叶县二期沼气发电站废水处理工艺与运行管理环境工程毕业论文

第 34 页 叶县二期沼气发电站废水处理工艺与运行管理摘 要本文主要对叶县二期沼气发电站废水处理工艺及运行进行了研究，概述了养殖废水的产生及危害、猪粪的营养成分及利用情况、国内外养殖废水的处理方法等。通过实际生产的试运行，较为深刻的探讨了该沼气发电站废水处理工艺流程及相关参数的确定，研究了各设备的运行管理情况，表明该工艺可以解决畜禽养殖业的废水污染问题，以期为同类沼气发电废水处理工艺提供有效的参考。根据循环经济和可持续发展的理念，以实现资源和能源利用的最大化为原则，本系统废水处理采用了厌氧、好氧生物综合处理方法，在废水脱氮除磷工艺设计中具备厌氧、缺氧、好氧的3个基本条件，选用SBR活性污泥法生物处理。处理后水质：CODCr为334mg/L、BOD5为108mg/L、SS为86mg/L和NH3-N为43mg/L;相应的平均去除率：CODCr为74.24%、BOD5为66.44%、SS为79.16%和NH3-N为60.27%。均符合国家畜禽养殖业污染物排放标准（GB185962001）规定的要求，而且猪粪尿采用水泡粪工艺产生沼气，日排放量6000m3/d，可供电500kw，电力满足养殖场内使用。关键词：畜禽废水、猪粪尿、SBR工艺、沼气发电目 录摘要I1.引言11.1 养殖场废水的产生与危害11.2 猪粪的营养成分及利用情况31.3 国内外养殖业废水处理方法及其分析41.3.1 混凝沉淀-脱氮-好氧生化工艺41.3.2 凤眼莲水生生物系统51.3.3 固液分离-好氧工艺61.3.4 固液分离-甲烷发酵-淹没式生物滤池工艺761.3.5 A1-O1-A2-O2处理工艺71.3.6 多级酸化-人工湿地处理工艺71.4 沼气工程现状81.5 选题的目的、意义、内容91.5.1目的及意义91.5.2内容102. 叶县二期沼气发电站废水处理工艺设计102.1 系统简介102.2.1废水来源及特点102.2.2废水处理流程112.2.3物料参数及废水进水、排放标准122.3 构筑物的设计132.3.1格栅132.3.2集污池132.3.3预处理间142.3.4 UASB反应器172.3.5竖流式沉淀池172.3.6 中间水池2#182.3.7 SBR反应器192.3.8 CSTR反应器192.3.9 柔性气柜202.3.10 脱硫装置及脱水装置212.3.11 发电机243 叶县二期沼气发电站常用设备的运行管理253.1 格栅的运行管理253.2 鼓风机的运行维护253.3 污水提升泵的运行管理263.4 UASB装置的运行管理263.5 SBR装置的运行管理273.5.1 辅助设施的运行管理283.5.2 SBR生化池的运行管理284 试运行效果及分析324.1 水质的测定324.2 试运行效果及分析32参考文献34致谢351.引言1.1 养殖场废水的产生与危害近十多年，尤其是自上世纪九十年代以来，我国的畜牧业发展迅速。据国家统计局统计，2009年全国肉类总产量7642万吨，比上年增长5%。2009年全国规模以上畜禽屠宰及肉制品加工业销售总收入达到5167.4亿元，比2008年增长21.8%。2010年肉类、禽蛋、奶类产量分别达到7850万吨、2760万吨、3740万吨，同比分别增长2.6%、1.5%、0.2%。畜牧业的持续增长，极大地丰富了我国城乡居民的畜产品及其副产品供应，全国畜牧业产值9988亿元，占农业总产值的比例为34%，占GDP的8.5%。在一些畜牧大省，畜牧业几乎占到了农业的半壁江山，由此可见，畜牧业已成为中国农村经济中最活跃的增长点和主要的支柱产业。1头猪的日排泄粪尿按6kg计，是人排粪尿量的5倍，年产粪尿约2.2吨，如果采用水冲式清粪，1头猪污水排放量约为30kg/日，1个千头猪场排粪尿达6吨/日，年排泄粪尿达2200吨，采用水冲清粪则日产污水达30吨，年排污水1万多吨。大量粪液、消毒冲洗液流入周围农田、池塘、河流，甚至渗入井中，形成水污染、土壤污染。随着我国养殖业的发展，情况还会更加严重。由此可见畜禽排泄物已形成了巨大的污染源，若处理不当就会给环境保护带来很大威胁12,因此，这一问题引起了当今世界畜牧界和环保组织的极大关注，引起了各国畜牧业生产部门的高度重视。我国城市规模化畜禽养殖业的发展虽然起步较晚，但发展势头十分迅猛，短短十多年已达到相当大的规模，并继续呈高速发展趋势。我国1992年8月在贵阳市召开了“大中城市粪尿处理及综合利用”研讨会，深圳市于1991年7月召开了畜禽污水处理研讨会，台湾省则从1987年前后就从事这方面法规的制定。畜禽养殖的粪尿、废水与粪尿堆置场地面径流是造成地表水、地下水及农田污染的一大污染源。据在北京的调查，一个饲养母猪100头、繁殖肥猪1500头规模的养殖场，堆积粪侵占的土地为0.3-1.0ha，这些土地已被难以恢复使用，上海市环保局认为：上海郊区40%畜禽养殖场的粪尿未经处理流入河道，平均单位水面畜禽粪尿负荷量达18吨/ha，最高达3600吨/ha，已成为上海饮用水源的主要污染源13。另一项调查表明，每年排入环境的畜禽粪尿是太湖流域最大的氮、磷及有机污染源，也是太湖富营养化的罪魁祸首。刚排出的畜禽粪便含有NH3、H2S等有害气体，在未能及时清除或清除后不能及时处理时，产生甲基硫醇、甲硫醚及低脂肪酸等恶臭气体，且臭味将成倍增加。畜禽养殖场的粪便与废水长期堆置或排放在附近的低洼地，往往造成恶臭熏天，蚊蝇滋生，严重影响大气质量和居民的居住环境。