固体废弃物资源化课程设计.docx
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固体废弃物资源化课程设计
浙江农林大学
课程实习报告
学生姓名:
学号:
0203
校内指导教师:
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
2021年6月23日
前言
我国城市生活垃圾组成成份中相当大一部份属于动植物类有机垃圾,占45%以上,其中绝大部份是厨余垃圾。
厨余垃圾是指食物残余和食物加工废料,要紧为餐厨垃圾中的固体残留物。
厨余垃圾具有高含水率、高有机物含量和易腐臭等特点。
由于厨余垃圾容易发酵、变质、腐臭,不仅产生大量的毒素,散发恶臭气体,还污染水体和大气,因此厨余垃圾若是得不到及时的处置,不仅阻碍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躯体健康。
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觅前途。
可是,这种处置方式存在很多问题,比如:
垃圾含水率较高,流动性较大,超级容易泄漏,造成二次污染,阻碍环境卫生;这些垃圾未经任何处置,有的在运输途中就已变质,喂出猪的卫生情形堪忧。
为此,我国部份城市已经开始禁止利用这一传统方式,而是集中搜集后采纳好氧堆肥或厌氧消化制沼气。
从理论上看,厌氧消化处置技术具有更大的优越性。
厌氧消化产生的沼气能够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;因为反映进程要求维持厌氧状态,那么反映设备均为密闭状态,可不能有更多异味逸出;消化后产生的残渣数量较少,其后续处置及运输所需的本钱也相对较低;关于含水率较高的厨余垃圾,尤其是餐馆饭馆产生的浴水等,很难进行堆肥化的处置,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,能够减缓能源供给紧张的局面。
从投资和运行本钱的角度来看,厌氧消化也更为经济。
本文就厌氧消化技术处置厨余垃圾进行工艺设计计算。
1基础资料
厨余垃圾量
本次设计以浙江农林大学东湖校区为研究实验点。
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。
经调查发觉,学校1个食堂1天的厨余垃圾产生量约为10桶,每桶重约60kg,即整个东湖校区天天会产生约1800kg厨余垃圾。
工艺依照一周贮存量来设计,即周处置厨余垃圾总量约为12600kg。
餐厨垃圾工业成份
本实验所用的厨余垃圾取自浙江农林大学东湖食堂。
垃圾中要紧包括米饭、蔬菜、肉、蛋、豆腐、鱼虾和盐等。
对垃圾样品进行工业成份分析,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餐厨垃圾工业成份和大体元素
项目
水分
灰分
挥发分
C
H
O
N
S
热值
单位
%
%
%
%
%
%
%
%
MJ/mg
1
26
4
22
4
1
×10-6
2
平均值
本实验中厨余垃圾样品中水分含量为%,灰分为%,挥发分为%,查找文献发觉,厨余垃圾中的含水量通常在80%~90%,本实验中的厨余垃圾水分含量明显较低。
2设计方案
厌氧发酵原理
有机垃圾等不溶性的有机物厌氧消化进程要紧包括水解、产酸和产甲烷3个时期。
水解时期:
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。
产酸时期:
上个时期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。
水解时期和产酸时期为一持续进程,在此进程中,不产甲烷的细菌种类繁多,其要紧作用是为产甲烷菌提供营养和为产甲烷菌制造适宜的厌氧条件,排除部份毒物。
产甲烷时期:
将第二时期产物进一步降解成CH4和CO2,同时利用产酸时期所产生的H2将部份CO2再转变成CH4。
工艺流程
厨余垃圾厌氧发酵处置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1工艺流程
3设计计算
厨余垃圾搜集
指利用泔水桶搜集各食堂厨余垃圾。
厨余垃圾贮存
指将搜集的厨余垃圾集中在一个池子中处置。
收运来的餐厨垃圾中通常会含有必然量的干扰物质,如纸张,金属,骨头等。
另外,为增强处置进程中设备运行的稳固性和提高厌氧发酵的成效,通常情形下厨余垃圾颗粒大小在10mm左右,因此厨余垃圾进入贮存池前,要先进行分选和粉碎。
本设计中进入贮存池的厨余垃圾干重为12600×(%)=。
调剂池
依如实验分析可知,本设计实验点的厨余垃圾含水量(%)较低,故设置调剂池,使厨余垃圾含水率至少为95%。
本设计中厨余垃圾的密度取∙dm-3,调剂池设计参数如下:
厨余垃圾的体积
;
需加水的体积
;
调剂池的设计容积V为155m3;
调剂池的水力停留时刻:
体会值为4~12h,本设计选取6h;
调剂池的设计流量
。
调剂池的超高为,有效高度一样取4~5m。
本设计调剂池池高取,那么
,池宽取5m,池长取6m。
水解酸化池
水解酸化进程能将非溶解态有机物慢慢转变成溶解态有机物,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,厨余垃圾水解酸化进程的最优温度条件为37℃。
酸化池设计参数如下:
水力停留时刻HRT=8h;
设计容积
;
酸化池的超高定为,池高选取,那么
。
厌氧发酵
通过水解酸化进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2发酵罐结构
