养猪场沼气工程的规划设计

目录

1绪论..................................................................0

1.1课题研究背景....................................................0

1.2废水特点及基本参数..............................................0

2工艺路线确实定及选择根据.............................................1

2.1初沉池...........................................................1

2.2厌氧生物处理....................................................2

2.3好氧生物处理....................................................3

2.3.1氧化沟法...................................................3

2.3.2接触氧化法.................................................4

生物滤池法.....................................................5

2.3.4序批式活性污泥法..........................................6

3工艺流程及简要阐明...................................................7

4重要构筑物及设备的I选型...............................................8

4.1格栅............................................................9

4.2集水池..........................................................11

4.3混凝沉淀池.....................................................12

4.3.1混合阶段..................................................12

4.3.2絮凝阶段..................................................12

4.3.3沉淀阶段..................................................15

4.4水解酸化池.....................................................18

4.4.1反应池容积...............................................19

4.4.2上升流速日勺核算...........................

4.5厌氧反应器UASB.............................................................

4.5.1反应机理.................................

4.5.2工作原理.................................

4.5.3设计计算.................................

4.6配水池.........................................

4.7好氧反应器SBR................................................................

4.7.1设计参数.................................

4.7.2设定条件.................................

4.7.3水质指标.................................

4.7.4设计计算.................................

4.7.5注意事项.................................

4.8高效浅层气浮池................................

4.9污泥浓缩.......................................

4.9.1设计阐明.................................

4.9.2容积计算.................................

4.9.3工艺构造尺寸.............................

4.9.4排水和排泥...............................

5总结................................................

参照文献...............................................

道谢...................................................

附图...................................................

1绪论

1.1课题研究背景

近年来，我国工厂化生产口勺大型猪场发展迅速，并且规模不停扩大，生产规模

从几千头发展到几十万头。但与此同步，由于规模化养猪场往往建在大中都市近郊

和城镇结合部，环境法规不健全，认识局限性，尤其是资金短缺，绝大多数养殖场

在建场初期未考虑畜禽粪便处理。畜禽排放的大量粪尿与养殖场的大量废水，大多

未经妥善回收运用与处理、处置即直接排放，对环境导致严重的污染，产生极其不

良的影响。不少养殖场粪便随地堆积，污水任意排放，严重污染了周围环境，也直

接影响着养殖场自身H勺卫生防疫，减少了畜产品的质量。就处理畜禽养殖污染而言,

养殖场粪尿发酵产沼气是一种有着多重作用和价值H勺技术手段和有效措施⑴。在设

计上，建筑工艺简朴、构造合理、易操作、密封性能好、产气快、产气量高、冬季

防寒好、经久耐用，在综合运用上，养、种能源并举，多能互补、立体化生产、经

济效益高。上述畜禽养殖场污染治理沼气技术循环模式.具有了消除污染、产生能

源和综合处理的三大功能，既消除了农业环境污染，又处理了一部分H勺能源问题；

同步产生H勺沼液、沼渣是适合农作物用肥的绿色无公害肥料•，并且在厌氧发酵过程

当中，病原菌、寄生虫卵等某些病菌被杀死，切断了养殖场内传染病和寄生虫病的

传播环节⑵。

1.2废水特点及基本参数

养殖废水H勺特点是排放集中，水力冲击负荷强，有机质浓度高，水解酸化快，

沉淀性能好。经查资料⑶色废水水质见表1-1.

