广东恒怡源环境治理有限公司是一家集工程咨询、科研开发、工程设计、土建施工、设备制造、安装调试于一体的省级环保骨干企业。

公司技术力量雄厚、专业齐全、装备先进、业务范围广泛、社会信誉良好，不仅拥有一支精通先进工艺技术的专业设计队伍，而且还培养和建立了一支技艺精湛的设备制造、工程实施队伍。且与众多知名企业、院校广泛建立了长期的技术合作和业务配套关系，为环境污染防治工程技术和环保产品生产技术的日臻完善提供了可靠的支撑。在环境工程方面，近年来分别完成了各类机械、化工、纺织、食品、电力、轻工、制药、医院、市政、农业等环境工程咨询、设计；以及烟气脱硫除尘一体化技术、工业锅炉布袋除尘、水膜除尘、静电除尘、有机废气净化、工业废水、生活污水、医院污水、农业污水等综合治理技术、生活垃圾及固废综合处理等治理项目几十项，业务遍布十多个省市。许多工程项目获优秀设计奖和科技进步奖，被评为优良工程。

1.5我公司处理养殖污水的理念提出

我国绝大部分养殖废水由于行业盈利不高、规模小且分散、污水处理成本高、环保意识淡薄等这些都形成了目前多数应付的局面，有的建立简单的氧化塘、有的建立简单的厌氧池等等，这些污水都不能满足国家排放标准。

因此在我国开发具有高效、简易、低耗、低运营成本的养殖污水处理技术,具有很深远的意义。

预处理+高效厌氧+好氧微生物深化处理+人工湿地是最经济实惠的工艺。它是一个完整的生态系统,它形成了内部的良好循环并具有较好的经济效益和生态效益,是正在不断得到研究应用和发展的污水处理实用新技术。具有投资低,出水水质好、抗冲击力强、增加绿地面积、改善和美化生态环境、操作简单、维护和运行费用低廉等优点。这项技术适合我国国情,尤其适合广大农村,中小城市的污水处理,具有极其广阔地应用前景。

依据国内外相关案列结合我公司多年来处理不同水质、不同行业领域的经验，针对高浓度的养殖业废水提出：预处理+高效厌氧（三沼利用）+高效好氧+人工的湿地+水产养殖。重点在于修复生态让其自然处理污染物，以期达到标准造福子孙后代。

