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文档简介

浙江农林大学 课程实习报告 学生姓名 何杉杉 学号 201218040203 校内指导教师 曹玉成 实习课程名称 固体废弃物资源化 学院 环境与资源学院 专业 环境工程 122 班 2015 年 6 月 23 日 目录目录 目录 2 前言 1 1 基础资料 1 1 1 厨余垃圾量 1 1 2 餐厨垃圾工业成分 2 2 设计方案 3 2 1 厌氧发酵原理 3 2 2 工艺流程 3 3 设计计算 4 3 1 厨余垃圾收集 4 3 2 厨余垃圾储存 4 3 3 调节池 4 3 4 水解酸化池 5 3 5 厌氧发酵 5 3 6 物料平衡分析 6 3 7 能量平衡分析 7 3 8 沼渣和沼液脱水处理后的水 9 小结 10 参考文献 11 浙江农林大学环境与资源学院固体废弃物资源化课程设计 1 前言前言 我国城市生活垃圾组成成份中相当大一部分属于动植物类有机垃圾 占 45 以 上 其中绝大部分是厨余垃圾 厨余垃圾是指食物残余和食品加工废料 主要 为餐厨垃圾中的固体残留物 厨余垃圾具有高含水率 高有机物含量以及易腐 烂等特点 由于厨余垃圾容易发酵 变质 腐烂 不仅产生大量的毒素 散发 恶臭气体 还污染水体和大气 所以厨余垃圾如果得不到及时的处理 不仅影 响城市市容和环境卫生 而且会传播疾病 危害人们的日常生活和身体健康 长期以来 厨余垃圾在我国一直作为生猪的饲料 并一直通过市场渠道自 行寻找出路 但是 这种处理方式存在很多问题 比如 垃圾含水率较高 流 动性较大 非常容易泄漏 造成二次污染 影响环境卫生 这些垃圾未经任何 处理 有的在运输途中就已变质 喂出猪的卫生情况堪忧 为此 我国部分城 市已经开始禁止使用这一传统方法 而是集中收集后采用好氧堆肥或厌氧消化 制沼气 从理论上看 厌氧消化处理技术具有更大的优越性 厌氧消化产生的沼气 可以作为能源加以有效利用 同时也减少了 CO2 CH4等温室气体的排放 因 为反应过程要求保持厌氧状态 则反应设备均为密闭状态 不会有更多异味逸 出 消化后产生的残渣数量较少 其后续处理及运输所需的成本也相对较低 对于含水率较高的厨余垃圾 尤其是餐馆饭店产生的浴水等 很难进行堆肥化 的处理 最宜厌氧消化 发酵后产生的沼气中含有 55 75 体积浓度 的甲 烷 可用于发电 供热等 能够缓解能源供应紧张的局面 从投资和运行成本 的角度来看 厌氧消化也更为经济 本文就厌氧消化技术处理厨余垃圾进行工 艺设计计算 1 基础资料基础资料 1 1 厨余垃圾量厨余垃圾量 本次设计以浙江农林大学东湖校区为研究试验点 浙江农林大学东湖校区 现有师生人数 20000 余人 校区内共有 3 个食堂 经调查发现 学校 1 个食堂 浙江农林大学环境与资源学院固体废弃物资源化课程设计 2 1 天的厨余垃圾产生量约为 10 桶 每桶重约 60kg 即整个东湖校区每天会产生 约 1800kg 厨余垃圾 工艺按照一周储存量来设计 即周处理厨余垃圾总量约为 12600kg 1 2 餐厨垃圾工业成分餐厨垃圾工业成分 本试验所用的厨余垃圾取自浙江农林大学东湖食堂 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 表格 1 餐厨垃圾工业成分和基本元素 项目水分灰分挥发分CHONS热值 单位 MJ mg 138 990 955 51 240 730 753 47 平均值39 860 854 49 2642241 2 1 10 6 本试验中厨余垃圾样品中水分含量为 39 86 灰分为 0 8 挥发分为 54 49 查找文献发现 厨余垃圾中的含水量通常在 80 90 本试验中的 厨余垃圾水分含量明显较低 浙江农林大学环境与资源学院固体废弃物资源化课程设计 3 2 设计方案设计方案 2 1 厌氧发酵原理厌氧发酵原理 有机垃圾等不溶性的有机物厌氧消化过程主要包括水解 产酸和产甲烷 3 个阶段 水解阶段 发酵细菌利用胞外酶对有机物进行体外酶解 使固体物质变成 可溶与水的物质 然后 细菌再吸收可溶于水的物质 并将其分解成为不同产 物 产酸阶段 上个阶段产生的简单的可溶性有机物在产氢和产酸细菌的作用 下 进一步分解成挥发性脂肪酸 醇 酮 醛 CO2和 H2等 水解阶段和产酸阶段为一连续过程 在此过程中 不产甲烷的细菌种类繁 多 其主要作用是为产甲烷菌提供营养和为产甲烷菌创造适宜的厌氧条件 