【文章內(nèi)容簡介】 《畜禽養(yǎng)殖污染防治管理辦法》（國家環(huán)境保護總局， 2020 年 5 月 8 日發(fā)布） 《規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場沼氣工程設計規(guī)范》（ NY/T 12222020） 《大中型畜禽養(yǎng)殖場能源環(huán)境工程建設規(guī)劃》（農(nóng)業(yè)部， 1999） 《蓄禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標準》（ GB185962020） 《污水綜合排放標準》（ GB 89781996） 《給水排水設計手冊》 業(yè)主提供的有關基礎資料。 設計原則 資源化原則。 畜禽糞污是一種有價值的寶 貴資源，充分利用畜禽糞污資源是污染防治的重要原則。畜禽糞污經(jīng)處理后，可以產(chǎn)出再生能源（沼氣）、有機肥（固態(tài)、液態(tài)），具有較好的經(jīng)濟價值。 生態(tài)化原則。 遵循循環(huán)經(jīng)濟指導思想，依據(jù)物質(zhì)循環(huán)、能量流動的生態(tài)學基本原理，強化種養(yǎng)平衡，促進種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)結(jié)合，實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。 綜合效益原則。 兼顧環(huán)境效益、社會效益、經(jīng)濟效益，將治理污染與資源開發(fā)有機結(jié)合起來，使豬場糞污治理工程產(chǎn)出大于投入，提高污水處理工程的綜合效益。 加強對資源的規(guī)劃和管理 。力求達到高效節(jié)能的效益原則 。 可靠性原則 遵循技術(shù)先進、工藝成熟、質(zhì)量可靠的原則，在設計中吸取國內(nèi)外先進的處理工藝和施工技術(shù)，使工程達到國際先進水平。 管理簡便原則 合理處理人工操作和自動控制的關系，對不便人工操作，且人工成本較高的工藝，采用自動化技術(shù)，提高系統(tǒng)運行管理水平。 設計范圍 本設計范圍包括：能環(huán)工程工藝設計；機械設備設計；建筑與結(jié)構(gòu)設計；電氣設計；控制及儀表設計；平面與高程設計；消防、勞動生產(chǎn)保護與人員編制設計。 本設計范圍不包括場區(qū)所有道路鋪設、綠化等。 本工程 污水匯集管線、自來水管線、電線電纜均由業(yè)主送至項目界區(qū)內(nèi)。 糞污處理量 總資源量為含固率 18%的糞污總量 51t/d，變化幅度較小，因此，高濃度厭氧反應器有機負荷變化較小。 泰興 新能源 科技有限公司 11 第五章 能環(huán)工程工藝流程設計 處理工藝選擇 預處理工藝選擇 預處理包括格柵、集水池、集糞池、配料池、 沼氣池，回水池 等處理單元。 為了真正做到減量化、資源化、無害化，達到處理結(jié)果零排放的目標，本工程采用將糞污收集后投放到預處理單元，與其它污染物一起進入?yún)捬跸?池 進行厭氧發(fā)酵處理。這條工藝路線不僅能獲得較大的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)化資源，同時，實現(xiàn)了糞污減量化、無害化處理。 