实践表明，不仅导致畜禽传染病和寄生虫病的蔓延和发展，也是影响畜禽生产水平的直接原因，严重时会成为威胁畜禽生存的最重要因素。下列表1、2、3给出了英国典型的畜禽排泄废物量和相关的比较资料145。表1 畜禽排泄粪尿量（单位：kg/(头/d)）畜禽种类猪奶牛蛋鸡肉鸡鸭排泄物粪尿粪粪尿粪尿粪排泄量3.53.22.50.050.110.08表2 畜禽养殖业废水与生活污水BOD5之比较（英国资料）废水种类BOD5(mg/L)一般生活污水200400牛粪水1000030000猪粪水1600030000饲料场排水1200085000奶牛场90000140000表3 人及畜禽排泄物含氮量家禽粪便6.3%（N）羊粪3.8%（N）猪粪3.8%（N）马粪2.3%（N）C:N=25牛粪1.7%（N）C:N=18人粪尿5.56.5%（N）C:N=610从这些数值可以看出：养殖业废水的污染物浓度高，是一种污染非常严重的废水。1.2 猪粪的营养成分及利用情况集约化养猪场粪污处理利用不当是造成环境污染的主要原因之一，而养猪场粪污中含有大量的有机质和植物营养素，又是极其宝贵的资源，经无害化处理后加以资源化利用，不仅可防止环境污染，保障猪群健康和安全生产，同时，对促进农牧结合，物质良性循环和生态平衡也具有重要意义。猪场粪便污水中含有大量的腐殖物质，是土壤肥力很好的改良剂，可以改善土壤的团粒结构，防止土壤板结，提高土壤的保水、保肥能力，减少土壤中养分的流失。猪粪中含有大量的有机质和氮磷钾等植物生产必需的营养元素（见表5），但也有含有大量的微生物和寄生虫及其卵。尽管猪粪是一种很好的有机肥，但是必须经过无害化处理，杀菌病原微生物和寄生虫及其卵。一般健康猪的粪尿排泄量和成分如表4、表5所示。表4 典型的畜禽废物产生量（英国资料）畜禽类别体重（kg）粪尿产生量（L/d）哺乳期小猪151断乳后幼猪302生产期成年猪704.40生产期及成年猪（干饲料）905.80生产期及成年猪（湿饲料）9024.00大母猪1254.50大母猪加垫圈草17015.00公猪1605.00蛋鸡20.12奶牛50045.00表5 猪粪的化学成分肥分含量（%）化学组成含量有机物组成占碳的%水分81.5有机质（%）24.16脂肪11.42有机质15.0含氮（%）2.65总腐殖质25.98氮（N）0.60含磷（%）0.68富理酸15.78磷（P2O5）0.40全钾（%）1.99胡敏酸10.32钾（K2O）0.44蛋白质（%）2.22半纤维5.32碱解氮（mg/100g）458.7铵态氮(mg/100g)426.6碳氮比7.14:1种植业生态系统是开放的系统，有物质、能力的输入，也有物质、能量从系统中输出，因此，人类必须向农田输入肥料等。肥料的正确使用与否，是影响作物产量和品质、人类生存环境的一大因素。猪场固体粪污作蚯蚓、蝇蛆、食用菌培养料，然后作肥料还田，也是一种合理的利用方式，但利用数量有限。用猪场固体粪污制沼气，既开发了新能源，沼液沼渣作肥料还可提高肥效，不失为粪便处理的好方法。1.3 国内外养殖业废水处理方法及其分析由于养殖业废水的悬浮物、CODCr、BOD5及氨氮的含量较高，所以处理难度较大，目前国内外实验的规模化混合废水的处理工艺有以下几种：1.3.1 混凝沉淀-脱氮-好氧生化工艺5废水经石灰乳混凝沉淀，可去除废水中的大部分胶体物质和悬浮物，同时可去除一部分难解物质，经脱氨使废水中氨氮低于200mg/L，有利于后续生化的顺利进行。当生化池活性污泥浓度在3500-4500mg/L之间，CODCr容积负荷3.0kg/Mm3/d，NH3-N容积负荷0.22kg/m3/d时，处理后出水能够达到畜牧业排放标准（CODcr400mg/L，NH3-N100mg/L）。流程如图1所示：图1 混凝沉淀-脱氮-好氧生化工艺混凝工序：混凝沉淀工序的主要操作参数为Ca(OH)2的投加量，如果只是从混凝效果考虑，其投加量在2000mg/L以上即可，但如果水温较低，则必须加大Ca(OH)2的投加量，提高pH值以利于提高后续的脱氨效率。可根据水温的不同确定Ca(OH)2的投加量，一般控制在3000-6000mg/L之间。脱氨工序影响脱氨效率的主要因素为pH值、水温、曝气强度和曝气时间。该废水的水温随气温的变化而变化，在工程上调节水温不太经济，一般不加控制，而是通过调节水样的pH值来弥补因水温低而造成的脱氨效率低的不足。脱氨池进水水样的pH值一般控制为10.010.5之间，曝气强度适中，气水比一般为10:1，曝气时间为23h。好氧生化工序主要参数控制值即活性污泥浓度为：3500-4500mg/L，进水NH3-N浓度200mg/L以下，容积负荷2-3kgCODCr/(m3h)，污泥负荷为：0.5-0.7kgCODCr/（kg MLSS.D）。1.3.2 凤眼莲水生生物系统6采用凤眼莲水生生物系统处理混合废水，不但耗资少，而且能有效去除有机物，凤眼莲还可作为辅助饲料喂猪，具有明显的经济效益、环境效益和社会效益。其工艺流程如图2所示：图2 凤眼莲水生生物系统处理工艺厌氧发酵后的废水经兼性氧化塘自然氧化后，进入水生生物处理系统。先经增氧氧化塘氧化，然后进入一级凤眼莲吸收塘，出水经自然氧化塘氧化后进入二级凤眼莲吸收塘，再经过沙滤床流入氧化塘，达到净化废水的目的。该系统对BOD5的去除率约为70%左右，N的去除率约为75%，悬浮物及P的去除率则可达80%。