消 除部分毒物 产甲烷阶段 将第二阶段产物进一步降解成 CH4和 CO2 同时利用产酸阶 段所产生的 H2将部分 CO2再转变为 CH4 2 2 工艺流程工艺流程 厨余垃圾厌氧发酵处理是指在特定的厌氧条件下 微生物将有机垃圾进行 分解 其中的碳 氢 氧转化为甲烷和二氧化碳 甲烷占 55 二氧化碳占 45 而氮 磷 钾等元素则存留于残留物中 并转化为易被动植物吸收利用的形式 具体工艺流程如下图所示 浙江农林大学环境与资源学院固体废弃物资源化课程设计 4 图 1 工艺流程 3 设计计算设计计算 3 1 厨余垃圾收集厨余垃圾收集 指利用泔水桶收集各食堂厨余垃圾 3 2 厨余垃圾储存厨余垃圾储存 指将收集的厨余垃圾集中在一个池子中处理 收运来的餐厨垃圾中通常会含有一定量的干扰物质 如纸张 金属 骨头 等 此外 为增强处理过程中设备运行的稳定性以及提高厌氧发酵的效果 通 常情况下厨余垃圾颗粒大小在 10mm 左右 因此厨余垃圾进入储存池前 要先 进行分选和粉碎 本设计中进入储存池的厨余垃圾干重为 12600 1 39 86 7577 64kg 3 3 调节池调节池 根据试验分析可知 本设计实验点的厨余垃圾含水量 39 86 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 05kg dm 3 调节池设计参数如下 厨余垃圾的体积 3 m12 1050 12600 V 需加水的体积 3 m96 138 100005 0 39860 95 0 12600 V 调节池的设计容积 V 为 155m3 浙江农林大学环境与资源学院固体废弃物资源化课程设计 5 调节池的水力停留时间 经验值为 4 12h 本设计选取 6h 调节池的设计流量 1 3 m83 25h HRT V Q 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 则 池宽取 5m 池长取 6m 2 m18 28 H V A 3 4 水解酸化池水解酸化池 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 酸化池设计参数如下 水力停留时间 HRT 8h 设计容积 3 m64 206883 25 HRTQV 酸化池的超高定为 0 5m 池高选取 5 5m 则 2 m57 37 H V A 3 5 厌氧发酵厌氧发酵 经过水解酸化过程后产生的有机酸类物质通过管道输送进入发酵罐中 在 适当的温度 pH 值等条件下 在产甲烷菌类的作用下进一步降低分子数最终转 化成为甲烷 浙江农林大学环境与资源学院固体废弃物资源化课程设计 6 发酵罐结构如下图所示 图 2 发酵罐结构 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 表格 2 中温消化和高温消化的比较 中温消化高温消化 温度30 3650 53 产气率高低 停留时间15 30 12 14 容积大小 费用成本大 维修省成本小 维修大 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 62 本设计采用中温消化 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 350m3 厌氧发酵罐流量 1 3 hm97 0 T V Q 浙江农林大学环境与资源学院固体废弃物资源化课程设计 7 选用 D H 1 3 取锥角为 70 则则锥体高度 D tg D H714 0 352 1 封头高度 圆柱部分高度 H3 3 0 0 714 0 25 D 2 04D D D H25 0 4 2 又因为 333 3 23 1 2 柱封锥全 6 113 0187 0 4243 V V V V DDD HDDHD 即 0 187D3 0 13D3 1 6D3 350 解得 D 5 7m 则 H1 0 714 5 7 4 1m H2 0 25 5 7 1 43m H3 2 04 5 7 11 7m V锥 0 187D3 34 63m3 V柱 1 6D3 296 3m3 V封 19 07m3 3 6 物料平衡分析物料平衡分析 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 进料干重 kg RVS 挥发性固体所占的降解率 取 40 VSRSS 挥发性固体所占的百分率 