表1-1废水进水水质表

项目CODMmg/L；BOD5(mg/L)SS(mg/L)NH3-N(mg/L)TP(mg/L)pH

废水12023700013000150307—9

本设计中养猪场存栏率为2500头，经计算年产约800()0头，设计水量为600

吨/天，(25吨/小时)。

2工艺路线确实定及选择根据

2.1初沉池

初沉池重要对废水中以无机物为主密度大口勺固体悬浮物进行沉淀分离，当污水

进入初次沉淀池后流速迅速减小至0.02m/s妇下，从而极大地减小了水流夹带悬浮

物的能力，使悬浮物在重力作用下沉淀下来成为污泥，而相对密度不不不大于1日勺

细小漂浮物则浮至水面形成浮渣而除去⑸。

沉淀池按水流方向来辨别为平流式，竖流式及辐流式等三种。三种类型池子H勺

优缺陷及合用条件见表2-1：

表2-1各类沉淀池的优缺陷及合用条件

优点缺点合用条件

平流式对冲击负荷和温度变采用多斗排泥时，每个泥斗需单独合用地下水位较

化的适应能力较强，有设排泥管各自排泥，操作工作量高及地质较差11勺

效沉淀区大，沉淀效果大，采用机械排泥时，机件设备与地区；合用大、中、

好；施工简朴，造价低驱动件均浸与水中，易锈蚀小型污水处理厂

竖流式排泥以便，管理简朴；对冲击负荷和温度变化的适应能合用水质不好的

占地面积小力较差；造价高；池径不合适太大小型污水处理厂

辐流式采用机械排泥，运行很池水水流速度不稳定；机械排泥设合用大、中型污水

好，管理亦较简朴；备复杂，对施工质量规定较高处理厂

由于本设计所处理的水量较小，且重要是对废水中的粪便和B0D5、CODcr进

行处理，因此选用平流式沉淀池。它具有沉淀效果好，对冲击负荷和温度变化的适

应能力较强，施工简朴，造价低，多种池子易于组合为一体，节省占地面积等长处。

2.2厌氧生物处理

厌氧生物处理合用于高浓度有机废水(C0Do>2023mg/L,B0D5>1000mg/L)。

它是在无氧条件下，靠厌氧细菌的作用分解有机物。在这一过程中，参与生物降解

H勺有机基质有50%〜90%转化为沼气(甲烷)，而发酵后的剩余物又可作为优质肥

料和饲料⑹。厌氧生物处理包括多种措施，有化粪池、厌氧生物滤池、厌氧接触法、

上流式从氧污泥床反应器、两段厌氧处理法、厌氧膨胀床、厌氧流化床、厌氧生物

转盘和两相厌氧法等。废水的厌氧处理措施重要有老式消化法、厌氧生物滤池法、

厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器。几种厌氧处理措施的特点及优缺陷见表

2-2：

表2-2厌氧处理措施比较

反应法特点优点缺点

老式消化法在一种消化池内进行酸设备简朴反应时间长，池容积大。

化，甲烷化和固液分离污泥易随水流带走。

厌氧生物滤池微生物固着生长在滤料设备简朴。能承受较底部易发生堵塞。填料

表面。合用于悬浮物量高负荷。费用较贵。

低的废水。

厌氧接触法用沉淀池分离污泥并进能承受较高负荷。有负荷高时污泥会流失。

行回流。消化池中进行一定H勺抗冲击负荷设备较多，操作上规定

合适搅拌，池内完全混能力，运行较稳定。较高。

合,能适应高有机物浓度

和高悬浮物小J废水。

上流式厌氧污消化和固液分离在一种负荷率高，容积小,如设计不善，污泥会大

泥床反应器池内。微生物量特高。能耗低，不需搅拌。量流失。池H勺构造复杂。

两段厌氧处理酸化和甲烷化在两个反能承受较高负荷，耐设备较多，运行操作较

法应器进行。冲击。运行稳定。复杂。

综合上所述并结合本设计污水日勺特点，考虑采用较为成熟的升流式厌氧污泥床

(UASB)作为厌氧段的|反应器。

2.3好氧生物处理

老式活性污泥法、氧化沟法、接触氧化法、生物滤池法、序列间歇式活性污泥

法(SBR),这四种是在养猪场废水处理中应用比较多的好氧反应器。

2.3.1氧化沟法

