1、精選優質文檔-傾情為你奉上精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業專心-專注-專業精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業河南城建學院 固體廢物處理與處置課程設計 （2010 屆）題 目： 農村家用沼氣池設計院 系： 環境與市政工程系專 業： 環境工程班 級： 學 號： 姓 名： 王永春指導教師： 郭一飛 朱新鋒時 間: 2012-2013學年第一學期第17周 目錄 TOC o 1-2 h z u 十七、沼氣池CAD圖紙. 22十八、沼氣池平面安裝圖. 23水壓式沼氣池設計計算說明書一、前言沼氣是有機物在厭氧條件下經微生物的發酵作用生成的一種以甲烷為主體的可燃性混合氣體，其主要成分是甲烷和

2、二氧化碳。固定拱蓋水壓式沼氣池有圓筒形、球形和橢球形 三種池型。這種 池型的池體上部氣室完全封閉，隨著沼氣的不斷產生，沼氣壓力相應提高。這個不斷增高的 氣壓，迫使沼氣池內的一部分料液進到與池體相通的水壓間內，使得水壓間內的液面升高。 這樣一來，水壓間的液面跟沼氣池體內的液面就產生了一個水位差，這個水位差就叫做“水 壓”。用氣時，沼氣開關打開，沼氣在水壓下排出 ；當沼氣減少時，水壓間的料液又返回池體內，使得水位差不斷下降，導致沼氣壓力也隨之 相應降低。這種利用部分料液來回串動，引起水壓反復變化來貯存和排放沼氣的池型，就之為水壓式沼氣池。水壓式沼氣池，是我國推廣最早、數量最多的池型，是在總結“三結

3、合”、“圓、小、 淺”、“活動蓋”、“直管進料”、“中層出料”等群眾建池的基礎上，加以綜合提高而形 成的 。“三結合”就是廁所、豬圈和沼氣池連成一體，人畜糞便可以直接打掃到沼氣池里進行發酵。沼氣發酵有很多優點。沼氣發酵可產生甲烷，它是清潔方便的燃料；發酵過程中N、P、K等肥料成分幾乎得到全部保留，一部分有機氮被水解成氨太氮，速效性養分增加;發酵殘渣可以作為飼料肥料；沼氣發酵處理有機物課大量地節省曝氣消化所消耗的能量等等。沼氣發酵非常適合在農村地區推廣使用。二、課程設計的題目 水壓式沼氣池設計三、課程設計的目的通過課程設計進一步笑話和鞏固本課程所學內容，并使所學的知識系統化，培養運用所學理論知識

4、進行沼氣池設計的初步能力。通過設計，了解工程設計的內容、方法及步驟，培養確定厭氧系統的設計方案、進行設計計算、繪制工程圖、使用技術資料、編寫設計說明書的能力。四、設計參數氣壓：7840 Pa (即80 cm水柱)池容產氣率：池容產氣率系指每立方米發酵池1晝夜的產氣量，單位為m3沼氣(m3池容. d)。我國常采用的池容產氣率包括0.15、0.2、0.25和0.3幾種。本次設計采用0.25。貯氣量：指氣箱內的最大沼氣貯存量。農村家用水壓式沼氣池的最大貯存氣量以12h產氣量為宜，其值與有效水壓間的容積相等。某農戶家共5人，牲畜（豬）4頭。池容：系指發酵間的容積。農村家用水壓式沼氣池的池容積有4m3,

5、6m3,8m3,10m3等幾種。投料率：指最大投入的料液所占的發酵間的百分比，一般在8595之間為宜。五、工藝流程沼氣發酵工藝類型較多，我國農村普遍采用的是下面兩種工藝。1.自然溫度半批量投料發酵工藝這種工藝的發酵溫度隨自然溫度變化而變化投料，基本流程圖如圖所示原料選擇原料預處理配料加活性污泥入池發酵產氣大出料定期出料送農田圖1 自然溫度半批量投料沼氣發酵工藝流程這種工藝的發酵期因季節和農用情況而定，一般為五個月左右，運行中要求定期補充新鮮原料，以免造成產氣量下降，該工藝主要缺點使出料操作勞動量大。2自然溫度連續投料發酵工藝 這種工藝在自然溫度下，定時定量投料和出料，能維持比較穩定的發酵條件，

