毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

一、绪论

近年来，规模化畜禽养殖业的环境污染问题日益突出，本文对我国规模化畜禽养殖场污水处理现状及存在的环境污染问题进行了分析，并提出规模养殖场污水污染防治的措施与对策，以期为全面推动我国规模化畜禽养殖场污水防治工作提供参考^[1]。

随着我国经济的发展、人民生活水平的提高，畜禽产品消费数量逐年上升，肉类、禽蛋和牛奶的消费量以平均每年近10%的速度增长，畜禽产品的需求越来越大^[2]。20世纪80年代后期，我国畜禽养殖业得到了迅速发展，畜禽养殖业的养殖规模、养殖方式和分布区域发生了巨大的变化，畜禽养殖方式也由最初的散养逐渐转变为集约型、规模化养殖。据统计，2008年中国全年生猪的规模化养殖量的比例己经达到56.2%，规模化养殖己成为目前中国畜禽养殖的主要生产主体^[3]。因此，对畜禽养殖产生的污水进行合理处理，使之向无公害化、资源化方向发展越来越受到国内外广泛关注^[4]。

20世纪90年代以来，我国规模化养殖场大量兴起。据国家环境保护总局2000年对全国23个规模化畜禽养殖集中的省、市调查显示，1999年，我国畜禽粪便的产生量约为19亿t，是工业固体废物的2.4倍；畜禽粪便中含有大量的有机污染物，仅COD(化学需氧量)一项就达7118万t，已远远超过工业和生活污水污染物的COD总和。截止到2005年，只猪、牛、鸡三大类畜禽粪便总排放量达30.87亿吨，粪便中的COD含量7741万吨，是全国工业和生活污水排放COD的5.07倍。我国畜禽业养殖业产生的污染物成倍增长，对水资源、土壤和大气环境造成的污染已相当严重。据调查，全国90%以上的规模化养殖场没有经过环境影响评价，80%的的畜禽养殖场没有污水治理(处置)和综合利用设施，大量畜禽粪便污水未经处理直接排人水体，造成了严重的环境污染。据估计，目前畜禽粪便中氮、磷的流失量约为化肥流失量的122%和132%。畜禽粪污一般未经任何处理就地排放^[5]。规模化畜禽养殖场产生的污染废弃物主要有：家畜粪尿、尸体、垫料、污水、垃圾、畜产品加工废弃物及孵化废弃物等其中，以未经处理和处理不当的畜禽粪尿和污水的数量最大，危害最严重。畜禽养殖场特别是大规模养猪场废水处理难度很大，一是由于大多数猪场都是采用漏缝板式的栏舍，水冲式清粪，排水量大；二是冲洗栏舍的时间相对集中，冲击负荷很大；三是粪便和污水量大且集中，而农业生产是季节性的，周围农田无法全部消纳；四是废水固液混杂，有机质浓度较高，而且粘稠度很大。据相关数据表明：年出栏1万头育肥猪的猪场，每天产生的污水量为73t，粪尿量约为1.05t；而富含大量有机物和N，P营养元素的污水，流人河流和湖泊，造成水体富营养化；渗人地下，使地下水中硝态氮、硬度和细菌总数超标^[6]。

畜牧业污水排放现状，污染水体畜禽养殖场未经处理的污水中含有大量的污染物质，污染负荷很高。养殖场对水体的污染主要为有机物污染、微生物污染、有毒有害物污染。污水中含有的碳氢化合物、含氮、含磷等有机物，高浓度的畜禽养殖污水排放江河湖泊中，会导致水体富营养化，使有机物污染敏感的水生生物因缺氧逐渐死亡。水中的有机物(包括水生生物尸体)降解转为厌氧腐解，水体会发黑、变臭，造成持久性的有机污染，使原有水体极难治理和恢复。一旦畜禽粪便污水中有毒、有害成分渗人地下水中，污染了地下水，后果将不堪设想；养殖场粪污中含有大量的治病菌微生物，它们随粪便污水进入水体后，以水为媒介进行传播和扩散，造成某些疫病的传播和扩散，危害人和动物的健康并带来经济损失；有些养殖场污水中含有饲料中的抗生素、违禁药物、矿物质及冲刷猪场用的消毒剂等，这些粪便污水排入水体污染水源，危害人和动物的健康^[7]。

