【正文】 ent, etc., into the fermentation tank with a pump for anaerobic fermentation. The design focuses on the design of anaerobic fermentation, the fermentation jars of body size, fermentation technology, mixing power, impeller, shaft, etc. Check the design. For some relatively plex design of all calculated using the MATLAB programming. Key words： food waste。 processing technology。 anaerobic fermentation。 anaerobic fermentation。 shaft design。 MATLAB programming calculation 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 V 頁(yè) 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 1 頁(yè) 第一章 前言 1 引言 餐廚垃圾主要是指居民日常生活及除此以 外的食品加工、飲食服務(wù)、單位供餐等活動(dòng)中產(chǎn)生的垃圾 [1]。餐廚垃圾包括廢棄食用油脂和廚余垃圾。其中廢棄食用油脂是指不可再食用的動(dòng)植 物油脂和各類油水混合物，而廚余垃圾是指食物殘余和食品加工廢料，主要為餐廚垃圾中的固體殘留物。 近年來(lái) ,隨著人們生活水平的日益提高以及全球人口的增加，廚余垃圾的產(chǎn)量呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)。目前，全球每年產(chǎn)生的城市生活垃圾為 500 億 t左右，其中廚余垃圾約占其中的 10％～ 20％ [2]。我國(guó)廚余垃圾產(chǎn)量巨大，據(jù)國(guó)家環(huán)境公報(bào)顯示， 2021 年城市生活垃圾的清運(yùn)量 萬(wàn) t，其中廚余垃圾 萬(wàn)～ 萬(wàn) t，占城市生活垃圾總量的 30％～ 50％ [3]。 目前，國(guó)內(nèi)外廚余垃圾資源化技術(shù)主要有粉碎直排、料化 處理技術(shù)、飼料化技術(shù)肥、生物制氫、厭氧發(fā)酵處理技術(shù)等。 2 餐廚垃圾處理處置現(xiàn)狀 粉碎直排 由于廚房空間有限，因此就地減量處理是餐廚垃圾處理的基本立足點(diǎn)。目前一些國(guó)家普遍采用在廚房配置餐廚垃圾處理裝置，將粉碎后的餐廚垃圾排人市政下水管網(wǎng)的方法。如國(guó)外研制的餐廚垃圾機(jī)械研磨裝置即通過(guò)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的刀片將裝在內(nèi)膽的各種食物垃圾切碎攪拌后沖入下水道，這樣可部分解決下水道堵塞問(wèn)題。但餐廚垃圾粉碎直排容易產(chǎn)生污水和臭氣，滋生病菌、蚊蠅和導(dǎo)致疾病傳播，油污凝結(jié)成塊會(huì)造成排水管堵塞，降低城市下水道的排水能力，高油脂含 量等特性也增加了城市污水處理廠和垃圾填埋場(chǎng)負(fù)荷，同時(shí)也不可避免地產(chǎn)生二次污染[4]。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 2 頁(yè) 肥料化處理 廚余垃圾的肥料化處理方法主要包括好氧堆肥和厭氧消化兩種。好氧堆肥過(guò)程是在有氧條件下，利用好氧微生物分泌的胞外酶將有機(jī)物固體分解為可溶性有機(jī)物質(zhì)，再滲入到細(xì)胞中，通過(guò)微生物的新陳代謝，實(shí)現(xiàn)整個(gè)堆肥過(guò)程 [5]。同時(shí)，由好氧堆肥引申出一些類似的方法，如蚯蚓堆肥是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)， 利用蚯蚓吞食大量廚余垃圾，并將其與土壤混合，通過(guò)砂囊的機(jī)械研磨作用和腸道內(nèi)的生物化學(xué)作用將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為自身或其他生物可 以利用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。廚余垃圾的厭氧消化處理是指在特定的厭氧條件下，微生物將有機(jī)垃圾進(jìn)行分解，其中的碳、氫、氧轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳，而氮、磷、鉀等元素則存留于殘留物中， 并轉(zhuǎn)化為易被動(dòng)植物吸收利用的形式 [6]。