水压式沼气池设计.docx

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水压式沼气池设计

水压式沼气池设计

（八立方米农村家用水压式沼气池设计）

院系：

生化工程系

学生姓名：

陈佩佩程南

专业：

环境监测与治理技术

班级：

07教院环监

（1）班

学号：

07052101010705210102

指导老师：

于卫东

一、前言

二、课程设计的题目

三、课程设计的目的

四、设计参数

五、工艺流程

六、发酵料液的计算

七、发酵间的设计

八、进料口（管）的设计

九、水压间（管）的设计

十、沼气发酵的投料计算

十一、发酵原料的预处理

十二、安全注意事项

十三、设计小结

十四、文献资料

水压式沼气池课程设计说明书

一、前言

沼气是有机物在厌氧条件下经微生物的发酵作用生成的一种以甲烷为主体的可燃性混合气体，其主要成分是甲烷和二氧化碳。

沼气发酵有很多有点。

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。

二、课程设计的题目

水压式沼气池设计

三、课程设计的目的

通过课程设计进一步笑话和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。

四、设计参数

1、气压：

7840Pa（即80cm水柱）

2、池容产气率：

池容产气率系指每立方米发酵池1昼夜的产气量，单位为m3沼气／（m3池容.d）。

常温下我国常用的池容产气率为0.2m3／（m3.d）

3、贮气量：

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存气量以12h产气量为宜，其值与有效水压间的容积相等。

4、池容：

指发酵间的容积。

本次设计的农村家用水压式沼气池的池容积为8m3。

5、投料率：

指最大投入的料液所占发酵间容积的百分比。

五、工艺流程

沼气发酵工艺类型较多，我国农村普遍采用的是下面两种工艺。

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投料，基本流程图如图所示

自然温度半批量投料沼气发酵工艺流程

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，该工艺主要缺点使出料操作劳动量大。

2．自然温度连续投料发酵工艺

这种工艺在自然温度下，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，提高原料利率和沼气池负荷能力，达到较高的产气率；工艺自身消耗能少，简单方便，容易操作。

我们选择的是自然温度连续投料发酵工艺。

六、发酵料液的计算

1.发酵料液体积的计算

V1=[（n1+n2）k2+n3]T

V1=[（0.03＋0.32）×0.6+0.034]×30=7.32m³

式中V1—发酵料液的体积，m³；

n1—产人粪便总量。

按5口人×0.006／（人.d）取值；

n2—产牲畜粪便总量。

按4头猪×0.08／（头d）取值；

n3—每日舍外能定量收集粪便总量，m³/d,取0.034

k2—收集系数。

取值0.6

T—原料停滞期（d）蔬菜区t取30

2.气室容积的计算

V2=1/2·V1·k3

式中V1—发酵料液体积，m3；

V2—气室容积，m3；

k3—原料产气率，本次试验为0.2，为常温下产率。

V2=1／2×7.32×0.2=0.732（m3）

七、发酵间的设计

1.发酵间的容积

V=（V1—V2）·k1

式中V—发酵间的容积，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。

本次设计取K1=0.9

V=（7.32-0.732）×0.9=5.93m³

2.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2.8m

（1）发酵间池盖削球体矢高和净容积。

①池盖削球体矢高

f1=D/a1

式中f1——池盖削球体矢高，m；

D—圆柱体形池身直径，m；

a1—直径与池体矢高的比值，取6。

f1=2.8/6=0.47（m）

②池盖削球体净容积

Q1=

f1（3R2+f12）

式中Q1—池盖削球体净容积，m3；

π—圆周率，取3.14；

f1—池盖削球体矢高，m；

R—池身圆柱体内半径，m。

则Q1=3.14/6×0.47×（3×1.42+0.472）=1.5（m3）

（2）发酵间池底球体矢高和净容积。

①池底削球体矢高

f2=D/α2

式中f2--池底削球体矢高,m;

D—池身圆柱体直径，m；

α2—直径与池底矢高的比值，取值8

那么f2=2.8/8=0.35（m）

②池底削球体净容积

Q3=

f2（3R2+f22）

式中f2--池底削球体矢高,m;

