固废课程设计.docx

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固废课程设计

目录

一、目录………………………………1

二、前言………………………………2

三、课程设计目的……………………2

四、方案确定…………………………3

五、设计计算…………………………9

六、小结………………………………17

七、参考文献…………………………18

前言

水压式沼气池是我国推广最早、数量最多的池形，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。

“圆、小、浅”就是池体圆、体积小、埋深浅。

“活动盖”就是沼气池顶加活动盖板。

这种池型的池体上部气室完全封闭，随着沼气的不断产生，沼气池内压力相应提高。

这个不断增高的气压，迫使沼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。

用气时，沼气开关打开，沼气在水压下排出，当沼气减少时，水压间的料也又返回池体内，使得水位差不断下降，导致沼气压力也随之相应降低。

本次《固体废物处理与处置》课程设计就是结合实际情况，设计出适合农用的水压式沼气池。

课程设计目的

通过课程设计进一步消化巩固本课程所学内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论知识进行沼气池设计的初步能力。

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。

方案确定

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。

⒈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，基本流程如图所示。

这种工艺的发酵期因季节和农用情况而定，一般为5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。

⒉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；工艺自身耗能少，简单方便，容易操作。

由于自然温度连续投料发酵工艺具有以上诸多优点，故本次设计采用自然温度连续投料发酵工艺作为本次水压式沼气池方案。

具体流程如下：

2.1沼气池的发酵起动

2.1.1接种物的准备

新建池运行前，应从池塘、阴沟、院落周围污水坑中收集富含沼气微生物的污泥或产气较好的老沼气池发酵浓液，作为接种物投入池内，数量应是沼气池投料容量的10—30%；大换料的沼气池可留下10—30%的原发酵液作为接种物。

2.1.2投料

春、夏、秋季将准备好的禽畜粪便、青草、落叶或切短的秸秆拌合后堆沤2—4天下池，也可将青草、落叶、秸秆切短后，作牲畜垫圈5—7天，即可下池；第一次投料若全是粪便原料，浓度以3—5%为宜；若添加秸秆，其浓度应大于8%。

提倡以粪便为主要发酵原料。

2.1.3加水封池

原料入池后，即可加水封池；加入沼气池的水最好是原沼气池水，污水或无农药污染的池塘、稻田水，数量以淹过发酵池与出料间连通口上沿0.3m为宜，然后用粘性较好的黄泥封严活动口盖板。

蓄水圈应经常加水，保持湿润状态。

2.1.4放气试火

发酵初始，CO2等不可燃气体含量较高，所以不能点燃，应断续放掉，直到可点燃使用；试火必须在炉具上进行，切忌在沼气池导气管口点火，以防回火发生爆炸。

塑料大棚内的沼气池，放气试火应在棚外灯、炉具上进行。

2.2沼气池的日常管理

2.2.1适时补充新料。

由于起动时浓度较低，应不断补充新料。

与畜圈、厕所连通的沼气池，可在出料间取清水冲洗猪圈、厕所；有条件的农户可另取鲜牛粪、猪粪或禽粪下池，有下草习惯的农户，可用青草、秸秆在池外堆沤1—3天后加入；每天鲜粪入池量超过50kg，产生的沼气已够使用的，就可不必再加青草和秸秆。

