毕业设计方案餐厨垃圾厌氧沼气发电工业设计方案的设计方案说明.docx

1、毕业设计方案餐厨垃圾厌氧沼气发电工业设计方案的设计方案说明餐厨垃圾厌氧沼气发电工艺设计2餐厨垃圾厌氧沼气发电工艺说明2.1设计标准与规范2.1.1设计规范1、餐厨垃圾收集1）餐厨垃圾必须进行源头单独分类收集，严禁餐厨垃圾与其它垃圾混合收集。2）餐厨垃圾不得随意倾倒、堆放，不得排入雨水管道、污水排水管道、河道、公共厕所和生活垃圾收集设施中。3）餐厨垃圾应采用密闭、防腐专用容器盛装，采用密闭式专用收集车进行收集，专用收集车的装载机构应与餐厨垃圾盛装容器相匹配。4）餐厨垃圾应做到日产日清，在容器中存放时间不应超过24小时。5）餐厨垃圾宜采取定时收集方式收集。2、餐厨垃圾的运输1）餐厨垃圾应采用专用车

2、辆运输，运输车辆应密闭，任何路面条件下不得泄漏和逸撒。2）运输路线应避开交通拥挤路段，运输时间应避开交通高峰段。3）在寒冷地区使用的餐厨垃圾运输车，应具有防止餐厨垃圾产生冰冻的功能。4）餐厨垃圾运输车装、卸料宜为机械操作。3、厂址选择1）餐厨垃圾处理厂的选址应符合当地城市总体规划，区域环境规划，城市环境卫生专业规划及相关规划的要求。2）厂址选择应综合考虑餐厨垃圾处理厂的服务区域、服务单位、垃圾收集运输能力、运输距离、预留发展等因素。3）厂址选择应符合下列条件：工程地质与水文地质条件应满足处理设施建设和运行的要求。应有良好的交通、电力、给水和排水条件。应避开环境敏感区、洪泛区、重点文物保护区等。

3、4、餐厨垃圾处理工艺一般规定餐厨垃圾总产生量大于50t/d的城市宜建设集中餐厨垃圾处理设施。单位或居民区设置的小型餐厨垃圾处理设备应做到技术可靠、排放达标，有机物降解率应达到60%以上。餐厨垃圾处理残渣做有机肥时，其有机肥产品质量应符合国家现行标准农业标准商品有机肥料标准NY525的要求。餐厨垃圾制肥中重金属、蛔虫卵死亡率和大肠杆菌值指标应符合现行国家标准城镇垃圾农用控制标准GB 8172）的要求。5、餐厨垃圾预处理1）餐厨垃圾处理厂应配置餐厨垃圾预处理工序，预处理工艺的确定应根据餐厨垃圾成分和主体工艺要求确定。2）餐厨垃圾预处理设施和设备应具有耐腐蚀、耐负荷冲击等性能和良好的预处理效果。3）

4、预处理设施应配置可靠的通风除臭系统，人工分拣工位应设置送风口。4）餐厨垃圾的破碎应符合以下要求：餐厨垃圾破碎工艺应根据餐厨垃圾输送工艺和处理工艺的要求确定。破碎设备应避免液体泄漏，并应有臭味和噪声控制措施。5）餐厨垃圾的分选餐厨垃圾预处理系统应配备分选设备将餐厨垃圾中混杂的不可降解物有效去除。分选出的不可降解物应进行回收利用或无害化处理。分选后的餐厨垃圾中不可降解杂物含量应小于3%。6）油脂分离应符合以下要求根据餐厨垃圾处理主体工艺的要求确定油脂分离工艺。对分离出的油脂进行综合利用。严禁将餐厨垃圾分离出的油脂用于生产食用油或食品加工。7）利用湿热处理方法对餐厨垃圾进行预处理时，湿热处理温度不应

