(厨余垃圾课程设计)

1.2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。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SEQ表格\*ARABIC1餐厨垃圾工业成分和根本元素工程水分灰分挥发分CHONS热值单位％％％％％％％％MJ/mg138.990.955.5126422412.1×10-6240.730.753.47平均值39.860.854.49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。2设计方案2.1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，消除局部毒物。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将局部CO2再转变为CH4。2.2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、钾等元素那么存留于残留物中，并转化为易被动植物吸收利用的形式。具体工艺流程如以下图所示：图SEQ图\*ARABIC1工艺流程3设计计算3.1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1.05kgdm-3，调节池设计参数如下：厨余垃圾的体积；需加水的体积；调节池的设计容积V为155m3；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。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，那么，池宽取5m，池长取6m。3.4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。有研究说明，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；酸化池的超高定为0.5m，池高选取5.5m，那么。3.5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。发酵罐结构如以下图所示：图SEQ图\*ARABIC2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SEQ表格\*ARABIC2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15-3012-14容积大小费用本钱大，维修省本钱小，维修大不同类型的厌氧反响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；选用D:H=1:3，取锥角为70°，那么那么锥体高度，封头高度，圆柱局部高度H3=〔〕D=2.04D。又因为即0.187D3+0.13D3+1.6D3=350，解得D=5.7m，那么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〔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=198.1m3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0.8～1.2m3/kg(VS)，本设计取0.8m3/kg(VS)；MRSS——每天进料干重，kg/d。3.7能量平衡分析〔1〕进料加热Eh-AD=QlS×ΔT×[MFAD-in×Cpw+(1-MFAD-in)×Cps]=0.97×24×1000×〔35-22〕×[95%×4.18+(1-95%)×2.3]=1236.6MJ/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1kg/L；ΔT——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2.3KJ/kg℃，无机固体取1.0KJ/kg℃。〔2〕搅拌用电量式中：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/(m3d)。〔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=48.54MJ/d式中：El-AD——热辐射损失量，MJ/d；U——传热系数，W/(m2ºC)；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25MJ/m3。表格SEQ表格\*ARABIC3工艺能量收支平衡分析工艺能量收支平衡分析工程TS〔%〕63.14VS(%)54.49RVS(%)40热电消耗〔MJ/d〕进料加热〔热〕1236.6辐射热损〔热〕48.54搅拌〔电〕6.28沼气初级能量输出〔MJ/d〕4952.5CHP热输出〔MJ/d〕2476.25CHP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%，那么脱除的水分的质量m2=1345.4×(95%-65%)=403.62kg。将这局部水回流至调节池中以调节后续进来的垃圾的含水率，使其到达预期要求。脱水后的沼渣和沼液进行回收资源化利用。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标准，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局部体积。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。参考文献[1]李华芝，李秀艳，胡启平，等。处理厨余垃圾的高温菌剂研制及其降解性质研究。华东师范大学学报，2021，2：127-133[2]张波，蔡