6、使沼氣微生物（菌群積累）區系穩定，保持逐步完善的原料消化速度，提高原料利率和沼氣池負荷能力，達到較高的產氣率；工藝自身消耗能少，簡單方便，容易操作。我們選擇的是自然溫度連續投料發酵工藝。 六、沼氣池的工作原理水壓式沼氣池的工作原理可以概括為兩句話：產氣時，氣壓水；用氣時，水壓氣。水壓式沼氣池裝料封蓋后啟動前狀態時，在發酵間內的料液和水壓間內的料液液面上，同時受到大氣壓力的作用，因此兩個液面處在同一水平面上，它們之間的氣壓差和液面差均為零。此時的工作狀態稱為“初始工作狀態”，此時的料液液面高度為O-O水平面，發酵間內存在的空間為V0。啟動以后，沼氣池內開始發酵產氣，隨著沼氣產量的逐漸增加，發酵間

7、上部氣箱中的貯氣量越來越大，同時所產生的沼氣將發酵間內的料液壓入水壓間，壓出的料液體積與所產的沼氣體積相等。當發酵間內貯氣量達到最大貯氣量VC時，水壓間里增加的料液也為最大貯液量VC。此時發酵間內的料液面下降到可能下降的最低位置A-A水平面，水壓間內的料液面上升到可能上升的最高位置B-B水平面。此時的工作狀態稱為“極限工作狀態”。發酵間內料液面的下降和水壓間內料液面的上升使得兩液面產生了高度差，高位料液具有的勢能使得發酵間內沼氣產生了一定的壓強，其數值等于兩液面高差值與料液比重的乘積。由于料液比重接近于1，因此一般將兩料液面的高差值視為池內沼氣壓強值。在極限工作狀態時的液面高差最大，稱為極限沼

8、氣壓強，數值等于：式中：H 沼氣池最大液面差； H1發酵間液面最大下降值； H2水壓間液面最大上升值。以上就是“氣壓水”的全過程。當用戶的燃燒器工作時，池內沼氣在高位水壓間液體壓力下逐漸輸出，隨著發酵間內沼氣貯量的減少，水壓間料液面漸漸下降，發酵間內液面漸漸上升。此時，輸出的沼氣的壓強也隨兩料液液面高差的減少而變得越來越小。當發酵間料液液面與水壓間料液液面相平時，沼氣池又回到初始工作狀態，此時池內的沼氣也因壓強為零而不再輸出，“水壓氣”過程結束。沼氣池的運行過程就是不斷產氣和不斷用氣的循環過程，在運行過程中，水壓式沼氣池總是處在初始工作狀態和極限工作狀態的范圍之內，不可能超出這個范圍。圖2水壓

9、式沼氣池初始工作狀態H2HH1圖3水壓式沼氣池極限工作狀態七、沼氣池的設計依據及原則分析上述工作原理，可以得到以下三點設計水壓式沼氣池的主要依據：1.設計依據（1）沼氣池裝料（包括料液）的最高位置只能在沼氣池處于初始工作狀態時的液面高度，此時的液面為O-O液位。在O-O液位時，發酵間上部仍有部分氣箱可以貯存沼氣，但是這部分沼氣由于無法被壓出，因此無法被利用，所以稱為“死氣”?！八罋狻彼紦目臻g稱作“無效氣箱”或“死氣箱”。（2）水壓間內的料液液面在O-O位置，即初始工作狀態時，其液面處于最低位置，不可能再繼續下降。因此，在水壓間中如果存在低于O-O位置的料液的話，這部分料液沒有勢能，不具有壓

