校园餐厨垃圾

课程实习报告学生姓名： 学号： 校内指导教师：实习课程名称：固体废弃物资源化环境与资源学院环境工程专业132班2016年1月3日TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"前言 2\o"CurrentDocument"1餐厨垃圾概述 21餐厨垃圾的特性 22餐厨垃圾单独处理的必要性 21.3餐厨垃圾的处理现状 3\o"CurrentDocument"2基础资料 31餐厨垃圾量 32餐厨垃圾工业成分 43厌氧消化系统主要性能参数 42.4厌氧消化前处理和后处理系统相关参数 4\o"CurrentDocument"3厌氧发酵工艺设计 51工艺设计 53.1.1厌氧发酵原理 52.1厌氧发酵工艺流程 6\o"CurrentDocument"4设计计算 61关键工艺与设备参数 61.1厌氧消化罐尺寸 64.1.2前处理系统工艺与设备参数 84.1.3后处理系统工艺与设备参数 94.2物料平衡分析 104.2.1厌氧消化系统需热量 104.2.2沼气量 104.2.3沼气锅炉供热量 104.2.4沼渣饼量 114.2.5脱水液量 114.2.6沼液量 11前言沼气发酵是一种古老的有机物发酵方法，广泛存在于自然界，它是各种有机物在兼性厌氧菌和专性厌氧菌等微生物的联合作用下，进行生物降解并生成有机酸、醇、二氧化碳和氢气等物质，并经产甲烷细菌等微生物进一步厌氧消化转化成以甲烷为主要成分的生物气的过程。本次固体废物处理与处置的课程设计的题目就是校园餐厨垃圾沼气工程初步设计，其中有以下儿点要求：（1） 熟悉查阅文献资料、搜集有关数据、正确选用计算公式；（2） 在兼顾技术先进实用、经济可行前提下，确定工艺流程和相关设备；（3） 分析并计算出污泥或校园生活垃圾沼气工程物料与能量平衡示意图；（4） 用精炼的语言和清晰的图表表达出计算结果。1餐厨垃圾概述1.1餐厨垃圾的特性餐厨垃圾是指家庭、学校、机关公共食堂以及餐饮行业的食物废料和食物残余，是城市生活垃圾的主要组成部分。与其他垃圾相比，具有含水量、有机物含量、油脂含量及盐分含量高，营养元素丰富等特点，具有很大的回收利用价值。1.2餐厨垃圾单独处理的必要性以前，餐厨垃圾主要作为城市近郊养猪的饲料，由于其来源比较复杂，极有可能引起疾病传播，现己经被政府明令禁止。而在日常生活中，居民通常将餐厨垃圾混入生活垃圾中，通过塑料袋送到垃圾收集点，使城市生活垃圾的成分和特性发生了变化。餐厨垃圾在存放、收集、转运及垃圾填埋过程中，由于其含水率和有机物含量较高，极易在较短时间内腐烂发臭和滋生蚊蝇等，极大地污染了周围环境。另外，城市垃圾的处置方法通常有焚烧和填埋，如果将城市生活垃圾进行焚烧，由于餐厨垃圾的水分含量常常高达90%左右，发热量为2100KJ/kg-3100KJ/kg,和其它垃圾一起进行焚烧，不但不能满足垃圾焚烧发电的发热量要求即5000KJ/Kg以上），反而会致使焚烧炉燃烧不充分而产生二恶英等物质。如果将生活垃圾进行填埋，同样会因为混入的餐厨垃圾水分含量高而不宜处理。而且焚烧、填埋都会导致大量有机物的浪费，因此餐厨垃圾有必要进行单独处理。1.3餐厨垃圾的处理现状在国内最早推行餐厨垃圾处理机的厂商有美国的艾默生电气和通用公司，由于进入市场较早，十年来的市场运作给这两个品牌的餐厨垃圾处理机带来了极为可观的市场占有率；之后乂有美国擎通集团垃圾处理机介入，其市场份额现己位居第一。同时国内一些厂家也开始研发各自的产品，如江苏省某制造有限公司自行研制开发生产的厨房垃圾粉碎机，主要利用锤头在高速旋转时产生的惯性力将垃圾击碎，再通过齿板、齿田的相对运动进行再次切割、研磨，粉碎后的垃圾随下水道冲走，处理技术的成熟度还有待于提高。乂如中国万家电器集团有限公司研制的万家SLC370型食物垃圾处理机，采用湿法厌氧发酵处理垃圾，将餐厨的食物垃圾粉碎成极小颗粒，进入排水系统，经短期发酵后形成淤泥状肥料。该方法仅局限于家庭内就地处理食物性垃圾，所以处理规模小。另外，曹萍与陈绍伟采用高温好氧法对厨房垃圾进行了处理。厨房垃圾样品取自学校学生食堂，含水率70-80%,浸出液的CODCr15000-26000mg/L,pH为4.5-5.5o实验反应器是一个35L的聚氯乙烯圆筒，有效容积20L,以木屑为生物载体。反应器置于一恒温箱内，通过磅秤测定其质量的变化。结果表明，高温好氧过程各参数操作弹性大，可连续操作，也可间歇操作，试验期间反应温度保持在55-60°Co另外用高温好氧处理厨房垃圾不会产生渗滤水，长期运转后的剩余物质可作为有机肥料施于农田。2基础资料2.1餐厨垃圾量本次设计以浙江农林大学东湖食堂、集贤食堂和西径食堂作为研充试验点。餐厨垃圾日产生量：根据调查，每个食堂每天回收10桶泪脚，每桶约为50kg,