1.3.3 固液分离-好氧工艺5根据该类废水中固型物、纤维性物质含量比较高的特点，进行固液分离处理，固液分离-好氧工艺的工艺流程图如图3所示：图3 固液分离-好氧工艺处理方法：利用地形将猪粪尿废水引入，以不锈钢网挡住粪渣颗粒的去路，使废水流速减低而逐渐沉淀淤积，后来进入沉淀池的粪尿废水以前面淤积的粪渣为过滤体，使废水中更细的颗粒也能沉淀淤积下来。直到粪渣填满沉淀池的八成时，即可换池，重新开始过了沉淀，如此周而复始即能将猪粪尿废水中的固形物欲液体废水分离出来。处理效果：应用上项设施及处理方法起初只能过滤12-15%的固形物，半天后若有粪渣淤积，其过滤效果可以逐渐增加至75-81%。如果废水SS为888mg/L，其SS去除效率达75-83%，原水的BOD5去除效率为27.16%。当然经过此种方法过滤后的废水尚不能达到规定的排放标准，必须再做好二级好氧处理后才能排放。1.3.4 固液分离-甲烷发酵-淹没式生物滤池工艺7废水通过筛网过滤，滤液再经过固体分离，液体部分与渣滓和豆饼混合，然后在34条件下中温消化23d，消化排出液稀释4倍，然后再通过淹没式生物滤池处理。所产生的气体被用来加热猪饲料，进入消化器前的BOD浓度为26000mg/L，消化后排出液中BOD的浓度为1680mg/L，其BOD5、CODCr、NH3-N的去除率粪便为94.7%、90.0%、95.9%。在有机负荷为1-2kg/(m3.d)范围内，气体产生量是足够的，并且消化排出液中BOD浓度低，当负荷率大于2kg/(m3.d)时，消化排出液pH趋于下降。在负荷率为2.0 kg/(m3.d)时，产气率为0.84 m3 ( kg/m3.d)，年平均产气率为0.7 m3 ( kg/m3.d)。每天产气量为196m3。污水处理费用通过甲烷气的产生大大降低。工艺流程如图4所示：图4 固液分离-甲烷发酵-淹没式生物滤池工艺1.3.5 A1-O1-A2-O2处理工艺78该工艺通过厌氧-好氧-缺氧-自然好氧处理，既能去除有机物，同时还具有脱氮除磷等功能，处理出水水质CODCr小于10mg/L，NH3-N小于10mg/L，并能达到国际以及排放标准；处理能耗和处理成本低，仅只需一段人工曝气处理，且接触氧化时间不超过8h，后段采用人工快滤池自然好氧处理。其工艺如图5所示：图5 A1-O1-A2-O2处理工艺1.3.6 多级酸化-人工湿地处理工艺910经该工艺处理后的混合废水CODCr由15000mg/L降至98.4mg/L；BOD5由9000mg/L降至49.4mg/L；SS由186000mg/L降至51.5mg/L；硫化物由480mg/L降至1.3mg/L。该项净化工艺系统具有以下特点：（1）自流化，不需任何电力，节省能源，减少运转费（2）投资少，易维修，管理方便（3）对猪场废水中重金属清除有效该工艺处理流程如图6所示：图6 多级酸化-人工湿地处理工艺1.4 沼气工程现状沼气工程（biogas engineering）是指采用厌氧消化技术处理各类有机废弃物（水），并制取沼气的系统工程设施（农业部，2007）。根据农业部2006年12月发布的规模化畜禽养殖场沼气工程设计规范（NY/T 1222-2006），规模化畜禽养殖场沼气工程指的是以规模化畜禽养殖场粪便污水的厌氧消化为主要技术环节，集污水处理、沼气生产、资源化利用为一体的系统工程。据中国农业部统计数据截至到2005年末，中国处理农业废物的沼气工程数量已达到3556座11，平均池容只有283m3/处，池容在100m3以下的小型沼气工程大约占66%；池容在1001000m3之间的中型沼气工程大约占25%；池容在1000m3以上的大型沼气工程仅占9%左右。根据不同的养殖规模、环境容量、土地资源条件和污水排放标准等条件，处理农业有机废物的沼气工程按沼液的出路形成了各种适宜模式，其中最有代表性的模式有三种： （1）综合利用型沼气工程，即沼气工程周边配套有较大面积的作物农田、鱼塘、植物塘等，能够就地消纳沼气发酵的残留物（沼液），沼气工程成为生态农业园区的纽带，上承养殖业，下联种植业，促进了农业种、养一体化，降低了种植和养殖业的生产成本，废物真正实现了零排放。由于不需要对沼液进行深度处理，系统工程比较简单，投资和运行成本均较低，是一种最为经济的工程模式。（2）自然处理型沼气工程，即养殖场周五环境部太敏感，沼气工程周边游一定量的农田和配套有较大面积的稳定塘。因此，该模式对沼液采用部分还田或分季节还田，多余的沼液进行低能耗或无动力的自然处理（氧化沟、氧化塘、人工湿地等），达到控制污染物总量减排的目的。（3）环保达标型沼气工程，即沼气工程周边环境无法直接消纳沼液，必须将沼液进行固液分离，分离出来的沼渣和人工干清粪制成商品固体有机肥料，分离后的青叶经过好氧或物化等深度处理达到行业排放标准后直接排放。该模式是以处理蓄舍冲洗污水达标为主要建设目标，工程投资和运行费用都较高。但由于采用了沼气技术，可回收一定量能源，同时又去除了污水中的大部分有机物，这比单纯使用好氧处理方法处理这类污水要经济得多。1.5 选题的目的、意义、内容1.5.1目的及意义规模化猪场粪污水未经处理直接排放，不仅使得资源造成极大的浪费，同时也给畜禽场周边环境和水域造成极大的污染。沼气工程作为解决畜禽规模养殖粪便污染和二次生物质能源开发的最有效途径之一，已经得到社会公认12-17。同时，国家环保局、农业部和国家技术监督局联合制订的畜禽养殖业污染物排放标准、畜禽养殖业污染防治管理办法等法规标准，对畜禽养殖场污水排放提出了强制性要求。因此对其进行无害化、资源化、生态化处理不但关乎畜禽养殖业自生发展，还关系到国家减排目标以及畜禽场周边人居环境质量的保持和改善。 