依照厌氧消化进程中甲烷菌的最适温度范围,厌氧消化还能够分为中温消化进程(30~36℃)和高温消化进程(50~53℃)。
二者比较如下:
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
30-36
50-53
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
不同类型的厌氧反映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,实际运行的处置厂,中温消化占62%。
本设计采纳中温消化。
厌氧消化关设计参数如下:
停留时刻T:
15d;
依照垃圾处置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
,圆柱部份高度H3=()D=。
又因为
即++=350,解得D=,那么H1=×=;H2=×=;H3=×=。
V锥==,V柱==,V封=。
物料平稳分析
(1)出料干重
MADS=MRSS×(1-RVS×VSRSS)=(%)×12600×(1-40%×%)=
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=×40%×%×%×1800=
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,一样取~m3/kg(VS),本设计取kg(VS);
MRSS——天天进料干重,kg/d。
能量平稳分析
(1)进料加热
Eh-AD=QlS×ΔT×[MFAD-in×Cpw+(1-MFAD-in)×Cps]=×24×1000×(35-22)×[95%×+(1-95%)×]=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℃),设计入口温度为22℃;
MFAD-in——进料含水率,%;
Cpw——水的比热,取kg∙℃;
Cpw——固体的比热,KJ/kg∙℃,有机固体取kg∙℃,无机固体取kg∙℃。
(2)搅拌用电量
式中:
Emixing——搅拌垃圾所需能量,MJ/d;
SRT——停留时刻,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)=[××(35-10)+××(35-22)]×10-6×86400=d
式中:
El-AD——热辐射损失量,MJ/d;
U——传热系数,W/(m2∙ºC);
A——接触面积,m2;
TD——环境温度,取22℃;
Ta——地下温度,取10℃。
(4)沼气低级能量输出
查资料得,沼气的热值为25MJ/m3。
表格3工艺能量收支平稳分析
工艺能量收支平衡分析
项目
TS(%)
VS(%)
RVS(%)
40
热电消耗(MJ/d)
进料加热(热)
辐射热损(热)
搅拌(电)
沼气初级能量输出(MJ/d)
CHP热输出(MJ/d)
CHP电输出(MJ/d)
净得热能(MJ/d)
净得电能(MJ/d)
净得热电总量(MJ/d)
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。
沼渣和沼液脱水处置后的水
天天沼渣和沼液质量m1=1800×(1-40%×%)=,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=×(95%-65%)=。
将这部份水回流至调剂池中以调剂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。
小结
依照工艺设计计算,厨余垃圾通过厌氧消化工艺能够生成足够量得沼气,以提供工艺前处置和中间处置时期所需消耗的能量。
整个设计最困难的应该是厌氧发酵罐的设计,固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,不明白从何下手。
最后是在网上找到了类似的设计,依照其中的工艺参数和计算公式结合自己预期成效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,因此在设计进程中计算热辐射损失的时候,依照自己的明白得确信下来地上和地下两部份体积。
另外,在确信工艺流程中也碰到了问题,因为后期需要计算脱水后回流的水的重量,因此在设计时不是很确信回流的水是来自沼渣与沼液仍是仅是沼渣紧缩后的水,最后仍是通过查找资料确信下来整套工艺流程。
尽管看着是完成了整个课程设计,但我明白里面的问题很多。
希望教师指正。
参考文献
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华东师范大学学报,2020,2:
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环境科学学报,2006,26
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厨余垃圾不同处置模式碳减排潜力分析。
中国环境科学,2021,33(11):
2102-2106
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厨余垃圾的现状及其处置技术综述。
再生资源研究,2007,5:
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厨余垃圾的资源化技术。
现代化工,2004,24(7):
56-59
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