氧化沟是在老式活性污泥法的I基础上发展起来日勺持续循环完全混合工艺，是用

延时曝气法处理废水的一种环形渠道，平面多为椭圆形，总长可达几十米，甚至几

百米以上。在沟渠内安装与渠宽等长的机械式表面曝气装置，常用欧I有转刷和叶轮

等⑹。曝气装置首先对沟渠中的I污水进行充氧，首先推进污水作旋转流动。氧化沟

多用于处理中、小流量的生活污水和工业废水，可以间歇运转，也可以持续运转。

氧化沟工艺具有如下特点：

(1)氧化沟的沟渠长度较大，污水在氧化沟内停留的时间长，污水的混合效果

好。可以不没初沉池，有机悬浮物在氧化沟内能抵达好氧稳定的程度；

(2)对水温、水质、水量的变动有较强的适应性；

(3)氧化沟的曝气装置具有两个功能:供氧并推进水流以一定的流速循环流动。

污泥H勺BOD负荷低，同延时曝气法。对水质和水量的变动有较强的适应性；

(4)污泥龄一般可达15到30天，为老式活性污泥系统的3到6倍。可以存活、

繁殖世代时间长、增殖速度慢H勺微生物，如硝化菌；

(5)如采用一体式氧化沟，可不单独设二次沉淀池，使氧化沟与二沉池合建。

中间日勺沟渠持续作为曝气池，两侧日勺沟渠交替作为曝气池和二次沉淀池，污泥自动

回流，节省了二沉池与污泥回流系统的费用。

氧化沟工艺的I缺陷：占地面积较大；在寒冷日勺气候条件下，由于表面爆气器会

导致表面冷却或者结冰，减少污水日勺温度，而污水的温度减少，对生化反应尤其是

硝化反应日勺影响较大，对氧化沟不利⑺。

2.3.2接触氧化法

生物接触氧化处理技术之一是在池内充填填料，已经充氧的污水浸没所有填

料，并以一定的I流速流经填料。在填料上充斥生物膜，污水与生物膜广泛接触，在

生物膜上微生物日勺新陈代谢功能日勺作用下，污水中有机污染物得到清除,污水得到

净化；生物接触氧化技术日勺另一项技术实质是采用与曝气池相似日勺曝气措施，向微

生物提供其所需要的氧，并起到搅拌与混合作用。因此，生物接触氧化是一种结和

活性污泥法与生物滤池两者之间日勺生物处理技术⑻。

生物接触氧化法在工艺发而欧I特点：由于曝气，在池内形成液、固、气三相共

存体系，有助于氧的转移，溶解氧充沛，适于微生物存活增殖；在生物膜上可以形

成稳定的生态系统与食物链，无污泥膨胀之虑；填料表面全为生物膜所充斥，形成

了生物膜的主体构造，污水在其中通过起到类似“过滤”日勺作用，可以有效地提高

净化效果。

生物接触氧化法在运行方面H勺特点：对冲击负荷有较强H勺适应能力，在间歇运

行条件下，仍然可以保持良好的处理效果，对排水不均匀H勺企业，更具有实际意义;

操作简朴、运行以便、易于维护管理，无需污泥回流，不产生污泥膨胀现象，也不

产生滤池蝇；污泥生成量少，污泥颗粒较大，易于沉淀叩叫

生物接触氧化法日勺重要缺陷是：如设计或运行不妥，填料也许堵塞，此外，相

水、曝气不易均匀，也许在局部部位出现死角。

2.3.3生物滤池法

生物滤池是集生物降解、固液分离于一体的污水处理设备。被处理的原污水，

从池上部进入池体，并通过由填料构成日勺滤层，在填料表面形成由微生物栖息形成

日勺生物膜。在污水滤过滤层的同步，由池下部通过空气管向滤层进行曝气，空气由

填料日勺间隙上升，与下流日勺污水相接触，空气中的氧转移到污水中，向生物膜上日勺

微生物提供充足日勺溶解氧和丰富日勺有机物。在微生物区I新陈代谢下，有机污染物被

降解，污水得到处理原污水中的悬浮物及由于生物膜脱落形成的生物污泥，被

填料所截留，滤层具有二次沉淀池日勺功能。

氧化沟工艺具有如下特点：

(1)气液在滤料间隙充足接触，由于气、液、固三相接触，氧转移率高，动力

消耗低；

(2)本设备自身具有截留原污水中悬浮物与脱落日勺生物污泥的功能，因此，无

需设沉淀池，占地小；

(3)以3-5mm的小颗粒作为滤料，比表面积大，微生物附着力强；

(4)池内可以保持大量的生物量，再由于截留作用，污水处理效果良好;