密度设为1.2xl03^//n3o故三个食堂每天餐厨垃圾产量约为1500kg。2.2餐厨垃圾工业成分本试验所用的厨余垃圾取自浙江农林大学东湖食堂、集贤食堂和西径食堂。垃圾中主要包括米饭、蔬菜、肉、蛋、豆腐、鱼虾和盐等。对垃圾样品进行工业成分分析，包括水分、挥发分、灰分和固定碳。实验分析最终结果如下:项目水分灰分挥发分CH0NS热值单位%%%%%%%%MJ/mg东湖37.680.7553.2126422412.3x10“集贤42.350.9256.38西径39.270.8751.15平均39.770.8553.58表2-2-1餐厨垃圾工业成分和基本元素2.3厌氧消化系统主要性能参数物料停留时间工艺温度有机物(VS)降解率沼气产率沼气热值d•c%〃广WS(被降解的)MJ/mg1555651.125表2-3-1厌氧消化系统主要性能参数2.4厌氧消化前处理和后处理系统相关参数预处理后物料含水率工艺温度沼渣含水率沼渣饼含水率沼液SS%°C。。°0955590555表2-4-1厌氧消化前处理后处理系统相关参数3厌氧发酵工艺设计3.1工艺设计3.1.1厌氧发酵原理参与厌氧分解的微生物可以分为两类，一类是由一个十分复杂的混合发酵细菌群将复杂的有机物水解，并进一步分解为以有机酸为主的简单产物，通常称之为水解菌。在中温沼气发酵中，水解菌主要属于厌氧细菌，包括梭菌属、拟杆菌属、真细菌属、双歧杆菌属等。在高温厌氧发酵中，有梭菌属、无芽抱的革兰氏阴性杆菌、链球菌和肠道菌等兼性厌氧细菌。第二阶段的微生物为绝对厌氧细菌,其功能是将有机酸转变为甲烷，被称之为产甲烷细菌。产甲烷细菌的繁殖相当缓慢，且对于温度、抑制物的存在等外界条件的变化相当敏感。产甲烷阶段在厌氧硝化过程中是十分重要的环节，产甲烷细菌除了产生甲烷外，还起到分解脂肪酸调节pH的作用。同时，通过将氢气转化为甲烷，可以减小氢的分压，有利于产酸菌的活动。有机物厌氧消化的生物化学反应过程与堆肥过程同样都是非常复杂的，中间反应及中间产物有数百种，每种反应都是在酶或其他物质的催化下进行的，总反应式为：厌氧微生物有机物+HQ+营养物 >细胞物质+CH4T+CO，T4-NH3t4-Hj+H2St+...+抗性物质+热量有机废物厌氧发酵的工艺原理如下：图3-1-1有机物的厌氧发酵分解

3.2.1厌氧发酵工艺流程具体工艺流程如下图：图3-2-1厌氧发酵工艺流程图4设计计算4.1关键工艺与设备参数4.1.1厌氧消化罐尺寸根据厌氧消化过程中甲烷菌的最适温度范围，厌氧消化还可以分为中温消化过程（30〜36°C）和高温消化过程（50〜53°C）。两者比较如下：中温消化高温消化温度（°C）30-3650-53产气率高底停留时间（d）15-3012-14容积大小费用成本大，维修省成本小，维修大表4-1-1中温消化和高温消化的比较不同类型的厌氧反应器在市场中占的份额也不同：中温消化、高温消化都是可行的技术，实际运行的处理厂，中温消化占70%。本设计采用中温消化。厌氧消化罐示意图如下：本设计处理量较多，故需用三个厌氧消化罐。厌氧消化关设计参数如下：停留时间T：15d；根据垃圾处理量设计厌氧发酵罐体积V=320/W；V厌氧发酵罐流量Q=-=0.89m3•h-1；选用D:H=1:3,取锥角为60°,则锥体高度乩=一-一=0.870,封头高2tan30°度心=?=0.25。，圆柱部分高度名=(3-0.87-0.25)0=1.88。。乂因为=2.52D3即2.52D3=320,解得D=5.03m,则Hi=0.87D=4.38m；H2=0.25D=1.26m；Hs=l.88D=9.46mo