2.2.2适时搅拌：

搅拌是提高沼气池产气量的有效方法，应大力推广。

搅拌方法有：

a.设有抽渣搅拌管的，每天在进料后搅拌一次，时间约5—10分钟。

b.以粪便原料为主的沼气池，可在拱盖中心增设一个长1m、直径0.6m的竹编锥形破壳网,既可增加气体上升能力，又可起到破壳作用。

c.进、出料口都在室外，每次进料后，可在出料间舀5担水，从进料口冲入池内。

d.用长柄粪瓢或一端钉有木板的长杆从出料间伸入往复搅拌5分钟。

2.2.3寒冷地区的农村家用沼气池应注意冬季保暖，池子表面要复盖农作物秸秆，室外输气管道要包扎保暖物。

2.2.4经常性检查

a.经常检查密封活动盖是否漏气，一旦发现要及时修复，以免发生火灾；各盖板损坏和遗失，要及时更换和修补。

建在室外的沼气池要注意观察池周围的地面是否毁裂，排水是否通畅，有问题要抓紧处理。

b.经常检查开关、管道、接口是否漏气，如有松动、断裂或破损老化，要及时维修、更换。

c.经常保持压力表、灯炉具等设备的完好和清洁卫生，发现压力表水量不足或污染要及时更换，发现炉具破损要及时修理、更换。

2.2.5日常用肥料时，应在当日进料前从出料口取用，若造成负压超过0.1m，应打开阀门，以免损坏池壁。

2.3沼气池的大出料

2.3.1以粪便为主要原料的沼气池，一般不用大出料；以秸秆为主要原料的沼气池，发酵残渣应结合农业生产用肥，每年大出料一次；其他的原料和池型应按设计要求，进行大出料。

2.3.2大出料前7—10天停止进新料。

2.3.3大出料前，要准备好足量的新料，做到快出快进。

2.3.4大出料前，应保留10%以上的料液，作为起动的接种物。

2.3.5大出料前，沼气池产气使用正常可不必检修，若发现有漏水、漏气情况的，应结合大出料进行维修，经试水试压，确定合格后方可重新加料起动。

2.3.6大出料时，一定要严格遵守安全操作规程要求，以免发生伤亡事故。

2.4沼气池的安全使用

2.4.1为保证安全发酵，各种剧毒农药刚喷洒过的茎叶、刚消毒过的禽畜粪便、中毒死亡的畜禽尸体都不能入池；不准把油枯、骨粉、棉籽饼和含磷较高的物质加入沼气池。

2.4.2沼气池出料和搅拌后，进出料口应立即加盖。

.2.4.3沼气压力太高时，要及时用气，压力太低时，应尽快检查漏气原因，及时维修；一次进、出料量较多时，应打开输气开关。

2.4.4不准在沼气池导气管口点火试气，更不准用明火检查各处接头、开关是否漏气；输气管道漏气检查应用肥皂水涂刷，发现气泡，要及时处理。

2.4.5室内发现有臭皮蛋味时，不准使用明火，应迅速打开门窗，采取扇风、鼓风等方法,将气体排出室外，直至异味消失，才可入室使用灯、炉具。

2.4.6沼气灯、炉具应安置在安全、方便、远离易燃物1m以外的地方。

2.4.7安全出料、检修

2.4.7.1已投料的沼气池，不管是否产气运行，均不准下池进行出料或检修。

2.4.7.2凡是需要人员下池出料或检修，必须遵守下列程序：

a.打开活动盖板，排尽池内可燃气体；无活动盖板的沼气池，应抽掉导气管上的输气管。

b.操作人员应站在池外，用出料工具将料液尽量除净，使各口畅通，便于池内外形成空气对流。

c.采用人工或机械方法向池内鼓风，更新池内空气。

d..把小动物（鸡、鸭、兔、猫等）放入池内，观察15—30分钟，如动物活动正常，人员方可下池。

e.下池人员，腋下系上结实的安全绳，池外要有专人看护，入池人员稍感不适，看护人员应立即将其拉出池外到通风阴凉处休息。

f.下池前不得在池口点火照明，下池人员在池内不得用明火照明或抽烟。

如果确需照明，只能用手电筒或镜子反光照明。

g.若沼气池使用正常，可不出料和检修，以减少发生事故的机会。

2.4.8事故的一般抢救方法

2.4.8.1沼气窒息中毒的抢救

a.一旦发生池内人员窒息昏倒，而又不能迅速救出时，应立即采用人工办法向池内送风,输入新鲜空气；切不可盲目入池抢救，以免造成连续发生窒息中毒事故。

更新空气后下池人员要遵照2.4.7.2条e款规定进行。

b.将窒息人员抬到地面阴凉避风处，解开上衣和裤带并注意保暖；较重病人应送就近医院抢救。

2.4.8.2沼气烧伤的急救措施：

a.灭火。

被沼气烧着的人员，应迅速脱掉着火的衣服，或由他人采取泼水等各种办法进行灭火；切不可用手扑打，更不能仓惶奔跑，助长火势；如在池内着火，要从上往下泼水灭火，并尽快将人员救出池外。

