(廚余垃圾課程設(shè)計)

1、 浙江農(nóng)林大學(xué)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 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2前言11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 前言我國城市生活垃圾組成成份中

2、相當(dāng)大一部分屬于動植物類有機垃圾，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

3、輸途中就已變質(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)緊張的局面。從投

4、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1.1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)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12600kg。1.2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

5、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/mg138.990.955.5126422412.1×10-6240.730.753.47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。112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)酵細菌利用胞外酶對有機物進行體外酶解，使固體物質(zhì)變成可溶與水的物質(zhì)，然后，細菌再吸收

6、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)镃H4。2.2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)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

7、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泔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12600×（1-39.86%）=7577.64kg。3.3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

8、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1.05kgdm-3，調(diào)節(jié)池設(shè)計參數(shù)如下：廚余垃圾的體積；需加水的體積；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6h；調(diào)節(jié)池的設(shè)計流量。調(diào)節(jié)池的超高為0.5m，有效高度一般取45m。本設(shè)計調(diào)節(jié)池池高取5.5m，則，池寬取5m，池長取6m。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

9、間HRT=8h；設(shè)計容積；酸化池的超高定為0.5m，池高選取5.5m，則。3.5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：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（5053）。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15-30 12-14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

10、、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：15d；根據(jù)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；選用D:H=1:3，取錐角為70°，則則錐體高度，封頭高度，圓柱部分高度H3=（3.0-0.714-0.25）D=2.04D 。又因為即0.187D3+0.13D3+1.6D3=350，解得D=5.7m，則H1=0.714×5.7=4.1m；H2=0.25×5.7=1.43m；H3=2.04×5.7=11.7m。V錐=0.187D3=34.63m3，V柱=1.6D3=2

11、96.3m3，V封=19.07m3。3.6物料平衡分析（1）出料干重MADS=MRSS×（1-RVS×VSRSS）=（1-39.86%）×12600×（1-40%×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揮發(fā)性固體所占的百分率，%。（2）出料VS式中：VSADS出料揮發(fā)性固體所占百分率，%。（3）沼氣產(chǎn)量Vbiogas=SBPbiogas×RVS×VSRSS×MRSS=0.8×40%×63.1

12、3%×54.49%×1800=198.1m3式中：Vbiogas沼氣產(chǎn)量，m3/d； SBPbiogas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0.8 m3/kg(VS)； MRSS每天進料干重，kg/d。3.7能量平衡分析（1）進料加熱Eh-AD=QlS×T×MFAD-in×Cpw+(1-MFAD-in)×Cps=0.97×24×1000×（35-22）×95%×4.18+(1-95%)×2.3=1236.6 MJ/d式中：Eh-AD

13、進料所需熱量，MJ/d； QAD-in設(shè)計流量，m3/d； SPls單位重量垃圾硝化量，kg/L，本設(shè)計中假定為1 kg/L； T進水溫度與系統(tǒng)溫度的差值，本設(shè)計選用中溫消化（35），設(shè)計進口溫度為22； MFAD-in進料含水率，%； Cpw水的比熱，取4.18KJ/kg； Cpw固體的比熱， KJ/kg，有機固體取2.3 KJ/kg，無機固體取1.0 KJ/kg。（2）攪拌用電量 式中：Emixing攪拌垃圾所需能量，MJ/d； SRT停留時間，d；SERmixing攪拌單位體積污泥所消耗的電量，MJ/(m3d)。（3）熱輻射損失El-AD=U×A×(TD-Ta)=1.

14、0×8.4×（35-10）+0.7×38.66×（35-22） ×10-6×86400=48.54 MJ/d式中：El-AD熱輻射損失量，MJ/d； U傳熱系數(shù)，W/(m2 ºC)； A接觸面積，m2； TD環(huán)境溫度，取22； Ta地下溫度，取10。（4）沼氣初級能量輸出查資料得，沼氣的熱值為25 MJ/m3。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TS（%）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

15、/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m1=1800×（1-40%×63.14%）=1345.4kg，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m2=1345.4×(95%

16、-65%)=403.62kg。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。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，胡啟平，等。處理廚余垃