农村生活垃圾处理工艺及关键装备研究

作     者：赵任重 

作者单位：河南农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张秀丽;杨艳娟

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：农村生活垃圾 分类处理 有机肥 混合搅拌 DEM 

摘      要：随着国家经济飞速发展,农村生活水平显著提高,农村生活垃圾产量日益增加,种类也越来越复杂,为推进乡村振兴带来极大的阻力。农村生活垃圾素来有着分布广、体量大、种类多的特点,同时还存在分类难、回收利用难的问题。为解决这些问题,达到农村生活垃圾资源化、无害化处理的目的,本文在查阅大量国内外有关研究文献的基础上,通过测定农村生活垃圾的性质和组分,设计了一套高效适用的垃圾处理工艺,将农村生活垃圾分类处理,回收利用。该工艺最终产物细渣土,其中含有多种有机质,可以用来制备有机肥。针对目前有机肥生产装备搅拌不均、自动化程度低的问题,设计了垃圾处理工艺的关键装备——农村生活垃圾有机肥连续生产装备,利用垃圾处理得到的农村生活垃圾渣土进行有机肥的连续生产,并对其关键部件进行了设计与分析。本文的主要研究内容与结论如下:(1)针对农村生活垃圾分类回收困难的问题,通过对农村生活垃圾性质和组分的研究,设计了一套高效的农村生活垃圾处理工艺:通过初步分拣、二次分拣、深度分选三个步骤进行农村生活垃圾的分类处理,每一阶段分离出的垃圾都能够得到有效的回收利用,最终产物细渣土含有多种有机质,可以作为原料生产有机肥。(2)对农村生活垃圾处理工艺的关键装备——有机肥连续生产装备进行了整体设计。该装备主要由发酵装置、动力装置、上料装置等组成。发酵装置采用桨叶式搅龙代替螺旋搅龙,在兼顾输送能力的同时提高混合效率,整体采用三层式结构,不仅节省空间,而且有效增加混合时间,上层加热灭菌(有害细菌),中层加菌(发酵菌)混合,下层持续混合,达到一次性成肥的效果,可以做到高度自动化、连续化生产。(3)对有机肥连续生产装备的关键部件混合机构进行了优化设计。为了保证生产出的有机肥的质量,需要物料在装备内进行充分的搅拌混合。针对这一问题,本文设计的混合机构选用桨叶式搅龙代替螺旋搅龙输送物料。在参考现有的混合研究的基础上,分别通过三维建模软件Solid Works和离散元仿真软件EDEM,对关键部件混合机构进行建模和仿真分析。在仿真过程中,通过改变桨叶角度和桨叶转速,探究适合搅拌的最佳组合参数。仿真分析结果表明:在桨叶角度α为45°、桨叶转速n为75 rpm时,物料兼具周向运动和轴向运动,装备功耗较小,为最优混合参数。(4)基于混合过程仿真分析的研究,设计和制作了关键部件混合机构的模型并进行了颗粒混合台架试验。对混合试验结果的分析研究表明,台架试验与仿真试验的结果基本一致,达到设计要求。对农村生活垃圾有机肥连续生产装备整机进行了样机制作,在河南省登封市送表矿区垃圾处理场进行了生产试验,结果证明:有机肥连续生产装备各部件运行正常,每小时产量为3～5t,连续混合输送后的有机肥混合均匀度较高,达到了混合质量要求。