校園餐廚垃圾

課程實(shí)習(xí)報告學(xué)生姓名： 學(xué)號： 校內(nèi)指導(dǎo)教師：實(shí)習(xí)課程名稱：固體廢棄物資源化環(huán)境與資源學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)132班2016年1月3日TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"前言 2\o"CurrentDocument"1餐廚垃圾概述 21餐廚垃圾的特性 22餐廚垃圾單獨(dú)處理的必要性 21.3餐廚垃圾的處理現(xiàn)狀 3\o"CurrentDocument"2基礎(chǔ)資料 31餐廚垃圾量 32餐廚垃圾工業(yè)成分 43厭氧消化系統(tǒng)主要性能參數(shù) 42.4厭氧消化前處理和后處理系統(tǒng)相關(guān)參數(shù) 4\o"CurrentDocument"3厭氧發(fā)酵工藝設(shè)計 51工藝設(shè)計 53.1.1厭氧發(fā)酵原理 52.1厭氧發(fā)酵工藝流程 6\o"CurrentDocument"4設(shè)計計算 61關(guān)鍵工藝與設(shè)備參數(shù) 61.1厭氧消化罐尺寸 64.1.2前處理系統(tǒng)工藝與設(shè)備參數(shù) 84.1.3后處理系統(tǒng)工藝與設(shè)備參數(shù) 94.2物料平衡分析 104.2.1厭氧消化系統(tǒng)需熱量 104.2.2沼氣量 104.2.3沼氣鍋爐供熱量 104.2.4沼渣餅量 114.2.5脫水液量 114.2.6沼液量 11前言沼氣發(fā)酵是一種古老的有機(jī)物發(fā)酵方法，廣泛存在于自然界，它是各種有機(jī)物在兼性厭氧菌和專性厭氧菌等微生物的聯(lián)合作用下，進(jìn)行生物降解并生成有機(jī)酸、醇、二氧化碳和氫氣等物質(zhì)，并經(jīng)產(chǎn)甲烷細(xì)菌等微生物進(jìn)一步厭氧消化轉(zhuǎn)化成以甲烷為主要成分的生物氣的過程。本次固體廢物處理與處置的課程設(shè)計的題目就是校園餐廚垃圾沼氣工程初步設(shè)計，其中有以下兒點(diǎn)要求：（1） 熟悉查閱文獻(xiàn)資料、搜集有關(guān)數(shù)據(jù)、正確選用計算公式；（2） 在兼顧技術(shù)先進(jìn)實(shí)用、經(jīng)濟(jì)可行前提下，確定工藝流程和相關(guān)設(shè)備；（3） 分析并計算出污泥或校園生活垃圾沼氣工程物料與能量平衡示意圖；（4） 用精煉的語言和清晰的圖表表達(dá)出計算結(jié)果。1餐廚垃圾概述1.1餐廚垃圾的特性餐廚垃圾是指家庭、學(xué)校、機(jī)關(guān)公共食堂以及餐飲行業(yè)的食物廢料和食物殘余，是城市生活垃圾的主要組成部分。與其他垃圾相比，具有含水量、有機(jī)物含量、油脂含量及鹽分含量高，營養(yǎng)元素豐富等特點(diǎn)，具有很大的回收利用價值。1.2餐廚垃圾單獨(dú)處理的必要性以前，餐廚垃圾主要作為城市近郊養(yǎng)豬的飼料，由于其來源比較復(fù)雜，極有可能引起疾病傳播，現(xiàn)己經(jīng)被政府明令禁止。而在日常生活中，居民通常將餐廚垃圾混入生活垃圾中，通過塑料袋送到垃圾收集點(diǎn)，使城市生活垃圾的成分和特性發(fā)生了變化。餐廚垃圾在存放、收集、轉(zhuǎn)運(yùn)及垃圾填埋過程中，由于其含水率和有機(jī)物含量較高，極易在較短時間內(nèi)腐爛發(fā)臭和滋生蚊蠅等，極大地污染了周圍環(huán)境。另外，城市垃圾的處置方法通常有焚燒和填埋，如果將城市生活垃圾進(jìn)行焚燒，由于餐廚垃圾的水分含量常常高達(dá)90%左右，發(fā)熱量為2100KJ/kg-3100KJ/kg,和其它垃圾一起進(jìn)行焚燒，不但不能滿足垃圾焚燒發(fā)電的發(fā)熱量要求即5000KJ/Kg以上），反而會致使焚燒爐燃燒不充分而產(chǎn)生二惡英等物質(zhì)。如果將生活垃圾進(jìn)行填埋，同樣會因?yàn)榛烊氲牟蛷N垃圾水分含量高而不宜處理。而且焚燒、填埋都會導(dǎo)致大量有機(jī)物的浪費(fèi)，因此餐廚垃圾有必要進(jìn)行單獨(dú)處理。