致池中微生物老化并且容易气泡；另外，鉴于厌氧塘效果良好（具体指标见后面内容），UASB设施基本闲置，未运行。

图片1牛尿粪浆（原水）图片2厌氧塘进水图片3第三级接触氧化池图片4消毒脱色池和集水池以下为2016年8-10月调试期连续运行记录：表1现有废水处理设施2016年8-10月调试期运行记录点位月份水质调节池出水厌氧塘出水UASB出水第三级好氧池出水消毒脱色池出水CODCr（mg/L）2016.084868.89899.46792.74333.73188.912016.095257.45901.03824.54365.67192.742016.107498.581156.30952.56423.91214.93NH3-N（mg/L）2016.09562.21357.21342.948.087.062016.10596.00423.55401.467.464.80TP（mg/L）2016.09136.588.338.577.495.132016.10142.433.23说明：表中数据为每月13-15次分析平均值（2-3天取样分析一次），处理量约380m3/d。废水处理工程原设计出水标准如下：表2出水水质标准（单位：mg/L，pH无量纲）项目《农田灌溉水质标准》（GB5084-2005）（旱作）《禽畜养殖业污染物排放标准》（DB44/613-2009）五日生化需氧量100140化学需氧量200380悬浮物100160氨氮--70总磷（以磷计）--7粪大肠菌群数（个/100mL）40001000蛔虫卵数（个/L）22根据项目环评报告书和环保主管部门批复，养殖废水不外排，全部用于养殖场内山林的灌溉用水，系统出水达到上述标准严者要求即可。问题分析与解决方案废水处理系统现有问题（1）好氧系统出水CODCr和色度偏高。好氧系统出水呈红褐色，经测定，调节池中废水色度为500倍，厌氧塘250倍，第一级好氧池150倍，沉淀池100倍。经消毒脱色后CODCr偶尔会轻微超标，而NH3-N和TP并不超标。在实际运行中，由于少量喷洒到山林中的废水不可避免会沿着山间沟溪流出场外，特别在雨季，对周围环境造成了一定影响，（3）进水SS过高。即使在进水后加了过滤这一过程，但是SS还是偏高，不利于后续的废水处理。（2）达不到设计处理量。夏季由于牛舍冷却降温等用水（清洁下水），废水量达到750m3/d，正常情况下约500m3/d，而现有设施处理能力只能达到380m3/d；且效果不尽如人意。如处理量超过400m3/d，生化系统就出现跑泥现象，处理效果下降，药剂成本也会随之升高；（3）厌氧池暴露在室外，效率低下。发挥厌氧池作用的调节池，池上没有任何与空气隔绝的物品，直接暴露在室外，导致含氧量过高，厌氧效果不好。（4）氧化池气泡过多。在氧化池中，因可提供给微生物的利用的有机物不足，导致微生物容易老化，然后产生大量气泡，在雨天时甚至溢出氧化池，影响处理过程而且对周边环境产生污染。（5）反硝化系统缺失。原设计有污泥回流和硝化液回流，但缺氧池并未发挥脱氮作用，也在曝气，实际上充当了第一级好氧池的作用，溶解氧维持在2mg/L；（6）UASB未发挥作用。原设计的UASB作为厌氧处理单元，但由于前处理已将大部分有机物除去，使得UASB内有机负荷不够，无法形成颗粒污泥，UASB处于闲置状态；（7）运行成本较高。混凝气浮和消毒脱色需要加入大量化学药剂，致使药剂直接成本达到10.3元/m3，对企业而言是个沉重的负担。