糞污水由匯集管網(wǎng)運送至預處理單元，經(jīng)與場區(qū)沖刷水混合后進行厭氧處理。 格柵 格柵的作用是去除廢水中的大粒徑固體物質(zhì)，如懸浮物、漂浮物、纖維物質(zhì)和固體顆粒物質(zhì)，以保證后續(xù)處理單元和水泵的正常運行。 集水池 集水池的功能是儲存能環(huán) 工程中需要的補充水，該水來自養(yǎng)殖區(qū)沖刷水。集水池水由提升泵泵入進料池。 集糞池 集糞池用來暫存豬場輸送來的豬糞，通過集水池污水沖洗到進料池。 進料池 進料池的功能是將豬糞配比為含固率在 10%左右的混合液。 進料料時間階段安排有幾種選擇，最好的時間安排為全天 24 小時均勻分配，但客觀上幾乎不可能實現(xiàn)。我們選擇批次配比方式，每天 24 小時內(nèi)分 2 批完成配比操作，每次 1 小時進行。 厭氧消化處理工藝選擇 厭氧消化工藝包括進料單元、厭氧消化單 元、保溫增溫單元、以及沼肥運輸管網(wǎng)等構(gòu)成。 進料方式選擇 進料池內(nèi)物料由提升泵向厭氧消化單元進料。由于物料濃度高，提升泵采用單螺桿泵。進料方式有若干種選擇，可以采用均勻進料，也可采用分批進料方式。進料方 式與沼氣釋放量密切相關，通過進料方式可以調(diào)控沼氣釋放階段，一般情況下，強進料階段沼氣釋放量會大幅度增大。本工程設計采取分 2 批輪流進料方式。 厭氧處理工藝選擇 各類厭氧工藝性能概述 （ 1）完全混合厭氧工藝（ CSTR） 傳統(tǒng)的完全混合厭氧工藝（ CSTR）是借助消化池內(nèi)厭氧活性污泥來凈化有機污染物。有機污染物進入池內(nèi)，經(jīng)過攪拌與池內(nèi)原有的厭氧活性污泥充分接觸后，通 過厭氧微生物的吸附、吸收和生物降解，使廢水中的有機污染物轉(zhuǎn)化為沼氣。完全混合厭氧工藝池體體積較大，負荷較低，其污泥停留時間等于水力停留時間，因此 不能在反應器內(nèi)積累起足夠濃度的污泥，一般僅用于城市污水廠的剩余好氧污泥以及糞便的厭氧消化處理。 （ 2）厭氧接觸工藝反應器 厭氧接觸工藝反應器是完全混合式的，是在連續(xù)攪拌完全混合式厭氧消化反應器（ CSTR）的基礎上進行了改進的一種較高效率的 厭氧反應器。反應器排出的混合 液首先在沉淀池中進行固液分離，污水由沉淀池上部排出，沉淀池下部的污泥被回流至厭氧消化池內(nèi)。這樣的工藝既保證污泥不會流失，又可提高厭氧消化池內(nèi)的污 泥濃度，從而提高了反應器的有機負荷率和處理效率，與普通厭氧消化池相比，可大大縮短水力停留時間。目前，全混合式的厭氧接觸反應器已被廣泛應用于 SS 濃 度較高的廢水處理中。 泰興 新能源 科技有限公司 12 （ 3）厭氧濾器（ AF） 厭氧濾器是采用填充材料作為微生物載體的一種高速厭氧反應器，厭氧菌在填充材料上附著生長，形成生物膜。生物膜與填充材料一起形成固定的濾床 。厭氧濾床可 分為上流式厭氧濾床和下流式厭氧濾床二種。污水在流動過程中生長并保持與充滿厭氧細菌的填料接觸，因為細菌生長在填料上將不隨出水流失，在短的水力停留時 間下可取得較長的污泥泥齡。厭氧濾器的缺點是填料載體價格較貴，反應器建造費用較高，此外，當污水中 SS含量較高時，容易發(fā)生短路和堵塞。 （ 4）上流式厭氧污泥床反應器（ UASB） 待處理的廢水被引入 UASB 反應器的底部，向上流過由絮狀或顆粒狀厭氧污泥的污泥床。隨著污水與污泥相接觸而發(fā)生厭氧反應，產(chǎn)生沼氣引起污泥床的擾動。