1.3餐廚垃圾的處理現(xiàn)狀在國內(nèi)最早推行餐廚垃圾處理機(jī)的廠商有美國的艾默生電氣和通用公司，由于進(jìn)入市場較早，十年來的市場運(yùn)作給這兩個品牌的餐廚垃圾處理機(jī)帶來了極為可觀的市場占有率；之后乂有美國擎通集團(tuán)垃圾處理機(jī)介入，其市場份額現(xiàn)己位居第一。同時國內(nèi)一些廠家也開始研發(fā)各自的產(chǎn)品，如江蘇省某制造有限公司自行研制開發(fā)生產(chǎn)的廚房垃圾粉碎機(jī)，主要利用錘頭在高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的慣性力將垃圾擊碎，再通過齒板、齒田的相對運(yùn)動進(jìn)行再次切割、研磨，粉碎后的垃圾隨下水道沖走，處理技術(shù)的成熟度還有待于提高。乂如中國萬家電器集團(tuán)有限公司研制的萬家SLC370型食物垃圾處理機(jī)，采用濕法厭氧發(fā)酵處理垃圾，將餐廚的食物垃圾粉碎成極小顆粒，進(jìn)入排水系統(tǒng)，經(jīng)短期發(fā)酵后形成淤泥狀肥料。該方法僅局限于家庭內(nèi)就地處理食物性垃圾，所以處理規(guī)模小。另外，曹萍與陳紹偉采用高溫好氧法對廚房垃圾進(jìn)行了處理。廚房垃圾樣品取自學(xué)校學(xué)生食堂，含水率70-80%,浸出液的CODCr15000-26000mg/L,pH為4.5-5.5o實(shí)驗(yàn)反應(yīng)器是一個35L的聚氯乙烯圓筒，有效容積20L,以木屑為生物載體。反應(yīng)器置于一恒溫箱內(nèi)，通過磅秤測定其質(zhì)量的變化。結(jié)果表明，高溫好氧過程各參數(shù)操作彈性大，可連續(xù)操作，也可間歇操作，試驗(yàn)期間反應(yīng)溫度保持在55-60°Co另外用高溫好氧處理廚房垃圾不會產(chǎn)生滲濾水，長期運(yùn)轉(zhuǎn)后的剩余物質(zhì)可作為有機(jī)肥料施于農(nóng)田。2基礎(chǔ)資料2.1餐廚垃圾量本次設(shè)計以浙江農(nóng)林大學(xué)東湖食堂、集賢食堂和西徑食堂作為研充試驗(yàn)點(diǎn)。餐廚垃圾日產(chǎn)生量：根據(jù)調(diào)查，每個食堂每天回收10桶淚腳，每桶約為50kg,

密度設(shè)為1.2xl03^//n3o故三個食堂每天餐廚垃圾產(chǎn)量約為1500kg。2.2餐廚垃圾工業(yè)成分本試驗(yàn)所用的廚余垃圾取自浙江農(nóng)林大學(xué)東湖食堂、集賢食堂和西徑食堂。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(jìn)行工業(yè)成分分析，包括水分、揮發(fā)分、灰分和固定碳。實(shí)驗(yàn)分析最終結(jié)果如下:項(xiàng)目水分灰分揮發(fā)分CH0NS熱值單位%%%%%%%%MJ/mg東湖37.680.7553.2126422412.3x10“集賢42.350.9256.38西徑39.270.8751.15平均39.770.8553.58表2-2-1餐廚垃圾工業(yè)成分和基本元素2.3厭氧消化系統(tǒng)主要性能參數(shù)物料停留時間工藝溫度有機(jī)物(VS)降解率沼氣產(chǎn)率沼氣熱值d?c%〃廣WS(被降解的)MJ/mg1555651.125表2-3-1厭氧消化系統(tǒng)主要性能參數(shù)2.4厭氧消化前處理和后處理系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)預(yù)處理后物料含水率工藝溫度沼渣含水率沼渣餅含水率沼液SS%°C。。°0955590555表2-4-1厭氧消化前處理后處理系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)3厭氧發(fā)酵工藝設(shè)計3.1工藝設(shè)計3.1.1厭氧發(fā)酵原理參與厭氧分解的微生物可以分為兩類，一類是由一個十分復(fù)雜的混合發(fā)酵細(xì)菌群將復(fù)雜的有機(jī)物水解，并進(jìn)一步分解為以有機(jī)酸為主的簡單產(chǎn)物，通常稱之為水解菌。在中溫沼氣發(fā)酵中，水解菌主要屬于厭氧細(xì)菌，包括梭菌屬、擬桿菌屬、真細(xì)菌屬、雙歧桿菌屬等。在高溫厭氧發(fā)酵中，有梭菌屬、無芽抱的革蘭氏陰性桿菌、鏈球菌和腸道菌等兼性厭氧細(xì)菌。第二階段的微生物為絕對厭氧細(xì)菌,其功能是將有機(jī)酸轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄椋环Q之為產(chǎn)甲烷細(xì)菌。