1、固废课程设计1扬州职业大学水压式沼气池（十六立方米农村家用水压式沼气池设计）院 系：资源与环境工程学院学生姓名： 任佳 王丹萍专 业： 环境监测与治理技术班 级： 环监 111学 号： 110501135 110501130水压式沼气池2固废课程设计13前言沼气的介绍：沼气是各种有机物质在隔绝空气（还原条件） ，并在适宜的温度、湿度下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃性气体。沼气是多种气体的混合物，一般含甲烷 50%-70%,其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氧化碳等化工原料。经沼气
2、装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。利用农村垃圾、粪便、污水以及食物加工后的废渣泔水等制取沼气可以节约石化能源，降低加工成本，清洁环境。利用农业和食品加工业产生的废渣、植物秸秆、人畜粪便、活性污泥等制取沼气的过程可以杀灭病虫卵，防止疾病传播。沼气渣还可以提高肥效，发展前途广阔。固 定 拱 盖 水 压 式 沼 气 池 有 圆 筒 形 、 球 形 和 椭 球 形 三 种 池型 。 这 种 池 型 的 池 体 上 部 气 室 完 全 封 闭 ， 随 着 沼 气 的 不 断 产 生 ， 沼气 压 力 相 应 提 高 。 这 个 不 断 增 高 的 气 压 ， 迫 使 沼
3、 气 池 内 的 一 部 分料 液 进 到 与 池 体 相 通 的 水 压 间 内 ， 使 得 水 压 间 内 的 液 面 升 高 。 这水压式沼气池4样 一 来 ， 水 压 间 的 液 面 跟 沼 气 池 体 内 的 液 面 就 产 生 了 一 个 水 位 差 ，这 个 水 位 差 就 叫 做 “水 压 ”。 用 气 时 ， 沼 气 开 关 打 开 ， 沼 气 在 水 压下 排 出 ； 当 沼 气 减 少 时 ， 水 压 间 的 料 液 又 返 回 池 体 内 ， 使 得 水 位 差不 断 下 降 ， 导 致 沼 气 压 力 也 随 之 相 应 降 低 。 这 种 利 用 部 分 料 液 来
4、回 串 动 ， 引 起 水 压 反 复 变 化 来 贮 存 和 排 放 沼 气 的 池 型 ， 就 之 为 水 压式 沼 气 池 。水 压 式 沼 气 池 ， 是 我 国 推 广 最 早 、 数 量 最 多 的 池 型 ， 是 在 总 结“三 结 合 ”、 “圆 、 小 、 浅 ”、 “活 动 盖 ”、 “直 管 进 料 ”、 “中 层 出 料 ”等 群 众 建 池 的 基 础 上 ， 加 以 综 合 提 高 而 形 成 的 。 “三 结 合 ”就 是厕 所 、 猪 圈 和 沼 气 池 连 成 一 体 ， 人 畜 粪 便 可 以 直 接 打 扫 到 沼 气 池 里进 行 发 酵 。沼气发酵有很
5、多优点。沼气发酵可产生甲烷，它是清洁方便的燃料；发酵过程中 N、P、K 等肥料成分几乎得到全部保留，一部分有机氮被水解成氨太氮，速效性养分增加;发酵残渣可以作为饲料肥料；沼气发酵处理有机物课大量地节省曝气消化所消耗的能量等等。沼气发酵非常适合在农村地区推广使用。水压式沼气池5目录前言 .2一、 课程设计的题目 .5二、课程设计的目的 .5三、设计参数 .5四、工艺流程设计 .6五、厌氧发酵的设计 .7六、进料口（管）的设计 .11七、水压间（管）的设计 .14八、发酵料液的计算 .14九、沼气发酵的投料计算 .15十、发酵原料的预处理 .16十一、注意事项 .18十二、课程小结 .18十三、参
6、考文献 .19水压式沼气池6一、 课程设计的题目十六立方米农村家用水压式沼气池设计二、课程设计的目的通过课程设计进一步消化和巩固本课程所学内容，并使的所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行沼气池的初步能力。通过设计，了解工程设计的内容、方法及步骤，培养确定厌氧系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。三、设计参数1、气压：7480Pa（即 80cm 水柱）2、池容产气率：池容产气率系指每立方米发酵池容积 1 昼夜的产气量，单位为 m沼气/（m池容d） 。我国通常采用的池容产气率包括 0.15、0.2、0.25 和 0.3 几种。3、贮气量：指气箱内的最大