5、低于120，处理时间不少于80分钟。8）应根据处理后产品质量的要求确定除盐工艺。6、厌氧消化规范1）厌氧消化前餐厨垃圾破碎粒度应小于5mm, 并应混合均匀。2）餐厨垃圾厌氧消化的工艺应根据餐厨垃圾的特性、当地的条件经过技术经济比较后确定。3）湿式工艺的消化物料含固率宜为8%15%，物料消化停留时间不宜低于15天。4）干湿工艺的消化物含固率宜为20%30%，物料消化停留时间不宜低于20天。5）消化物料碳氮比以25005000 mg/L为宜。6）可采用中温厌氧消化或高温厌氧消化，中温温度以3038 为宜，高温温度以5060 为宜。厌氧消化系统应能对物料温度进行控制。7）餐厨垃圾中钠离子含量高时，应

6、采取降低钠离子的措施。8）餐厨垃圾厌氧消化器应符合下列规定：厌氧消化器应有良好的防渗、防腐、保温和密闭性；厌氧消化器容量应根据处理规模、发酵周期、容器强度等因素确定；厌氧消化器的结构应有利于物料的流动，避免产生滞流死角；厌氧反应器应具有良好的物料搅拌、匀化功能，防止物料在反应器中形成沉淀。9）对厌氧产生的沼气应进行有效利用，不得直接排入大气。10）工艺中产生的沼液和残渣应得到妥善处理，不得对环境造成污染。11）沼液做液体肥料时，其液体肥产品质量应符合现行国家标准叶面肥标准GB/T 17420的要求。7、给排水工程1）厂内给水工程设计应符合现行国家标准室外给水设计规范GB50013和建筑给排水设

7、计规范GB50015的规定。2）厂内排水工程设计应符合现行国家标准室外排水设计规范GB50014和建筑给排水设计规范GB50015的规定。8、消防1）餐厨垃圾处理厂应设置室内、室外消防系统，并应符合现行国家标准建筑设计防火规范GB50016和建筑灭火器配置设计规范GB500140的有关规定。2）油脂储存间、燃料间和中央控制室等火灾易发设施应设消防报警设施。3）设有可燃气体管道和储存设施的车间应设置可燃气体和消防报警设施。4）餐厨垃圾处理厂的电气消防设计应符合国家标准建筑设计防火规范GB50016和火灾自动报警系统设计规范GB 50116中的有关规定。9、环境保护1）餐厨垃圾的输送、处理各环节应

8、做到密闭，并应设置臭味收集、处理设施，不能密闭的部位应设置局部排风除臭装置。2）车间内恶臭气体浓度应符合现行国家标准工业企业设计卫生标准GBZ1，气体排放应符合现行国家标准恶臭污染物排放标准GB14554的要求。3）餐厨垃圾处理过程中产生的污水应得到有效收集和妥善处理，不得污染环境。4）餐厨垃圾处理过程中产生的废渣应得到无害化处理。5）对噪声大的设备应采取隔声、吸声、降噪等措施。作业区的噪声应符合现行国家标准工业企业噪声排放限值及测量方法和工业企业设计卫生标准GBZ1的规定。10、安全与劳动保护1）餐厨垃圾处理厂的安全生产应符合现行国家标准生产过程安全卫生要求总则GB12801。2）餐厨垃圾处

9、理厂的劳动卫生应符合现行国家标准工业企业设计卫生标准GBZ13）餐厨垃圾处理厂建设与运行应采取职业病防治、卫生防疫和劳动保护的措施。11、采暖、通风与空调1）各建筑物的采暖、空调及通风设计应符合现行国家标准采暖通风与空气调节设计规范GBJ19）中的有关规定。2）易产生挥发气体和臭味的部位应设置通风除臭设施，散发少量挥发性气体和臭味的部位或房间，可采用全面通风工艺。散发较多挥发性气体和臭味的部位或房间，应采用局部机械排风除臭的通风工艺。2.1.2设计标准依据1、工业企业厂界噪声标准GB 123482、生产过程安全卫生要求总则GB128013、恶臭污染物排放标准GB145544、室外排水设计规范G

