Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Метод пульповой переработки органических отходов Зинякина Екатерина Викторовна

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Зинякина Екатерина Викторовна. Метод пульповой переработки органических отходов: диссертация ... кандидата Технических наук: 03.02.08 / Зинякина Екатерина Викторовна;[Место защиты: ФГБОУ ВО Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина], 2017.- 132 с.

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Аналитический обзор проблем обращения с органическими отходами 13

1.1. Аналитический обзор технологий для переработки органических отходов легкой промышленности 13

1.2. Аналитический обзор оборудования для переработки органических отходов 20

1.3. Обзор систем сбора органических отходов с целью их последующей утилизации 27

1.4. Анализ исследований, проводимых в сфере переработки органических отходов 29

Выводы по главе 1 31

Глава 2. Результаты экспериментальных исследований метода пульповой переработки органических отходов легкой промышленности 32

2.1. Описание лабораторного стенда для исследования свойств и характеристик пульпы органических отходов легкой промышленности 32

2.2. Описание, используемого научно-исследовательского оборудования 34

2.3. Результаты экспериментальных исследований свойств и характеристик пульпы 38

2.4. Расчётно-теоретическое исследование свойств и характеристик пульпы 57

2.5. Исследование конструктивных параметров шарошечного измельчителя отходов 65

2.6. Сравнительное исследование эксплуатационных характеристик шарошечного измельчителя отходов и диспоузера 73

Выводы к главе 2 82

Глава 3. Предложения по реализации результатов диссертации 83

3.1. Предложения по удалению органических отходов через канализационные системы предприятий легкой промышленности

3.2. Предложения по удалению пульпы органических отходов через канализационные системы предприятий пищевой промышленности 87

3.3. Предложения по удалению пульпы органических отходов через канализационные системы жилых домов 90

3.4. Сравнительный технико-экономический анализ автомобильной транспортировки органических отходов и канализационного удаления 93

после пульповой переработки 93

Выводы к главе 3 95

Глава 4. Результаты исследований нагрузки на городские очистные сооружения в результате использования процесса пульповой переработки органических отходов легкой промышленности 96

4.1. Оценка количества образующегося осадка из пульпы органических отходов легкой промышленности 96

4.2. Анализ потребности в оборудовании для обработки осадков из пульпы органических отходов легкой промышленности 100

4.3. Расчет метантенков для сбраживания пульпы органических отходов легкой промышленности 103

4.4. Механическое обезвоживание осадков из пульпы органических отходов легкой промышленности 110

4.5. Обеззараживание осадков сточных вод из пульпы органических отходов легкой промышленности 113

Выводы к главе 4 116

Список литературы 119

Аналитический обзор оборудования для переработки органических отходов

Кожа, благодаря коллагеновым волокнам длиной 25-110 мм, характеризуется наличием слоистой структуры, что приводит к трению между волокнами, причем наибольший коэффициент трения имеет выдубленное сырье. Высокий коэффициент трения между волокнами усложняет технологию переработки отходов кожевенных производств. Технология [118] направленна на повышение производительности процесса переработки кожевенного сырья в порошок.

Технология переработки кожевенных отходов в кожевенный порошок включает в себя несколько этапов. На первом этапе отходы хромовых кож в виде полос и пластинок замачивают в 3% -ном водном растворе карбоната натрия в течение 6 часов с добавлением гидролизующего агента, например, соли щелочного металла при концентрации последней 0,5-3 масс. Чаще всего в качестве гидролизующего агента используют углекислый натрий Na3CO3.

Введение в подготовленную для замачивания кожевенных отходов водную среду гидролизирующего агента ускоряет процесс разделения кожи на волокна. Вследствие химического воздействия на кожевенные отходы коэффициент трения снижается, что облегчает соскальзывание перекрещивающихся слоев кожи.