廚余垃圾的肥料化處理的缺點(diǎn)是肥料質(zhì)量不高，同時(shí)較高質(zhì)量的堆肥方式成本比較高，推廣困難。 飼料化處理 廚余垃圾的飼料化處理原理是利用廚余垃圾中含有的大量有機(jī)物，通過(guò)對(duì)其粉碎、 脫水、發(fā)酵、軟硬分離后，將垃圾轉(zhuǎn)變成高熱量的動(dòng)物飼料，變廢為寶目前我國(guó)廚余垃圾的飼料化處理技術(shù)已趨成熟，有多種類型的處理 技術(shù)在上海、北京、武漢、濟(jì)南等城市推廣應(yīng)用。在飼料化處理中，最為重要的一步工藝就是發(fā)酵，在該方向上很多研究都取得了顯著成果。鄔蘇煥 [7]等通過(guò)采用多種酵母菌和霉菌的混合發(fā)酵，篩選出白地酶 F1，米曲霉 F6 進(jìn)行優(yōu)勢(shì)菌種組合，在一定的發(fā)酵條件下，最終得到的飼料粗蛋白含量 ％，比原料增加了 ％；陳金鐘 [8]等采用多菌種混合發(fā)酵同時(shí)處理泔腳和秸桿，在兩者按 3:1 混合，溫度150℃， 高壓鍋中高溫濕熱酸處理的條件下，獲得了粗蛋白 25％，粗纖維 18％，水分 10％的高飼料。但就總體來(lái)說(shuō)，廚余垃 圾飼料化同樣存在著質(zhì)量不高、銷(xiāo)路不好的問(wèn)題。 生物發(fā)酵制氫技術(shù) 氫是一種清潔能源，且燃燒發(fā)熱量高 ,因此被普遍認(rèn)為是最有潛力的替代能源。傳統(tǒng)的化學(xué)產(chǎn)氫法 。電解水或熱解石油、天然氣 能耗大且生產(chǎn)成本高，而生貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 3 頁(yè) 物制氫；主要利用光合細(xì)菌產(chǎn)氫和發(fā)酵產(chǎn)氫 法反應(yīng)條件溫和、能耗低，因而受到關(guān)注。 Lay JiunnJyi[8]等從活性污泥中獲取微生物，對(duì)不同化學(xué)組成的餐廚垃圾：糖類（米和馬鈴薯）、酯類（肥肉和雞皮）、蛋白質(zhì)（雞蛋和瘦肉）進(jìn) 行發(fā)酵產(chǎn)氫，得出糖類垃圾的產(chǎn)氫能力大概是其他 2類的 20 倍。劉敏等 [9]采用連續(xù)流厭氧發(fā)酵法研究了糖蜜廢水、淀粉廢水與牛奶廢水生物制氫，結(jié)果表明，糖蜜廢水與淀粉廢水都是較好的厭氧發(fā)酵法生物產(chǎn)氫底物， 3 大類有機(jī)物中碳水 化合物是目前技術(shù)條件下最具可能性的原材料。而碳水化合物中，溶解性好的糖比溶解性差的淀粉更具生物產(chǎn)氫可行性，但淀粉比溶解性糖更具有產(chǎn)氫前景，牛奶廢水則不適用于作為 CSTR 反應(yīng)器中發(fā)酵法生物制氫底物。趙春芳等 [10]，進(jìn)行了以葡萄糖為基質(zhì)的消化污泥厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫氣的研究，結(jié)果表明在厭氧產(chǎn)酸階段，通過(guò)控制體系的 PH 和污泥停留時(shí)間 (SRT)，可以得到較高的產(chǎn)氫量。在 PH為 、 SRT 為 6h的條件下，產(chǎn)氫能力達(dá)到 (L D)，日均處理葡萄糖 COD負(fù)荷 。 厭氧發(fā)酵技術(shù) 由于廚余垃圾容易發(fā)酵、變質(zhì)、腐爛，不僅產(chǎn)生大量的毒素，散發(fā)惡臭氣體，還污染水體和大氣，所以廚余垃圾如果得不到及時(shí)的處理，不僅影響城市市容和環(huán)境衛(wèi)生，而且會(huì)傳播疾病，危害人們的日常生活和身體健康。但與其他垃圾相比，廚余垃圾因其高碳氮比 (C/N)、營(yíng)養(yǎng)元素多、可生化性強(qiáng)等特點(diǎn)，適合于厭氧發(fā)酵的處理技術(shù)。其處理的優(yōu)點(diǎn)在于利用微生物降解有機(jī)成分，不僅具有較高的廢物處理效率，而且還可以得到有機(jī)肥料 、化工產(chǎn)品以及生物氣能源等。目前， 在國(guó)內(nèi)外厭氧發(fā)酵技術(shù)已應(yīng)用于酒精、食品、制藥、化工等行業(yè)的廢水處理過(guò)程 中。隨著厭氧發(fā)酵技術(shù)的廣泛運(yùn)用，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有將該技術(shù)用于廚余垃圾處理的實(shí)例，并獲得乙酸等化工產(chǎn)品，取得 了一定的效果。為了提高廚余垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的效率，筆者以廚余垃圾為原料，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，研究接種比例、pH值和溫度對(duì)廚余垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的影響，并最終確定廚余垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的最佳條件 [11]。 