10、B500145、建筑给排水设计规范GB500156、建筑设计防火规范GB500167、建筑照明设计标准GB500348、建筑物防雷设计规范GB500579、3110kV高压配电装置设计规范GB5006010、电力装置的继电保护和自动装置设计规范GB5006211、电力装置的电气测量仪表装置设计规范GB5006312、建筑灭火器配置设计规范GB50014013、火灾自动报警系统设计规范GB 5011614、电力工程电缆设计规范GB5021715、城镇垃圾农用控制标准GB 8172）16、污水综合排放标准GB 897817、工业企业设计卫生标准GBZ118、叶面肥标准GB/T 1742019、采暖

11、通风与空气调节设计规范GBJ19）20、电测量及电能计量装置设计技术规程DL/T 513721、交流电气装置的接地DL/T62122、城市生活垃圾好氧静态堆肥处理技术规范CJJ/T 52）23、农业标准商品有机肥料标准NY52524、工业企业噪声排放限值及测量方法2.2餐厨垃圾的环境特性近年来，随着广州经济社会的高速发展和城市化的快速推进，广州市生活垃圾日产生量呈逐年递增的趋势。到2018年，全市每天产生的生活垃圾总量估测为18000t，经过一定的分捡、分类回收后，进入终端处理的约12000t，其中，中心城区是生活垃圾产生的主体区域，约占全市垃圾生成总量的七成左右。1995年-2009年，中心

12、六区日产生活垃圾年均增长率为4.6%，日垃圾产生量从2875t大幅提升至8148t目前广州平均日产生活垃圾约17800吨，其中5060是餐厨垃圾。其中，全市具有一定规模的餐厅、酒楼约有7000多家，餐饮网点超过2.6万个，每天产生餐厨垃圾700吨左右，加上机关团体单位食堂产生的餐厨垃圾，这两项餐厨垃圾日产量约1000多吨。其余均为普通居民家庭产生的餐厨垃圾。餐厨垃圾以淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等有机物质为主要成分，具有含水率高，油脂、盐分含量高，易腐发酵发臭等特点。尤其是在夏季，高温能使餐厨垃圾很快发酵、腐变，产生恶臭的气体和污水。广州的垃圾之所以那么臭，就是由于广州常年高温，以及垃圾中餐

13、厨垃圾比例高、水分含量大等特点所决定的。ZHANG10等广州市餐厨垃圾的取样分析结果表明，餐厨垃圾的含水量约为80，可燃分含碳量以质量分数计）为37.7348.93，为方便计算一般取平均值43。2.3厌氧沼气发电工艺的说明2.3.1工艺形式选择湿式消化采用低固体的浆液或液态消化，技术相对成熟，应用最为广泛。常规湿式消化的含固率在12%左右，其物料经稀释、破碎均浆后，制成含固率较低的流态物料，终产物是液态的，需要进行固液分离处理。但湿式消化对于有机固体废物的处理存在预处理复杂、处理能力较低的问题，且更易受到氨氮、盐份等物质的抑制。针对湿式消化存在的问题，研究者提出了干式消化的概念。干式消化系统的

14、固体浓度可维持在20%40%，大大提高了处理能力，而且在系统投资、设备效率、物料综合利用等方面具有明显优势。但固体浓度的增加同时导致物料中毒性物质及传质的影响加强，在具体技术应用上尚存在较多的不确定性和难度。因此，干式消化工艺参数的确定、反应器的构建及过程的控制等方面是其研究的重点。餐厨垃圾的含固率较高，一般在20%左右，且物料组成复杂，有机质含量高，极易酸化，从而对产甲烷菌活性产生抑制。采用干式厌氧消化，则餐厨垃圾易酸化的特点使如何控制反应器内的产酸速率和维持pH 值的稳定成为工艺的难点；采用湿式消化，可降低物料中毒性物质的影响，但处理能力较低。所以，保持餐厨垃圾原有基质状态加以适当调理，在