封头部分：—x£）3=16.66/7/324jr圆柱部分：-xD2x//3=187.98m34锥体部分：一、。"乩=116.05〃?334.1.2前处理系统工艺与设备参数1、调节池根据试验分析可知，本设计实验点的厨余垃圾含水量（39.77%）较低，故设置调节池，使厨余垃圾含水率至少为95%。本设计中厨余垃圾的密度取1.2xlO*g/〃"，调节池设计参数如下：-周厨余垃圾的体积，=岛=8.75此需加水的体积V=10500x0.95-0.3977需加水的体积V=10500x0.95-0.39770.05x1000=199.49m3；调节池的设计容积V为208.24m3；调节池的水力停留时间：经验值为4〜12h,本设计选取6h；V调节池的设计流量Q=万而；=34.7m?•/己调节池的超高为0.5m,有效高度一般取4〜5m。本设计调节池池高取5.5m,V则A=—=41.6511己池宽取6m,池长取7m。H2、水解酸化池水解酸化过程能将非溶解态有机物逐步转变为溶解态有机物，一些难于生物降解大分子物质被转化为易于降解的小分子物质如有机酸等，从而大幅度提高可生化性和降解速度。有研究表明，厨余垃圾水解酸化过程的最优温度条件为37°Co酸化池设计参数如下：水力停留时间HRT=8h；设计容积V=QxHRT=34.71x8=277.68m3；酸化池的超高定为0.5m,池高选取6.5m,则A=—=42.72m-。H4.1.3后处理系统工艺与设备参数1、 机械脱水真空过滤是最早使用的一种机械脱水方法，以实际大气压与真空之间的压差作为过滤操作的推动力，主要用于除沉污泥和消化污泥的脱水。其中过滤介质两侧的压差是由真空设备提供驱动力进而实现的，常用真空度为53.3-80kPao2、 气水分离器气水分离器用于工业含液系统中将气体和液体分离的设备，在现有气液分离器设备中，主要采用重力式和循环式分离器，他们靠重力的不同将气体和液体分离，由于现有技术只利用了介质的重力作用，因此其缺点是分离效率低，分离不彻底，设备体积和重量较大。通过五级分离一降速、离心、碰撞、变向、凝聚等原理，除去压缩空气（气体）中的液态水份和固体颗粒，达到净化的作用。湿气在冷却过程中冷凝后，在分离器中的挡板殖使气体改变方向二次，并以设计好的速度旋转，产生离心力高效地分离出液体和颗粒，排水器应及时排放出冷凝液。3、 脱硫装置燃煤的烟气脱硫技术是当前应用最广、效率最高的脱硫技术。对燃煤电厂而言，在今后一个相当长的时期内，将是控制二氧化硫排放的主要方法。目前国内外火电厂烟气脱硫技术的主要发展趋势为：脱硫效率高、装机容量大、技术水平先进、投资省、占地少、运行费用低、自动化程度高、可靠性好等。4、 沼气锅炉沼气锅炉是以燃烧沼气为燃料的锅炉。适用于屠宰厂、养殖厂的新型能源锅炉，利用动物粪便、屠宰后污物及树枝、树叶等进行发酵反应，收集所产生沼气。沼气锅炉是一种新型的无运行成本的锅炉。既解决环境污染问题，乂不会产生污染物。同时配备自动控制，运行使用方便。沼气是沼气池或污水处理厌氧条件下产生的可燃性气体，一般甲烷含量在50-80%以上，热值较高。一立方热值大约在5500大卡左右，和一公斤煤相比。利用沼气在特制的锅炉中燃烧放出热量，来加热热水或产生蒸汽。4.2物料平衡分析4.2.1厌氧消化系统需热量餐厨垃圾量为500kg,热值为2.3x10-6MJ/m*所以，厌氧消化系统需热量为1500x106x2.3x10<5=3450MJ4.2.2沼气量1、出料干重Mads=Mrss*(1-RvsxVSrss)=(1-39.77%)x1500x(1—65%x53.58%)=588.81kg式中：Mads——出料干重，kg；Mrss 进料干重，kg；R、，s一一挥发性固体所占的降解率,％，由表2-3-1可知；VSrss一一挥发性固体所占的百分率，％，由表2-2-1可知。2、出料VSVSrssx(1-Rvs)yADV -1-RvsxVSkss式中：VS*一一出料挥发性固体所占百分率，%o3、沼气产量V=SBPXR/XVSr“XMm=1・1X65%X53.58%X1500X(1-39.77%)=346.11〃/式中：V 沼气产量，m5/d：SBP一一单位质量挥发性固体产生的沼气量，m7kg(VS),由表2-3-1可知；4.2.3沼气锅炉供热量查资料得沼气密度为1.21kg/奇,由表2-3-1得，沼气热值为25MJ/mg。所以,供热量为1.21x346.11x103=418.79x103

4.2.4沼渣饼量M必二Mms/沼渣饼含水率=588.81/55%=1070.56kg4.2.5脱水液量^tsy=Mzz—M功=MADS/(I—90%)—MADS/(I-55%)=4579.63kg