Далее отходы подвергают сушке в термостате при температуре 150оС в течение 60 минут. На данном этапе материал становиться более хрупким, что благоприятно сказывается на увеличении производительности технологии переработки кожевенных отходов.

Финальным этапом технологии является измельчение кожевенных отходов до состояния порошка. Измельчение проводится в мельнице в течение 3 минут до получения дисперсного материала с размером частиц 4-5 миллиметров, после чего сырье перегружают в дисковый дезинтегратор и подвергают обработке в течение еще 3 минут.

Производительность помола такой технологии составляет 450 кг/ч. Насыпная плотность полученного порошка равна 0,55 г/см3. Недостатком этой технологии является большое потребление воды, образование сточных вод, требующих очистки, а также повышенная энергоемкость процесса, связанная с сушкой кожевенных отходов после замачивания.

Технология биоконверсионной переработки [1] (рис. 1.2.) состоит в комплексном воздействии ферментных препаратов на органические отходы, в состав которых входят такие сложные полисахариды, как пектиновые вещества, целлюлоза, гемицеллюлоза и др. [2] .

Используемые в технологическом процессе ферменты представляют собой очищенный внеклеточный белок. Они способны к глубокому разрушению стенок клеток и отдельных полисахаридов [3]. Таким образом, осуществляется деструкция сложных полисахаридов на простые, позволяющая на их основе построить легко усвояемый кормовой белок.

В технологическом процессе биоконверсионной переработки органических отходов из некондиционного сырья устраняются возбудители тяжелых заболеваний, яйца гельминтов и патогенная микрофлора, а также такие паразитирующие простейшие, как аскариды, солитеры [4]. Стоит отметить, что после соответствующей обработки некондиционного сырья, его кормовой вес превышает кормовую ценность подобных кондиционных материалов в 1,4-1,8 раз.[5]

В завершении процесса биоконверсионной переработки органических отходов легкой промышленности, полученным итоговым продуктом является кормовая добавка, представляющая собой углеводно-белковый концентрат [6] , обладающий рядом важных и необходимых свойств, которые не характерны для традиционного зернового сырья. Особенностью углеводно-белкового концентрата является превосходство его кормовых свойств над фуражным зерном высшего качества в два раза.

Метод биоконверсионной переработки органических отходов решает сразу несколько задач: - сбора и утилизации органических отходов с последующим обезвреживанием и рекуперацией биогазов; - производства экологически чистых удобрений; - выработки метана для теплоэлектроцентралей; - получения газообразного топлива для техники, используемой в технологическом процессе; - обеспечения работы охладителя без фреона; - получения твёрдого диоксида углерода. Недостатком указанного способа является:

Продукты, получаемые в результате ферментативного расщепления биомассы клеток, предстают в виде водного раствора. В связи с этим, для их последующего использования необходимы процессы обезвоживания и сушки. Стоит так же отметить, что после стадии отделения воды требуется очистка образующихся сточных вод, то рассмотренная технология биоконверсионной переработки органических отходов легкой промышленности становится нерентабельной.

Описание, используемого научно-исследовательского оборудования

В данной главе представлены результаты экспериментальных исследований метода пульповой переработки органических отходов легкой промышленности для инженерной защиты территорий естественных и искусственных экосистем, включающие в себя изучение фракционного состава органических отходов, химический анализ получаемой пульпы измельченных отходов, исследование стадий комплексного технологического процесса переработки органических отходов.

На основании результатов аналитического обзора существующих технологий переработки и использования органических отходов, образующихся при переработке кожевенного и мехового сырья на предприятиях легкой промышленности, была выявлена необходимость создания новой конструкции измельчителя отходов.