b.保护创面。

灭火后，先剪开被烧烂的衣服，用清水冲洗身上的脏物，并用清洁衣服或被单保护创面或全身，寒冷季节应注意保暖，尽快送医院治疗。

设计计算

一、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m3沼气/（m3池容·d）。

采用池容产气率为0.2m³/（m³·d）。

（3）某农户家共5人，畜生（猪）

3头。

（4）贮气量：

贮气量系指气箱内的最大沼气贮存量。

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相等。

二、发酵料液的计算

1、发酵料液体积的计算

V1=［（n1+n2）k2+n3］T

式中

V1——发酵料液体积，m³；

n1——产人粪便总量。

按常住人口×0.006-0.0013m³/（人·d）取值；此处取5×0.003=0.015m³/d

n2——产牲畜粪便总量。

按养猪头数×0.006-0.15m³/（头·d）取值；此处取3×0.1=0.3m³/d

n3——每日舍外能定量收集粪便总量，m³/d；此处取2/365=0.0055m³/d

k2——收集系数，取值0.5-1.0；此处取0.7

T——原料滞留期（d）；蔬菜区t取30，平坝农业区取35，丘陵区取40。

此处取35d

故

V1=［（n1+n2）k2+n3］T

=［（0.015+0.3）×0.7+0.0055］×35

=7.91m³

2、气室容积的计算

V2=1/2V1k3

式中

V2——气室容积，m³；

V1——发酵料液体积，m³；

K3——原料产气率，我国通常采用的产气率包括0.15m³/（m·d）、0.2m³/（m³·d）、0.25m³/（m·d）、0.3m³/（m·d）。

此处取0.2m³/（m³·d）

故

V2=1/2V1k3

=1/2×7.91×0.2

=0.791m³

三、发酵间的设计

⒈发酵间的容积

V=（V1－V2）k1

式中

V——发酵间容积，m³；

V1——发酵料液体积，m³；

V2——气室容积，m³；

k1——容积保护系数，取0.9～1.05。

此处取1。

故

V=（V1－V2）k1

=（7.91－0.791）×1

=7.119m³

因此本次设计的农村家用水压式沼气池应为8m³容积。

2、发酵间各部分尺寸的确定

查表根据沼气池几何尺寸表得知，8m³水压沼气池各设计尺寸如下：

主池直径：

D=2.7米，则半径R=1.35米

池墙高：

H=1.0米

池盖部分：

矢高ƒ1=0.54米

曲率半径ρ1=1.94米

池底部分：

矢高ƒ1=0.34米

曲率半径ρ2=2.86米

出料间：

长=1.2米

宽=1.0米

占地范围：

长=4.88米

宽=3.18米

（1）池盖削球体净容积

Q1=/6ƒ1（3R2+ƒ12）

=/6×0.54×（3×1.352+0.542）

=1.628m³

式中Q1——池盖削球体净容积，m³；

——圆周率，取3.1416；

ƒ1——池盖削球体矢高,m；

R—池身圆柱体内半径，m。

（2）池底削球体净容积

Q3=/6ƒ2（3R2+ƒ22）

=/6×0.34×（3×1.352+0.342）

=0.994m³

式中Q3——发酵间池底削球体净容积，m³；

——圆周率，取3.1416；

R—池身圆柱体内半径，m；

ƒ2——池底削球体矢高,m。

（3）发酵间内总表面积

S=S1+S2+S3

式中S——内总表面积,㎡；

S1——池盖削球体内表面积，㎡；

S2——池身圆柱体内表面积，㎡；

S3——池底削球体内表面积，㎡。

池盖削球体内表面积

S1=×（R2+ƒ12）

=×（1.352+0.542）

=6.642㎡

式中S1——池盖削球体内表面积，㎡；

R—池身圆柱体半径，m；

ƒ1——池盖削球面矢高,m；

——圆周率，取3.1416。

圆柱体池身内表面积

S2=2R2H

=2×1.352×1