本课题的目的是针对双汇意科公司各分属公司（屠宰场和杜邦双汇）产生的工业废水进行治理，兼顾环境、社会和经济效益，将治理污染与回收利用能源和有机肥资源有机结合起来，实现污水达到零排放、能源资源得到有效回收利用的目标。1.5.2内容 本论文的内容包括：（1）养殖猪粪尿废水处理工艺的系统设计（2）常用相关设备的运行管理（3）试运行效果及分析2. 叶县二期沼气发电站废水处理工艺设计2.1 系统简介双汇意科公司二期发电站位于平顶山市叶县保安镇，工程占地55.3亩，养殖15万头猪，产生大量含猪粪、猪尿的废水。根据地方环保及牧业分公司的要求该公司拟建沼气发电站，使废水经处理后实现达标排放，减轻对周围环境的负荷压力，并将猪粪等沼渣经发酵后产生沼气送发电机发电，供给本站和养殖场内使用。意科公司主要利用屠宰场和杜邦双汇的工业废水，产生沼气，经过管道和沼气处理设备，然后进入到热电联产系统用于生产电力和热能。双汇沼气发电减少了大量有害气体排放（年约合1200吨H2S、12万吨CO2），极大地改善了环境质量，提高了能源利用效率，是中国首家污水处理行业获得国家发改委、外交部、环保总局、财政部等七部委批准的CDM项目，是河南省仅有的热电联产CDM沼气发电项目，同时也是河南省发改委的示范工程。2.2.1废水来源及特点本课题主要针对屠宰场15万头猪产生粪尿及冲洗用水为主要进水，对试运行期间的运行工艺进行测试。废水外观呈现灰黑色，含有大量猪粪物以及少量有机物。其中有机质15%，总养分含量不高，氮0.50.6%、磷0.450.5%、钾0.350.5%，猪粪的质地较细，成分较复杂，含蛋白质、脂肪类、有机酸、纤维素、半纤维素以及无机盐，猪粪含氮素较多，碳氮比例较小（14:1），一般容易被微生物分解，释放出可为作物吸收利用的养分。图7为猪舍形貌：图7. 猪舍形貌2.2.2废水处理流程本课题所研究沼气发电站废水处理工艺如图8所示，脱水外用沼渣用于制作固体有机肥，处理工艺如图9所示：图8. 叶县二期沼气发电站废水处理工艺流程图9 固体有机肥工艺流程叶县双汇牧业二期沼气发电站是用水泡粪通过渠道进入集污池，用切割泵将混合均匀的粪水混合物提升至水力筛（固液分离机）进行固液分离；分离出的浓粪排至调配池，分离后的清液流至沉淀池进行再处理，沉淀的浓液用泵提升至调配池进行混合、浓度调配，再通过切割泵提升至CSTR反应器进行厌氧反应，沉淀的清液自流中间水池1#；每天的死亡猪通过高温蒸煮锅进行高温高压蒸煮，残余骨渣捞出后作为复混肥的高效原料，融化的肉液输送至CSTR反应器与其他粪污一起进行厌氧发酵后的沼渣自流进入沼渣浓缩池，浓缩后的沼渣由螺杆泵提升进入带式压滤机进行固液分离，粗沼渣用于生产复混肥，滤液回流中间水池1#，通过搅拌与其他污水混合充分后，由1次提升泵提升至UASB反应器内继续进行降解；再UASB中继续经厌氧菌消化后流入中间水池2#，同时分周期将污水用2次提升泵提升至SBR池；SBR池内设有鼓风曝气系统，通过鼓风曝气系统增加水中溶解氧浓度，促进好氧微生物的新陈代谢作用，分解氧化有机污染物，从而达到去除污染物的目的，出水达标排放。厌氧发酵产生的沼气经净化增压后输送到发电机，供厂区发电并网使用。考虑冬天系统运行情况需要，利用发电机的余热锅炉及锅炉产生的热能作为系统热源，维持厌氧系统3335的运行工况条件。2.2.3物料参数及废水进水、排放标准2.2.3.1 物料参数：日均鲜猪粪量为120吨，日均猪尿量为600吨，日均粪废水总量为800吨。采用水泡粪工艺，粪污排放量会出现不均衡现象，连续三天最大的猪粪、猪尿及废水量合计最大值为3000吨，废水总量每天1000吨。2.2.3.2 猪粪尿废水进水及排放标准表6为猪粪尿废水进水水质参数及厂方要求排放标准（依据畜禽养殖业污染物排放标准（GB185962001）的各类指标18）：表6 进水水质参数及排放要求水 质 指 标废水水质（mg/L）排放标准（mg/L）COD900011000400mg/LBOD545005000150mg/LSS30004000100mg/LNH3-N35045050mg/LpH69.55.58.52.2.3.3主要技术经济指标：本课题沼气排放系统产气量：6000 m³/d2.3 构筑物的设计2.3.1格栅格栅井土建尺寸：3 m×0.6 m×2.5 m栅条间隙5mm，栅宽0.5m，格栅倾角75°。可手动，也可自动控制使用。2.3.2集污池土建尺寸：16.6m×12m×7.4m；池内有两个提升泵，一备一用；三个搅拌机用于在提升泵工作时打开搅拌，一是为了防止废水中猪粪沉淀得不到有效利用，二是为了防止猪粪沉淀在底部阻塞提升泵。集污池用于集结通过格栅进入厂区的废水，暂时储备污水源。为了保证后续处理设备的正常运行，在提升泵将水提升至水力筛之前，在管道中加入一智能电磁流量计，用于记录时流速和总流量，便于知道流量大小。2.3.3预处理间本课题废水处理系统预处理间如图10所示：图10 预处理间2.3.3.1固液分离机该系统（如图11所示）采用台湾炼盛牌全自动固液分离机LK-60/LK-120，是规模化畜禽养殖场粪污处理固液分离的专用设备。共设2台，分别坐落于两个调配池上方。固液分离机原理及特性：（1）喷嘴由齿轮箱带动，机造坚固、过滤彻底、使用寿命长。（2）齿轮式逆向清洗机构，自动探测，满水位起动、过滤、压干、停机时洗网过滤全自动控制。（3）附有自动清洗设备，可自行设定滤网清洗时间。（4）采用挤压补助脱水、含水率65%、固体干炼。