在 污泥床產(chǎn)生的沼氣有一 部分附著在污泥顆粒上，自由氣泡和附著在污泥顆粒上的氣泡上升至反應器的上部。污泥顆粒上升撞擊到三相分離器擋板的下部，這引起附著 的氣泡釋放；脫氣的污泥顆粒沉淀回到污泥層的表面。自由狀態(tài)下的沼氣和由污泥顆粒釋放的氣體被收集在三相分離器錐頂部的集氣室內(nèi)。液體中包含一些剩余的固 體物和生物顆粒進入到三相分離器的沉淀區(qū)內(nèi)，剩余固體物和生物顆粒從液體中分離并通過三相分離器的錐板間隙回到污泥層。 UASB 反應器 的特點在于可維持較高的污泥濃度，很長的污泥泥齡（ 30 天以上）， 較高的進水容積負荷率，從而大大提高了 厭氧反應器單位體積的處理能力。但是對于 SS 含 量很高的污水，由于三相分離器泥、氣、水分離能力的限制，不可避免地造成出水中含泥量很高，整個系統(tǒng)的投資費用也較大。 （ 5）膨脹顆粒污泥床反應器（ EGSB） EGSB 是在 UASB 反應器的結(jié)構(gòu)相似，所不同的是在 EGSB 反應器中采用相當高的上流速度，因此，在 EGSB 反應器中顆粒污泥處于完全或部分 “膨脹化 ” 的狀態(tài)，即污泥床的體積由于顆粒之間的平均距離的增加而擴大。為了提高上升速度， EGSB 反應器采用較大的高度與直徑比和很大的回流比。在高速上升速度和 產(chǎn)氣的攪 拌作用下，廢水與顆粒污泥間的接觸更充分，因此可允許廢水在反應器中有很短的水力停留時間，從而 EGSB 可以高速地處理濃度較低的有機廢水。 （ 6）升流式厭氧固體反應器（ USR） 升流式厭氧固體反應器是一種新型的專用以處理固體物含量較大的反應器，其構(gòu)造特點是反應器內(nèi)不設三相分離器和其它構(gòu)件。含高有機物固體含量（大于 5%）的 廢液由池底配水系統(tǒng)進入，均勻地分布在反應器的底部，然后上升流通過含有高濃度厭氧微生物的固體床。使廢液中的有機固體與厭氧微生物充分接觸反應，有機固 體被液化發(fā)酵和厭氧分解，約有 60%左 右的有機物被轉(zhuǎn)化為沼氣。而產(chǎn)生的沼氣隨水流上升具有攪拌混合作用，促進了固體與微生物的接觸。由于重力作用固體床 區(qū)有自然沉淀作用，比重較大的固體物（包括微生物、未降解的固體和無機固體等）被累積在固體床下部，使反應器內(nèi)保持較高的固體量和生物量，可使反應器有較 長的微生物和固體滯留時間。通過固體床的水流從池頂?shù)某鏊缌髦脸赝?。在出水溢流渠前設置擋渣板，可減少池內(nèi)SS 的流失，在反應器液面會形成一層浮渣 層，在長期穩(wěn)定運行過程中，浮渣層達到一定厚度后趨于動態(tài)平衡。不斷有固體被沼氣攜帶到浮渣層，同時也有經(jīng)脫氣的固體返 回到固體床區(qū)。由于沼氣要透過浮渣 層進入到反應器頂部的集氣室，對浮渣層產(chǎn)生一定的 “破碎 ”作用。對于生產(chǎn)性反應器由于浮渣層表面積較大，浮渣層不會引起堵塞。集氣室中的沼氣經(jīng)導管引出池 外進入沼氣貯柜。反應池設排泥管可將多余的污泥和下沉在底部的惰性物質(zhì)定期排除。 幾種典型的厭氧反應器適用性能比較 幾種典型的厭氧反應器適用性能比較見表 51。 