当然我们更期望本着对每个客户业主负责的态度。在处理效果达标的基础上优化、精简、合理搭配组合工艺，以期望降低建设成本和运营维护成本。

二、设计依据、原则和范围

2.1、 设计依据

GB8978-96） 《污水综合排放标准》

GB18596-2001《畜禽养殖业污染物排放标准》

GB50015《建筑给水排水设计规范》

GB3838-2002《地面水环境质量标准》  

GB12348《工业企业厂界噪声标准》

GB12801《生产过程安全卫生要求总则》

GB14554《恶臭污染物排放标准》

GB18918《城镇污水处理厂污染物排放标准》

GB50003《砌体结构设计规范》

GB50011《建筑抗震设计规范》

GB50013《室外给水设计规范》

GB50014《室外排水设计规范》

GB50015《建筑给水排水设计规范》

GB50016《建筑设计防火规范》

GB50019《采暖通风与空气调节设计规范》

GB50040《动力机器基础设计规范》

GB50052《供配电系统设计规范》

GB50053《10kV 及以下变电所设计规范》

GB50054《低压配电设计规范》

GB50069《给水排水工程构筑物结构设计规范》

GB50070《混凝土结构设计规范》

GB50140《建筑灭火器配置设计规范》

GB50204《混凝土结构工程施工质量验收规范》

GB50231《机械设备安装工程施工及验收通用规范》

GB50268《给水排水管道工程施工及验收规范》

GB50335《污水再生利用工程设计规范》

GBJ87《工业企业厂界噪声控制设计规范》

GBJ141《给水排水构筑物施工及验收规范》

GB/T13663《给水用聚乙烯（PE）管材》

CJJ17《城市生活垃圾卫生填埋技术规范》

CJJ60《城市污水处理厂运行、维护及其安全技术规程》

业主提供的相关资料。

2.2、设计原则

用最节能、最低的运行成本、最简单的工艺、最简单的维护管理、不使用化学药剂，不产生二次污染、以自然的生态还原修复法处理被污染的水源！

严格执行国家和地方相关环保法律、法规的要求，对该项目污水进行合理、有效的处理，保护周围环境和受纳水体；另一方面，在保证环境效益和社会效益的同时尽量节省投资、降低运行成本，这是促进环境保护工作走向良性循环的必经之路，因此，该套工艺方案的编制原则是：

1） 符合国家、地方的法律、法规及标准；

2） 不产生二次污染，杜绝影响环境的情况；

3） 根据工程特点，采用先进实用的污水处理工艺，选择合理的工艺方法；

4） 设备及器材采用名牌厂家产品，保证质量可靠，操作管理方便，自动化程度高，便于维护。

2.3、设计范围

本技术方案为30m³/d养猪污水处理工程，内容包括工艺设计、配套设备选型、土建工程、机电安装工程、调试、给排水及一些必要的辅助工程设施。

①污水处理厂范围内工艺、土建、机电安装设计、管网等。

②处理后的污水排放管网应由甲方完成。

③我公司负责厂内全部管网，进水口从甲方分散的养殖户初步厌氧后的出水口接至污水处理厂的格栅池，过滤之后经集水池通过提升泵泵入兼厌氧塘底部。总出水口接出1～2m与外部管网对接。

④进线电缆应由甲方完成，接至污水处理厂操作管理房内配电柜。

此设计仅为初步设计，待业主认可该初步设计和高程要求后，我公司将再提供该设计方案的细步设计，依据经验有的水质水量提供的不准确相差很大，甚至达到了一倍的误差。

比如位于广东惠州市惠东县梁化镇的厚德养猪厂世界银行贷款项目，设计初期业主提供的水量只有每天80吨，水质COD小于1000，但在实际调制中发现水量达到150吨每天，水质COD达到2000mg/L.因此调试中花费大量人力财力整改。

再比如位于广东韶关市杉木湾的市畜牧研究所国家减排项目，设计初期业主提供的水量为每天70吨，实际项目建成调试过程中发现水量达到了150吨每天，大大影响了出水水质。

以上两个项目以至于设计参数依据不准。因此在实际细部设计和调试中将做相应的调整，以满足排放要求。

细步设计包括各土建池体建筑、结构图纸、各土建池体的预留孔洞、管线预埋及铺设图纸、各设备基础及安装图纸、电气控制图纸等。

三、设计参数的确定

3.1、设计处理水量

根据业主提供资料，该项目养殖废水水量为30m³/d，

本方案设计日处理水量最大确定为：30m³/d）。处理系统按每天24h连续运行设计，则每小时1.25 m³/H。

3.2、设计处理污水水质

根据业主提供的数据并参考同类型企业，确定水质如下：

预计进水水质

单位：mg/L

处理后的出水要求

单位：mg/L

四、工艺分析及选择

在当今世界，污水处理技术的不断发展和工程应用已经成为维系社会经济可持续发展的必要组成部分。基于物理（过滤、沉淀）、化学（药剂中和、电化）和生物学原理的各种污水处理新工艺不断出现，其中生物处理的应用仍最经济、最广泛。

生物处理一般分为：厌氧处理法、兼氧处理法、好氧处理法及组合工艺处理法。

养殖业废水存在三高问题，有机物浓度高、悬浮物高、氮磷高，简单的厌氧或者好氧均不能达标排放。目前国内对于畜禽养殖业废水的处理方法主要是厌氧法和好氧法几个方法的组合工艺。

