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日校园餐厨垃圾沼气工程课程设计1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校园餐厨垃圾沼气工程课程设计2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，其中有以下几点要求：（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，现已经被政府明令禁止。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，发热量为校园餐厨垃圾沼气工程课程设计32100KJ/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；之后又有美国擎通集团垃圾处理机介入，其市场份额现已位居第一。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。又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CrCOD15000-26000mg/L，pH为4.5-5.5。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℃。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究试验点。餐厨垃圾日产生量：根据调查，每个食堂每天回收10桶泔脚，每桶约为50kg，校园餐厨垃圾沼气工程课程设计4密度设为33/102.1mkg。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CHONS热值单位%%%%%%%%MJ/mg东湖37.680.7553.212642241-6102.3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℃%VSm/3(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%℃%%%955590555表2-4-1厌氧消化前处理后处理系统相关参数校园餐厨垃圾沼气工程课程设计53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、无芽孢的革兰氏阴性杆菌、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：有机物＋OH2＋营养物细胞物质＋4CH↑＋2CO↑＋3NH↑＋2H↑＋SH2↑＋...＋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堆肥有机物微生物细胞物质有机酸，醇类，2CO，3NH，SH2等，能量，微生物细胞物质2CO，4CH等，能量厌氧微生物校园餐厨垃圾沼气工程课程设计63.2.1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℃）和高温消化过程（50～53℃）。两者比较如下：中温消化高温消化温度（℃）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、高温消化都是餐厨垃圾预处理厌氧消化罐还田利用机械脱水气水分离器脱硫装置沼气锅炉还田利用沼液脱水液沼渣沼气沼渣饼校园餐厨垃圾沼气工程课程设计7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：图4-1-1厌氧消化罐示意图本设计处理量较多，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3320mV；厌氧发酵罐流量1-3hm89.0TVQ；选用D:H=1:3，取锥角为60°，则锥体高度DDH87.030tan21，封头高度DDH25.042，圆柱部分高度DDH88.125.087.033。又因为332312柱封锥全52.24243=V+V+V=VDHDDHD即32052.23D，解得D=5.03m，则H1=0.87D=4.38m；H2=0.25D=1.26m；H3=1.88D=9.46m。校园餐厨垃圾沼气工程课程设计8封头部分：3366.1624mD圆柱部分：33298.1874mHD锥体部分：31205.1163mHD4.1.2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33/10mkg1.2，调节池设计参数如下：一周厨余垃圾的体积3375.