Для проведения исследовании параметров измельчителя отходов был спроектирован и изготовлен лабораторный стенд [43] (рис.2.1), включающий в себя датчики измерения давления и температуры, диспоузер [21] (рис.1.8), установленный под типовой бытовой мойкой, снабженной смесителем для подачи воды, и соединенный с бытовой канализационной сетью, для удаления измельченных органических отходов по средствам отводящего канала, и пусковое устройство для включения и выключения аппарата. Рисунок.2.1.Схема экспериментальной установки

Исследования на лабораторном стенде осуществлялись следующим образом. Пуск измельчителя (рис 2.2.) осуществляется нажатием пневмокнопки. Измельчение для всех видов органических отходов (Состав отходов представлен в таблице 2.1) происходило с подачей воды. Поступающие на измельчение отходы легкой промышленности попадают в загрузочный люк 1. Далее отходы поступают в рабочую камеру, где измельчаются до состояния пульпы. Рабочий орган диспоузера приводится в движение с помощью электродвигателя, работающего от стандартной бытовой электросети (220 В).

Под действием силы тяжести и потока жидкости пульпа дробленых органических отходов выводится из устройства через разгрузочное отверстие 2, тем самым удаляясь из места образования путём сброса в канализацию.

Размер измельченных частиц не превышает 2-5 мм [84]. 2.2. Описание, используемого научно-исследовательского оборудования

При выполнении экспериментальной части научно-исследовательской работы было использовано следующее оборудование.

Лабораторные весы применялись для взвешивания материалов, используемых при исследовании процесса пульповой переработки органических отходов кожевенного производства. Общий вид весов показан на рисунке 2.2. Рисунок 2.2. Весы лабораторные МАССА ВК-3000.1 Лабораторные весы МАССА ВК-3000.1 [103] имеют следующие технические характеристики: предел взвешивания – 3000 г.; точность – 0,1 г.; платформа – 136х162 мм; класс точности – II.

Рисунок 2.3. Жидкостной хроматограф "Хромос ЖХ-301" [104]. Образуемая в ходе эксперимента пульпа была проанализирована на жидкостном хроматографе (рис.2.3) с целью определения элементарного состава. Жидкостной хроматограф "Хромос ЖХ-301" имеет следующие технические характеристики: Предел допускаемого значения относительного среднего квадратичного отклонения выходного сигнала хроматографа (концентрации и времени удерживания анализируемого компонента) составляет 3%.

Потребляемая мощность не должна превышать 0,5 кВ А. Предел допускаемого значения отклонения выходного сигнала хроматографа от первоначального значения за нормируемое время 8 часов непрерывной работы составляет: ±6%. Программное обеспечение: полное управление от компьютера под WINDOWS 2000/XP/VISTA/7, Альфахром, МультиХром, база данных "БД-2003".

Расходомер РУС-1 имеет следующие технические характеристики: Исследование зависимости расхода воды от диаметра выпускного канала проводилось с помощью расходометра переменного давления.

Диаметр условного прохода трубопровода 15 1800 мм; максимальное давление среды 10 МПа; материал УПР для Ду 15 200 мм 12Х18Н10Т; тип присоединения первичного преобразователя (УПР) – фланцевое / резьбовое; температурный диапазон эксплуатации УПР – 0 150 ; температурный диапазон эксплуатации электронного блока – 5 50 ; средняя относительная погрешность измерения расхода – + 2,0 %; степень защиты электронного блока – IP 55; питание электронного блока – 220 В, 50 Гц.

Предложения по удалению пульпы органических отходов через канализационные системы жилых домов

Работа с прибором осуществлялась следующим образом. Проба анализируемого газа насосом прокачивалась через фильтры и поступала в систему последовательно расположенных электрохимических датчиков. Электрические сигналы от датчиков преобразуются электронным модулем газоанализатора и в алфавитно-цифровом виде отображаются на дисплее прибора.

Результаты эксперимента по определению количества проникаемого сероводорода в помещения при использовании прямого отводящего канала и S-образного представлены на рисунке 2.17.

Данный эксперимент проводился с целью обоснования безопасности использования выбранной формы канала, так как сероводород относится ко 2 классу опасности. ПДК сероводорода в воздухе населенных пунктов составляет 0,008 мг/м3 [58].