15、较为合适的含固率下进行厌氧消化处理，符合餐厨垃圾处理产业化的要求12。因此，本工艺选择干式消化的工艺形式。2.3.2消化工艺的温度根据厌氧消化过程中产甲烷菌的最适温度范围，厌氧消化又可分为常温消化自然消化）、中温消化和高温消化。自然消化，温度随气候变化，季节性地处于20以下，导致反应速率极低。中温消化操作温度在3039，停留时间1530d，反应速度虽较低，但较稳定，适应性要强于高温过程。高温消化操作温度大多在5055，停留时间1214d，反应速率高，杀菌能力强，但易受温度变化等的影响，稳定性较差，技术和管理要求更复杂13。则本工艺的温度一级消化采用高温，二级消化采用中温。2.3.3消化工艺的分

16、段厌氧消化有可根据微生物相水解酸化相、甲烷化相）、物质相态固相、液相）和温度进行分段。最常见的是根据微生物相进行分段，以分别优化各段反应器的运行参数，使水解酸化微生物和产甲烷菌在各自最适宜的生境下高效降解有机物。单相消化过程简单，易于控制，但由于各阶段在同一条件下进行，无法实现各阶段的最佳反应条件，反应器在相互制约的条件下运行，难以实现较高的产甲烷效率。为弥补单项厌氧消化的缺陷，GHOSH12于1983年提出一种改进的两相消化过程来处理有机垃圾。该消化系统包括水解酸化反应器和产甲烷反应器2个部分，从而为2 类微生物菌群分别提供适宜的生长环境，提高了整个厌氧消化的效率。两相消化的重点在于相分离，

17、因此，针对餐厨垃圾的组分，结合各种新型高效厌氧反应器的特点和运行参数控制进行产酸相和产甲烷相的组合以达到更好的处理效果。近年来，基于两相消化的半连续式固液混合厌氧系统hybrid anaerobic solid-liquid，HASL）在实际运用中得到了较好的运行效果。2.3.4消化工艺流程的最终确定根据基本的厌氧发酵工艺和广州市餐厨垃圾的特性，本设计的工艺流程采用干式厌氧发酵制备沼气为核心的能源化技术方法。干式厌氧发酵工艺可以适用于各种来源的固体有机废弃物原料，运行费用低、容积产气率高、发酵过程无需添加新鲜水，沼液产量小或无沼液产生，运行过程稳定，无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问题14。方案采用

18、两级厌氧发酵系统：一级为厌氧主发酵罐，二级为液相立式发酵罐。经一级发酵后的物料由浆料泵输送至固液分离机，经固液分离后的固体堆肥，制成肥料出售。液体进入集液槽，集液槽中的液体部分回流进入预处理快速预热混合器与新鲜原料接种，其余液体泵入二级立式发酵罐，使未完全发酵的物料在此进行再次发酵。二次发酵罐出料进入沼液贮池，做液体有机肥。该整个发酵过程无需添加稀释水，沼液产生量较小。一级发酵罐和二级发酵罐产生的沼气暂存于二级发酵罐顶部的膜式贮气柜中，经由净化后的沼气用于发电。其工艺流程图见图2.1图2.1干式厌氧发酵制沼气工艺流程图3厌氧沼气发电工艺设计计算按照一般餐厨垃圾处理厂处理规模，取日处理量为500

19、t来计算。则根据餐厨垃圾的处理量为Q=500t/d，餐厨垃圾含水量为80，可燃分含碳量；一级消化停留时间20d左右，二级消化停留时间12d；碱度控制在25005000mgCaC03/时；碳氮比为25:130:1。3.1原料收集及预处理餐厨垃圾经单独的垃圾收集车收集后进行预处理，预处理包括分选、破碎、脱水、油脂分离和灭菌。第一步通过人工分选拣去大的骨头、大块塑料、木棒或瓷片等物品，然后将其完全破碎粉碎机）。餐厨垃圾中纤维素含量较高，可降解性较小，破碎可使物料颗粒体积提高，加快消化速率、提高气体产量和减小消化体积。再利用垃圾颗粒粒径的差异，用振动筛选的方式使餐厨垃圾均匀化。第二步，采用机械脱水，沥