特别是消毒脱色环节，由于生化系统去除有机物不彻底，致使CODCr和色度偏高，需要加入大量次氯酸钠，以降低色度和CODCr，仅此一个环节，为了验证厌氧池出水的可生化性，在2016年10-11月做了连续曝气小试，在容器中直接曝气，结果如下：表3厌氧塘出水连续曝气小试结果日期曝气天数CODCNH3-N（mg/L）TP（mg/L）2016.10.21原水1023.00342.096.722016.10.24连续曝气3天786.26221.934.562016.10.27连续曝气6天710.20107.434.602016.10.31连续曝气10天704.9255.135.112016.11.02连续曝气12天709.6819.185.212016.11.07连续曝气17天728.009.335.502016.11.10连续曝气20天720.008.766.11去除率（%）29.6297.449.03从目前系统的运行情况和有关设计参数判断，三级接触氧化池总HRT达到近40小时，进水CODCr1000mg/L左右，单级停留时间接近13小时，进水中能够生化降解的部分在第一级已基本完成去除，第二级和第三级在表4三级好氧池水质情况取样点位CODCNH3-N（mg/L）TP（mg/L）第一级好氧池进水1103.08356.097.56第一级好氧池出水443.5559.097.52第二级好氧池出水427.4229.037.55第三级好氧池出水403.2316.267.59上表中的数据充分证实了课题组的分析判断，但没有预料到第一级好氧池中业已发生了相当程度的硝化。综合系统近段时间运行数据、小试结果和三级好氧池分析数据，可以认定系统内污染物去除过程如下：厌氧塘在没有隔绝空气的情况下处理效果依然良好，经气浮和厌氧后，CODCr从5000-7000mg/L降到1000mg/L左右；进入好氧系统后，能够生化降解的有机物快速在第一级好氧池内去除，并完成了相当程度的硝化，第二、三级好氧池实际上只是硝化池，对从微生物降解有机物的基本原理和过程分析，由于好氧异养菌的世代周期远远小于硝化菌，有机物的碳化过程先于NH3-N的硝化过程完成。从系统实际运行效果看，在基本完成硝化的情况下生化系统出水CODCr和色度仍然偏高，从目前设施的具体情况看，三级接触氧化池总HRT达到近40小时，进水CODC工程改造必要性本设计的研究对象的奶牛养殖基地采用三级缺氧+三级好氧的方法处理奶牛养殖废水，其中的显色难生化降解有机物使好氧出水COD和色度偏高，未能达到出水标准，有机物可能来源于饲料、奶牛或厌氧微生物的代谢产物，具有一定的地域性。以该养殖基地的奶牛养殖废水为对象，拟采用臭氧微气泡氧化技术改善可生化降解性并去除色度，降低处理成本。从已有数据判断，系统中存在显色难生化降解的有机物。从废水处理的基本原理分析，有机物碳化先于氨氮硝化。数据表明能够去除的有机物已在第一级好氧池内去除，且有相当程度硝化；第二、三级基本是完成比较彻底的硝化。出水COD和色度仍然偏高，原因是系统中存在难以生化降解的有机物。从这个基本认知出发，要解决目前的问题，就必须改善生化系统进水的可生化降解性。本设计的研究对象的奶牛养殖基地的三级接触氧化池总HRT达到近40小时，进水COD不到1000mg/L，进水中能够生化降解的部分在第一级已完成去除，第二级和第三级在COD去除方面作用不大，只是完成硝化。系统中存在的显色难生化降解有机物造成COD和色度偏高。自然处理工艺宜作为厌氧+好氧两级生物处理后出水的后续处理单元，自然处理工艺有人工湿地、土地处理和稳定塘（氧化塘）技术。养殖规模不同，污染物处理、处置技术及排放利用方式不同，所采用的处理模式也有所不同。以该奶牛养殖基地为例，2015年搬迁到现址，采用广泛使用的工艺并经正式设计，配套建设了奶牛养殖废水处理系统并投入运营，但处理效果不尽如人意。