Проанализировав данные диаграмм, можно сделать вывод, что наиболее пригодной формой отводящего канала является прямой, но исходя из практического опыта, при использовании S-образной формы отводящего канала при тех же самых достоинствах устраняется проникновение сероводорода в жилые помещения.

Так же одной из важных характеристик исследуемого процесса является определение расхода воды, требуемой для нормальной работы аппарата. Для измерения расхода жидкости применяем расходомер, основанный на переменном перепаде давлений возникающих в сужающем устройстве (рис. 2.18) в трубопроводе при протекании в нём потока жидкости. Изменение расхода жидкости приводит к изменению величины перепада давлений .

Преобразование расхода жидкости в перепад давлений для выбранного типа сужающего устройства происходит через коэффициент передачи, значения которого определены экспериментально для различных условий и объединены в специальные таблицы.

В расходомере переменного перепада давлений РУС-1 сужающее устройство представляет собой первичный преобразователь, особенностью которого является квадратичная зависимость значений величин расхода и перепада давлений. Для линеаризации показаний измерительного прибора расходомера, в измерительную цепь расходомеров был добавлен блок линеаризации в промежуточном преобразователе НП-ПЗ [60].

Определение расхода воды проводилось в зависимости от соотношения количества дроблёных органических отходов к количеству воды. Были рассмотрены следующие соотношения дробленных органические отходов к воде: 2/1; 2/3; 1/1; 1/2; 1/3. Измерения проводились по 10 раз для каждого соотноше ния. По среднему значению для каждого соотношения построена диаграмма расхода воды (рисунок 2.19).

Проанализировав полученные результаты, приведенные на рисунке 2.19, и сравнив их с энергетическими затратами можно сделать вывод о том, что наилучшее соотношение дробленных органических отходов к воде 1/1.

При данном соотношении затраты воды на один пуск измельчителя отходов составляют 3 литра, не происходит образование настылей (наростов в форме бугра на поверхности труб) в отводящих трубопроводах от измельчителя к канализационной сети, а так же энергозатраты при работе аппарата в таких условиях незначительны. Одной из важнейших характеристик, показывающей преимущество предлагаемой конструкции по сравнению с прототипом является скорость дробления отходов (рисунке 2.20).

Расчет метантенков для сбраживания пульпы органических отходов легкой промышленности

Расчет метантенка, работающего в условиях термофильного сбраживания Условия протекания процесса: температура - 5055 С; влагосодержание смеси в метантенке - 95 %; суточная дозировка смеси - Dмт = 17 % ; мі 37 3 3 объем метантенков (расчетный) - кмет 10 м Исходя из этих условий, принимаем три метантенка со следующими характеристиками : диаметр - D = 18 м: 3. полезный объем - 6 10 м , высота верхней конической части аппарата - НВ.К = 3,15 м; высота аппарата в его цилиндрической части - НЦ = 18 м. доза загрузки (фактическая) - /)ф = 34,9 % коэффициент характеризующий влажность осадка и зависящий от режима сбраживания -п = 0,31[99] Исходя из характеристик аппарата распад беззольного вещества в метантенке будет равен - Я без = 38 % Выход газа из метантенков = 1 кг/м - плотность газа на выходе из метантенка. Для расчета объема газа, собираемого с одного метантенка в сутки вос г1 3 3/ пользуемся формулой (3.18): 1 25,5 10 , м сутки. Для хранения, собираемого с метантенков газа необходимо предусмотреть газгольдеры. Расчёт вместимости аппаратов принимаем исходя из 2,5-часового выхода газа: Wraз « 8 103, м

Исходя из полученного объема, выбираем 2 газгольдера 707-2-6 со следующими характеристиками: ёмкость аппарата - 3- 10 м ; диаметром аппарата - 21 м.