7、沼气贮气量。农村家用水压式沼气池的最大贮气量以 12h 产气量为宜，其值与有效水压间的容积水压式沼气池7相等。4、池容：指发酵间的容积。农村家用水压谁沼气池的池容积有4m、6m、8m、10m等几种。5、投料率：指最大投入的料液所占发酵间容积的百分比，一般在 85%-95%之间为宜。四、工艺流程设计沼气发酵工艺类型较多，我国农村普遍采用的是下述两种工艺。（1）自然温度半批量投料发酵工艺这种工艺的发酵温度随自然温度变化而变化，采用半批量方式投料。这种工艺的发酵期因季节和农用情况而定，一般为五个月左右，运行中要求定期补充新鲜原料，以免造成产气量下降，该工艺的主要缺点是出料操作劳动量大。 则如下图所示
8、： 原料选择 原料预处理 配料加活性污泥入池发酵产气 大出料定期出料 送农田图 1 自然温度半批量投料沼气发酵工艺流程水压式沼气池8（2）自然温度连续投料发酵工艺这种工艺是在自然温度下，定时定量投料和出料，能维持比较稳定的发酵条件，使沼气微生物（菌群积累）区系稳定，保持逐步完善的原料消化速度，提高原料利用率和沼气池负荷能力，达到较高的产气率；工艺自身能耗少，简单方便，容易操作。 五、厌氧发酵的设计1.发酵间的容积 V=16m2.发酵间各部分尺寸确定沼气池的直径根据题目要求及经验和平面设计，确定为将 ， ， ，R= 分别代入51Df82f5.2DHV1= )3(621fRfV2= 22V3= H
9、得V1= 32087.)5(356DD水压式沼气池9V2= 32051.)8(386DDV3= 324.)(V=V1+V2+V3=0.0827D3+0.0501D3+0.3142D3=0.4470D3D= =3.2963160.47（1）发酵间池盖削球体矢高和净容积。池盖削球体矢高 f1=D/a1式中 ： f 1池盖削球体矢高，m；D圆柱体形池身直径，3.296 m；a1直径与池体矢高的比值，取 5。则 f 1=0.6592池盖削球体净容积 Q1= f1(3R2+f12)6式中 ： Q 1池盖削球体净容积，m 3；圆周率，取 3.14；f1池盖削球体矢高，0.6592m；R池身圆柱体内半径，1
10、.648 m。则 Q1=3.1460.659231.648) 水压式沼气池10(0.6592)=2.961（2）发酵间池底球体矢高和净容积。池底削球体矢高 f2=D/ 2式中： f 2-池底削球体矢高,m;D池身圆柱体直径，3.296m； 2直径与池底矢高的比值，取值 9则 f 2=0.366池底削球体净容积 Q3= f 2(3R2+f22)6式中 ： f 2-池底削球体矢高,0.366m;Q3发酵间池底削球体净容积，m 3；圆周率，取值 3.14。则 Q 3=3.14/60.3663(1.648)+(0.366)=1.586（3）发酵间池身圆柱体容积和池墙高度。发酵间池身圆柱体容积 Q2=
11、V- Q1- Q3式中： Q 1池盖削球体净容积，2.961m 3；V发酵间总容积，16m 3；Q2发酵间池身圆柱体容积，m 3；Q3发酵间池底削球体净容积，1.586m 3。则 Q 2=16-2.961-1.586=11.453水压式沼气池11发酵间池身圆柱体高度 H=Q2/R式中： 圆周率，取值 3.14；R发酵间池身圆柱体半径，1.648m；H发酵间池身圆柱体高度，m。则 H =11.453/3.141.648=2.213（4）发酵间内总面积 S=S1+S2+S3式中： S内总表面积，m 2S1池盖削球体内表面积，m 2S2池身圆柱体内表面积，m 2S3池底削球体内表面积，m 2 盖削球