其具體工藝如下 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 4 頁(yè) 此工藝是以后各種高固體厭氧消化工藝的基礎(chǔ)。 3 廚余垃圾厭氧發(fā)酵技術(shù)詳探 采用厭氧發(fā)酵工藝處理廚余垃圾具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn) [12]:(1)厭氧系統(tǒng)可以處理含固率為 10%25%的有機(jī)廢棄物 ,廚余垃圾的含固率一般在 15%20%左右 ,因此發(fā)酵前既不需加水也不需要脫水 ,簡(jiǎn)化了前處理 ,也節(jié)約了能耗 ； (2)通常 ,有機(jī)物碳氮比在 2030 間最適合厭氧發(fā)酵而廚余垃圾的碳氮比在 1025 之間 ,非常適合厭氧發(fā)酵 ,如果碳氮比過(guò)低還可以添加豬糞和污泥等碳氮比較高的有機(jī)廢棄物進(jìn)行調(diào)節(jié) ；（ 3） 厭氧發(fā)酵具有有機(jī)負(fù)荷高 、 占地少 、 周期短 、 對(duì)環(huán)境造成的負(fù)面作用小特別適合環(huán)境要求高的城市 ；（ 4） 厭氧發(fā)酵可以 在處理廚 余垃圾時(shí) ， 同時(shí)處理其它可腐有機(jī)物如糞便 、 污泥等 ， 并根據(jù)各種需求添加相應(yīng)的添加料 、 制造特種肥料 、 提高產(chǎn)品的附加值 。 厭氧發(fā)酵的產(chǎn)物 乳酸 （ Lactic Acid） 又名 α羥基丙酸。 物理性質(zhì)：純品為無(wú)色液體，工業(yè)品為無(wú)色到淺黃色液體。無(wú)氣味，具有吸濕性。相對(duì)密度 (25/4℃ )。熔點(diǎn) 18℃。沸點(diǎn) 122℃（ 2kPa)。折射率nD(20℃ )。能與水、乙醇、甘油混溶，不溶于氯仿、二硫化碳和石油醚。在常壓下加熱分解，濃縮至 50%時(shí)，部分變成乳酸酐，因此產(chǎn)品中常含有 10%～15%的乳酸酐。 化學(xué)性 質(zhì)：乳酸分子中既帶羥基又帶羧基，是自然界中存在的最廣泛的一種羥基羧酸，也是最簡(jiǎn)單的一種羥酸，因而乳酸可以進(jìn)行范圍廣泛的化學(xué)反應(yīng)，如氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、縮合和在醇基上的取代反應(yīng)等，從而制備多種乳酸衍生物。 乳酸 是世界上公認(rèn)的三大有機(jī)酸之一。其分子中有一個(gè)不對(duì)稱的碳原子，所以有兩種旋光異構(gòu)體，即 L乳酸和 D乳酸。乳酸廣泛存在于自然界中，如在貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 5 頁(yè) 血液、酸奶、泡菜、奶酪、及啤酒中都有發(fā)現(xiàn)。乳酸用途很廣，主要用于食品、醫(yī)藥、化工、輕工等行業(yè)。 廚余垃圾厭氧發(fā)酵生產(chǎn)乳酸工藝的影響因素有很多：底物特性、發(fā)酵溫度、發(fā)酵 PH 值 等 [13]。而 目前，利用富含碳水化合物的有機(jī)廢棄物 ( 如麥麩、廚余垃圾等 )發(fā)酵產(chǎn)乳酸已有了廣泛研究 [14]。乳酸細(xì)菌大多是中溫細(xì)菌 ,控制溫度在 35～ 40℃有利于 乳酸的產(chǎn)生 [15]。 在適當(dāng)?shù)睦健⒐毯屎?C／ N條件下，厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸的最佳反應(yīng)條件 :溫度為 37℃， pH值為 6，接種比例為 4： 1時(shí)，廚余垃圾厭氧發(fā)酵所產(chǎn)乙酸和 VFA在第 5天達(dá)到最大值，分別為 ． 36g／ L。在不同的條件下，乙酸都是最主要的產(chǎn)物， VFA 組分中乙酸均占到 55％以上，而丙酸和正丁酸的產(chǎn)量都比較低 [16]。 貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第 6 頁(yè) 第二章：工藝計(jì)算 初始設(shè)計(jì)參數(shù) 發(fā)酵周期： 5d 夾套進(jìn)出口溫度： t1=20℃，出口溫度： t2=30℃ 物料每立方米放出的熱量： Q=20MJ/m3 h 物料密度：ρ =850kg/m3 物料粘度： 181。= s 攪拌速度： n=300r/min 發(fā)酵罐的設(shè)計(jì)壓力： P= 反應(yīng)器料液保持恒溫 T1=T2=37℃，夾套冷卻水進(jìn)口溫度為 t1=20℃，出口溫度為t2=30℃ 料液平均溫度： T=(T1+T2)/2=37℃ 冷卻水平均溫度： t=（ t1+t2） /2=25℃ 水在 25