20、除水分后再经高速离心机进行高效的深度脱水。第三步，将脱水预处理后的餐厨固相垃圾进行水洗，并通过脱水装置脱除餐厨固相垃圾中游离的、以及粘附在餐厨固相垃圾内部油份及水份。脱水预处理后的液相部分也进行油水分离，提取的液态油脂可用于生物柴油原料或工业用油脂原料，分离的水经处理后排放或循环再利用。最后，将以取得的餐厨固相垃圾进行85250的高温杀菌处理，杀菌时间1-20分钟，获得餐厨垃圾处理物15。将经过预处理的餐厨垃圾处理物送入快速预热混合器，在此进行预热、搅拌和回流接种，接种后的物料经由螺杆泵泵入厌氧发酵反应器。高粘稠物料的输送：经过预处理混合后的物料，干物质含量在16%20%，黏度大、流动性差、固

21、形物含量高。螺杆泵能够输送较高浓度的畜禽粪便，能够耐受长度35 cm的长纤维。设计选用了带绞龙喂料的单螺杆泵。3.2厌氧反应过程设计计算3.2.1处理规模每天处理餐厨垃圾200 t/d，有机物TS 浓度为23%，则干发酵餐厨固相垃圾量TS=5000.23=46t/d。其中VS/TS=96%，则可挥发有机物VS=44.16t/d。3.2.2厌氧消化产气量计算一般来说，有机废物厌氧消化所产生的气体中甲烷含量约为50%60%，1kg可降解有机物可产生0.631.0m3的沼气。则餐厨垃圾的产气量估算值为V沼气=441600.85=37536m3取0.85）。具体计算可使用有机物组成法：表3.1 餐厨垃

22、圾有机物的组成%）成分水分总糖脂肪蛋白质盐分其他餐厨垃圾773.165.2310.261.293.1表3.2 总糖、蛋白质和脂肪的产气量CH4产量/(L/gCO2产量/(L/gCH4产量/CO2产量总糖0.790.810.3650.4860.4460.4954060脂肪1.061.480.6841.0680.5620.3142872蛋白质0.700.730.490、5330.210.1972773根据餐厨垃圾有机物的基本组成表3.1以及其相应的产气量表163.2，其厌氧发酵产气量可由下式计算：G=aA+bB+cC 3-1）式中，G有机物的理论产气量标况），m3/kg；a，b，c1kg有机物中组

23、分各自的质量，kg； A，B，C，1kg有机物组分所产生的沼气体积标况），m3/kg。则，G=0.03160.8+0.05231.4+0.10260.7=0.1703m3/kg，即总产气量V沼气=200000G=34060m3。3.2.3厌氧反应器的容积每日有机物进料量： Q有=QTSVS 机械分选后的餐厨垃圾高温/干式HRT:1220d；OLR:915kg VS/(m3d机械分选后的餐厨垃圾则厌氧反应器的有效容积可按式3-3）计算=44160/12=3680 m3，得厌氧反应器的有效容积取3700m3，则其水力停留时间为18d。3.2.4接种比列合适的接种污泥比例17能够有效地改善混合发酵底

24、物的营养成分，促进厌氧混合菌群的生长及代谢活性。接种比例不低于50时，TS和VS去除率明显高于接种比例低于25时的发酵过程。餐厨垃圾与接种污泥比例为1：1时，TS和VS去除率达到最大值，分别为43.6和52.8%。3.2.5物料平衡计算根据总物料质量守恒14，可得下式：M=E+B 3-4）式中：M 为反应器每天的进料量；E 为反应器每天的出料量；B 为每天产生的沼气量。假定沼气中甲烷含量为60%，则沼气密度为1.2 kg/m3，则：B=34060 m3/d1.2 kg/m3=40872 kg/d，M=200000 kg/d，则E=159128 kg/d餐厨垃圾TS 浓度为23%，经过预处理和厌