（5）适用于畜牧业粪废水，食品加工业、肉品、家庭下水道、医院污水等性质的废水固液分离。它是用于将从集污池提升来的水进行固液分离，还有少量水分的猪粪进入调配池，液体废水进入初沉池。图11. 固液分离机2.3.3.2 初沉池（图12所示）土建尺寸：6 m×3 m×5 m。1个可去除废水中的无机颗粒物及大颗悬浮物。池内有两个提升泵，一用一备，可将水泵入调配池与固体猪粪混合，猪粪与污水的混合比例为1:2.5。泵入水的时间由调配池需水时间而定。初沉池与沼液沉淀池共用一刮泥机，池底呈锥形，沉淀物沉至池底，刮泥机将沉淀物刮至一侧，泵将沉淀物泵入调配池充分利用。池内另一侧存一溢流堰使水自流入中间水池1#。 图12 初沉池2.3.3.3沼液沉淀池（图13所示）土建尺寸：6 m×3 m×5 m。2个沼液沉淀池的污水来源于CSTR反应器中自然溢流出来的。其他情况与初沉池相同。图13 沼气沉淀池2.3.3.4中间水池1#土建尺寸：5 m×6 m×6m。1个池内有一浆氏搅拌机，三个提升泵，两用一备。泵、搅拌机同时开同时关。该池内的废水泵入UASB反应器中。调试期间，流量控制在10m³/h左右。2.3.3.5调配池土建尺寸：5 m×4m×4m。2个池内各有一浆氏搅拌机，两个提升泵，一用一备。当调配池中提升泵打开向CSTR中进水前10分钟将搅拌机打开，将固液混合均匀。2.3.3.6沼渣浓缩池（如图14所示）土建尺寸：5 m×4m×4m。2个当向CSTR中进水时，CSTR中的沼渣自流回入沼渣浓缩池，从池底进入，通过导流筒舒缓了水流速，便于沼渣沉淀。当沼渣流入该水池内过多时，上清液会自动从上方管道中流回集污池。沼渣从下方管道进入脱水机房，脱水外用。图14 沼渣浓缩池2.3.4 UASB反应器本课题废水处理系统中，有2个UASB，高：h=10.8m；半径：r=6.86m。当进水阀门关闭后，打开循环泵的开关，使UASB内上下水进行混合，泵将上部的水抽入下方环形管道中，再从UASB周围四个方向打入反应器内，使废水能够充分反应，产生沼气。沼气通过管道进入UASB外的水封器内，然后进入气柜。水封器的作用是在气体燃烧后将火源阻断，防止火源沿管道进入气柜，避免较大事故的发生。经三相分离器分离后的半固液污泥沿UASB底部管道流回集污池。液体废水从上方的溢流管流入竖流式沉淀池。2.3.5竖流式沉淀池竖流式沉淀池的土建尺寸：4 m×4 m×6m。1个竖流式沉淀池又称立式沉淀池，是池中废水竖向流动的沉淀池。池体平面图形为圆形或方形，水由设在池中心的进水管自上而下进入池内（管中流速应小于30mm/s），管下设伞形挡板使废水在池中均匀分布后沿整个过水断面缓慢上升（对于生活污水一般为0.5-0.7mm/s，沉淀时间采用1-1.5h），悬浮物沉降进入池底锥形沉泥斗中，澄清水从池四周沿周边溢流堰流出。堰前设挡板及浮渣槽以截留浮渣保证出水水质。池的一边靠池壁设排泥管（直径大于200mm）靠静水压将泥定期排出。竖流式沉淀池的优点是占地面积小，排泥容易，缺点是深度大，施工困难，造价高。常用于处理水量小于20000m3/d的污水处理厂。 理论依据：竖流式沉淀池中，水流方向与颗粒沉淀方向相反，其截留速度与水流上升速度相等，上升速度等于沉降速度的颗粒将悬浮在混合液中形成一层悬浮层，对上升的颗粒进行拦截和过滤。因而竖流式沉淀池的效率比平流式沉淀池要高。其中的导流筒缓解进水流速，使其平稳，将悬浮物絮沉到池底，通过管道流回集污池。上清液通过上方的溢流堰流入中间水池2#。2.3.6 中间水池2#中间水池2#的土建尺寸：5 m×5 m×6m。1个用于储备废水，也可缓解水进入SBR反应器的时间。使SBR反应器需要进水时有水可进。如图15所示，为竖流式沉淀池与中间水池2#。图15 竖流式沉淀池与中间水池2#2.3.7 SBR反应器本课题废水处理系统中，SBR反应器高：h = 6.6m，半径：r = 9.94m。其主要组成为：滗水器、微孔曝气设备，其中的滗水器滗水高度为0.76m，滗水流量为50 m³/h。如图16所示在SBR反应器内培养好氧细菌，曝气时间在变化中。反应器下方有通入集污池的管道。图16 SBR反应器。图中蓝色管道：空气进气管；绿色管道：出水管；红色管道：热水循环管；黄色管道：沼气管2.3.7.7 鼓风机房用于曝气的鼓风机有4台，控制鼓风机的变频器有3个分别控制1、2、3号鼓风机，4号鼓风机没有变频器。鼓风机两备两用，使用时的频率为38.10Hz或45.38Hz。2.3.8 CSTR反应器本课题废水系统中，CSTR反应器装置如图17所示：CSTR工艺用来处理高悬浮固体含量的原料。消化器内物料均匀分布，避免了分层状态，增加了物料和微生物接触的机会。本公司国家专利技术内循环浮渣破碎搅拌系统，使得液面上的有机悬浮物循环到反应器的下部，逐渐完全反应，避免了反应器液面上的“结盖现象”。利用产生沼气发电余热对反应器外部的保温加热系统进行保温，大大提高了产气率和投资利用率，同时使得反应器一年四季均可正常工作。该工艺占地少、成本低，是目前世界上最先进的厌氧反应器之一。 图17 CSTR反应器。标注分别为沼液出水口、沼渣出口、进水管、立式搅拌机2.3.9 柔性气柜柔性气柜可分为独立气柜和软顶盖产品，产品由内膜和外膜构成，包括风机、调压装置、容量表、泄露探测器等。柔性气柜的优点：（1）采用进口专用膜材，外膜具有抗静电、抗紫外线、耐老化等优点，内膜具有抗甲烷渗漏，耐火、耐磨、耐褶，抗硫化氢等特性；（2）贮气囊袋轻，比钢性顶盖对罐体的压力小，有利于保护主体设备； （3）独立气柜对基础压力小，有利于减少土建基础投资；（4）冬季不结冰，可实现无故障运行。