突出表现在两个方面：一是处理量达不到设计量，提高处理水量出水水质会急剧恶化；二是生化出水CODC从一般经验看，奶牛养殖废水似乎处理难度不大，因为主要是奶牛的代谢产物，常规的工艺应该可以解决问题，但养殖基地废水处理设施两年多的运行实践和国内外资料调研表明，奶牛养殖废水的处理远不像想象的那么简单，而是不同地区有不同的水质特点，现较成熟的“隔渣+厌氧+好氧+消毒脱色+氧化塘”工艺在其他省市广泛使用，效果也比较好，但在该养殖基地就不能满足环境保护的实际需要。综合以上情况，如果能通过深入分析，找出深层次原因，并有针对性地加以解决，确定一种经济合理、稳定高效、管理简便的奶牛养殖废水处理工艺，把现有的设施改造成高效的处理系统乃至华南地区的示范工程，对规模化奶牛养殖业的健康发展具有重要意义。解决方案现有问题解决方案进水SS过高对于SS过高的问题，本设计将在调节池前加入真空陶瓷过滤器，将能有效去除SS。厌氧池暴露在室外，效率低下。原设计中的调节池，从实际上看是发挥着厌氧池作用，因此直接直接改成厌氧池，根据厌氧池的特性来改造。将露天的厌氧池加盖，尽可能地与空气中的氧气隔绝，以达到提升厌氧池的厌氧效果。好氧系统出水CODCr和色度偏高由于曝气池连续20天后，COD指标始终居高不下，因此可以判断废水中复杂难降解有机物含量高，可生化性差。若一直依靠化学药品来处理，费用将很高昂，经济效益差，不是持久之计。因此在一级氧化池后引入臭氧催化氧化塔，以达到降低COD，提高可生化性的目的，让二级氧化池和三级氧化池发挥其生物氧化作用。可行性分析（工艺优化比选与可行性分析）畜禽养殖废水中的污染物主要是有机物、悬浮物、氮、磷、沉积物和致病菌等，并伴有恶臭，其污染物浓度是一般生活废水的10-20倍。在粪污收集、贮存、运输和土地利用期间都可能产生污染，若得不到妥善处置将会对水体、大气、土壤及人体健康造成极大的威胁与危害，对养殖业自身的可持续发展带来巨大的负面影响。许多地区由畜禽养殖业带来的污染已成为当地的主要污染源。规模化养殖废水与工业废水及生活污水相比具有其独特特点：首先，养殖废水中的一些营养成分可直接或间接的供作物吸收；其次，养殖业属于微利行业，会受到来自市场和自然的双重风险，企业没有充足的资金投入到废水治理中，而传统的工业废水或生活污水的处理方法也并不完全适合畜禽养殖废水的处理。由于畜禽养殖废水是高浓度有机废水，采取单一的物理、化学或生物处理方法很难达到排放标准，其处理应结合国内外先进经验和最新理念，因地制宜，因水制宜，建立不同饲养规模的养殖场粪污水处理模式。臭氧氧化是一种高效水处理技术，几乎无二次污染。然而，传统臭氧处理技术存在气液传质速率慢、氧化能力弱和臭氧利用效率偏低等缺点，因此提高臭氧利用效率和氧化能力是臭氧处理技术应用的关键问题。微气泡通常是指直径为10～50μm的微小气泡，与传统气泡相比，微气泡有助于提高气液传质速率和效率;同时微气泡在液相中具有收缩和破裂特性，并在此过程中产生·OH，从而提高其氧化能力微气泡技术在废水处理领域中表现出潜在的应用优势，逐渐受到关注。臭氧微气泡氧化的优势在于可降解难生化降解的物质，目前，臭氧微气泡氧化技术已在印染废水、焦化废水以及城市生活污水中广泛运用，并且得到了不同程度的去除效果。对于该养殖基地的畜禽养殖废水，若废水中所含物质亦为一些难生化降解的物质，则臭氧微气泡氧化技术是一个切实可行的处理方法。固液分离强化如前所述，进水水质存在SS过高的问题，因此在处理前进行固液分离十分有必要，若将大部分的悬浮物分离处理，将能大大提高后续对废水处理的效率，并且能综合利用分离出的固体，带来一定的经济效益，一举两得。而经过综合考虑和比较，本设计中将选用陶瓷真空过滤机。陶瓷真空过滤机主要有以下特点：陶瓷真空过滤机主要由转子、刮刀组件、料浆槽、分配器、陶瓷过滤板、水路系统、清洗设备和自动化系统等组成。陶瓷真空过滤机外形与盘式真空过滤机相类似。