(5)无需污泥回流，也无污泥膨胀之虑，如反冲洗所有自动化，则维护管理业

非常以便。

2.3.4序批式活性污泥法

序批式活性污泥处理系统(简称SBR)属于间歇式处理系统，是通过其重要反

应器-曝气池日勺运行操作而实现日勺。曝气池的运行操作，是由流入；反应；沉淀；

排放；待机(闲置)等五个工序所构成。这五个工序都在曝气池这一种反应器内运

行、实行，运行操作日勺五个工序示意图见图2-3。

图2-3间歇式活性污泥法曝气池运行操作5个工序示意图

序批式活性污泥法具有如下特点：

(1)在大多数状况下(包括工业废水处理)，无需设置调整池；

(2)SVI值较低，污泥易于沉淀，一般状况下，不产生污泥膨胀现象；

(3)通过对运行方式的调整，在单一日勺曝气池内可以进行脱氮利除磷反应；

(4)应用电动阀、液位计、自动计时器及可编程序控制器等自控仪表，也许使

本工艺过程实现所有自动化，而由中心控制室控制；

(5)运行管理得当，处理水水质优于持续式；

(6)加深池深时，与同样『'JBOD-SS负荷的其他方式相比较，占地面积较小；

(7)耐冲击负荷，处理有毒或高浓度有机废水的能力强。

近年来序列间歇式活性污泥法（SBR）处理养猪场废水越来越受到关注，该工

艺相对比于其他工艺简朴、剩余污泥处置麻烦少、节省投资投资省、占地少、运行

费用低、耐有机负荷和毒物负荷冲击，运行方式灵活，由于是静止沉淀，因此出水

效果好、厌（缺）氧和好氧过程交替发生、泥龄短、活性高，有很好日勺脱氮除磷效

果且有通过氧化还原电位实时控制SBR反应进程日勺报道，深入提高了对氮磷

日勺清除效果、节省了能源和投资。因此选用序列间歇式活性污泥法（SBR）作为好

氧段日勺反应器“3』支

3工艺流程及简要阐明

海层々泽油

图3-1工艺流程图

原水首先进入格栅进行预处理，可以清除大部分悬浮物和部分有机物，后进入

集水池，再经沉淀池进入水解酸化池提高生化性能，70%日勺水量进去UASB进行反

应器进行厌氧反应，出水自流进入SBR反应池进行生化反应，经SBR反应池的出

水自流进入浅层气浮池。格栅机、筛网日勺污泥直接运至化肥厂。UASB反应器、SBR

反应器、初沉池的污泥排至污泥浓缩池，通过浓缩处理后进入带式脱水机进行脱水,

滤饼外运，滤液回流至集水池进入再处理。UASB产生的J沼气通过沼气搜集系统进

入贮气柜。

4重要构筑物及设备的选型

设计流量确定：

平均流量：Qa=600m3/d=25m3/h=0.007m3/s

总变化系数:

2727

K4Z=CF0.1T1F\1=2.2(4-1)

式中：Qa一平均流量，L/s；

设计最大流量Q1】ax：

Qmax=KzxQa=2.2X600=1320m3/d=55m3/h=0.015m3/s(4-2)

4.1格栅

由于本工程废水重要由猪厂H勺粪便(以固体形式为主)和清洗养猪厂形成的污

水(包括残留猪粪尿液)两个方面构成口叫废水中具有大量的固体悬浮物和大颗粒

杂质，因此为防止废水中大量的固体悬浮物，杂质堵塞，损坏后续处理设施，污水

在进入集水池池前，设置两格栅井(一用一备)。

(1)栅条选矩形钢，栅条宽度S=0.01m,栅条间隙e=0.01m。安装倾角

Q=75°最大设计污水量Qma、=1320m3/d=0.015m3/s,设栅前水深h=0.3m,过栅流速

v=0.6m/so

(2)栅条间隙数n：

而兀0.015x7sin75°_

n=Qa83

e/?v0.01x0.3x0.6,(4.3)

(3)栅槽宽度B：

B=S(n-l)+dn=0.01X(9-l)+0.01X9=0.17m(4-4)

栅槽宽度一般比格栅宽020.3m,栅槽实取宽度B=0.50m,栅条9根。

(4)进水渠道渐宽部分长度Li：

'2tana|(4-5)

式中：囱一进水渠道宽度；

。|一进水渠道渐宽部位日勺展开角，一般。尸20°。

则：

j0.5-0.2.[

L=--------=0A.41，〃

2tan20°(4-6)

(5)栅槽与出水渠道连接处日勺渐窄部分长度L2：

=—=0.21/77

"2(4-7)

(6)过栅水头损失hi：

/?!==ke—sina(4-8)