柔性气柜的适用范围：（1）养殖场、水处理、垃圾处理等领域的沼气回收贮存；（2）化工领域低压腐蚀性气体的贮存；（3）炼化、冶金等领域低压气体存储（2000m3以下）。 本课题废水系统中气柜如图18所示，气柜常压保持在500800Pa之间。图18 柔性气柜2.3.10 脱硫装置及脱水装置2.3.10.1 脱硫装置沼气脱硫装置分为一体化生物脱硫装置、中型干式脱硫装置以及小型干式脱硫塔等。其适用范围包括：（1）大中型沼气工程户用沼气脱硫处理；（2）大中型沼气工程发电脱硫处理；（3）沼气提纯车用燃气预处理；（4）城市污泥厌氧消化沼气脱硫。2.3.10.1.1 气水分离器如图19所示，从气柜中出来的沼气进入气水分离器将气体中的水分分离出来。所用填料为大小均匀的鹅卵石。图19 气水分离器2.3.10.1.2 脱硫塔 如图20所示的脱硫塔，塔内的填料为氧化铁，装填层数是3层。图20 脱硫塔脱硫剂为普通型圆柱粒状氧化铁脱硫剂。具有颗粒强度好、气体阻力小，净化度高、耐水性好的优点，使用效果良好，操作简便，节约能源，能再生使用，适应于系统压力比较低的气源脱硫净化。 脱硫及再生反应的原理如下，其中再生反应是较强的放热反应。 脱硫反应： Fe2O3·H2O + 3H2S = Fe2S3·H2O + 3H2O再生反应： 2Fe2S3·H2O + 3O2 = 2Fe2O3·H2O + 6S如果气体中有O2,当O2/H2S 2.5时,脱硫再生反应可实现连续再生,上述两反应式可合并为2H2S + O2 = H2O +2 S，这里氧化铁相当于催化剂。脱硫剂的主要特点为：反应速度快；工作硫度大；强度高、耐水性好。水煮2h或浸泡30天不粉化，强度不变；12MPa压力下急骤充压、卸压，进行100次冲击试验后，强度无变化；适用温度范围广。实验结果表明，在10100温度范围内，TC-101高效脱硫剂的硫容无明显变化；可在无O2或高CO2气氛中应用。实验结果表明，在无O2或98%的CO2气中，TC-101型高效脱硫剂的硫容无明显影响。脱硫剂在使用23个月后，要进行更换。使用过的脱硫剂在太阳下暴晒67天还可循环利用。 2.3.10.2 脱水装置2.3.10.2.1 压滤机的选择本课题废水系统选用带式压滤机1台（如图21所示），带宽：B0.5m；污泥经脱水后，含水率由97下降至75左右，污泥体积由100m3/d降至15m3/d左右。图21 带式压滤机2.3.10.2.2 加药器 本课题废水系统中所用加药器如图22所示，加入一定剂量的药品，水溶并均匀搅拌，与沼渣混合，用压滤机将其制作成有机肥。被挤压后的污泥回流入集污池。 图22 加药器2.3.11 发电机经处理过的沼气被送至发电设备，发电系统的主要设备包括发电机组及升压、配电设施。系统选用闭环电控燃气发电机组，发电机组(500GF)由四冲程内燃发动机（fGl2V190Z)和三相发电机(1FC6456)SR成。发电机组燃烧后产生的废气经相应设施进行后处理，以减少有害气体的排放，满足国家以及国际排放标准的要求。该发电机组安置具有隔音作用的机房内，系统满足相关标准在噪音方面的要求。本课题废水系统中共用两台发电机，可供电500kw。3 叶县二期沼气发电站常用设备的运行管理3.1 格栅的运行管理在所有的水处理设备的运行与维护工作中格栅是最为简单的设备之一，对于人工清除污物的格栅，运行管理人员的主要任务是及时清除截留在格栅上的污物，防止栅条间隙堵塞；对于机械格栅则是保证机械除污机的正常运行，主要作到以下几个方面：（1）设备安装时应注意调整好固定件和移动中（导轨与滑快）的间隙，保证除污耙的上下移动顺利。调整后个各行程开关及撞块的位置确定时间继电器的时间间隔等，使设备按设计规定的程序完成整套循环工作。（2）调整正常后，应空载试运行数小时后，无故障后才能进水投入运行。（3）电动机、减速器及轴承等各加油部位应按规定如应换润滑油脂。如使用普通钢丝绳，也应定期涂抹润滑油脂。（4）定期检查电动机，减速器等运转情况，及时更换磨损件，钢丝绳断股超过规定允许范围时应随时奉还。同时应确定大、中修周期，按时保养。（5）经常检查拨动支架组件是否灵活，及时排除夹下异物，检查各不见螺丝是否松动。3.2 鼓风机的运行维护（1）鼓风机运行时应定期检查鼓风机进、排气的压力与温度，冷却用水或油的液位、压力与温度、空气过滤器的压差等。（2）定期检查清洗空气过滤器，保障其正常运行。（3）注意进气温度对鼓风机（离心式）进行工况的影响，如排气容积流量、运行负荷与功率、喘振的可能性等，及时调整进口导叶或蝴蝶阀的节流装置，克服进气温度变化对容积流量与运行负荷的影响，使鼓风机安全稳定运行。（4）经常注意并定期测听机组运行的声音和轴承的震动，如发现声音异常或振动加剧，应立即采取措施，必要时应停车检查找出原因后排除故障。（5）严禁离心式鼓风机组在喘振区运行。（6）按说明书要求，做好电动机或齿轮箱的检查。（7）鼓风机运行中发生下列情况之一，应立即停车检查：机组突然发生强烈震动或机壳内有刮磨声；任一轴承出冒烟；轴承温度忽然升高超过允许值采取各种措施仍不能降低。3.3 污水提升泵的运行管理干式污水泵的运行管理应注意以下问题：（1）水泵及电动机各轴承的温度不得超过允许的最高温度；（2）新机组使用时应注意在较短时间内更换润滑油脂（或油）；（3）填料盒正常滴水程度，一般控制到分滴而下，不连续成线即可；（4）定期检查联抽器和机组上各底脚螺栓，如发现有偏移或松动应及时纠正或紧固；（5）水泵机组在运行过程中应随时注意配套电动机的电流指数值。