校园餐厨垃圾

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1、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 日前言21餐厨垃圾概述21. 1餐厨垃圾的特性21. 2餐厨垃圾单独处理的必要性21.3餐厨垃圾的处理现状32基础资料32. 1餐厨垃圾量32. 2餐厨垃圾工业成分42. 3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43厌氧发酵工艺设计53. 1工艺设计53.1.1厌氧发酵原理53. 2. 1厌氧发酵工艺流程64设计计算64. 1关键工艺与设备参数64. 1. 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

2、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

3、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，

4、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

5、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

6、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CODCr 15000-26000mg/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55-60Co另外用

7、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

8、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dc%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

9、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

10、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（3036C）和高

11、温消化过程（5053C）。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

12、高度乩=一-一 = 0.870,封头高2 tan 30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

13、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 =10500x0.95-0.39770.05x1000=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412h,本设计选取6h；V调节池的设计流量Q =万而；=34.7 m? /己调节池的超高为0.5m,有效高度一般取45m。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

14、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37Co酸化池设计参数如下： 水力停留时间HRT=8h；设计容积 V = Qx HRT = 34.71 x8 = 277.68m 3 ；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

15、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

16、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。

17、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2.3x10-6 MJ/m*所以，厌氧消化系统需热量为1500x106x2.3x105 = 3450MJ4.2.2沼气量1、出料干重Mads = Mrss *(1 - Rvs xVSrss)=(1-39.77%)x 1500 x(1 65%x 53.58%) = 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VSVS

18、rssx(1-Rvs) y ADV-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 = SBPX R/ X VSr“ X Mm = 1 1X 65%X 53.58%X1500 X (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 = 4 1 8.79x1034.2.4沼渣饼量M必二Mms/沼渣饼含水率

19、=588. 81/55%=1070. 56kg4.2.5脱水液量tsy = Mzz M 功=M ADS /(I 90%) M ADS /(I-55%) = 4579.63kg4.2.6沼液量M./y = x(l- 5%) = 4350.65kg总结在大学里，我们学到的都是理论性的知识，与实际工程结合的机会不多，相 关的课程设计给了我们一个很好的实践机会，使我们将书本上的东西与工程实际 相结合，这样的经历弥足珍贵。而且固体废弃物处理与处置是一门实用型很强的 学科，相关的设计原则、方法、步骤也只有通过亲身实践才能更好的理解。通过本次课程设计，我对沼气工程的整体设计工艺有了深入的了解，对各部 分的工

20、艺计算进行了学习，仔细的阅读了沼气工程设计规范及相关文献，从而学 会了整体的设计方法及设计过程。通过自主的文献、手册、书籍的查询，进一步 的提高了自己的文献查找能力及自主学习能力，综合运用所学的专业知识的能 力，培养独立分析、解决一般工程实际问题的工作能力，同时也发现了自己在学 习过程中的薄弱环节。这次设计为将来的毕业设计做了良好的铺垫，也为将来的 工作积累了一定的经验。参考文献:1沼气工程技术规范第1部分工艺设计(NY/T 1220. 1-2006)4沼气工程技术规范第2部分沼气工程技术规范第3部分沼气工程技术规范第4部分供气设计(NY/T 1220. 2-2006)施工及验收(NY/T 1220. 3-2006)运行管理(NY/T 1220.4-2006)姜湘山，倍友良主编污（废）水处理技术与工程实例6李海滨等编著现代生物质能利用技术