由于微孔陶瓷的毛细孔作用，TC全自动陶瓷过滤机是广泛应用于矿物、冶金和选矿工业的固液分离设备。产生了几乎绝对的真空，获得很干的滤饼。与传统的过滤方法相比，能效极高，节电=90%。无滤布和更换滤布的麻烦。连续自动化运行，维护费用很低，固体回收率=99%。无环境污染，操作简便。由于极优的陶瓷毛细管效应与可靠的连续自动化运行相结合，过滤费用明显低于传统真空过滤和压力过滤设备。独特的过滤圆盘由若干块陶瓷过滤板组成，抽真空时仅液体通过滤板，因毛细孔含水后的张力大于真空泵的抽力，微孔能延续强烈抽吸滤液。陶瓷过滤板的微孔允许空气通过，很小的真空泵即可保持陶瓷过滤板内的真空要求，能耗极低。滤板经化学水和超声波清洗能自动再生，恢复全部渗透性能。工作原理陶瓷过滤机的过滤介质是微孔陶瓷，且正是基于毛细微孔的原理，利用毛细作用原理进行固液分离。微孔过滤板的可以通水和不透气的特性，可以抽取滤板中的空气，使之变成真空状态，因而产生与外部的气压差，可以让料槽的悬浮物在负压状态下被吸附于滤板，陶瓷过滤板的亲水性和液体真空压差作用可使液体通过气液分配装置排到外界或重新利用，而固体物质则被拦截，从而实现固液分离。在工作原理上，陶瓷过滤机和盘式真空过滤机类似，悬浮液在有压强差的情况下，经过过滤介质时颗粒会被拦截形成滤饼，而滤液则能顺利通过从介质流出，从而固液分离。性能优势真空陶瓷过滤机主要由转子、搅拌器、刮刀组件、料浆槽、分配器、陶瓷过滤板、水路系统、清洗设备和自动化系统等组成。真空陶瓷过滤机主要有以下的优点：1、真空度高，滤饼水分低；2、可循环利用，减少排放；3、自动化程度高，降低劳动成本；4、占地面积小，安装维护方便；5、结构牢靠，使用寿命长。1.转子总成；2.机械搅拌装置；3.槽体机械组合；4.溢流管；5.放浆阀；6.加水浆；7.循环阀；8.陶瓷板；9.槽洗阀。根据废水与固体废物含量选型如下：机械规格滤板规格圆盘数量滤板数量过滤面积装机功率运行功率重量长度宽度高度21m3m78421m12.9kw9.9kw6500kg490031002490固体废物处理按照设备每天处理500吨废水计算，预期效果为降低SS2000mg/L，因此可以推算出经过陶瓷真空过滤器处理后，每日在此所产生的固体废物的量为。2000对于所产生的固体废物，主要物质是牛奶的牛粪，可用于堆肥进行回收利用，为奶牛养殖场带来一定的经济效益。由于本设计对象没有相关堆肥或其他综合处理设施。因此采用往外运输的法式进行处理。预期效果在奶牛畜牧养殖废水进入陶瓷真空过滤器以前，废水的SS在3000mg/L左右，冬天可能会更高。而经过陶瓷真空过滤器后，预计可以达到去除60%-70%的SS的效果，即预计出水的SS会在1000mg/L左右。在大大降低SS后，有利于奶牛畜牧养殖废水处理设施的运行。随着SS的降低，在气浮池中，所添加药剂的量可以减少50%，而在此前的运行过程中，主要的运行成本就是药剂的添加，此举所节约的药剂将带来良好的经济效益。而且在固液分离后，可以将所得固体废物加以回收利用，在减少污染物的同时，还能做到废物资源化，带来经济效益

厌氧池改造厌氧池现状原有设计中的调节池在实际运行中，更多的是发挥厌氧池的作用，而且效果尚好，因此直接将原有调节池改造成厌氧池。日常处理水量为500吨/天，则设计最大废水600吨/天，停留60天，水深2m,长度300m，宽度60m，水深正常情况下2m，池壁高度为3m。材料选用依据依据此改造采用采用弧形玻璃钢污水池盖板，主要原因如下：1.成本相对较低，施工安装也比较简单；平时维护费用低，因为此产品相对于其他金属产品，具有耐老化，高抗腐蚀性，无需定期维护保养。2.质量轻，强度高，此类产品对比于钢制品，质量比重仅为1/3左右，特别适用于本设计的大跨度池体；而且盖板可分为若干块，方便运输和安装。