廚余垃圾課程設(shè)計

1、（廚余垃圾課程設(shè)計）繆斯口麻林丈營課程實習(xí)報告學(xué)生姓名：何杉杉學(xué)號： 201218040203校內(nèi)指導(dǎo)教師:曹玉成1=1實習(xí)課程名稱：固體廢棄物資源化學(xué)院：環(huán)境與資源學(xué)院專業(yè)：環(huán)境工程122班2015年6月23日目錄目錄3fik11基礎(chǔ)資料11.1 廚余垃圾量11.2 餐廚垃圾工業(yè)成分22設(shè)計方案32.1 厭氧發(fā)酵原理32.2 工藝流程33設(shè)計計算43.1 廚余垃圾收集43.2 廚余垃圾儲存43.3 調(diào)節(jié)池43.4 水解酸化池53.5 厭氧發(fā)酵53.6 物料平衡分析63.7 能量平衡分析73.8 沼渣和沼液脫水處理后的水9小結(jié)10參考文獻11前言我國城市生活垃圾組成成份中相當(dāng)大一部分屬于動植物

2、類有機垃圾，占 45%以上，其中絕大部分是廚余垃圾。廚余垃圾是指食物殘余和食品加工廢料, 主要為餐廚垃圾中的固體殘留物。廚余垃圾具有高含水率、高有機物含量以及 易腐爛等特點。由于廚余垃圾容易發(fā)酵、變質(zhì)、腐爛，不僅產(chǎn)生大量的毒素， 散發(fā)惡臭氣體，還污染水體和大氣，所以廚余垃圾如果得不到及時的處理，不 僅影響城市市容和環(huán)境衛(wèi)生，而且會傳播疾病，危害人們的日常生活和身體健 康。長期以來，廚余垃圾在我國一直作為生豬的飼料，并一直通過市場渠道自 行尋找出路。但是，這種處理方式存在很多問題，比如：垃圾含水率較高，流 動性較大，非常容易泄漏，造成二次污染，影響環(huán)境衛(wèi)生；這些垃圾未經(jīng)任何 處理，有的在運輸途中

3、就已變質(zhì)，喂出豬的衛(wèi)生情況堪憂。為此，我國部分城 市已經(jīng)開始禁止使用這一傳統(tǒng)方法，而是集中收集后采用好氧堆肥或厭氧消化 制沼氣。從理論上看，厭氧消化處理技術(shù)具有更大的優(yōu)越性。厭氧消化產(chǎn)生的沼氣 可以作為能源加以有效利用，同時也減少了 co2、ch4等溫室氣體的排放；因 為反應(yīng)過程要求保持厭氧狀態(tài)，則反應(yīng)設(shè)備均為密閉狀態(tài)，不會有更多異味逸 出；消化后產(chǎn)生的殘渣數(shù)量較少，其后續(xù)處理及運輸所需的成本也相對較低； 對于含水率較高的廚余垃圾，尤其是餐館飯店產(chǎn)生的浴水等，很難進行堆肥化 的處理，最宜厭氧消化。發(fā)酵后產(chǎn)生的沼氣中含有55%75% （體積濃度）的甲 烷，可用于發(fā)電，供熱等，能夠緩解能源供應(yīng)緊張

4、的局面。從投資和運行成本 的角度來看，厭氧消化也更為經(jīng)濟。本文就厭氧消化技術(shù)處理廚余垃圾進行工 藝設(shè)計計算。1基礎(chǔ)資料11廚余垃圾量本次設(shè)計以浙江農(nóng)林大學(xué)東湖校區(qū)為研究試驗點。浙江農(nóng)林大學(xué)東湖校區(qū)淅江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院固體廢棄物資源化課程設(shè)計現(xiàn)有師生人數(shù)20000余人，校區(qū)內(nèi)共有3個食堂。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)校1個食堂1 天的廚余垃圾產(chǎn)生量約為10桶，每桶重約60kg,即整個東湖校區(qū)每天會產(chǎn)生約 1800kg廚余垃圾。工藝按照一周儲存量來設(shè)計，即周處理廚余垃圾總量約為 12600kgo12餐廚垃圾工業(yè)成分本試驗所用的廚余垃圾取自浙江農(nóng)林大學(xué)東湖食堂。垃圾中主要包括米飯、 蔬菜、肉、蛋、豆腐、魚蝦