我公司提出养殖业废水综合高效的无害化处理思路：物化处理---高效厌氧---高效好氧--生态处理相结合，把废水处理成中水回用；因此几乎没有污染物排放。

4.1、 厌氧生物处理

厌氧生物处理适用于高浓度有机废水（COD_cr>2000mg/L,BOD₅>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，参与生物降解的有机基质有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。厌氧生物处理包括多种方法，有化粪池、厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器（UASB）、两段厌氧处理法、厌氧膨胀床、厌氧流化床、厌氧生物转盘和挡流板厌氧法等。

下表为几种厌氧处理方法的特点及优缺点见表4-1：

表4-1各类厌氧处理法的特点及优缺点

一般来说厌氧的设计控制原则是：

A保持较长的滞留期；B:有较好的温度（10-55度）；C:封闭保温和杜绝复氧；D:避免引起短流。

4.1.1、升流式厌氧污泥床(UASB)生物技术

升流式厌氧污泥床(UASB)是在升流式厌氧滤池的基础上改良而来的， 它取消了滤池内的全部填料，并在池子的上部设置了气、 液、 固三相分离器， 这就构成了一种结构简单、 处理效能高的新型反应器—升流式厌氧污泥床反应器

污水从反应器底部向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的的污泥床， 在厌氧状态下产生沼气， 沼气的产生引起内部循环对于颗粒污泥的形成和维持是有利的，因此， 有利于有机物的降解。

升流式厌氧污泥床具有污泥浓度高， 平均污泥浓度为(20 ～40)gVSS/L， 水力停留时间长， 容积负荷一般为(6 ～11)kgCOD/(m 3 ·d)左右。无混合搅拌设备， 靠水流和发酵过程中产生的沼气的上升运动， 使污泥床上部的污泥处于悬浮状态， 对下部的污泥层也有一定程度的搅动。

UASB 内设三相分离器， 通常不设沉淀池，被沉淀区分离出来的污泥重新回到污泥床反应区内， 而且污泥床不填载体， 节省造价并可避免填料堵塞的问题， 正因如此， UASB反应器已成为第二代厌氧反应器中发展最为迅速、 应用最为广泛的装置。 厌氧生物处理法不仅适用于高浓度有机废水， 进水 BOD 最高浓度可数以万计， 也适用于低浓度有机废水， 如城市污水等． 有人实验证明采用 UASB/SBR/氧化塘工艺处理养猪废水， 经 UASB 处理后 COD 去除率为 82%， BOD 去除率为 79%， NH 3 － N 去除率为31%。

UASB 反应器对有机物有较理想的去除率， 但对氨氮和磷的去除效果不理想．此外进水中悬浮物不宜过高， 一般控制在 100mg/L 以下， 防止悬浮物对处理效果的影响．

4.1.2、厌氧折流板反应器(ABR)生物技术

ABR 工艺作为第三代新型厌氧反应器， 是一种高效反应器，相对于 UASB， AF 厌氧处理工艺具有结构简单、 投资少、抗冲击负荷强等诸多优点。

ABR 反应器如图 所示．

由于在反应器中安装了一系列垂直的折流板， 将反应器分隔成几个串联的反应室， 每个反应室都可以看成是相对独立的上流式厌氧污泥床(UASB)， 每个反应室中的水流都可以看成是完全混合的， 处理过程中反应器内产生的气体使反应器内的微生物固体在折流板形成的各个隔室内做上下运动，而整个反应器内的水流则以较慢的速度做水平流动。 因此， ABR 反应器的水力流态在整体上又可以看成是推流式。

ABR 反应器中， 相互串联的隔室有利于微生物种群在沿反应器长度上的不同隔室中顺次实现产酸相和产甲烷相分离，从而在单个反应器中实现两相或多相分离． 这样可以使不同类型的微生物在最适宜的条件下生长， 实现较高的有机物降解能力。

采用 ABR 工艺处理高浓度畜禽养殖废水， 当进水 COD 浓度达到(9000 ～10000)mg/L 时， COD 的容积负荷最高为 6kgCOD(m 3 ·d)， 水力停留时间 48 h 左右，去除率在 75% ～85%， 出水 COD 浓度在(1500 ～2000)mg/L，产气率在 0.4 m ³ /(kgCOD)． 但是，ABR 工艺对 NH₃-N几乎没有去除效果。