2g

式中：加一计算水头损失

攵一格栅受污物堵塞后，水头损失增长倍数，栅条为矩形截面时取k=3

£一阻力系数e=P(S/e)4/\与栅条断面有关，为锐边矩形时取B=2.42

则：hi=0.21m

(7)栅前槽总高度Hi；

取栅前渠道超高h2=0.3m,则栅前槽总高度Hi=h+h2=0.3+0.3=0.60in

(8)栅后槽总局度H：

H=h+hi+h2=O.3+O.21+O.3=O.81m,取为0.8m。

(9)格栅总长度：

L=Li+L2+1.0+0.5+Hi/tana=2.3m

(10)每日栅渣量：

卬二Qa叫x864(X)

1000K,

(4-9)

0.015x0.15x86400

=0.0W/d

1000x2,2

取单位体积污水栅渣量Wi为().15m3/1000m3

不不不大于于。?犷'/",采用人工清渣。

计算草图见图4-1：

4.2集水池

集水池用于污水过格栅后均衡水质水量，同步通过污水泵提高进入后续处理设

备。根据本次设计污水量，设置水力停留时间HRT=20min,有效容积=14.0】口3,规

格3.5mx2mx2.5m,钢碎构造，地下式,计算过程如下:

(1)有效容积V：

V=Qt(4-10)

式中：t—停留时间，h,取,=20min。

3

则：V=Qmj=37.5x204-60=12.5(m)

(2)池子面积F：

F=-(4-11)

h

式中：h一有效水深力，mo

则：八%=12%=6.25(nf)

⑶池子总高H：

"=%+九(4/2)

式中：hi一池子超高，m,取%=0.5m。

贝lj：H=h+h]=2.0+0.5=2.5(m)

4.3混凝沉淀池

4.3.1混合阶段

向原水中投加混凝剂后，应在短时间内将药剂充足、均匀地扩散于水体中，这

一过程称为混合。混合是获得良好絮凝效果日勺重要前提。影响混合效果的原因有诸

多，如药剂的品种、浓度，原水的温度，水中颗粒日勺性质、大小等，采用的混合方

式是最重要的影响原因。混合设备日勺基本规定是药剂与水的混合迅速均匀。混合日勺

方式重要有管式混合、水力混合、水泵混合以及机械混合等。采用何种混合方式应

根据净水工艺布置、水质、水量、药剂品种等原因综合确定“曳

由于本次设计的污水量较小，水力混合多用于大中型污水处理厂中，而水泵混

合已经逐渐淘汰，机械混合计算所得的有效容积过小无对应的设备，因此初步选用

扬州腾飞环境工程设备有限企'业的GJH-100型管式静态混合器，玻璃钢材质，管径

为DN1OO,加药管管径为DN32。

4.3.2絮凝阶段

絮凝过程就是在外力作用下具有絮凝性能的微絮粒互相接触碰撞，从而形成

更大H勺稳定的絮粒，以适应沉降分离的规定。为了抵达完善的絮凝效果，在絮凝过

程中要给水流合适的能量，增长颗粒碰撞H勺机会，并且不使已经形成的絮粒破坏。

絮凝过程需要足够的反应时间。在水处理构筑物中絮凝池是完毕絮凝过程的设备，

它接在混合池背面，是混凝过程的I最终设备。一般与沉淀池合建。

絮凝池的形式近年来有诸多，大体可以按照能量的输入方式不同样分为水力

絮凝和机械搅拌絮凝两类。水力絮凝是运用水流自身的能量，通过流动过程中的阻

力给液体输入能量।⑺。其水力式搅拌强度随水量日勺减小而变弱。目前，水力絮凝日勺

形式重要有隔板絮凝、折板絮凝、网格絮凝和穿孔旋流絮凝。对应的构筑物为隔板

絮凝池、折板絮凝池、网格絮凝池、旋流絮凝池。机械絮凝是通过电机或其他动力

带动叶片进行搅动,使水流产生一定的速度梯度。絮凝过程不消耗水流自身日勺能量,

其机械搅拌强度可以随水量的变化进行对应的调整。

由于本设计污水处理量较小，使用水力絮凝装置体积过小、设备安装不便，因

此使用机械絮凝装置，设计计算如下：

(1)反应池有效容积V：

v=旦=25x至=83/

6060

式中；Q一设计处理水量，m3/h；

t一反应时间，一般20〜30min。

(2)反应池串联格数及尺寸：

反应池采用3格串联，每格有效尺寸为：B=1.5m,L=1.5m,H=1.5m

V=3B・L・H=3X1.5X1.5X1.5=10.1m3

反应池超高取0.3m。池子总高度为1.8m.