=11.451㎡

式中S2——池身圆柱体内表面积，㎡；

R—池身内圆柱体内半径，m；

Η——池身圆柱体高度,m；

——圆周率，取3.1416。

池底削球体内表面积

S3=（R2+ƒ22）

=×（1.352+0.342）

=6.089㎡

式中S3——池底削球体内表面积，㎡；

ƒ2——池底削球体矢高,m；

R—池身内圆柱体内半径，m；

——圆周率，取3.1416。

四、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=520㎜×400㎜×300㎜；下部圆管宜采用Ø200～300㎜预制混凝土管或现浇混凝土管，管与池墙角不小于30。

。

水压式沼气池进料管安装位置一般都确定在发酵间的最低设计液面高度处。

该位置的计算如下。

（1）计算死气箱拱的失高：

即池盖拱顶点到发酵间的最高液面。

其中死气箱拱的矢高可按下式计算。

ƒ死=h1+h2+h3

式中h1——池盖拱顶点到活动盖下缘平面的距离，该值一般在10～15㎝之间；此处取12cm

h2——导气管下露出长度，区3～5㎝；此处取4cm

h3——导气管下口到液面距离，一般取20～30㎝。

此处取25cm

故ƒ死=12+4+25

=41cm

=0.41m

（2）死气箱容积

V死=ƒ2死[ρ1+（ƒ死/3）]

式中V死，ƒ死，ρ1——分别为死气箱容积、死气箱矢高、池盖曲率半径。

故V死=×0.412×[1.94+（0.41/3）]

=1.097m³

（3）投料率：

根据死气箱容积，可计算出沼气池投料率，即

投料率=[（V－V死）/V]×100%

式中V，V死——分别为发酵间容积和死气箱容积，m³。

故投料率=[（8－1.097）/8]×100%

=86.29%

（4）最大贮气量

V贮=池容×池容产气率×1/2

=8×0.2×1/2

=0.8m³

（5）气箱容积

V气=V死+V贮

=1.097+0.8

=1.897m³

式中V气，V，V死——分别为沼气池气箱总容积、死气箱总容积和有效气箱容积（最大贮气量）。

（6）发酵间最低液面位。

对一般沼气池来说，V气均大于Q1，也就是说，最低液面位置在圆筒形池深范围内。

此时，要确定进、出料管的安装位置，应按下式先计算出气箱在圆筒形池身部分的容积。

V筒=V气－Q1

=1.897－1.628

=0.269m³

因此，h筒=V筒/R2

=0.269/（×1.352）

=0.047m

式中h筒——圆筒形池身内气箱部分的高度，m。

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最高的安装位置。

小结

通过本次课程设计，让我充分理解了水压式沼气池的计算和设计过程，并且让我认识到课本上学到的东西只是理论，要是让这些东西发挥作用就只能让它和实际相结合。

在本次设计中，还需要大量的以前没有学到过的知识，于是图书馆和INTERNET成了很好的助手。

在查阅资料的过程中，我们要判断优劣、取舍相关知识，不知不觉中我们查阅资料的能力也得到了很好的锻炼，并且在做设计和画图的过程中也让我的word和CAD操作变得更加熟练。

我们学习的知识是有限的，在以后的工作中我们肯定会遇到许多未知的领域，这方面的能力便会使我们受益非浅。

在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。

当发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。

自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。

为以后的工作积累了经验，增强了信心。

参考文献及资料

1.宁平.固体废物处理与处置.北京:

高等教育出版社.2006

2.贾振航.新农村可再生能源使用技术手册.北京.化学工业出版社.2008

3.农村家用沼气池设计规范

4.户用沼气池标准图集

沼气池CAD图另附