综合上所述并结合本设计污水的特点，考虑采用较为成熟的升流式厌氧污泥床(UASB)或者厌氧折流板反应器(ABR)生物技术作为厌氧段的反应器,同时对反应器中的污水进行认为的加热，促使厌氧阶段高效--反应时间缩短和反应更彻底。

4.2、 好氧生物处理

在污水好氧生物处理工艺的发展和应用中，活性污泥法和生物膜法一直占据主导地位。随着新型滤料的开发和配套技术的不断完善，与活性污泥法平行发展起来的生物膜工艺技术得以快速发展，即独立又几乎已经结合到污水处理的各种其它工艺中，这是由于生物膜法具有诸多优点：

处理效率高、耐冲击负荷性能好、体积小、占地面积少、运营管理稳定、低成本、低能耗、投资省、运营成本低、不存在活性污泥法的污泥膨胀问题、可以维持较高的污泥龄、生物相相对丰富稳定、具有较高的微生物量、水力停留时间较短、对毒性物质和冲击负荷具有较强的抵抗性、具有一定的消化和反消化功能、可以实现封闭式运转、解决臭味问题等。

生物膜及活性污泥出现的微生物比较

4.2.1、活性污泥的厌氧、缺氧、好氧（ A²/O）处理法

   一段AAO                                       三段AAO法

A²/O工艺亦称A-A-O工艺。按实质意义来说，本工艺应为厌氧-缺氧-好氧法，生物脱氮除磷工艺的简称。A²/O工艺是流程最简单，应用最广泛的脱氮除磷工艺。

该工艺各反应器单元功能及工艺特征如下：

1）厌氧反应器：原污水及从沉淀池排出的含磷回流污泥同步进入该反应器，其主要功能是释放磷，同时对部分有机物进行氨化；

2）缺氧反应器：污水经厌氧反应器进入该反应器，其首要功能是脱氮，硝态氮是通过内循环由好氧反应器送来的，循环的混合液量较大，一般为2Q（Q——原污水量）；

3）好氧反应器——曝气池：混合液由缺氧反应器进入该反应器，其功能是多重的，去除BOD、硝化和吸收磷都是在该反应器内进行的，这三项反应都是重要的，混合液中含有NO₃-N，污泥中含有过剩的磷，而污水中的BOD(或COD)则得到去除，流量为2Q的混合液从这里回流到缺氧反应器；

4）沉淀池：其功能是泥水分离，污泥的一部分回流厌氧反应器，上清液作为处理水排放。

该工艺处理效率一般能达到：BOD₅和SS为90%~95%，总氮为70%以上，磷为90%左右，一般适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂。但A²/O工艺的基建费和运行费均高于普通活性污泥法，运行管理要求高，所以对目前我国国情来说，当处理后的污水排入封闭性水体或缓流水体引起富营养化，从而影响给水水源时，才采用该工艺

但该工艺处理水只能达到国标B，对于氮磷的再次去除没有突破性进展。同时需要在厌氧和缺氧段进行搅拌，和回流沉淀池的污泥，管理复杂、污泥产生量大造成二次污染。

4.2.2、微生物接触氧化法

图2  生物膜的构造           图3  生物接触氧化示意图

A:定义

微生物细胞几乎能在水环境中任何适宜的载体表面牢固的附着，并在其上生长和繁殖，由细胞内向细胞外延伸的胞外多聚物使微生物细胞形成纤维状的缠结结构，便被称之生物膜。

B:好氧生物膜法的原理（生物接触氧化法）

   污水长期与填料接触，就会在其表面形成生物膜，并逐渐成熟。固定生物膜法中，微生物附着在载体表面生长而形成膜状，当污水流经载体表面和生物膜接触的过程中，污水中的有机污染物被微生物吸附、稳定、最终转化为H₂O、CO₂、NH₃和微生物细胞物质，污水得到净化。