Q3—发酵间池底削球体净容积，m3；

π—圆周率，取值3.14。

则Q3=3.14/6×0.35×（3×1.42+0.352）=1.1（m3）

（3）发酵间池身圆柱体容积和池墙高度。

①发酵间池身圆柱体容积

Q2=V-Q1-Q3

式中Q1—池盖削球体净容积，m3；

V—发酵间总容积，m3；

Q2—发酵间池身圆柱体容积，m3；

Q3—发酵间池底削球体净容积，m3。

Q2=5.93-1.5-1.1=3.33（m3）

②发酵间池身圆柱体高度

H=Q2/πR2

式中π—圆周率，取值3.14；

R—发酵间池身圆柱体半径，m；

H—发酵间池身圆柱体高度，m。

H=3.33/（3.14×1.42）=0.541（m）

（4）发酵间内总面积

S=S1+S2+S3

式中S—内总表面积，m2

S1—池盖削球体内表面积，m2

S2—池身圆柱体内表面积，m2

S3—池底削球体内表面积，m2

1盖削球体球面内表面积

S1=π（R2+f12）

式中S1—池盖削球面内表面积，m3；

R—池身圆柱体半径，m；

f1—池盖削球面矢高，m；

π—圆周率，取值3.14。

S1=3.14×（1.42+0.472）=6.848（m2）

2圆柱体池身内表面积

S2=2πRH

式中S2—池身圆柱体内表面积，m2；

R—池身内圆柱体内半径，m；

H—池身圆柱体高度，m；

π—圆周率，取值3.1416。

S2=2×3.14×1.4×0.541=4.756（m2）

3池底削球体内表面积

S3=π（R2+f22）

式中S3—池底削球体内表面积，m2；

f2—池底削球面矢高，m；

R—池身圆柱体内半径，m；

π—圆周率，取值3.14。

S3=3.14×（1.42+0.352）=6.539（m2）

4发酵间总表面积

S=6.848+4.756+6.539=18.143（m2）

八、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=600mm×320mm×500mm；下部圆管才用∮300预制混领土管，管与池墙角为35°。

（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，该值一般在10～15cm之间,取15cm；

h2—导气管下露出长度，取5cm；

h3—导气管下口到液面距离，一般取25cm。

f死=0.15+0.05+0.25=0.45（m）

（2）死气箱容积

V死=πf死2（p1-f死/3）

式中V死，f死，P1—分别为死气箱容积，死气箱矢高，池盖曲率

半径。

V死=3.14×0.452×（1.9575－0.40/3）=1.16（m3）

（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=（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；

投料率=（8.0-1.16）/8.0×100%=85.5%

（4）最大贮气量

V贮=池容×池容产气率×1/2

V贮=8.0×0.2×1/2=0.8（m3）

（5）气箱总容积

V气=V死+V贮

式中V气，V死，V贮—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）。

V气=1.16+0.8=1.96（m3）

（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

V筒=1.96-1.5=0.46（ｍ３）

圆筒形池身内气箱部分的高度为

　　　　　　h筒=0.46/（3.14×1.42）=0.075（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的安装位置。

九、水压间（管）的设计

H水压间=h筒+f死+H-0.8

H水压间=0.075+0.45+0.541-0.8==0.266（m）

有效容积：

V有=池容×池容产气率×投料量×1/2

V有=8.0×0.2×85.5%×1/2=0.684（m3）

H=V有/（3.14×R2）

0.266=0.684/（3.14×R2）

R水压间=0.881

水压式沼气池的尺寸设计完成

十、沼气发酵的投料计算

本次设计的农村家用水压式沼气池的池容为8m3，假设一个五口之家一天的用气量为1.2m3,为了保证每天的供气充足。

我们选择了干稻草、人粪、猪粪、青草等作为发酵物。

在8m3的沼气池内每天的产气量最大为1.2m3.

物料名称

产气量m3／d

投料量kg／d

碳所占百分比%

氮所在百分比%

猪粪

0.354

0．90

7.80

0.6

人粪

0.030

0.075

2.5

0.85

青草

0.645

1.5

14.0

0.84

干稻草

0.171

0.5

42.0

0.63

C:

N=（0.9×7.8%+0.075×2.5%＋1.5×14.0%＋0.5×42%）／（0.9×0.6%+0.075×0.85%+1.5×0.84%+0.5×0.63）=23.6:

1

我们计算出了物料的碳氮比为23.6:

1,符合沼气池普通的碳氮比要求。

十一、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1：

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，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。

［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。

十二、安全注意事项

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。

3、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。

十三、设计小结

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。

十四、文献资料

①《固体废物处理处置与资源化》、《固体废物处理与处置实践教程》

②原料的预处理与注意事项来自于XX