產(chǎn)甲烷細(xì)菌的繁殖相當(dāng)緩慢，且對于溫度、抑制物的存在等外界條件的變化相當(dāng)敏感。產(chǎn)甲烷階段在厭氧硝化過程中是十分重要的環(huán)節(jié)，產(chǎn)甲烷細(xì)菌除了產(chǎn)生甲烷外，還起到分解脂肪酸調(diào)節(jié)pH的作用。同時，通過將氫氣轉(zhuǎn)化為甲烷，可以減小氫的分壓，有利于產(chǎn)酸菌的活動。有機(jī)物厭氧消化的生物化學(xué)反應(yīng)過程與堆肥過程同樣都是非常復(fù)雜的，中間反應(yīng)及中間產(chǎn)物有數(shù)百種，每種反應(yīng)都是在酶或其他物質(zhì)的催化下進(jìn)行的，總反應(yīng)式為：厭氧微生物有機(jī)物+HQ+營養(yǎng)物 >細(xì)胞物質(zhì)+CH4T+CO，T4-NH3t4-Hj+H2St+...+抗性物質(zhì)+熱量有機(jī)廢物厭氧發(fā)酵的工藝原理如下：圖3-1-1有機(jī)物的厭氧發(fā)酵分解

3.2.1厭氧發(fā)酵工藝流程具體工藝流程如下圖：圖3-2-1厭氧發(fā)酵工藝流程圖4設(shè)計計算4.1關(guān)鍵工藝與設(shè)備參數(shù)4.1.1厭氧消化罐尺寸根據(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（30?36°C）和高溫消化過程（50?53°C）。兩者比較如下：中溫消化高溫消化溫度（°C）30-3650-53產(chǎn)氣率高底停留時間（d）15-3012-14容積大小費(fèi)用成本大，維修省成本小，維修大表4-1-1中溫消化和高溫消化的比較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(shí)際運(yùn)行的處理廠，中溫消化占70%。本設(shè)計采用中溫消化。厭氧消化罐示意圖如下：本設(shè)計處理量較多，故需用三個厭氧消化罐。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=320/W；V厭氧發(fā)酵罐流量Q=-=0.89m3?h-1；選用D:H=1:3,取錐角為60°,則錐體高度乩=一-一=0.870,封頭高2tan30°度心=?=0.25。，圓柱部分高度名=(3-0.87-0.25)0=1.88。。乂因?yàn)?2.52D3即2.52D3=320,解得D=5.03m,則Hi=0.87D=4.38m；H2=0.25D=1.26m；Hs=l.88D=9.46mo

封頭部分：—x￡）3=16.66/7/324jr圓柱部分：-xD2x//3=187.98m34錐體部分：一、。"乩=116.05〃?334.1.2前處理系統(tǒng)工藝與設(shè)備參數(shù)1、調(diào)節(jié)池根據(jù)試驗(yàn)分析可知，本設(shè)計實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的廚余垃圾含水量（39.77%）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1.2xlO*g/〃"，調(diào)節(jié)池設(shè)計參數(shù)如下：-周廚余垃圾的體積，=島=8.75此需加水的體積V=10500x0.95-0.3977需加水的體積V=10500x0.95-0.39770.05x1000=199.49m3；調(diào)節(jié)池的設(shè)計容積V為208.24m3；調(diào)節(jié)池的水力停留時間：經(jīng)驗(yàn)值為4?12h,本設(shè)計選取6h；V調(diào)節(jié)池的設(shè)計流量Q=萬而；=34.7m??/己調(diào)節(jié)池的超高為0.5m,有效高度一般取4?5m。本設(shè)計調(diào)節(jié)池池高取5.5m,V則A=—=41.6511己池寬取6m,池長取7m。