5、和鹽等。對垃圾樣品進行工業(yè)成分分析，包括水分、 揮發(fā)分、灰分和固定碳。實驗分析最終結(jié)果如下：表格1餐廚垃圾工業(yè)成分和基本元素項目水分灰分揮發(fā)分chons熱值單位%mj/mg138.990.955.5126422412.1x106240.730.753.47平均值39.860.854.49本試驗中廚余垃圾樣品中水分含量為39.86%,灰分為0.8%,揮發(fā)分為 54.49%,查找文獻發(fā)現(xiàn)，廚余垃圾中的含水量通常在80%90%,本試驗中的 廚余垃圾水分含量明顯較低。32設(shè)計方案2.1 厭氧發(fā)酵原理有機垃圾等不溶性的有機物厭氧消化過程主要包括水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷3 個階段。水解階段：發(fā)酵細(xì)菌利用胞外酶對

6、有機物進行體外醐解，使固體物質(zhì)變成 可溶與水的物質(zhì)，然后，細(xì)菌再吸收可溶于水的物質(zhì)，并將其分解成為不同產(chǎn) 物。產(chǎn)酸階段：上個階段產(chǎn)生的簡單的可溶性有機物在產(chǎn)氫和產(chǎn)酸細(xì)菌的作用 下，進一步分解成揮發(fā)性脂肪酸、醇、酮、醛、co2和h2等。水解階段和產(chǎn)酸階段為一連續(xù)過程，在此過程中，不產(chǎn)甲烷的細(xì)菌種類繁 多，其主要作用是為產(chǎn)甲烷菌提供營養(yǎng)和為產(chǎn)甲烷菌創(chuàng)造適宜的厭氧條件，消 除部分毒物。產(chǎn)甲烷階段：將第二階段產(chǎn)物進一步降解成ch4和co2,同時利用產(chǎn)酸階 段所產(chǎn)生的h2將部分co2再轉(zhuǎn)變?yōu)閏h4o2.2 工藝流程廚余垃圾厭氧發(fā)酵處理是指在特定的厭氧條件下，微生物將有機垃圾進行 分解，其中的碳、氫、氧轉(zhuǎn)

7、化為甲烷和二氧化碳（甲烷占55%,二氧化碳占45%）, 而氮、磷、鉀等元素則存留于殘留物中，并轉(zhuǎn)化為易被動植物吸收利用的形式。具體工藝流程如下圖所示：圖1工藝流程3設(shè)計計算3.1 廚余垃圾收集指利用沿水桶收集各食堂廚余垃圾。3.2 廚余垃圾儲存指將收集的廚余垃圾集中在一個池子中處理。收運來的餐廚垃圾中通常會含有一定量的干擾物質(zhì)，如紙張，金屬，骨頭 等。此外，為增強處理過程中設(shè)備運行的穩(wěn)定性以及提高厭氧發(fā)酵的效果，通 常情況下廚余垃圾顆粒大小在10mm左右，因此廚余垃圾進入儲存池前，要先 進行分選和粉碎。本設(shè)計中進入儲存池的廚余垃圾干重為12600x (1-39.86%) =7577.64kgo

8、33調(diào)節(jié)池根據(jù)試驗分析可知，本設(shè)計實驗點的廚余垃圾含水量(39.86%)較低，故 設(shè)置調(diào)節(jié)池，使廚余垃圾含水率至少為95%。本設(shè)計中廚余垃圾的密度取1.05kg-dm調(diào)節(jié)池設(shè)計參數(shù)如下： 廚余垃圾的體積“=罌=皿二需加水的體積/=12600 x(0.95 - 0.3986) = 13896m30. 05 x 1000調(diào)節(jié)池的設(shè)計容積v為155m3；調(diào)節(jié)池的水力停留時間：經(jīng)驗值為412h,本設(shè)計選取611； 調(diào)節(jié)池的設(shè)計流量。=占=25. 83m3 - a-1。hrt調(diào)節(jié)池的超高為0.5m,有效高度一般取4-5mo本設(shè)計調(diào)節(jié)池池高取5.5m,v則/ = = 28. 18m2,池寬取5m,池長取6