3.可设计性强，由于材料的固有性质，易于于根据实际尺寸设计。沼气生成量计算厌氧生物处理指的是在无氧气的情况下依靠厌氧微生物的独特代谢过程，将水中的复杂有机污染物转化成小分子有机物（如甲烷）、无机物和一些细胞物质等。厌氧过程大致可以分为水解发酵阶段、产乙酸产氢阶段和产甲烷化阶段。经过水解酸化这一过程，复杂难降解的有机物将被分解成为小分子或是被分解成易降解的小分子有机物。而微生物的特性是只有溶解性的小分子物质才能直接进入细胞，复杂的大分子物质需要经过胞外酶分解后才能到达微生物体内代谢。通过水解发酵阶段和产乙酸产氢阶段的产物再被甲烷菌利用生成甲烷，将有效降低COD。因为厌氧生物无需过多耗能，因此这将大大节约废水处理的成本。对于高浓度有机废水而言，使用厌氧生物处理是很好的办法，虽然不能将生化反应进行到底，但是能够在较低成本较高效率地将复杂有机物转化到甲烷阶段。经过厌氧处理后，再采用好氧处理就容易很多，而且对COD和BOD的去除率将大大提高，更容易达到排放标准所要求的水质。计算方法：在标准状态下，1mol甲烷，相当于2mol（或64g）COD，则还原1gCOD相当于生成22.4/64=0.35L甲烷。一般在厌氧条件下，每降解1kgCOD约产生2%～8%的厌氧污泥（即微生物对营养物质进行同化后残留的物质），而能量的传递效率是能量在沿食物链流动的过程中，逐级递减。若以营养级为单位，能量在相邻的两个营养级之间传递效率为10%~20%。微生物由于其生物形态结构简约，传递效率要稍高于多细胞生物为20%~30%，若以其传递效率25%计，则每1kgCOD产生2%～8%的厌氧污泥，则需要总物质的8%～32%物质用于其自身的同化作用，故1kgCOD中只有0.68～0.92kg的物质转化为甲烷，理论上在标准状态下，1mol甲烷，相当于2mol（或64g）COD，则还原1kgCOD相当于生成22.4/64=0.35m3甲烷。沼气中甲烷的含量一般占总体积的50～70%，则理论上初步计算1kgCOD产生0.34～0.644Nm3的沼气。但在厌氧消化工艺中，实际产气率受物料的性质、工艺条件以及管理技术水平等多种因素的影响，在不同的场合，实际产气率与理论值会有不同程度的差异。①物料的性质：就厌氧分解等当量COD的不同有机物而言，脂类（类脂物）的产气量最多，而且其中的甲烷含量也高；蛋白质所产生的沼气数量虽少，但甲烷含量高；碳水化合物所产生的沼气量少，且甲烷含量也较低；从脂肪酸厌氧消化产气情况表明，随着碳键的增加，去除单位重量有机物的产气量增加，而去除单位重量COD的产气量则下降；②废水COD浓度：废水的COD浓度越低，单位有机物的甲烷产率越低，主要原因是甲烷溶解于水中的量不同所致。因此，在实际工程中，高浓度有机废水的产气率接近理论值，而低浓度有机废水的产气率则低于理论值；③沼气中的甲烷含量：沼气中的甲烷含量越高，其在水中的溶解度越大。故甲烷的实际产气率越低；④生物相的影响：产气率还与系统中硫酸盐还原菌及反硝化细菌等的活动有关。若系统中上述菌较多，则由于这些菌会与产甲烷菌争夺碳源，从而使产气率下降；⑤工艺条件影响：对同种废水，在不同的工艺条件下，其去除单位重量COD的产气量不同。详细讨论参阅本章第二节；⑥去除的COD中用于合成细菌细胞所占的比例：对于等当量COD的不同有机物，厌氧消化时用于细菌细胞合成的系数有一定的差异，故产气率不是常量。去除的COD中用于合成细菌细胞所占的比例越大，则分解用以产生甲烷的比例将越小，从而去除1kgCOD的甲烷产量越低。一般情况下，变幅小于10%。