表 51 厭氧反應器適用性能比較表 泰興 新能源 科技有限公司 13 反應器名稱 優(yōu)點 缺點 適用范圍 完全混合厭 氧 反應器（ CSTR） 投資小、運行管理簡單 容積負荷率低，效率 較低，出水水質(zhì)較差 適用于 SS 含量很 高的污泥處理 厭氧接觸反應器 投資較省、運行管理簡 單，容積負荷率較高， 耐沖擊負荷能力強 停留時間相對較長， 出水水質(zhì)相對較差 適用于高濃度、高 懸浮物的有機廢水 厭氧濾器（ AF） 處理效率高，耐負荷能 力強，出水水質(zhì)相對較 好 投資較大，反應器容 易短路和堵塞 適用于 SS 含量較 低的有機廢水 上流式厭氧污 泥床反應器 （ UASB） 處理效率高，耐負荷能 力強，出水水質(zhì)相對較 好 投資相對較大，對廢 水 SS 含量要求嚴格 適用于 SS 含量適 低的有機廢水 膨脹顆粒污泥 床反應器 （ EGSB） 處理效率較高，負荷能力 強，出水水質(zhì)相對較好 投資相對較大，對廢 水 SS 含量要求嚴格 適用于 SS 含量較 少和濃度相對較低 的有機廢水 升流式厭氧固 體反應器 （ USR） 處理效率較高，投資較省、運行管理簡單，容積負荷率較高。 對進料均布性要求高，當含固率達到一定程度時，必須采取強化措施。 適用于含固量高 的有機廢水 厭氧工藝的選擇確定 從以上列表可知，各種類型的厭氧工藝各有其優(yōu)缺點和使用范圍，在一定的條件下選擇適當?shù)墓に囆褪绞菂捬跆┡d 新能源 科技有限公司 14 處理成功的關鍵所在。對于本項目而言，由于需將全部 豬糞和部分沖洗水一起混合均勻后進入?yún)捬?池 進行厭氧發(fā)酵處理，其廢水中含固量很高，因此，選擇升流式厭氧固體反應器（ USR）是較為合適的。 本項目設計含固率為 10%。對于高含固率來料，為避免進料分布不均勻問題，必須強化其進料的局部混合性。設計上底部配置攪拌機，以間歇混合攪拌方式來實現(xiàn)。我們定義該方式為 USRPM。 選擇 USRPM 處理工藝，反應器的固體滯留期（ SRT）和微生物滯留期（ MRT）遠大于水力滯留期（ HRT）。厭氧罐頂部在出水溢流渠前設置擋渣板，可 以減少罐內(nèi)內(nèi)懸浮固體物質(zhì)的流失，提高了固體滯留期（ SRT）。固體有機物的分解率與 SRT 呈正相關，固體滯留期（ SRT）加長，消化效率就大幅度提高； 剩余 厭氧微生物在重力的作用下沉淀下來，累積在固體床下部，使反應器微生物滯留期（ MRT）加長，既提高處理效率，又降低微生物對外加營養(yǎng)物質(zhì)的需求，減 少污泥的量。 本設計方案選擇 USRPM 為厭氧處理工藝。 厭氧反應器結(jié)構(gòu)選擇 普通的厭氧反應器均采用鋼砼結(jié)構(gòu)。近年來為了縮短施工周期，節(jié)省建筑材料，提高反應池的施工質(zhì)量，建設美觀大方的能環(huán)工程處理裝置，也多有采用新材料、新 技術(shù)建造的厭氧反應器。典型的有德國的利普（ Lipp）公司的利普罐和德國 Farmetic 公司的搪瓷拼裝罐。這些技術(shù)應用 金屬朔性加工中的加工硬化原理 和薄殼結(jié)構(gòu)原理，通過專用技術(shù)和設備將鍍鋅或搪瓷拼裝建造成。 鋼筋混凝土制罐技術(shù) 鋼筋混凝土技術(shù)利用鋼筋的抗拉強度和混凝土的抗壓強度上各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，通過現(xiàn)場澆注，可以得到較好的強度和防水性能的罐體，由于混凝土具有耐 酸堿，耐溫便等的性能，能夠很好的保護內(nèi)部鋼筋，