2 出料 VS 69 50 14 63 401 401 14 63 1 1 RSSVS VSRSS ADS VSR RVS VS 式中 VSADS 出料挥发性固体所占百分率 3 沼气产量 Vbiogas SBPbiogas RVS VSRSS MRSS 0 8 40 63 13 54 49 1800 1 98 1m3 式中 Vbiogas 沼气产量 m3 d SBPbiogas 单位质量挥发性固体产生的沼气量 一般取 0 8 1 2 浙江农林大学环境与资源学院固体废弃物资源化课程设计 8 m3 kg VS 本设计取 0 8 m3 kg VS MRSS 每天进料干重 kg d 3 7 能量平衡分析能量平衡分析 1 进料加热 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 进料所需热量 MJ d QAD in 设计流量 m3 d SPls 单位重量垃圾硝化量 kg L 本设计中假定为 1 kg L T 进水温度与系统温度的差值 本设计选用中温消化 35 设计进口温度为 22 MFAD in 进料含水率 Cpw 水的比热 取 4 18KJ kg Cpw 固体的比热 KJ kg 有机固体取 2 3 KJ kg 无机 固体取 1 0 KJ kg 2 搅拌用电量 d 28 6 101 24360051597 0 6 MJ SP SERSRTQ E ls mixing inAD mixing 式中 Emixing 搅拌垃圾所需能量 MJ d SRT 停留时间 d SERmixing 搅拌单位体积污泥所消耗的电量 MJ m3 d 3 热辐射损失 El AD U A TD Ta 1 0 8 4 35 10 0 7 38 66 35 22 10 6 86400 48 54 MJ d 浙江农林大学环境与资源学院固体废弃物资源化课程设计 9 式中 El AD 热辐射损失量 MJ d U 传热系数 W m2 C A 接触面积 m2 TD 环境温度 取 22 Ta 地下温度 取 10 4 沼气初级能量输出 查资料得 沼气的热值为 25 MJ m3 表格 3工艺能量收支平衡分析 工艺能量收支平衡分析 项目 TS 63 14 VS 54 49 RVS 40 进料加热 热 1236 6 辐射热损 热 48 54 热电消耗 MJ d 搅拌 电 6 28 沼气初级能量输出 MJ d 4952 5 CHP热输出 MJ d 2476 25 CHP电输出 MJ d 1733 38 净得热能 MJ d 1191 11 净得电能 MJ d 1727 1 净得热电总量 MJ d 2918 21 由上表可知 本设计中经厌氧消化产生的沼气能量不仅能够提供工艺所需 能量 还有能量盈余 整个工艺设计实现了厨余垃圾的减量化和资源化 3 8 沼渣和沼液脱水处理后的水沼渣和沼液脱水处理后的水 每天沼渣和沼液质量 m1 1800 1 40 63 14 1345 4kg 脱水前含 水率为 95 本设计预使脱水后含水率为 75 经脱水后使得其含水率降至 65 则脱除的水分的质量 m2 1345 4 95 65 403 62kg 将这部分水回流至调节池中以调节后续进来的垃圾的含水率 使其达到预期要求 脱水后的沼渣和沼液进行回收资源化利用 浙江农林大学环境与资源学院固体废弃物资源化课程设计 10 小结小结 根据工艺设计计算 厨余垃圾经过厌氧消化工艺可以生成足够量得沼气 以提供工艺前处理以及中间处理阶段所需消耗的能量 整个设计最困难的应该 是厌氧发酵罐的设计 当然这也是最关键的一个环节 因为之前涉及到的发酵 罐只初略介绍 因此设计时比较迷茫 不知道从何下手 最后是在网上找到了 类似的设计 根据其中的工艺参数以及计算公式结合自己预期效果而设计的一 个发酵罐 鉴于网上的资料不是很规范 许多都是单单一个结果 所以在设计 过程中计算热辐射损失的时候 根据自己的理解确定下来地上和地下两部分体 积 另外 在确定工艺流程中也遇到了问题 因为后期需要计算脱水后回流的 水的重量 所以在设计时不是很确定回流的水是来自沼渣与沼液还是仅是沼渣 压缩后的水 最后还是通过查找资料确定下来整套工艺流程 虽然看着是完成了整个课程设计 但我知道里面的问题不少 希望老师指 正 浙江农林大学环境与资源学院固体废弃物资源化课程设计 11 参考文

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