固废沼气池设计.docx

环境工程专业课程设计固体废弃物课程设计级： 名: 号： 指导老师:环境科学与工程学院2013年7月目录1设 计 课 题 32 设计说明 32.1 设计依据 32.2 设计原则 323 设计规模 42.4 设计参数 43 工艺选择3.1 沼气池选择 53.2 沼气工艺选择 64 工艺流程 65 主要设施设计 75.1 发酵间设计 75.1.1 发酵间容税 75.1.2 圆筒形发酵间尺寸 85.13 死气箱计算 105.1.4 进、出料管安装位置 115.2 水压间设计 116 总图设计 126.1 总平面布置图 126.2 沼气池剖面图 1263 进、出料系统大样图 127 沼气池的运转管理 127.1 沼气池启动阶段 127.2 沼气池运转阶段 1273 沼气池运转注意事项 138 沼气池土建施工设计 139建 设 费 用A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，主要成分是甲烷，其次是二氧化碳、硫化氢（JS）、氮及其 他一些成分沼气的组成中，可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重炷等气 体;不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等气体在沼气成分中甲烷含量为55%~70%、 二氧化碳含量为28%~44%、硫化氢平均含量为0.034%o沼气发酵有很多优点。

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等肥料成分儿乎得到全部保留，一部分有机氮被水解成氨态氮， 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可大量地节 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1设计课题某地欲新建一沼气池，用来处理周边产生的人畜粪便和农作物秸秆等沼气池总容积为：Q = HRTX MX6Q—沼气池容积；HRT-停留时间（d）,取30；M-EI投料量（t/d）,取 1.6t/d；6 一系数，取1.08；2设计说明2.1设计依据《三废处理工程技术手册：固体废物卷》《城镇生活污水净化沼气池设计规范》《农村家用沼气池设计规范》《课程设计指导书》《户用沼气池施工操作规程》2.2设计原则1） 必须坚持“四结合”原则“四结合”是指沼气池与畜圈、厕所、日光温室相连，是人畜粪便不断进入 沼气池内，保持正常产气、连续产气，并有利于粪便管理，改善环境卫生，沼液 可方便的运送到日光温室蔬菜地里做肥料使用2） 坚持“圆、小、浅"的原则“圆、小、浅”是指池型以圆形柱为柱，圆形沼气池具有以下有点：第一，根据儿何学原理，相同容积的沼气池，圆形比方形话长方形的表面积 小，比较省料。

第二，密闭性好，且较牢固圆形池内部结构合理，池壁没有直角，容易解 决密闭问题，而且四周受力均匀，池体较牢固第三，在我国北方，气温较低，圆形池置于地下，有利于冬季保温和安全越 冬第四，适于推广，无论南北，建造圆形沼气池都有利于保证建池质量，做到 建造一个，成功一个，使用一个，巩固一个，积极稳步地普及推广小，是指主 池溶积不宜过大浅，是为了减少挖土深度，也便于避开地下水，同时发酵液的 表面积相对扩大，有利于产气，也便于出料3）坚持直管进料，进料口、出料口加盖的原则直管加料的目的是使进料流畅，也便于搅拌进料口、出料口加盖是为了保 持环境卫生，消灭蚊蝇孳生场所和防止人、畜掉进池内2.3设计规模本设计的沼气池总容积为：Q = HRTXMX 6 = 51.84m3Q—沼气池容积；HRT-停留时间（d）,取30：M—日投料量（t/d）,取1.6t/d：6 一系数，取1.08；2.4设计参数1） 气压：8000±1000Pa,考虑到在南方温度较北方高，本次课程设计取的 产气率也比较高，本次设计气压初步定为8500Pa2） 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n?沼气/ （m3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，本次设计取0.253） 储气量：储气量是指气箱内的最大沼气储存量农村家用水压式沼气池 的最大储气量以12小时产气量为宜，其值与有效水压间的容积相等4） 池容：池容是指发酵间的容积此次设计确定的单个池容是10m3o5） 投料率：投料率是指最大限度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，本设计取90%3工艺选择3.1沼气池选择在我国农村，沼气发酵不仅作为农业生态系统中的一个重要环节，处理各类 废弃物来制成农家肥，而且获得生物质能用来照明或作为燃料厌氧发酵一般在沼气发酵池中进行沼气池种类很多，我国农村最常用的有: 家用水压式沼气池，曲流布料沼气池和圆柱形自循环沼气池等其中，水压式沼 气池是农村推广的主要池型压式沼气池的结构和工作原理见图1,这是一种埋设在地下的立式圆筒形发 酵池，池盖和池底是具有一定曲率半径的壳体，主要结构包括加料管、发酵间、 出料管、水压间、导气管几个部分图1水压式沼气池工作原理示意图(a) 1.加料管2.发酵间(贮气部分)3.池内液面0—0 4.出料间液面(b) 1.加料管2.发酵间(贮气部分)3.池内液面A-A 4.出料间液面B —B(c) 1.加料管2.发酵间(贮气部分)3.池内液面A-A 4.出料间液面B -B 5.导气管6沼气输气管7.控制阀图(a)是启动前状态。