污染空气畜禽养殖场产生的污水中含有大量的氨、硫化物、甲烷等有毒有害气体，这些污染物除引起不快、产生厌恶感外，恶臭的大部分成分对人和动物有刺激性和毒性。吸入某些高浓度恶臭物质可引起急性中毒，长时间吸入低浓度恶臭物质，会导致慢性中毒。养殖场产生的污水不仅污染了养殖场周围的空气，影响养殖场员工的身心健康，而且会因为恶臭污染，造成场群关系紧张，甚至引发社会矛盾。

染土壤规模化的养殖场产生高浓度的畜禽养殖污水长期灌溉土壤，污水中的有机物超过了土壤的承受力(土壤自净能力)，便会出现不完全降解或厌氧腐解，产生恶臭物质和亚硝酸盐等有害物质，引起土壤成分和性状发生改变，破坏了土壤的基本功能。从而导致土壤孔隙堵塞，造成土壤透气、透水性下降及板结，严重影响土壤质量，致使作物陡长、倒伏、晚熟或不熟，造成减产，有时甚至会毒害作物而出现大面积腐烂^[8]。

二、 污水处理技术

养殖污水处理技术主要包括生化处理技术，自然处理技术，光合细菌和EM制剂净化技术。这里主要介绍生化处理技术。

生化处理技术生化处理主要包括厌氧处理、好氧处理以及厌氧一好氧处理等不同处理组合系统。

（1）厌氧生物处理技术：厌氧生物处理技术在养殖场粪污处理领域中是较为常用的。厌氧生物处理是利用厌氧微生物在无氧条件下的降解作用使污水中有机物质达到净化的处理方法。在无氧的条件下，污水中的厌氧细菌把碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机物分解生成有机酸，然后在甲烷菌的作用下，进一步发酵形成甲烷、二氧化碳和氢等，从而使污水得到净化，又可得到以甲烷为主要成分的沼气。对于养殖场高浓度的有机废水，必须采用厌氧消化工艺，才能将可溶性有机物大量去除，而且可杀死传染病菌，有利于防疫。有试验表明，采用内循环厌氧反应器处理猪场废水，COD去除率达80%，BOD₅去除率达96%，SS去除率达78%。厌氧生物处理通过厌氧发酵产沼气，降低污水中COD，BOD含量的同时实现资源化利用，其处理费用低于好氧处理，是畜禽养殖场污水处理的主要方法之一。

（2）好氧生物处理技术：好氧生物处理是指利用好氧微生物(包括兼性微生物)在有氧条件下进行生物代谢的特点来降解污水中的有机物，使畜禽养殖污水稳定、无害化的处理方法。好氧微生物以污水中的有机污染物为底物进行好氧代谢，经过一系列的生化反应，逐级释放能量，最终以低能位的无机物稳定下来，达到无害化的要求。好氧生物处理法可分为天然和人工两类。天然好氧生物处理法有氧化塘和土地处理等。人工条件下的好氧生物处理方法采取人工强化措施来净化废水，该方法主要有活性污泥和生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、序批式活性污泥SBR、A/0及氧化沟等。

（3）厌氧-好氧生物处理技术：厌氧生物法可处理高浓度有机质的污水，自身耗少，运行费用低，且产生能源，虽养殖污水经过厌氧处理后污染物浓度虽得到很大程度降低，但是氮、磷等含量仍然很大，难以达到现行的排放标准。此外，在厌氧处理过程中，有机氮转化为氨氮，硫化物转化为硫化氢，使处理后的污水仍具有一定的臭味，需要做进一步的好氧生物处理。研究指出，奶牛场养殖废水经两相厌氧后再利用好氧曝气处理，COD去除率达到98%，BOD去除率gt;98%，氨氮去除率gt;97%；试验证明采用改进的厌氧十好氧(厌氧/原水间歇曝气工艺，Anarwia)氧化塘工艺处理高浓度养殖废水，处理后总出水COD的平均去除率为98.8%，NH₃N的平均去除率为90.6%，SS的平均去率达到92.7%。经该系统处理后，出水水质可以达到《畜禽养殖业污染物排标准》(GB18596一2001)的要求。厌氧好氧联合处理，既克服了好氧处理能耗大与土地面积紧缺的不足，又克服了厌氧处理达不到要求的缺陷，具有投资少、运行费用低、净化效果好、能源环境综合效益高等优点，特别适合产生高浓度有机废水的畜禽场的污水处理^[9-10]。