9、in。浙江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院固體廢棄物資源化課程設(shè)計3.4 水解酸化池水解酸化過程能將非溶解態(tài)有機物逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)有機物，一些難于生 物降解大分子物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為易于降解的小分子物質(zhì)如有機酸等，從而大幅度提 高可生化性和降解速度。有研究表明，廚余垃圾水解酸化過程的最優(yōu)溫度條件 為 37。酸化池設(shè)計參數(shù)如下：水力停留時間hrt=8h；設(shè)計容積/ = q x ?。?25. 83 x 8 = 206. 64m3 ；v酸化池的超高定為o.5m,池高選取5.5m,則月=萬=37. 57m2o3.5 厭氧發(fā)酵經(jīng)過水解酸化過程后產(chǎn)生的有機酸類物質(zhì)通過管道輸送進入發(fā)酵罐中，在 適當(dāng)?shù)臏囟?，ph值等條件下，在

10、產(chǎn)甲烷菌類的作用下進一步降低分子數(shù)最終轉(zhuǎn) 化成為甲烷。發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)如下圖所示:淅江農(nóng)林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院固體廢棄物資源化課程設(shè)計圖2發(fā)酵罐結(jié)構(gòu)根據(jù)厭氧消化過程中甲烷菌的最適溫度范圍，厭氧消化還可以分為中溫消化過程（3036。）和高溫消化過程（5053c）。兩者比較如下:表格2中溫消化和高溫消化的比較中溫消化高溫消化溫度30-3650-53產(chǎn)氣率高低停留時間15-301244容積大小費用成本大，維修省成本小，維修大不同類型的厭氧反應(yīng)器在市場中占的份額也不同：中溫消化、高溫消化都是可行的技術(shù)，實際運行的處理廠，中溫消化占62%。本設(shè)計采用中溫消化。厭氧消化關(guān)設(shè)計參數(shù)如下：停留時間t： 15（1；根據(jù)

11、垃圾處理量設(shè)計厭氧發(fā)酵罐體積v=350m3；厭氧發(fā)酵罐流量。=-=0.976h t選用d:h=1:3,取錐角為70 ,則則錐體高度/ = - = 0. 71w ,封 235頭高度/=彳=0.25。，圓柱部分高度h3= (3.0-0.714-0.25) d=2.04d。又因為v全=%+%+% =9班又3+5 +3加又人=0. 187z?3 + 0. 13z?3 + 1.6z?3即 o.187d3+o.13d3+l6d3=35o,解得 d=5.7m,則 hi=0.714x5.7=4.1m；h2=0.25 x 5.7=1.43m； hj=2.04 x 5.7=ll7m。v =0.187d3=34.6

12、3m v 桂=l6d3=296.3m3, v 封=19.07m3。3.6 物料平衡分析(1)出料干重mads=mrssx (1-rvsxvsrss) = (1-39.86%) x 12600x (1-40% x 63.14%)=5663.83kg式中：mads出料干重，kg；mrss進料干重，kg；rvs揮發(fā)性固體所占的降解率，取40%；vsrss一一揮發(fā)性固體所占的百分率，%。vs牘 x (1 - 4s)1 -4 5 x vs0(2)出料vs=50. 69%63. 14% x (1 - 40%)1 - 40% x 63. 14%式中：vsads出料揮發(fā)性固體所占百分率，%o(3)沼氣產(chǎn)量vb

13、iogas=sbpbiogas x rvs x vsrss x mrss=0.8 x 40% x 63.13% x 54.49% x 1800=198.1m3式中：vbiogas沼氣產(chǎn)量，m3/d；sbpbiogas一一單位質(zhì)量揮發(fā)性固體產(chǎn)生的沼氣量，一般取0.81.2 m3/kg(vs),本設(shè)計取 0.8m3/kg(vs)；mrss每天進料干重,kg/do3.7 能量平衡分析(1)進料加熱eh.ad=q1s x a tx mfad.in x cpw+(l-mfad.in) x cps=0.97 x24x 1000 x (35-22 ) x 95 % x 4.18+( 1 95 %) x 2.