H2、水解酸化池水解酸化過程能將非溶解態(tài)有機(jī)物逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙鈶B(tài)有機(jī)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(jī)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°Co酸化池設(shè)計參數(shù)如下：水力停留時間HRT=8h；設(shè)計容積V=QxHRT=34.71x8=277.68m3；酸化池的超高定為0.5m,池高選取6.5m,則A=—=42.72m-。H4.1.3后處理系統(tǒng)工藝與設(shè)備參數(shù)1、 機(jī)械脫水真空過濾是最早使用的一種機(jī)械脫水方法，以實(shí)際大氣壓與真空之間的壓差作為過濾操作的推動力，主要用于除沉污泥和消化污泥的脫水。其中過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓差是由真空設(shè)備提供驅(qū)動力進(jìn)而實(shí)現(xiàn)的，常用真空度為53.3-80kPao2、 氣水分離器氣水分離器用于工業(yè)含液系統(tǒng)中將氣體和液體分離的設(shè)備，在現(xiàn)有氣液分離器設(shè)備中，主要采用重力式和循環(huán)式分離器，他們靠重力的不同將氣體和液體分離，由于現(xiàn)有技術(shù)只利用了介質(zhì)的重力作用，因此其缺點(diǎn)是分離效率低，分離不徹底，設(shè)備體積和重量較大。通過五級分離一降速、離心、碰撞、變向、凝聚等原理，除去壓縮空氣（氣體）中的液態(tài)水份和固體顆粒，達(dá)到凈化的作用。濕氣在冷卻過程中冷凝后，在分離器中的擋板殖使氣體改變方向二次，并以設(shè)計好的速度旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力高效地分離出液體和顆粒，排水器應(yīng)及時排放出冷凝液。3、 脫硫裝置燃煤的煙氣脫硫技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最廣、效率最高的脫硫技術(shù)。對燃煤電廠而言，在今后一個相當(dāng)長的時期內(nèi)，將是控制二氧化硫排放的主要方法。目前國內(nèi)外火電廠煙氣脫硫技術(shù)的主要發(fā)展趨勢為：脫硫效率高、裝機(jī)容量大、技術(shù)水平先進(jìn)、投資省、占地少、運(yùn)行費(fèi)用低、自動化程度高、可靠性好等。4、 沼氣鍋爐沼氣鍋爐是以燃燒沼氣為燃料的鍋爐。適用于屠宰廠、養(yǎng)殖廠的新型能源鍋爐，利用動物糞便、屠宰后污物及樹枝、樹葉等進(jìn)行發(fā)酵反應(yīng)，收集所產(chǎn)生沼氣。沼氣鍋爐是一種新型的無運(yùn)行成本的鍋爐。既解決環(huán)境污染問題，乂不會產(chǎn)生污染物。同時配備自動控制，運(yùn)行使用方便。沼氣是沼氣池或污水處理厭氧條件下產(chǎn)生的可燃性氣體，一般甲烷含量在50-80%以上，熱值較高。一立方熱值大約在5500大卡左右，和一公斤煤相比。利用沼氣在特制的鍋爐中燃燒放出熱量，來加熱熱水或產(chǎn)生蒸汽。4.2物料平衡分析4.2.1厭氧消化系統(tǒng)需熱量餐廚垃圾量為500kg,熱值為2.3x10-6MJ/m*所以，厭氧消化系統(tǒng)需熱量為1500x106x2.3x10<5=3450MJ4.2.2沼氣量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 進(jìn)料干重，kg；R、，s一一揮發(fā)性固體所占的降解率,％，由表2-3-1可知；VSrss一一揮發(fā)性固體所占的百分率，％，由表2-2-1可知。2、出料VSVSrssx(1-Rvs)yADV -1-RvsxVSkss式中：VS*一一出料揮發(fā)性固體所占百分率，%o3、沼氣產(chǎn)量V=SBPXR/XVSr“XMm=1?1X65%X53.58%X1500X(1-39.77%)=346.11〃/式中：V 沼氣產(chǎn)量，m5/d：SBP一一單位質(zhì)量揮發(fā)性固體產(chǎn)生的沼氣量，m7kg(VS),由表2-3-1可知；4.2.3沼氣鍋爐供熱量查資料得沼氣密度為1.21kg/奇,由表2-3-1得，沼氣熱值為25MJ/mg。所以,供熱量為1.21x346.11x103=418.79x103

4.2.4沼渣餅量M必二Mms/沼渣餅含水率=588.81/55%=1070.56kg4.2.5脫水液量^tsy=Mzz—M功=MADS/(I—90%)—MADS/(I-55%)=4579.63kg