三、 A² O工艺的基本原理与特点

A² O工艺是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文缩写，它是厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺的简称。 A² O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)^[11] 。

A² O工艺流程图如下：

图一 A² O工艺流程图

A² O工艺的优点：

（1）污染物去除效率高，运行稳定，有较好的耐冲击负荷。　

（2）污泥沉降性能好。

(3）厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能。

（4）脱氮效果受混合液回流比大小的影响,除磷效果则受回流污泥中夹带DO和硝酸态氧的影响，因而脱氮除磷效率不可能很高。

（5）在同时脱氧除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其他工艺。

（6）在厌氧#8212;缺氧#8212;好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI（污泥体积指数）一般小于100，不会发生污泥膨胀。

（7）污泥中磷含量高，一般为2.5％以上。

A² O工艺的缺点：

（1）反应池容积比A/O脱氮工艺还要大；

（2）污泥内回流量大，能耗较高；

（3）用于中小型污水厂费用偏高；

（4）沼气回收利用经济效益差；

（5）污泥渗出液需化学除磷^[12]。

四、 A² O工艺的发展

针对该 A² O工艺污泥回流中携带的硝态氮对除磷效果的影响，许多研究者在工艺形式和工艺流程上进行了一些列革新，新工艺层出不穷，尤其是除磷机理研究在微生物学领域，反硝化除磷菌DPB的发展使该工艺有了更广关阔的发展前景。
　 UCT工艺：是南非开普敦大学开发类似于 A² O工艺的一种脱氮除磷工艺^[13]。工艺流程如下图：

图二UCT工艺流程图

UCT工艺与 A² O工艺不同之处在于沉淀池污泥回流到缺氧池而不是回流到厌氧池，这样可以防止由于硝酸盐氮进入厌氧池，破坏厌氧池的厌氧状态而影响系统的除磷率。增加了从缺氧池到厌氧池的混合液回流，由缺氧池向厌氧池回流的混合液中含有较多的溶解性BOD，而硝酸盐很少，为厌氧段内所进行的有机物水解反应提供了最优的条件。在实际运行过程中，当进水中总凯氏氮TKN与COD的比值高时，需要降低混合液的回流比以防止NO₃-进入厌氧池。但是如果回流比太小，会增加缺氧反应池的实际停留时间，而实验观测证明，如果缺氧反应池的实际停留时间超过1h，在某些单元中污泥的沉降性能会恶化。
　 改良UCT工艺：改良型的UCT工艺^[14]。是把缺氧池被分为两个部分，第一缺氧池接纳回流污泥，然后由该反应池将污泥回流到厌氧池。硝化混合液回流到第二缺氧池，大部分反硝化在第二缺氧池进行。改良后的UCT工艺基本克服了UCT工艺存在的缺点和问题，最大限度地消除了向厌氧池回流液中的硝酸盐氮对释磷产生的不利影响。其不足是由于增加了缺氧池向厌氧池的回流，使运行费用增加。
　倒置 A² O工艺：为了避免传统 A² O工艺回流硝酸盐对厌氧池释磷的影响,通过吸收改良 A² O工艺特点,将缺氧池至于厌氧池前面,来自二沉池的回流污泥和30-50%的进水,50-150% 的混合液回流均进入缺氧池,停留时间为1-3 h .
回流污泥和混合液在缺氧池内进行反硝化,去除硝态氧,在进入厌氧段,保证了厌氧池的厌氧状态,强化除磷效果^[15].由于污泥回流至缺氧段,缺氧段 污泥浓度可较好氧段高出 50% .单位池容的反硝化速率明显提高,反硝化作 用能够得到有效保证.再根据不同进水水质,不同季节情况下,生物脱氮和生物除磷所需碳源的变化,调节分 配至缺氧段和厌氧段的进水比例,反硝化作用能够得到有效保证,系统中的除磷效果也有保证,因此,本工艺与其他 除磷脱氮工艺相比,具有明显优点。分点进水倒置 A² O 工艺采用矩形的生物池,设置氧段、厌氧段及好氧段,用隔墙分开,水流为推流式.缺氧段、厌氧段设置水下搅拌器,好氧段设微孔曝气系统.为能达到硝化阶段,选择合理的污泥龄.为使出水磷 酸盐(以 P 计) ≤ 0.5mg/l ,在生物除磷的基础上,另外投加化学除磷药剂.由于投加除磷剂,剩余污泥及时排至脱水机房进行浓缩脱水,也能防止污泥中磷的厌氧释放重新回到系统内.
　 OWASA工艺：由于城市污水BOD5浓度低造成BOD₅/TP和BOD₅/TN太低，使 A² O工艺脱氮除磷效果显著下降。为了改进 A² O工艺的这一缺点，将 A² O工艺中初沉池的污泥排至污泥发酵池，初沉污泥经发酵后的上层清夜中含有大量挥发性脂肪酸，将此上层清夜投加至缺氧段和厌氧段，使入流污水中的可溶解性BOD₅增加^[19]。