实际监测的数据为通常厌氧条件下降解1kgCOD约产生0.42～0.45Nm3左右的沼气，甲烷含量在60%左右，其热值在21.52×103kJ/m3左右。进水COD约为3000左右，出水COD约2000左右，在调节池中COD的消耗可以认为是1000。本设计中调节池每日处理奶牛养殖畜牧废水废水量500吨，则按照上述方法计算沼气生成量，按1kgCOD产生0.3Nm3的沼气有，500改造方案由于现有调节池处于完全露天状态，池中废水能够直接与空气中的氧气直接接触，将严重影响厌氧池的效果。因此，对于厌氧池的设计旨在将厌氧池中的废水与外界氧气隔绝，因此对厌氧池进行加盖改造。对污水池的尺寸联合厂家量身订造。污水池尺寸：60×300=18000m2，由于厌氧池中会有沼气产生，若空气不流通，容易造成安全事故，以往其他地区也曾因为沼气流通不及时而造成悲剧。因此十分有必要对沼气进行收集，但由于该奶牛养殖场产生的沼气量不大，没必要花大价钱建造沼气收集循环利用的设施，所以才采取将沼气导出外界。盖板与池壁间的间隙继续保留，以便沼气流出外界。

好氧池臭氧催化氧化改造本设计将在三级好氧池中的一级池出水后，引入催化氧化装置，进入臭氧催化氧化，以降低COD和BOD，增强可生化性。装置设计：采用如下图的的臭氧氧化水处理装置*装置规格污水停留时间设计3分钟，每日污水设计流量600吨。采用2个相同的臭氧催化氧化水处理装置，每个装置的尺寸规格如下：装置为圆柱体，选用钢板材质底面半径取1m，高取2m。装置总体积为V=π∙r因为停留时间为3分钟，所以流速v=0.67m/min按此流速每日最大流量V=0.67×π×r2×60×24=3029.5废水从底部进入，取D400mm的进水管，流速为3.0m/s。根据计算的流量，选用ISB65-40-125/2.2型号的水泵，具体参数如下：型号流量（m3扬程（m）电机功率（KW）转速（r/min）ISB65-40-125/2.225182.22900由于臭氧具有强氧化性，因此要因选取耐氧化的材质。通常选取处理设备会选用钢作为材料，但由于臭氧的特殊性，用钢做材料的话容易被腐蚀和生锈。因此综合各方面因素考虑，该臭氧催化氧化塔材料选用塑料。臭氧发生器：根据经验，利用臭氧催化氧化技术处理废水时，臭氧的浓度应取1000mg/L。按照废水的设计量600吨每天来计算，臭氧产生总量为600×1000×根据计算所得臭氧应产生量，选用山东瑞清臭氧发生器，规格为50kg/h,其他性能参数如下：臭氧浓度80～200mg/L（氧气源）进气口压力0.1～0.7MPa出气口压力0.02～0.1MPa进气露点－60℃冷却水量1.5T/kg•O3•h（氧气源）冷却水温升4～6℃臭氧产量调节10～100%电耗8KWh/kgO3电源380V•50Hz运行室内环境温度0℃～40℃设备特点：系统软启动，无冲击电流，电压适应性强。采用特种变频电源，频率电压可调，设备始终保持最佳工作状态。特种干式变压器，运行稳定，工作环境适应性强。高频电离产生臭氧，效率高，液态氧作气源无需加氮。电极316L不锈钢，德国进口玻璃放电介质，使用寿命20年以上。西门子PLC自动控制，过热、过流、过压、缺水自动保护。50kg/h臭氧发生器曝气器：现在市面市曝气器一般有管式曝气器、盘式微孔曝气器、膜片式微孔曝气器和陶瓷刚玉曝气器等。管式曝气器：管式曝气器，主要用于城市污水和有机工业废水处理系统的充氧，管式曝气器具有结构简单、氧利用率高、性能可靠、气孔不易堵塞、污水不倒灌、环向受力均匀、寿命长、安装维修方便、系统价格低廉等特点。具有良好的化学稳定性，不含增塑剂，能长久保持弹性，耐酸碱、不硬化、不脆化、不老化。产品的气泡直径小，既能保持高的氧转化率，又能达到混合搅拌的作用。采用自闭孔结构，微孔不堵塞。安装、拆卸方便。降低能耗。