取JBJ1-900型桨式搅拌机，详细参数见表4-2o

表4-2JBJ1-900型桨式搅拌机详细参数单位：mm

参数LDD1D2D3nXd

JBJ1-90015009001001752104X19

(3)叶轮中心点旋转半径R=450mm

(4)每台搅拌机桨板中心点旋转线速度取：

第一格：vi=0.5m/s第二格：V2=0.35m/s第三格：va=0.5m/s

每台搅拌机每分钟的转速为:

6()匕60x0.5

第i格：=10.6(/7min)

2兀R2万乂0.45

_60V260x0.35

第二格:%—7/4(尸//mnuinll)、

2TTR2^-x0.45

_60匕60x0.2

第三格：〃3一(，/null)

2TTR2^-x0.45

隔墙过水孔面根按下一档桨板外缘线速度计算，则搅拌机外缘线速度分别为:

第二格：v2=2V2=0.7/71/s

第三格：v3=2V3=0.4m/s

每条生产线设计流量为Q=600m3/d=0.007m3/s

第一、第二格絮凝池间隔墙过水孔面积为名=2也=0.01(〃冷

v20.7

第二、第三格絮凝池间隔墙过水孔面积为旦="2=0.02(疗)

匕04

(5)絮凝池速度梯度G值核算(按水温15℃计,u=1.14X10-3Pa-s)

G尸层(4-13)

通过验算，速度梯度与平均速度梯度均较适合。

4.3.3沉淀阶段

初沉池重要对废水中以无机物为主密度大H勺固体悬浮物进行沉淀分离1网。初次

沉淀池有平流式、竖流式、辅流式及斜板(管〕四种。选用平流式沉淀池，它具有*沉

淀效果好，对冲击负荷和温度变化的适应能力较强，施工简朴，造价低等长处。设

置水力停留时间HRT=8.0h,有效容积=200n?,规格14.5mX4.0mX5.3m,钢碎构

造，半地下式。

4.3.3.1配水系统

渠宽b=0.20m,水深h=0.06m,渠深设计为0.25m,渠长6m。则渠中水流流速

约为:

v=l=0.58向»。4〃/$(4-14)

卬0.20x0.06

4.332出水系统

(1)出水堰的形式及尺寸:

L旦

q(4-15)

式中：L—堰长m；

夕一出水堰负荷，L/(sm),取l.0L/(smi；

°一设计流量，n?/s；

则L=Q=0.007xi000=70m>取堰长

q1.0

共四格出水堰，每堰进水流量为0.00175m%,每格堰长为2m,出水搜集器采

用UPVC自制90。三角堰出水。根据资料〔叫当设计水量为Q=6.25m3/h时,过堰

水深为70mm,堰宽设为140mm,堰口间隔60mm,共80个三角堰。

(2)堰上水头砧

(4-16)

式中：hi—堰二水头m；

9一每个三角堰出流量，m%；

财八炼)、席)』。2皿

(3)集水水槽宽B：

8=0.9xQ。"

(4-17)

式中：8—集水水槽宽，m；

Q—设计流量，m3/s；

为保证集水槽设计流量在安全范围内，设置安全流量Q)=(1.2〜1.5)。则

3=09x(1.5x0007+4)°<=0.084(〃?)，因此水槽宽取80mmo

(4)集水槽深度h：

集水槽日勺临界水深:

(4-18)

式中：8一集水水槽宽，m；

2)一安全设计流量，m3/s；

则:

『(1.5x0.007.后

=0.0479

V9.8x0.0802

(4-19)

集水槽日勺起端水深：%=L73%

式中：ho一起端水深m；

贝ij：%=1.734=1.73x0.0479=0.083m：取％=80/w/w；

设出水槽自由跌落高度：〃2=°」°m=10°加〃。

则集水槽总深度h=hi+h2+%=0.02+0.1+0.08=