12、体球面内表面积 S1=(R 2+f12)式中： S 1池盖削球面内表面积，m 3；R池身圆柱体半径，1.648m；f1池盖削球面矢高，0.6592m；圆周率，取值 3.14。则 S 1=3.141.648+0.6592=9.892 圆柱体池身内表面积 S2=2RH式中： S 2池身圆柱体内表面积，m 2；水压式沼气池12R池身内圆柱体内半径，1.648m；H池身圆柱体高度，2.213m；圆周率，取值 3.14。则 S 2=23.141.6482.213=22.903 池底削球体内表面积 S3=(R 2+f22)式中 ： S 3池底削球体内表面积，m 2；f2池底削球面矢高，0.366m；R池身
13、圆柱体内半径，1.648m；圆周率，取值 3.14。则 S 3=3.14（1.648）+（0.366）发酵间总表面积S=8.949六、进料口（管）的设计进料口（管）由上部长方形槽和下部圆管组成，其中上部长方形槽几何尺寸是长宽深=600mm320mm500mm；下部圆管才用300 预制混领土管，管与池墙角为 30。（1） 死气箱拱的矢高f 死 =h1+h2+h3式中： h1池底拱顶点到活动盖下缘平面的距离，该值 水压式沼气池13一般在 1015cm 之间,取 15cm；h2导气管下露出长度，取 5 cm；h3导气管下口到液面距离，一般取 25 cm。则 f 死 =15+5+25=45m=0.45
14、cm（2） 死气箱容积 V 死 =f 死 2（ r1 -f 死 /3） )(121 fRfr则 r 1 =1/(20.6592)1.648+0.6592=2.3896式中； V 死 ，f 死 ， r1 分别为死气箱容积，死气箱矢高， 池盖曲率半径。V 死 =3.140.452.3896-0.15= 1.424 （3） 投料率。根据死气箱的容积，可计算出沼气池投料率，即投料率=（VV 死 ）/ V100%式中 ： V为发酵间容积，m 3；V 死 为死气箱容积，m 3则 投料率=(16-1.424)/16100%=91.1%（4） 最大贮气量V1 V2 V3 r1 r2 R f1 f2 D H 水
15、压式沼气池14V 贮 =池容池容产气率1/2则 V 贮 =160.30.5=2.4（5） 气箱总容积V 气 =V 死 +V 贮式中 ： V 气 为沼气池气箱总容积；V 死 为死气箱总容积；V 贮 为有效气箱容积（最大贮气量） 。则 V 气 =1.424+2.4=3.824（6） 发酵间最低液面位气箱在圆筒形池身部分的容积为 V 筒 = V 气 Q1则 V 筒 =3.824-2.961=0.863圆筒形池身内气箱部分的高度为则 h 筒 = =0.1012R筒最低液面位在池盖与池身交接平面以下 h 筒的位置上。这个位置也就是进出料管的安装位置。七、水压间（管）的设计公式 H 水压间 =h 筒 +f
16、 死 +H-0.8则 H 水压间 = 0.101+0.45+2.213-0.8=1.964水压式沼气池15有效容积：V 有 =池容池容产气率投料量1/2V 有 =160.391.1%0.5=2.1864H = V 有 / (3.14R = 2.1864/ (3.141.648) = 0.256 R 水压间 =0.881八、发酵料液的计算1.发酵料液体积的计算V1=1690%=1.44m2.气室容积的计算V2=1/2V1k3式中： V 1发酵料液体积，1.44m 3；V 2气室容积，m 3；k 3原料产气率，本次试验为 0.3。 为常温下产率。 则 V 2=0.51.440.3=0.216九、沼
17、气发酵的投料计算 本次设计的农村家用水压式沼气池的池容 16 m3，假设一个五口之家一天的用气量为 1.4 m3,为了保证每天的供气充足。我们选水压式沼气池16择了干稻草、人粪、猪粪、青草等作为发酵物。在 16 m3的沼气池内每天的产气量最大为 1.4 m3物料名称产气量 m3d 投料量kgd碳所占百分比%氮所在百分比%猪粪 0.404 091 7.80 0.6人粪 0.080 0.077 2.5 0.85青草 0.695 1.55 14.0 0.84干稻草 0.221 0.53 42.0 0.63C:N=(0.917.8%+0.0772.5%+1.5514.0%0.542%)(0.91 0.