盘式微孔曝气器：盘式微孔曝气器是80年代研制的最新型曝气装置，该装置曝气气泡直径小，气液界面直径小，气液界面积大，气泡扩散均匀，不会产生孔眼堵塞，耐腐蚀性强，经上海同济大学环境工程学院和中国市政工程华北设计院进行清水和污水充氧测试，并经50多家用户多年使用效果良好（比常规产品固定螺旋曝气器，散流曝气器和穿孔管曝气器能耗降低40%，或增加污水处理量40%）。特别适用于城市污水和大型工厂新建扩建和老曝气池改造，且曝气池可间歇运行。膜片式微孔曝气器：膜片式微孔曝气器是80年代研制的最新型曝气装置，该装置曝气气泡直径小，气液界面直径小，气液界面积大，气泡扩散均匀，不会产生孔眼堵塞，耐腐蚀性强，经上海同济大学环境工程学院和中国市政工程华北设计院进行清水和污水充氧测试，并经50多家用户多年使用效果良好（比常规产品固定螺旋曝气器，散流曝气器和穿孔管曝气器能耗降低40%，或增加污水处理量40%）。对于本设计，选用陶瓷刚玉曝气器。陶瓷刚玉曝气器特点和选择原因如下：陶瓷刚玉曝气器以棕刚玉主要原料,经压制成型、高温烧结的一种板状或钟罩形高效节能鼓风充氧曝气装置.可应用于各种生活污水和工业废水生化处理、水产养殖及城市污水处理等.刚玉曝气器与其它微孔曝气器相比,在相同条件下,氧利用率可提高3～5%,动力效率提高15～25%,使用寿命提高3～5倍.刚玉曝气器具有充气量大、搅动性强、阻力小、高效低耗、运行可靠、不堵塞、耐老化、防腐蚀、寿命长等特点.。结构简单，一体型只有三个部件，装配速度快，池底装调试容易。密封性好，防止不同材料接触不紧密，造成漏气现象。表面积大，经测算表面积增加近75%，同样也就增大了曝气量，提高充氧效率，或者扩大了服务面积，一体型曝气器服务面积可达0.5-0.8m²/个。曝气搅动性好，原来的曝气器只有正面曝气，一体型曝气器是正反两面同时曝气，能使池底污水更容易搅动向上推流。陶瓷刚玉曝气器特别适用于腐蚀性较强的污水池，也可用做臭氧释放器。考虑到本设计所处理的废水水质比较复杂，所曝气气体为臭氧，氧化性强。因此选用防腐蚀的刚玉陶瓷曝气器较合适。臭氧曝气孔径：根据卢浩等人的《微米臭氧曝气深度处理工艺的最优曝气孔径研究》，从孔径的角度来研究，曝气孔径越小，TOC的去除率越高。从臭氧的投加量角度研究，臭氧投加量越大，对TOC的去除效果越好。总的来说臭氧对COD的去除率大于TOC的去除率。结合经济因素和处理效果考虑，最佳曝气孔径确定为30μm。选用米尔环保的陶瓷刚玉曝气器，型号为BDP280，曝气器参数：材质天然陶瓷棕刚玉质气泡直径1-3m外形尺寸300mm有效直径300mm供气量1-8m3设计通气量4m³/h平均孔径30um空隙率40～50%抗压强度120kg/c抗折强度50kg/c耐腐蚀性能酸碱失重4-8%服务面积0.45~0.75m²/个阻力损失通气总阻力约为2575pa(空气量2.5m3通气总阻力约为3210pa(空气量4m3理论动力效率≥7～8kW·个催化剂与承托层本设计臭氧催化氧化所用催化剂为Mn-Fe-Mg-Ce负载Al2O3，预计用量为15克每升水，而催化剂在臭氧催化氧化塔中，则每层催化剂投放量为3kg。经过臭氧氧化催化后，预计COD臭氧催化氧化设备室为对整个臭氧催化氧化系统，延长使用寿命，将在奶牛场加建一座设备室。设备室内将放置本设计中两个臭氧催化氧化塔，臭氧发生器。设备室体积应能足够容纳上述设备并且有足够空间让人进行操作和维修维护。因此设计长5米，宽3米，高3.5米。废水处理设施改造后效果在进水前采用陶瓷真空过滤器对奶牛养殖废水进行固液分离操作，将明显降低废水的SS值，将SS降至1000左右。经过这一步固液分离操作，大大减少悬浮物后，气浮池的加药量也随之大大减少，大大节省该废水处理系统的日常运行费用。在废水进入三级氧化池前，COD约为1100左右，在加入臭氧催化氧化装置前，该奶牛场养殖废水即使经过三级