五、 A² O工艺的应用

西安思源学院A² O-MBR 工艺处理校园生活污水 原水为典型的校园生活污水，经管道收集后进入西安思源学院污水处理厂，经粗格栅、调节池和细格栅预处理后进入生物处理单元。试验期间取细格栅出水作为原水，COD /TN 平均值约为 4.8。A² O-MBR 系统采用钢筋混凝土结构，由厌氧池、缺氧池、好氧池和膜池四个处理单元组成。在膜池中放入 PVDF 中空纤维柱式微滤膜组件 216 支，平均膜孔径为 0.1 μm，膜总面积为 5 400 m² 。在膜组件下面设穿孔曝气管，通过曝气为活性污泥供氧并实现对膜面污染物的擦洗。A² O-MBR 系统总有效容积为 1200 m³ ，总水力停留时间约为 13 h，污泥龄为 30 ～ 50 d。接种活性污泥取自氧化沟，经过驯化培养后，膜池污泥浓度增长到 8 000 mg /L 左右。膜池至好氧池的污泥回流比约为 250% ，好氧池至缺氧池的回流比约为 200% ，缺氧池至厌氧池的回流比约为 100% 。MBR由自吸泵间歇抽吸出水，抽停时间比为 9 min /1 min。该系统采用自动控制系统进行水位、曝气量、出水泵和反冲洗泵等的启闭调控，基本实现了自动化运行。系统运行稳定后对进、出水的常规项目进行检测，虽然原水水质波动较大，但 A² O-MBR 工艺的除污效果相对稳定，对 COD 和 NH₄ -N 的平均去除率分别为 90% 、98% ，出水 COD 和 NH₄ -N 浓度分别稳定在 20 和 1 mg /L 以下。A² O-MBR 工艺由于微滤膜的高效截留作用，使得 HRT 与 SRT 相分离，能够获得很高的污泥浓度，保证了有机物的充分降解。同时膜池内处于高溶解氧、低有机负荷的运行状态，有利于硝化菌的生长和积累，保证系统良好的硝化效果。

成都大学 A² O 在中小型人工湖水体污染治理中的应用研究 中小型人工湖污染现 及原因分析由于中小型人工湖地理位置和功能的特殊性，其污染原因呈现出复杂多样性。根据成都大学柳莺湖和嘤鸣湖特殊的地理位置和周边环境，依据景观生态学原理，将传统的 A²O污水处理工艺原理与两湖生态景观工程相结合，利用两湖现有高程差，通过设计立体供氧系统，从横向和纵向全方位实现 A² O 的污水处理过程，将景观效果与环保效益有机融合为一体，实现中小型人工湖水体污染综合治理的生态工艺化处理。纵向和横向全方位打造立体供氧系统． 根据人工湖实际情况设计池深和底泥深度，湖中种植净水景观植被，湖面通过喷泉控制溶解氧，沿湖深垂直方向依次形成好氧、缺氧、厌氧系统，纵向形成 A² O 污水处理过程的垂直兼性氧化系统．在柳莺湖死角处设置人工喷泉，控制溶解氧，同时，经过一级净化的柳莺湖水通过沟渠汇入嘤鸣湖，在连接两湖的沟渠中设置景观雕塑曝气装置，实现第二次曝气充氧; 嘤鸣湖则沿水流方向设计横向梯度曝气系统，在湖的一侧设置景观喷泉，而另一侧不设置，在南北方向横向形成好氧、兼性和厌氧环境，横向形成 A² O 污水处理过程的水平兼性氧化系统．由于十陵镇清水河上游100 m 的水质情况为Ⅳ，使其水质极不稳定．将传统的 A² O 污水处理工艺原理与中小型人工湖生态景观工程相结合后，通过设计立体供氧系统，从横向和纵向全方位实现 A² O过程，使出水水质能够达到Ⅱ～Ⅲ类水质，满足景观水要求，此污水处理方法适用于一般中小型人工湖，水体污染综合处理。