18、6%+0.0770.85%+1.550.84%+0.530.63%)= 22.25:1我们计算出了物料的碳氮比为 22.25:1 ,符合沼气池普通的碳氮比要求。十、发酵原料的预处理1. 粪便原料不必进行预处理，作物秸秆必须铡短到 5 厘米或粉碎。2. 在接种物用量小于 20%，鲜粪用量与风干秸秆的重量比小于水压式沼气池171：1 时，启动时所用的秸秆原料应进行堆沤处理。方法有：(1)池外堆沤：将原料加水拌匀。加水量以料堆下部不出水为宜，料堆上加盖塑料膜。气温在 15 摄氏度左右时堆沤 4-5 天，气温在 20 摄氏度以上进堆沤 2-3 天。(2)池内堆沤：将原料及接种物拌匀后，投入沼气池内进行
19、堆沤，堆沤时间参照池外堆沤。接种物1、沼气发酵启动时所用的含有大量沼气发酵微生物的各种厌氧活性污泥称接种物。在沼气发酵启动时，料液中要添加 10%-30%的接种物。2、老沼气池中的悬浮污泥、各种有机废水沉污泥、河流湖泊底层的沉渣、坑塘污泥和积水粪坑的粪肥等，都可用来作接种物。所用接种物的挥发性固体含量不低于 3%。沼气发酵的启动1、投料：将预处理的原料和准备好的接种物混合在一起投入池内。启动时的料液干物质含水量控制在 6%-12%。2、加水封池：原料和接种物入池后，要及时加水封池。以料液量约占沼气池总容量积的 85%-90%为宜。然后将盖密封。3、放气试火：沼气发酵启动初期，通常不能点燃。因此
20、，当水压表压力达到 20 厘米水柱以上时，应进行放气试火。所产沼气可正常燃烧使用时，沼气发酵的启动阶段即告完成。水压式沼气池18气池的运转管理1、当沼气发酵启动之后，即进入正常运转阶段。为了维持沼气的均衡产气，启动后 30 天左右就应定时进行补料。2、正常运转期间进池的秸杆原料，只要铡短或粉碎并用水或发酵液浸透即可。3、正常运转期间的进料浓度应尽量大一些，干物质含量可以大于 8%。4、为了便于管理和均衡产气，可每隔 5-7 天补料一次， “三结合”沼气池每天都要有一定量的人畜粪便进入沼气池，产气量不足时，则应每 5-7 天添加秸秆或青草等原料一次。5、每隔 5-7 天搅拌一次，可通过进料口或水
21、压间用木棍搅拌，也可以从水压间淘出料液，再从进料口倒入进行搅拌。若发生浮料结壳并严重影响产气时，则应打开活动盖进行搅拌。冬天减少或停止搅拌。十一、注意事项1、沼气发酵启动过程中，试火应在灯、炉具上进行，禁止在导气管口试火。2、沼气池在大换料时，要把所有盖口打开，使空气流通，在末通过动物实验证明池内确系安全时，不允许工作人员下池操作。水压式沼气池193、池内操作人员不得使用明火照明，不准在池内吸烟。4、池内操作人员不得使用单人操作，下池人员要系安全绳，池上要有人监护。以防万一发生意外可及时进行抢救3、沼气 池进、出料口要加盖。6、输气管道、开关、接头等处要经常检修，防止输气管路漏气和堵塞。水压表要定期检查。确保水压表准确反映池内压力变化。要经常排放冷凝水收集器中的积水，以防管道发生水堵。7、活动盖密封情况下,进出料的速度不宜过快,保证池内缓慢升压或降压。在沼气池日常进出料时，不得使用沼气燃烧和有明火接近沼气池。十二、课程小结本次设计，将书本上课知识具体化，使我们能更好的掌握课本知识，增加实践经验。对沼气池的有了进一步认识和了解。十三、参考文献1、 固体废弃物处理讲义 ；2、 固体废弃物处理课程设计任务书及指导书水压式沼气池20