25、氧发酵，其中TS 总去除率为43%，根据TS 质量守恒，可得到：TSE= 16.5%式中：TSM为进料中TS 浓度；TSE为出料中TS 浓度。3.3一级厌氧发酵罐一级厌氧发酵罐采用机械搅拌厌氧反应器。搅拌桨采用六弯叶开启涡轮搅拌器，物料在反应器内呈塞流式运动，利于发酵产生的沼气排出，同时搅拌强化物料传质、传热。处理物料的TS%为23%，无需添加新鲜水，所需反应器容积小，占地面积省，节省热量消耗。设计卧式一级发酵罐为55 高温厌氧发酵，每天进料500t/d，物料停留时间为18d。厌氧发酵罐外壁上安装加热盘管，通过蓄热水箱循环加热和太阳能进行增温。发酵罐罐体的尺寸总汇如表3.4所示。表3.4 发酵

26、罐的尺寸总体积V0/m3罐内径D/mm罐体总高H/mm封头的体积/m3装液量/m3罐压/MPa罐体壁厚/mm封头壁厚/mm材料158.742001218015.1147.20.38.011.0不锈钢在搅拌方面，由于液态垃圾有机质浆液的粘度高，对混合要求高，此外，液态垃圾属于厌氧发酵，无需溶解氧，不考虑气质传递的过程，故选择用六片直叶涡轮搅拌器。主要计算的结果如表3.5所示。表3.5 搅拌器的尺寸与功率搅拌器叶径d/mm叶宽b/mm搅拌转速n/r/min）搅拌叶桨底距C/mm搅拌桨间距S/mm搅拌层数m总搅拌功率Pm/kW电机功率Pw/kW1300260120130039003180133.33

27、.3.1形状与材质选择从反应器的设计方面考虑，圆形结构的反应器受力情况较好，具有结构较稳定的优点，同时，在同样的截面积下，圆形反应器的周长比正方形少12%。所以，圆形池子的建造费用至少比具有相同截面积的矩形反应器低12%以上，本设计厌氧反应器形状14选择为圆形。反应器材质的选择需要从多方面考虑。抗腐蚀性是厌氧反应器首要考虑的问题。一般宜采用钢筋混凝土构筑物或特种材料防腐处理；而从设备化角度考虑，大部分工程工程均可采用钢、塑料和玻璃钢等材质的结构，这样可将反应器转化为能生产的设备和产品。本设计反应器主体罐体基材为碳钢，内涂特别防腐蚀涂层，要求达到耐腐蚀、便于维修，性能优良，保温层外表美观。3.3

28、.2主要几何尺寸常用的机械通风发酵罐的结构以及几何尺寸已经规范化，是发酵的种类和产房条件等在一定范围内有所变动。其主要几何尺寸如图3.1所示。H罐身高 h液位高 B挡板宽 C搅拌器叶轮与罐底间距H0罐桶高 D罐径 d搅拌器直径 S相邻搅拌叶轮间距图3.1 机械通风发酵罐的几何尺寸常见的机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸比例如下：H/D=1.73.5 d/D=1/21/3 S/d=25B/D=1/81/2 C/d=0.81.0 H0/D=2通常，对一个发酵罐的大小用“公称体积”表示。所谓“公称体积”，是指罐的筒身体积加上底封头体积之和。其中底封头容积可根据封头形状、直径以及壁厚从有关化工设计手册中可以

29、查到，椭圆封头体积可以用一下公式计算： 3-5）故发酵罐的全体积为: 3-6）表3.6列举了常用的机械搅拌通风发酵罐的系列体积以及主要尺寸。表3.6 常用的机械搅拌通风发酵罐尺寸公称体积V罐内径D/mm圆筒高H/mm搅拌轴转速n/r/min）搅拌轴功率N/kW10 m315 m320 m330 m340m350m360m375m3100m3150m3200m3350m3180020002200240026002800300032003600420046005600380048005000660075008000830088009500108001150012600160-200160-200160-200150-200120-200