10、出氣箱內沼氣的作用，是“死液”。“死液”所占據的那部分水壓間被稱為“無效水壓間”。無效氣箱和無效水壓間對沼氣池運行不起任何作用，因此應當盡量控制其容積。在滿足功能要求的情況下，無效氣箱和無效水壓間容積越小，沼氣池的利用效率就越高，造價也越低。水壓式沼氣池的極限工作狀態時的發酵間液面是勢能使得發酵間內沼氣產生了一定的壓強，其數值等于兩液面高差值與料液比重的乘積。由于料液比重接近于1，因此一般將兩料液面的高差值視為池內沼氣壓強值。在極限工作狀態時的液面高差最大，稱為極限沼氣壓強，數值等于：式中：H 沼氣池最大液面差； H1發酵間液面最大下降值； H2水壓間液面最大上升值。以上就是“氣壓水”的全過程

11、。當用戶的燃燒器工作時，池內沼氣在高位水壓間液體壓力下逐漸輸出，隨著發酵間內沼氣貯量的減少，水壓間料液面漸漸下降，發酵間內液面漸漸上升。此時，輸出的沼氣的壓強也隨兩料液液面高差的減少而變得越來越小。當發酵間料液液面與水壓間料液液面相平時，沼氣池又回到初始工作狀態，此時池內的沼氣也因壓強為零而不再輸出，“水壓氣”過程結束。沼氣池的運行過程就是不斷產氣和不斷用氣的循環過程，在運行過程中，水壓式沼氣池總是處在初始工作狀態和極限工作狀態的范圍之內，不可能超出這個范圍。低液面，而水壓間液面 是最高液面，此時沼氣池內的壓強達到最高值。在設計中，稱此時的壓強為最高設計壓強。沼氣池在運行時其池內壓強不應超過此

12、值，否則將因超負荷而破壞沼氣池。為防止沼氣池超負荷運行，一般設計中采取的措施是：將進、出料管（或其中一管）上沿安裝在A-A液位面與池身的交線上，這樣，當貯氣量超過最大貯氣量，即液面低于A-A位置時，多余的沼氣自行從進、出料管逸出，保持池內壓強不大于最高設計壓強；同時，將水壓間的溢料口下沿設計在B-B位置上，這樣即使水壓間液面有超過B-B位置的可能時，超出的部分料液也會從溢料口中溢出，使兩液面差始終保持在最大液差之內。設計原則： （1）沼氣池宜建在畜圈或廁所地表以下，進料間與人、畜糞入口相連通。 （2）堅持適用、衛生、平面布局合理，外型美觀。 （3）池蓋頂端復土厚度不小于200mm。 （4）強度

13、安全系數K2.65。 （5）正常使用壽命20年以上。 八、發酵料液的計算發酵料液體積的計算V1 =(n1+n2)k2+n3T 式中： V1 發酵料液體積，m3 ； n1產人糞便總量。按常住人口0.00130.006 m/(人d)取值，本計取0.005； n2 產牲畜糞便總量。按養豬頭數0.0060.015m/(頭d)取值，本設計取0.004;n3每日舍外能定量收集糞便總量，m/d。本設計取0.1;k2收集系數，取值0.51.0；本設計取0.8;T 原料滯留期（d）；取丘陵期的40。 V1=(50.005+40.004)0.8+0.140=5.312m2.氣室容積的計算 V2=1/2V1k3式中

14、 ： V1發酵料液體積，m3； V2氣室容積，m3；k3原料產氣率，本次試驗為0.25，為常溫下產率。 V2=125.3120.25=0.664 m3九、發酵間的設計1.發酵間的容積 V=（V1+V2）k1式中 V發酵間的容積，m; V1發酵料液體積，m； V2氣室容積，m； K1容積保護系數，取0.91.05。本次設計取K1=0.98； V=（5.312+0.664）0.98=5.86 m發酵間容積取6.0m。 2.發酵間各部分尺寸確定（1）沼氣池的直徑取2.3m。（2）發酵間池蓋削球體矢高和凈容積。池蓋削球體矢高 f1=D/a1式中 f1池蓋削球體矢高，m； D圓柱體形池身直徑，m； a1