河源市污水处理厂A² O人工湿地组合工艺对污水中油类物质的去除研究 试验地点位于河源市高新技术开发区，距离城区中心约 20 km，占地面积8万m² ( 其中厂区占地5万m² ，湿地公园占地3万m² ) 。该污水处理厂主要收集河源市市区以南的白田村、高新区、高埔岗村及埔前镇的生活污水以及部分工业污水，服务人口约10万人。经处理后出水水质稳定达到GB18918#8212;2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准。该污水处理厂采用A²O人工湿地组合工艺，污水经市政污水管网进入污水厂经过4个运转管理单位进行处理: 一级处理: 粗格栅#8212;提升泵房#8212;细格栅#8212;旋沉池; 二级生物处理单元: 氧化沟( 含厌氧池#8212;缺氧池#8212;好氧池) ; 污泥处理( 含污泥浓缩池和污泥脱水间) 及终沉池; 深度处理单元: 砾石床#8212;生态氧化池#8212;湿植物池( 香根草、美人蕉、花叶芦荻、风车草、再力花) #8212;液氯消毒间#8212;景观池。河源城南污水处理厂7月和8月进出水 pH 变化，7月进水 pH 平均值为6.91，最小值6.68，最大值为7.17; 8月份进水pH 平均值7.07，最小值为6.83，最大值为7.35，出水 pH 平均值为6.88，最小值为6.62，最大值7.03，最小值为6.17，最大值为7.14。pH 值超出6～9 时，会对人、畜造成危害，并对污水的物理、化学及生物处理产生不利影响，尤其是当 pH 值＜6 的酸性污水，对管渠、污水处理构筑物以及设备产生腐蚀作用。污水处理厂7月和8月进出水 pH 变化在6～9，所以有利于污水的物理、化学及生物处理。对动植物油类物质的去除效果河源市城南污水处理厂采用 A²O 人工湿地组合工艺对动植物油类物质的去除效果。7月进水动植物油类物质平均值为4.6 mg / L，最小值为3.4 mg / L，最小值为6.2 mg / L，出水动植物油类物质小于0.1 mg/ L，其去除率达到97.1%～98.4% ，8月进水动植物油类物质平均值为4.0mg / L，最小值为3.2 mg / L，最大值为5.4 mg/ L，出水动植物油类物质于0.1 mg /L，对其去除率达到96.9%～98.1% 。7月进水石油类物质平均值为 3.3 mg/ L，最小值为2.1 mg / L，最大值为4.5 mg / L，出水石油类物质小于0.1 mg / L，其去除率达95.2%～97 8% ; 8月进水石油类物质平均值为3.3 mg / L，最小值为2.4 mg / L，最大值为4.7 mg / L，出水石油类物质小于0.1 mg / L，去除率达95.8%～97.9%，去除途径主要是填料的吸附作用和微生物的降解作用; 人工湿地植物对石油类的去除所起的作用主要是通过改善系统内的微环境来实现的 。

六、 A²O工艺在本课题的应用

在该工艺流程内，BOD₅、SS和以各种形式存在的氮和磷将一一被去除。A²O生物脱氮除磷系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌和反硝化菌、聚磷菌组成。在好氧段，硝化细菌将入流中的氨氮及有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入到大气中，从而达到脱氮的目的；在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷除去。

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