水泵的振动与噪音发现有不正常的情况应及时纠正检查；（6）泵上的压力表、真空表每年应专门检查或校准一次，并检查后路与连接配件。3.4 UASB装置的运行管理在厌氧工艺的运行的过程中，经常会出现UASB池的表面会出现大量乳白色泡沫，这些泡沫的产生的成因如下：（1）工艺影响；持续不段的高负荷进水使厌氧反应器内活性污泥BOD负荷受到极大冲击，这使得单位数量的活性污泥微生物在单位时间内处理有机物能力大大低于正常水平，导致厌氧反应器出水水质恶化。由于微生物的适应性，那些适应高负荷有机废水的厌氧微生物成为优势菌种并大量繁殖，逐渐使系统恢复正常。由于系统受到冲击，微生物的处理能力减弱，不能将水中的有机物全部分解。又因厌氧反应器内的水流形态由下至上，在超越喇叭口上升的水流中依然含有大量的有机物，这些厌氧微生物就会随着上升的水流对有机物质继续分解产生沼气，这部分沼气无法通过沼气收集系统收集，只能逸出水面，大量的微小气泡相互连结，于是就在厌氧池的表面形成一层乳白色的泡沫层。（2）气温影响；经过长期的观察，白色泡沫一般在夜晚大量形成，当白天的温度上升，白色泡沫就会逐渐消失，这是因为晚上的气温低，水蒸发的速度慢，这样白色泡沫表面的水膜就不会很容易破裂，同时大量的白色泡沫聚集于水的表面，不利于水的表面复氧，这样就更有利于厌氧微生物对有机物的分解，所以就会使白色泡沫在晚上大量形成。白天气温升高，水蒸发的速度较快，白色泡沫表层的水膜极易蒸发破裂，随着白色泡沫的破裂，水面与空气接触的表面积逐渐增大，水的复氧速率逐渐增大，会抑制厌氧微生物的分解代谢，白色泡沫便逐渐消失。（3）pH值的影响；厌氧活性污泥微生物对pH值的要求相当苛刻，一般来说pH值保持在6.87.2之间更适合微生物的新陈代谢。由于进水水质、水量极不稳定，再加上人为控制具有一定的滞后性，所以很难将pH值控制在厌氧微生物最佳的生存状态，在这种情况下厌氧微生物的处理能力当然是要大打折扣的。3.5 SBR装置的运行管理SBR是一种按照时间顺序改变活性污泥生长环境的污水处理技术，又称序批式活性污泥法，是一种比较成熟的污水处理工艺。它的主要特征是在时间上的有序和空间上的无序，各阶段的运行工况可以根据据体的污水性质和出水功能要求等灵活变化。SBR技术的核心部分是SBR主反应系统，该池集搅拌混合、生物降解、泥水分离等功能于一体，在用地紧张、处理量大的城市具有很高的使用价值。3.5.1 辅助设施的运行管理SBR工艺的过程是按时序来完成的,一个操作过程分五个阶段：进水、反应、沉淀、滗水、闲置。这五个阶段都是单池运行，当需要处理的污水量较大时，必须单池分组进行组合处理，这样交替运行的过程中仅靠人工操作就很难发挥其优点了。多池多组的交替运行必须有高度灵活、结构严谨的中央控制系统，自动化程度要求较高。所以在运行的过程中需要保障中控系统的正常，防止人为操作失当、雷电以及内部管理不善等造成仪器、仪表等设施的破坏，影响系统的正常工作。这就要求在污水处理厂的设计过程中设计仪器仪表的避雷装置,提高日常的运行操作人员的管理水平。预处理系统是污水处理的最前段。生活污水中含有大量的漂浮物与悬浮物质，其中包括无机性和有机性两类。由于这些垃圾和悬浮物会降低主体反应的效果，对污水处理设备造成磨损和破坏，故在污水进入主反应区之前必须进行必要的预处理,以提高整个工艺的去除率，降低设备的磨损，保证整个处理系统的正常运行。所以，在运行的过程中需要加强巡查，防止垃圾堵塞粗细格栅和进水泵。3.5.2 SBR生化池的运行管理SBR生物反应池是污水处理厂的核心部分，进水方式的推流过程使池内厌氧好氧处于交替状态，运行效果稳定，污水在相对的静止状态下沉淀，需要的时间短、出水水质较好，耐冲击负荷;加之池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。反应池内存在DO、BOD5浓度梯度,有效控制活性污泥膨胀，脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果。对于运行实际运行过程涉及到的季节性进水差异或其它因素的影响而导致出现的污泥膨胀、脱氮除磷效果差，可以通过运行参数的适当调整加以解决。主要控制的因素有以下几个方面:3.5.2.1 运行周期的适度调整SBR的运行周期由进水时间、反应时间、沉淀时间、滗水时间、排泥时间和闲置时间来确定。进水时间有一个相对稳定的最大最佳值。进水时间应根据具体的进水水质及曝气方式来确定。当采用控制量的曝气方式及进水中污染物的浓度较高时，进水时间应适当取长一些；当采用不限量曝气方式及进水中污染物的浓度较低时，进水时间可适当取短一些(进水时间一般取46h)。在运行的过程中，要尽量根据实际的进水情况对运行的周期时间进行调整。反应时间(Tf)是确定SBR反应器容积的一个非常重要的工艺设计参数，其数值的确定同样取决于运行过程中污水的性质、反应器中污泥的浓度及曝气方式等因素。对于生活污水类易处理废水,反应时间可以取短一些，反之对含有难降解物质或有毒物质的废水，反应时间可适当取长一些(一般在24h)。沉淀排水时间(Ts + D)一般按24h设计。闲置时间(Tx)一般按0.51h设计。一个周期所需时间T Tf + Ts + D + Tx。在调整运行方式的过程中，要根据设计所允许的操作范围进行尽可能的修正，才可以最大限度地保证良好的出水水质。