沼氣池的設(shè)計(jì)

1、 沼氣池設(shè)計(jì)說(shuō)明書院 系： 地球與環(huán)境學(xué)院 專業(yè)班級(jí)： 環(huán)境工程10-1班 學(xué) 號(hào)： 2010300875 學(xué)生姓名： 談成珊 指導(dǎo)教師： 劉少敏 2014 年 1月 10 日學(xué)生姓名： 談成珊 學(xué)號(hào)： 2010300875 專業(yè)班級(jí)：環(huán)境工程10-1班 課程設(shè)計(jì)題目： 沼氣池設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：成績(jī)： 指導(dǎo)教師： 年 月 日 前言 水壓式沼氣池產(chǎn)氣時(shí)，沼氣將消化料液壓向水壓箱，使水壓箱內(nèi)液面升高；用氣時(shí)，料液壓沼氣供氣。產(chǎn)氣用氣循環(huán)工作，依靠水壓箱內(nèi)料液的自動(dòng)提升使室內(nèi)的水壓自動(dòng)調(diào)節(jié)。 沼氣是有機(jī)物在厭氧條件下經(jīng)微生物的發(fā)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二氧化

2、碳。 沼氣發(fā)酵有很多有點(diǎn)。沼氣發(fā)酵可產(chǎn)生甲烷，它是清潔方便的燃料；發(fā)酵過(guò)程中N、P、K等肥料成分幾乎得到全部保留，一部分有機(jī)氮被水解成氨太氮，速效性養(yǎng)分增加;發(fā)酵殘?jiān)梢宰鳛轱暳戏柿?；沼氣發(fā)酵處理有機(jī)物課大量地節(jié)省曝氣消化所消耗的能量等等。沼氣發(fā)酵非常適合在農(nóng)村地區(qū)推廣使用。 厭氧發(fā)酵是有機(jī)物在無(wú)氧條件下被微生物分解、轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等，并合成自身細(xì)胞物質(zhì)的生物學(xué)過(guò)程。由于厭氧發(fā)酵的原料來(lái)源復(fù)雜，參加反應(yīng)的微生物種類繁多，使得厭氧發(fā)酵過(guò)程變得非常復(fù)雜。目錄一、課程設(shè)計(jì)的題目二、課程設(shè)計(jì)的目的三、設(shè)計(jì)參數(shù)四、工藝流程五、發(fā)酵料液的計(jì)算六、發(fā)酵間的設(shè)計(jì)七、進(jìn)料間的設(shè)計(jì)八、進(jìn)料間的設(shè)計(jì)九、發(fā)酵原

3、料的預(yù)處理十、安全注意事項(xiàng)十一、設(shè)計(jì)心得十二、主要的參考書目 水壓式沼氣池課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書一.課程設(shè)計(jì)的題目 平壩農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)村家用水壓式沼氣池設(shè)計(jì)二.課程設(shè)計(jì)的目的 通過(guò)課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步消化和鞏固本課程所學(xué)內(nèi)容，并使所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)化，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)進(jìn)行沼氣池設(shè)計(jì)的初步能力。通過(guò)設(shè)計(jì)，了解工程設(shè)計(jì)的內(nèi)容、方法及步驟，培養(yǎng)確定厭氧系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、繪制工程圖、使用技術(shù)資料、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書的能力。三.設(shè)計(jì)參數(shù)1、氣壓：7840 Pa (即80 cm水柱)2、池容產(chǎn)氣率：池容產(chǎn)氣率系指每立方米發(fā)酵池1晝 的產(chǎn)氣量，單位為m3沼氣(m3池容. d)。常溫下我國(guó)常用的池容產(chǎn)氣率為0.2 m3（

4、m3. d），通常采用的池容產(chǎn)氣率有0.15，0.20，0.25，和0.30幾種。本次設(shè)計(jì)采用的池容產(chǎn)氣率為0.2 m3（m3. d）。收集系數(shù)為0.80 ，圓柱體的直徑為2.1 m。 3、該農(nóng)戶家共8人，畜生（豬）共2頭。 4、貯氣量：貯氣量系指氣箱內(nèi)的最大貯氣量。農(nóng)村家用水壓式沼氣池的最大貯氣量以12h產(chǎn)氣量為宜，其值與有效水壓間的容積相等。 5 、池容：指發(fā)酵間的容積。農(nóng)村常用的有4，6，8，10 m3等。本次設(shè)計(jì)的農(nóng)村家用水壓式沼氣池的池容積為8m3。 6、投料率：指最大投入的料液所占發(fā)酵間容積的百分比一般在80%95%。 四、工藝流程 沼氣發(fā)酵工藝類型較多，我國(guó)農(nóng)村普遍采用的是下面兩

5、種藝。 1.自然溫度半批量投料發(fā)酵工藝這種工藝的發(fā)酵溫度隨自然溫度變化而變化，采用半批量方式投料，基本流程圖如圖所示原料選擇原料欲處理配料加活性污泥入池發(fā)酵產(chǎn)氣大出料定期出料送農(nóng)田自然溫度半批量投料沼氣發(fā)酵工藝流程這種工藝的發(fā)酵期因季節(jié)和農(nóng)用情況而定，一般為五個(gè)月左右，運(yùn)行中要求定期補(bǔ)充新鮮原料，以免造成產(chǎn)氣量下降，該工藝主要缺點(diǎn)使是出料操作勞動(dòng)量大。2自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝 這種工藝在自然溫度下，定時(shí)定量投料和出料，能維持比較穩(wěn)定的發(fā)酵條件，使沼氣微生物（菌群積累）區(qū)系穩(wěn)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(fù)荷能力，達(dá)到較高的產(chǎn)氣率；工藝自身消耗能少，簡(jiǎn)單方便，容易操作。我