14、3=1236.6 mj/d式中：eh-ad進料所需熱量，mj/d；q.u)-in設(shè)計流量，m3/d；spis一一單位重量垃圾硝化量，kg/l,本設(shè)計中假定為1 kg/l；t一一進水溫度與系統(tǒng)溫度的差值，c,本設(shè)計選用中溫消化 (35-c),設(shè)計進口溫度為22c；mfad-in進料含水率，%；cpw水的比熱，取418kj/kgc；cpw固體的比熱，kj/kg -c,有機固體取2.3kj/kgc,無機固體取 1.0 kj/kgco(2)攪拌用電量二 qg-in x srt x sermixi11s0. 97 x 15 x 5 x 3600 x 24 c oojzem皿=- = ： = 6. 28.

15、14splslxlo6式中：emixing攪拌垃圾所需能量，mj/d;srt停留時間，d；sernuxing攪拌單位體積污泥所消耗的電量，mj/(m3-d)o(3)熱輻射損失ei.ad=u x a x (td-ta)=1.0 x 8.4x (35-10) +0.7 x 38.66 x (35-22) x io-6x 86400=48.54 mj/d式中：ei-ad熱輻射損失量，mj/d；u傳熱系數(shù)，w/(m2- )；a接觸面積，m2；td環(huán)境溫度，取22c；ta地下溫度，取10c。(4)沼氣初級能量輸出查資料得，沼氣的熱值為25mj/h13。表格3工藝能量收支平衡分析工藝能量收支平衡分析項目t

16、s(yb)63.14vs(%)54.49rvs(%)40熱電消耗（mj/d）進料加熱（熱）1236.6輻射熱損（熱）48.54攪拌（電）6.28沼氣初級能量輸出（mj/d）4952.5chp熱輸出（mj/d）2476.25chp電輸出（mj/d）1733.38凈得熱能（mj/d）1191.11凈得電能（mj/d）1727.1凈得熱電總量（mj/d）2918.21由上表可知，本設(shè)計中經(jīng)厭氧消化產(chǎn)生的沼氣能量不僅能夠提供工藝所需能量，還有能量盈余。整個工藝設(shè)計實現(xiàn)了廚余垃圾的減量化和資源化。3.8 沼渣和沼液脫水處理后的水每天沼渣和沼液質(zhì)量mi=1800x (1-40% x63.14%) =134

17、5.4kg,脫水前含 水率為95%,本設(shè)計預(yù)使脫水后含水率為75%。經(jīng)脫水后使得其含水率降至65%,則脫除的水分的質(zhì)量ni2=1345.4x (95%-65%)=403.62kgo將這部分水回流至調(diào)節(jié)池中以調(diào)節(jié)后續(xù)進來的垃圾的含 水率，使其達到預(yù)期要求。脫水后的沼渣和沼液進行回收資源化利用。11小結(jié)根據(jù)工藝設(shè)計計算，廚余垃圾經(jīng)過厭氧消化工藝可以生成足夠量得沼氣， 以提供工藝前處理以及中間處理階段所需消耗的能量。整個設(shè)計最困難的應(yīng)該 是厭氧發(fā)酵罐的設(shè)計，當(dāng)然這也是最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。因為之前涉及到的發(fā)酵 罐只初略介紹，因此設(shè)計時比較迷茫，不知道從何下手。最后是在網(wǎng)上找到了 類似的設(shè)計，根據(jù)其中的工藝參數(shù)以及計算公式結(jié)合自己預(yù)期效果而設(shè)計的一 個發(fā)酵罐。鑒于網(wǎng)上的資料不是很規(guī)范，許多都是單單一個結(jié)果，所以在設(shè)計 過程中計算熱輻射損失的時候，根據(jù)自己的理解確定下來地上和地下兩部分體 積。另外，在確定工藝流程中也遇到了問題，因為后期需要計算脫水后回流的 水的重量，所以在設(shè)計時不是很確定回流的水是來自沼渣與沼液還是僅是沼渣 壓縮后的水，最后還是通過查找資料確定下來整套工藝流程。雖然看著是完成了整個課程設(shè)計，但我知道里面的問題不少。希望老師指 正。參考文獻1李華芝，李秀艷，胡