3.5.2.2 生物系统的诊断调整好氧生化处理是由活性污泥中的微生物,在有氧存在的条件下将污水中的有机污染物氧化、分解、转化成CO2、NH4+-N、NOx-N、PO43-、SO42-等随出水排放的过程。活性污泥中的微生物是凝聚、吸附、氧化分解污水中有机物的主力军，提高处理系统的效率，都与改善污泥性状、提高污泥微生物的活性有关。因此，必须经常检查于观察活性污泥中微生物的组成与活动状况。活性污泥外观似棉絮状，亦称为絮粒或绒粒，正常的活性污泥沉降性能良好。在显微镜下可发现每个絮粒是由成千上万个细菌、少量微型动物及部分无机杂质组成，有时污泥中还会出现真菌、藻类等生物。定期对生物处理系统做巡视，考察各反应池运行的情况，运用各种手段和方法了解活性污泥的性能，借助显微镜观察活性污泥的结构和生物种群的组成。此外，还可通过对水质的化学测定来了解污水生物处理系统的运行状况。在系统正常运行时，应保持合适的运行参数和操作管理条件，使之长期达标运行;在发现异常现象时，应找出症结所在,及时加以调整，使之恢复。巡视是发现问题的主要方式，所以操作管理人员每班须数次定时对反应池作一观察，了解系统运行的状况。其主要内容如下：（1）色、嗅。正常运行的城市生活污水处理厂，活性污泥一般显黄褐色。在曝气池溶解氧不足时，厌氧微生物会相应滋生，含硫有机物在厌氧时分解释放出H2S，污泥发黑、发臭。当曝气池溶解氧过高或进水过淡、负荷过低时，污泥中微生物因缺乏营养而自身氧化，污泥色泽转淡。良好的新鲜活性污泥略带有泥土味。（2）反应池曝气状态观察与污泥性状。在巡视曝气池时，应注意观察曝气池液面翻腾情况，曝气池中间若见有成团气泡上升，即表示液面下曝气管道有堵塞，应予以清洁或更换;若液面翻腾不均匀，说明有死角，尤应注意四角有无积泥。此外,还应注意气泡的性状：气泡量的多少；在污泥负荷适当、运行正常时，泡沫量较少，泡沫外观显新鲜的乳白色泡沫。污泥负荷过高、水质变化时，泡沫量往往增多，如污泥泥龄过短或污水中含多量洗涤剂时，既会出现大量泡沫。泡沫的色泽；泡沫显白色、且泡沫量增多，说明水中洗涤剂量较多；泡沫显茶色、灰色，这是因为污泥龄太长或污泥被打碎而被吸附在气泡上所致，这时应增加排泥量。气泡出现其他颜色时，则往往因为是吸附了污水中染料等类发色物质的结果。气泡的粘性；用手沾一些气泡,检查是否容易破碎。在负荷过高、有机物分解不完全时，气泡较粘,不宜破碎。（3）反应池沉淀状态观察与污泥性状。活性污泥性状的好坏可从沉淀状态及曝气时运行状况显示出来。因此,管理中应加强对现场的巡视，定时对活性污泥处理系统的“脸色”进行观察。沉淀的液面状态与整个系统的正常运行与否密切相关，应注意观察沉淀时段泥面的高低、上清液透明成都、漂泥的有无、漂泥泥粒的大小等：上清液清澈透明表明运行正常，污泥性状良好；上清液混浊表明负荷过高，污泥对有机物氧化、分解不彻底；泥面上升、SVI高表明污泥膨胀，污泥沉降性差；污泥成层上浮表明污泥中毒；大块污泥上浮表明反应池局部厌氧，导致该出污泥腐败；细小污泥漂泥表明水温过高，C/N不适、营养不足等原因导致污泥解絮。对于生物系统中活性污泥异常现象之主要原因及其对策，在运行过程中可以初步根据经验总结来作出判断：（1）污泥膨胀：污泥膨胀出现的现象可能会有以下几种情况:活性污泥变白，不调和状；沉淀、分离性不良，不密实；污泥指数SVI在200以上；活性污泥由反应池溢出，处理水水质不良。出现以上情况的可能原因有：污泥抽除不足致使微生物异常繁殖；由于曝气量不足，混合液悬浮物MLSS浓度过高或过低，进水BOD浓度过高，进水中含有有毒有害的物质，pH值降低等原因致使丝状菌异常繁殖。针对出现的现象和可能的原因，需要采取的对策有：加大剩余污泥的排放量；合理调整溶解氧浓度，投加混凝剂改善活性污泥的凝聚性或者投加氧化剂杀死丝状菌。在出现污泥膨胀时，以显微镜确认其原因。若是由于丝状菌的异常繁殖,则其恢复所耗时间较长，有时甚至需要更换反应池中全部污泥。（2）污泥解体：污泥解体表现出来的现象是污泥被破坏成微细的胶羽状，不再是絮状体，影响了污泥的沉降性能。出现污泥解体的可能原因有：暴气量过大,活性污泥表面的具有凝聚性的物质被氧化，或者是进水中的有机物含量较低；特定微生物异常繁殖，比如小型鞭毛虫;进水中含有有害物质。污泥解体可以应对的办法有：适当降低曝气量,并增加流入水量使得负荷适当；减少剩余污泥的排放量；管制有害物质的进入；降低搅拌机搅拌强度。4 试运行效果及分析4.1 水质的测定试验监测分析项目及方法如表7所示：表7 监测项目及分析方法序 号测 定 项 目分 析 方 法1CODCr重铬酸钾法2BOD5稀释培养法3NH3-N蒸馏法4SS恒重法5pH电极法4.2 试运行效果及分析本课题废水处理系统自试运行一个月以来，运行效果稳定，出水水质良好，废水处理达到了预定的设计目标，各项指标均符合畜禽养殖业污染物排放标准的要求，其中：CODCr为334<400mg/L，BOD5为108<150mg/L，SS为86<200mg/L，NH3-N为43<80mg/L。表8 运行效果的检测结果CODCr/mgL-1BOD5/mgL-1SS/mgL-1NH3/mgL-1进水出水去除率/%进水出水去除率/%进水出水去除率/%进水出水去除率/%固液分离10776240874.244675156966.44324686479.1638714660.27厌氧处理240851722.07156927927.7886416718.571469634.24SBR5173341.582791082.93167861.9196432.98排放标准<400<150<10