Для определения диаметра горловины аппарата воспользуемся формулой (4.20): /)гор = 6,8 м Необходимое количество тепла для обогрева свежего осадка: Go6 = (1 + К) Мобщ Ст ((tc6po K - tBK) 103, ккал/сутки (4.26) где К = 0,10 - безразмерный коэффициент, характеризующий потери тепла метантенков через стенки, днище и перекрытие; Ст = 4,19 - тепловая мощность осадка в метантенке, выражается в кДж/(кг К); сброж = 30- температура в аппарате, выражается в С; івход = 15- температура осадка на входе в аппарат, выражается в С G0Q = 9,5 108 ккал/сутки Компенсация потерь тепла всего объема аппарата равна (охлаждение принимается за сутки на 1 С): Gox = 1,2 107 ккал/сутки Общее количество потребляемого тепла: GT = 96,2 107 ккал/сутки Необходимая расчетная производительность по вырабатываемому теплу с учетом коэффициента полезного действия котельной установки: расч 120 107 ккал/сутки Принимая, что теплоотдача 1 кг пара равна 550 ккал, расчетное количество пара: Gn = 2,2 103 т/сутки Если принять теплопроводную способность газа равной 5-Ю4 ккал/м , то получаемое количество тепла при сжигании газа: G « 38 107 ккал/сутки Масса образуемого за сутки беззольного вещ-ва вещества рассчитывается по формуле 4.22: Мбез — НО т/сутки 109 Массу образуемого за сутки сухого вещ-ва сброженной смеси можно рассчитать по формуле (4.23) М сух = 150 т/сутки Расчёт влажности и зольности сброженной смеси производился по формулам 4.24 и 4.25 соответственно: В = 95 % см З ш = 18 %

Направляемые на механическое обезвоживание осадки городских сточных вод, необходимо подвергать предварительной обработке, заключающейся в уплотнении и промывке. Сброженный осадок перед обезвоживанием в фильтр-прессах направляется на очистку водой технического качества. Необходимое для очистки количество технической воды принимается, / 3. мм : - для сброженных стоков в мезофильном режиме - п=2 - 3; - для сброженных стоков в термофильном режиме - п = 3 - 4; - необходимое время промывки принимают равным Тпр= 25 мин. Исходя из описанных выше условий, объём смеси осадка и промывной воды потребляемой за сутки рассчитывается по формулам (4.27) и (4.28) соответственно: WCM = К0бщ(1 + п), м3 (4.27) WCM « 25 103 м. Щт = ,М (4.28) общ прч- - "" "V о пр 1440 Wnv = 260 м. На основе полученных данных выбираем два резервуара. Рабочим объем каждого резервуара равен 160 м.

Барботирование смеси осадка и воды для промывки осуществляется сжатым воздухом. Необходимое количество сжатого воздуха определяется из рас-чета 0,5 м на 1 м смеси. Объем необходимого для перемешивания воздуха принимаем равным V = 520 м/ч. Смесь промытого осадка и воды уплотняются в отстойниках-уплотнителях. В случае выбора уплотнителей радиального типа время, необходимое для уплотнения, принимается равное 15 ч, а количество уплотнителей — 2. Необходимый объём уплотнителя рассчитывается по формуле (4.29): Wynл = 0,625 WCM, (4.29) Wynл « 15,8 103 м. Так как влажность осадка 95%, а время хранения составляет не более двух суток, то необходимый объём иловой части уплотнителя: \ил = 7,5 103 м. Следовательно общий объем всех уплотнителей: И общ = 23,3 103 м. Для промытого осадка принимаем 2 первичных отстойника, выступающих в качестве уплотнителей: Радиус каждого аппарата R=15 м; Необходимый объём каждого аппарата V=3.5- 103 м. Влажность смеси промытого и уплотнённого осадка принимаем равной 94%. Тогда расход смеси: Wоc = 3,8 103 м/сутки Количество сливной воды уплотнителей осадка рассчитывается по формуле (4.30):