15、直徑與池體矢高的比值，取5 f1=2.3/5=0.46(m)池蓋削球體凈容積 Q1=f1(3R2+f12)式中 Q1池蓋削球體凈容積，m3； 圓周率，取3.1416； f1池蓋削球體矢高，m；R池身圓柱體內半徑，m。則 Q1=3.1416/60.46(31.152+0.462)=1.01（m3）（3）發酵間池底球體矢高和凈容積。池底削球體矢高 f2=D/2式中 f2-池底削球體矢高,m; D池身圓柱體直徑，m； 2直徑與池底矢高的比值，取值8那么 f2=2.3/8=0.0.2875m池底削球體凈容積 Q3=f 2(3R2+f22)式中 f2-池底削球體矢高,m; Q3發酵間池底削球體凈容積，m

16、3； 圓周率，取值3.1416。則 Q3=3.1416/60.2875(31.152+0.28752) =0.61（m3）（4）發酵間池身圓柱體容積和池墻高度。發酵間池身圓柱體容積 Q= V- Q1- Q式中 Q1池蓋削球體凈容積，m3； V發酵間總容積，m3； Q發酵間池身圓柱體容積，m3； Q發酵間池底削球體凈容積，m3。 Q=6.0-1.01-0.61=4.38（m3）發酵間池身圓柱體高度 H=Q2/R2式中 圓周率，取值3.1416； R發酵間池身圓柱體半徑，m； H發酵間池身圓柱體高度，m。 H =4.38/(3.14161.152）=1.05（m）（5）發酵間內總面積 S=S1+S

17、2+S3式中 S內總表面積，m2 S1池蓋削球體內表面積，m2S2池身圓柱體內表面積，m2S3池底削球體內表面積，m2蓋削球體球面內表面積 S1=(R2+f12)式中 S1池蓋削球面內表面積，m3； R池身圓柱體半徑，m； f1池蓋削球面矢高，m； 圓周率，取值3.1416。 S1=3.1416（1.152+0.462）=4.82（m2）圓柱體池身內表面積 S2=2RH式中 S2池身圓柱體內表面積，m2； R池身內圓柱體內半徑，m； H池身圓柱體高度，m； 圓周率，取值3.1416。 S2=23.14161.151.05=7.59（m2）池底削球體內表面積 S3=(R2+f22)式中 S3池底

18、削球體內表面積，m2； f2池底削球面矢高，m； R池身圓柱體內半徑，m； 圓周率，取值3.1416。 S3=3.1416(1.152+0.28752 )=4.41（m2）發酵間總表面積 S=4.82+7.59+4.41=16.82（m2）十、進料口（管）的設計 進料口（管）由上部長方形槽和下部圓管組成，其中上部長方形槽幾何尺寸是長寬深=600mm320mm500mm；下部圓管才用300預制混領土管，管與池墻角為40。死氣箱拱的矢高 f死=h1+h2+h3式中 h1池底拱頂點到活動蓋下緣平面的距離，該值一般在1015cm之間,取13cm； h2導氣管下露出長度，該值一般在35cm之間取4cm；

19、 h3導氣管下口到液面距離，該值一般在2030cm之間一般取25 cm。f死=0. 13+0.04+0.25=0.42 (m)死氣箱容積 V死=f死2 P1-（f死/3）式中 V死，f死，P1分別為死氣箱容積，死氣箱矢高，池蓋曲率半徑。 V死=3.14160.4221.67- (0.42/3)=1.02（m3）(3) 投料率。根據死氣箱的容積，可計算出沼氣池投料率，即投料率=（VV死）/ V100%式中 V， V死分別為發酵間容積和死氣箱容積，m3； 投料率=（6.01.02）/6.0100%=83% (4)最大貯氣量 V貯=池容池容產氣率1/2 V貯=6.00.251/2=0.75（m3）氣