C：优越性

如今国内大部分使用活性污泥法，净水后均产生大量的污泥，这些污泥含有高比列的有机物，极难处置，形成二次污染的污染源。污泥的产生是传统污水处理技术难以突破的瓶颈。由于人工曝气量大，微生物膜在完成使命死亡后自身发生氧化，因此本技术的最大特点是净化污水时几乎不产生有机污泥，这正是传统净化技术的致命软肋。

D.好氧、厌氧、兼氧生物膜一体化技术

为了保持生物膜好氧菌的活性，向生物膜提供氧气创造好氧条件，本技术采用曝气强制通风供氧。好氧层的厚度和污水的流量和浓度相关联

微生物的生长繁殖使生物膜厚度增大，营养物和氧的传递阻力加大，使生物膜深处的营养物和氧供应不足，促使微生物内源代谢产生厌氧层。中间部分形成兼氧层。

好氧、厌氧、兼氧一体化，在亲水的表层形成的好氧层吸收、氧化、分解水中的有机物。好氧、厌氧和兼氧同时形成了硝化和反硝化。因此具有脱氮的功能。

E:不足之处

对于高浓度、高氨氮的废水由于异养菌的优先繁殖处理TOC，在氨氮过高的情况下对微生物有抑制作用，而且常常高浓度的废水经过厌氧后C/N比例失调。

因此对于高浓度的污水TOC能够很好的去除，但对于高氨氮虽然能去除30%但依然不能达标排放，养猪业废水除TOC高外氨氮也非常高，基本大于500mg/L，厌氧处理过程中， 由于有机污染物的降解与氨氮的降解不同步， 厌氧出水的可生化性(BOD ₅ /COD)以及 BOD₅/TN 值下降，几乎不能去除。好氧在氨氮过高的情况下对微生物有抑制作用，且异养菌优先繁殖并优先处理BOD₅。致使好氧处理过程对 COD 和氨氮的去除效果差，出水浓度较高。那么如何解决脱氮的问题，使C/N比例控制在可生化的条件？

4.3、 微生物脱氮除TOC

我们知道氨氮的生物去除需要两个阶段：

1）:硝化过程：

亚硝化菌和硝化菌在有氧的条件下将氨态氮转化为亚硝态氮和硝态氮的过程。

2）:反消化过程

污水中的硝态氮和亚硝态氮在无氧或低氧条件下，被反硝化菌（异样菌、自养菌）还原转化为氮气释放。

4.3.1传统的生物脱氮

目前最常用的污水脱氮技术为传统生物脱氮，即通过硝化-反硝化过程使氨氮转化为氮气。硝化和反硝化是两个相互对立的过程，硝化反应借助硝化细菌的作用，要在有氧环境下进行;反硝化反应则需借助于反硝化菌的作用，只有在无氧条件下，该反应才能顺利进行;而且该工艺还需要大量的有机碳源作为电子供体，如果C/N<2.5，没有外加有机碳源，反硝化就无法有效的进行，而如果C/N<4，反硝化容器体积要提高1.5~1.7倍;因此在处理养殖废水这类超低C/N比高浓度含氮废水时必须寻找高效的脱氮技术。

20世纪90年代末，生物脱氮技术的新发展突破了传统理论的认识。1994年有人发现某些细菌在硝化反硝化反应中能利用硝酸盐作电子受体将氨氮氧化成氮气和气态氮化物;1995年，科技人员用流化床反应器研究生物反硝化时，发现了氨氮的厌氧生物氧化现象。

建立在短程硝化反硝化基础上的亚硝酸型硝化和厌氧氨氧化工艺(ANAMMOX，Anaerobic Ammonium Oxidation)的联合，弥补了传统工艺的缺陷，被认为是一个突破性的创新。该工艺对养殖废水这类低C/N比高浓度含氮废水具有高效脱氮作用，最为突出的优点是不需要外加有机碳源，并且相对于传统硝化-反硝化工艺节省了25%需氧量，从而降低了投资和运行费用，具有重要的理论和实践意义。