此时，发酵间与水压间的液面处在同一水平，称为 初始工作状态，发酵间的液面为0—0水平，发酵间内尚存的空间(V)为死气 箱溶积图(b)是启动后状态此时发酵池内发酵产气，发酵间的气压随产气量增 加而增大，造成水压间液面高于发酵间液面当发酵间产气量达到最大量(VQ 时，发酵间的液面下降到可下降的最低位置A-A水平，水压间的液面上升到可 上升的最大位置B-B水平这时，称为极限工作状态极限工作状态时两液面 的高差最大，称为极限沼气压强，其值可用下式表示：AH = H1 + H2H] —发酵间液面最大下降值；出一水压间液面最大上升值；△ H—沼气池最大液面差图（c）表示使用沼气时，发酵间压力减小，水压间液体被压回发酵间这 样，不断产气和不断用气，发酵间和水压间液面总是在初始状态和极限状态间不 断上升或下降水压式沼气池具有以下儿个优点：I） 池体结构受力性能良好，而且充分利用土壤的承载能力，所以省工省料， 成本比较低2） 适于装填多种发酵原料，特别是大量的作物秸秆，对农村积肥十分有利3） 为便于经常进料，厕所、猪圈可以建在沼气池上面，粪便随时都能打扫 进池4） 沼气池周围都与土壤接触，对池体保温有一定的作用。

3.2沼气工艺选择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，该工艺的主要缺点是出料操作劳动量 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， 容易操作本设计选择的是自然温度连续投料发酵工艺4工艺流程采用自然连续投料发酵工艺，以人、禽畜粪便及蔬菜秸秆为发酵原料，定时 定量投料和出料，简单工艺流程图如下：具体为农业秸秆以及人畜粪便等物质中所含的有机物质在经过一定处理后, 进入进料间，再进入厌氧发酵间，经微生物作用进行发酵，产生以甲烷为主的可 燃性气体，即可进行利用在发酵的过程中，还需对一些影响发酵的因素进行控 制1） 温度温度对有机物的分解速度影响较大，温度增高，产气量增大沼气发酵通常 采用三种发酵温度，即低温发酵、中温发酵和高温发酵。

低温发酵过程，温度随 气候变化，大多处于20°C以下，产气量不高，不易达到杀灭病源微生物的目的 中温发酵过程，发酵液温度控制在37°C左右，这是甲烷菌第一个最佳活性区 高温发酵过程，发酵液温度控制在53°C左右，此时是甲烷菌的第二个最佳活性 区以高温发酵产气率最高，但料浆和发酵设备要求加热保温，给管理带来一些 复杂问题中温发酵产气率虽然低于高温发酵，但高于低温发酵2） pH 值甲烷菌要求的pH值范围很窄，pH为7.0左右，故一般都是使发酵过程维持 在6.8-7.53）之间在正常的发酵过程中，依靠原料本身可以维持发酵所需的 pH值，但在突然增加进料，或由于改变原料等会冲击负荷，是发酵系统酸化， 发酵过程受到抑制为使维持在最佳pH范围，可加石灰调节，也可通过调整原 料的碳氢比进行调节3） 搅拌高温发酵要求对物料搅拌，以保证发酵装置有较高的池容产气率和不致出现 局部酸积累4） 原料配比不同的微生物所需的营养物质不同，能达到最佳活性所需底物组成各异为 了满足最佳碳氮比要求获得较高产气量，需将贫氮有机物和富氮有机物进行合理 配比碳氮如果过小，则细菌增殖量降低，氮不能被充分利用，过剩的氨变成游 离NH3,抑制了产甲烷菌的活动，发酵不容易进行；碳氮比过高反应速率降低, 其值为35:1时，产气量明显下降。

5主要设施设计5.1发酵间设计5.1.1发酵间容积实际的发酵池总容积：Q实=Q - K2 = 51.84 + 90% = 57.6m3Q实一实际的发酵池总容积；Q—理论发酵池总容积；的一投料率；取整数Q 60m3,本设计采用6个单体发酵间容积为lOn?的圆筒形水压 式沼气池5.1.2圆筒形发酵间尺寸圆筒形发酵间由池盖、池身和池底组成V3 = T[R2HVi、*、V3一分别为池盖容积、池底容积、池身容积;/1. 一分别为池盖矢高、池底矢高；「1—池盖曲率半径，与池身半径的关系式为：”一池底曲率半径，与池身半径的关系式为:R—池身半径;H一池身高度;发酵间池盖矢高:= D/S./1—池盖矢高；D一圆柱体池身直径；Ch-直径和池盖矢高的比值，通常为5%,本设计取5发酵间池底矢高:/2 = D/a2^2—池盖矢高；D一圆柱体池身直径；8—直径和池底矢高的比值，通常为8~10,本设计取8综合圆形沼气池的内力结构计算、材料用料计算和施工、管理、使用技术等 各种因素，一般认为：当池盖矢跨比池底矢跨比池身高DH = 2^此时，沼气池的尺寸比较合理 将数值带入计算得出：n DV1 = 6X5(I)21=0.0827D3n DV2=6X821=O.O5O1D3(I)c L = 0.3142D32.5V3 = n X单个发酵间容积为：v = Vi + V2 + V3 = 0.0827D3 + O.O5O1D3 + 0.3142D3 = 0.4470D32 VD3 = 0.4470J 0.4470 J 0.447010=2.8m池盖矢高:池盖曲率半径:2A—4—(1.42 + 0.562) = 2.03 m2 X 0.56池底矢高:2.8 〃—=0.35 m池底曲率半径:c : ”(1.42 + 。