20、箱總容積 V氣=V死+V貯式中 V氣，V死，V貯分別為沼氣池氣箱總容積，死氣箱總容積和有效氣箱容積（最大貯氣量）。 V氣=1.02+0.75=1.77(m3)發酵間最低液面位氣箱在圓筒形池身部分的容積為 V筒= V氣Q1 V筒=1.77-1.01=0.76（）圓筒形池身內氣箱部分的高度為 h筒= V筒/ R2h筒=0.76/(3.14161.152 )=0.183(m) 最低液面位在池蓋與池身交接平面以下h筒的位置上。這個位置也就是進出料管的安裝位置。十一、水壓間（管）的設計 H水壓間=h筒+f死+H-0.8 H水壓間= 0.183+0.42+1.05-0.8=0.753(m)有效容積：V有=

21、池容池容產氣率投料量1/2 V有=6.00.2583%1/2=0.6225(m3) H水壓間= V有 / (3.14R2) 0.753 =0.6225/ (3.1416R2 ) R水壓間 =0.51(m)水壓式沼氣池的尺寸設計完成十二、發酵原料的預處理1. 糞便原料不必進行預處理，作物秸稈必須鍘短到5厘米或粉碎。2. 在接種物用量小于20%，鮮糞用量與風干秸稈的重量比小于1：1時，啟動時所用的秸稈原料應進行堆漚處理。方法有：(1)池外堆漚：將原料加水拌勻。加水量以料堆下部不出水為宜，料堆上加蓋塑料膜。氣溫在15攝氏度左右時堆漚4-5天，氣溫在20攝氏度以上進堆漚2-3天。(2)池內堆漚：將原料

22、及接種物拌勻后，投入沼氣池內進行堆漚，堆漚時間參照池外堆漚。接種物1、沼氣發酵啟動時所用的含有大量沼氣發酵微生物的各種厭氧活性污泥稱接種物。在沼氣發酵啟動時，料液中要添加10%-30%的接種物。2、老沼氣池中的懸浮污泥、各種有機廢水沉污泥、河流湖泊底層的沉渣、坑塘污泥和積水糞坑的糞肥等，都可用來作接種物。所用接種物的揮發性固體含量不低于3%。沼氣發酵的啟動1、投料：將預處理的原料和準備好的接種物混合在一起投入池內。啟動時的料液干物質含水量控制在6%-12%。2、加水封池：原料和接種物入池后，要及時加水封池。以料液量約占沼氣池總容量積的85%-90%為宜。然后將蓋密封。3、放氣試火：沼氣發酵啟動

23、初期，通常不能點燃。因此，當水壓表壓力達到20厘米水柱以上時，應進行放氣試火。所產沼氣可正常燃燒使用時，沼氣發酵的啟動階段即告完成。氣池的運轉管理1、當沼氣發酵啟動之后，即進入正常運轉階段。為了維持沼氣的均衡產氣，啟動后30天左右就應定時進行補料。2、正常運轉期間進池的秸桿原料，只要鍘短或粉碎并用水或發酵液浸透即可。3、正常運轉期間的進料濃度應盡量大一些，干物質含量可以大于8%。4、為了便于管理和均衡產氣，可每隔5-7天補料一次，“三結合”沼氣池每天都要有一定量的人畜糞便進入沼氣池，產氣量不足時，則應每5-7天添加秸稈或青草等原料一次。5、每隔5-7天攪拌一次，可通過進料口或水壓間用木棍攪拌，也可以從水壓間淘出料液，再從進料口倒入進行攪拌。若發生浮料結殼并嚴重影響產氣時，則應打開活動蓋進行攪拌。冬天減少或停止攪拌。十三、水壓式沼氣池的優缺點 （1）池體結構受力性能良好，而且充分利用特讓的承載能力，所以省工省料，成本比較低