4.3.2  短程硝化反硝化

传统生物脱氮理论认为氨氮是借助两类不同的细菌(硝化菌和反硝化菌)将水中的氨转化为氮气而去除，即NH₄⁺需要经历典型的硝化和反硝化过程。硝化反应中，首先亚硝酸细菌将氨氮转化为亚硝酸盐（NO₂^-），之后硝酸细菌将亚硝酸盐转化为硝酸盐（NO₃^-）。

硝化反应过程需在好氧条件下进行，并以氧作为电子受体。反硝化过程为将硝酸盐或亚硝酸盐转化为N₂的过程。反硝化细菌利用各种有机基质作为电子供体，以硝酸盐或亚硝酸盐作为电子受体，进行缺氧呼吸。

所谓短程硝化反硝化就是将硝化过程控制在NO₂^-阶段，阻止NO₂^-进一步氧化为NO₃^-，直接以NO₂^-作为电子最终受氢体进行反硝化。硝化和反消化的关键是如何将硝化反应控制在亚硝化阶段。

4.3.3厌氧氨氧化

厌氧氨氧化菌很容易因水中的有机物和溶解氧而受到抑制，固其对进水的要求很高，因此，对于低 C／ N 猪场废水，将短程硝化反硝化作为厌氧氨氧化的前置工艺，前者可为后者创造去除部分 COD 、降低总氮负荷等进水条件，而后者可在无需外加碳源的条件下进一步脱氮。

4.4、处理TOC和脱氮的工艺流程：

水解酸化-微生物接触氧化1（硝化）—ABR厌氧（反硝化）--微生物接触氧化2

4.4.1水解酸化

将经过高效厌氧后的废水进行水解酸化，去除大的悬浮物和降低部分氨氮和TOC，水解酸化池中置放填料。

4.4.2微生物接触氧化1（短程硝化）：

利用置放于池体中的生物巢配合合理的人工供氧，达到短程硝化的目的。此工艺主要是降解部分TOC和将氨氮控制在亚硝化阶段。发生了亚硝酸盐氮的积累，实现短程硝化，为建立短程硝化反硝化提供了条件。其中，DO、 pH 和 FA 浓度是影响亚硝酸盐氮积累的重要因素。

4.4.3 ABR厌氧（反硝化和厌氧氨氧化）

ABR（折板上流式厌氧污泥床）其水流也称推流式。适合于中高浓度的废水，由若干个池体串联组成。其每个反应池都可作为UASB的单独。在ABR池体中置放填料，有利于厌氧微生物和厌氧氨氧化菌的生长。同时为厌氧创造部分隔离氧的作用。在此反应中，完成厌氧氨氧化。微生物直接以NH₄⁺为电子供体，以微生物接触氧化1出来的水中的亚硝酸（NO₂^-）和硝酸（NO₃^-）为受体。转变成N2释放出来。达到脱氮的功效。同时ABR也降解部分TOC

4.4.4微生物接触氧化2

通过上道工序的脱氮，此时C/N将接近于好氧菌的繁殖与处理能力。在此使用微生物接触氧化降解大量的TOC和部分氨氮达到排放标准。

4.5 工艺流程确定

通过以上分析本方案拟采用如下工艺流程：

工艺流程框图

五、工艺流程说明

5.1栅格：

污水经过管网统一接至格栅池去除大的固体物质，同时厌氧前进行预处理水解酸化、沉淀悬浮物和打破大的分子链、中和均匀水质。

5.2、UASB高效厌氧

为了提高UASB反应效率，由火化炉对循环水进行加温，然后通过换热板对UASB内部的污水进行加温。在出水底部设立生物巢（相当于三相分离器）防止污泥损失。

沼气收集后用于发电：计算沼气产量  ：30*10*0.4=32M³

5.3、沼渣过滤池

对厌氧出水进行自然沉淀，去除水中的悬浮物。

5.4、组合好氧和厌氧（短程硝化和反硝化）

在去除污水中TOC的同时达到脱磷除氮的效果。

5.5、人工湿地

沉淀池的出水设立水中植物塘或者湿地流化床，继续去除TOC、氨氮、磷、金属等。