6、們選擇的是自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝。五、發(fā)酵料液的計(jì)算發(fā)酵料液體積的計(jì)算 V1=(n1+n2)k2+n3TV1=(8×0.0082×0.10)×0.80+0.000×35m³=7.392 m³式中 V1 發(fā)酵料液的體積，m³； n1 產(chǎn)人糞便總量。按8口人×0.008（人. d）取值； n2 產(chǎn)牲畜糞便總量。按2頭豬×0.10（頭 d）取值； n3 每日舍外能定量收集糞便總量，m³/d,取0.000 k2 收集系數(shù)。取值0.80 T 原料停滯期（d ）平壩農(nóng)業(yè)區(qū)取35。氣室容積的計(jì)算 V2=1/

7、2·V1·k3式中 V1發(fā)酵料液體積，m3； V2氣室容積，m3；k3原料產(chǎn)氣率，為0.2,為常溫下產(chǎn)氣率。 V2=12×7.392×0.2=0.739 (m3)六、厭氧發(fā)酵間的設(shè)計(jì)1.發(fā)酵間的容積 V=（V1+V2）·k1 式中 V發(fā)酵間的容積，m³ V1發(fā)酵料液體積，m³； V2氣室容積，m³； K1容積保護(hù)系數(shù)，取0.91.05。 本次設(shè)計(jì)取K1 =1.0 V=（7.392+0.739）×1.0=8.131m³2.發(fā)酵間各部分尺寸確定 沼氣池的直徑根據(jù)題目要求及經(jīng)驗(yàn)和平面設(shè)計(jì)，確定為 2.

8、1m（1）發(fā)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直徑與池體矢高的比值，取值范圍56，取5。 f1=2.1/5=0.42(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3.14； f1池蓋削球體矢高，m；R池身圓柱體內(nèi)半徑，m。則 Q1=3.14/6×0.42×(3×1.052+0.422)=0.76（m3）（2）發(fā)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

9、池底矢高的比值，取值范圍8-10，取8那么 f2=2.1/8=0.26（m）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(fā)酵間池底削球體凈容積，m3； 圓周率，取值3.14。則 Q3=3.14/6×0.26×(3×1.052+0.262) =0.46（m3）（3）發(fā)酵間池身圓柱體容積和池墻高度。發(fā)酵間池身圓柱體容積 Q2= V- Q1- Q3式中 Q1池蓋削球體凈容積，m3； V發(fā)酵間總?cè)莘e，m3； Q2發(fā)酵間池身圓柱體容積，m3； Q3發(fā)酵間池底削球體凈容積，m3。 Q2=8.13-0.79-0.46=6.88（m3）發(fā)

10、酵間池身圓柱體高度 H=Q2/R2式中 圓周率，取值3.14； R發(fā)酵間池身圓柱體半徑，m； H發(fā)酵間池身圓柱體高度，m。 H =6.88/(3.14×1.052)=1.99（m）（4）發(fā)酵間內(nèi)總面積 S=S1+S2+S3式中 S內(nèi)總表面積，m2 S1池蓋削球體內(nèi)表面積，m2S2池身圓柱體內(nèi)表面積，m2S3池底削球體內(nèi)表面積，m2 蓋削球體球面內(nèi)表面積 S1=(R2+f12)式中 S1池蓋削球面內(nèi)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3.14。 S1=3.14×（1.052+0.422）=7.12（m2） 圓柱體池身內(nèi)表面積 S2=

11、2RH式中 S2池身圓柱體內(nèi)表面積，m2； R池身內(nèi)圓柱體內(nèi)半徑，m； H池身圓柱體高度，m； 圓周率，取值3.1416。 S2=2×3.14×1.05×1.99=13.2（m2） 池底削球體內(nèi)表面積 S3=(R2+f22)式中 S3池底削球體內(nèi)表面積，m2； f2池底削球面矢高，m； R池身圓柱體內(nèi)半徑，m；圓周率，取值3.14。 S3=3.14×(1.052+0.262 )=3.67（m2） 發(fā)酵間總表面積 S=7.12+13.2+3.67=23.99（m2）7、 進(jìn)料間的設(shè)計(jì) 進(jìn)料間由蹲位板，進(jìn)料口(管)組成。 蹲位板幾何尺寸。蹲位板分普通蹲位板和

12、防蛆蹲位板。 a)普通蹲位板幾何尺寸是：長(zhǎng)×寬×厚720mm×420mm×80mm， 中部預(yù)留長(zhǎng)×寬360mm×150mm和長(zhǎng)方形孔； b)防蛆蹲位板幾何尺寸：防蛆蹲位板平面和中部方孔尺寸相 同，為達(dá)到防蛆效果，應(yīng)在中部 方孔下增加高度120mm，寬度為40mm的防蛆線。 進(jìn)料口（管）由上部長(zhǎng)方形槽和下部圓管組成，其中上部長(zhǎng)方形槽幾何尺寸是長(zhǎng)×寬×深=600mm×320mm×500mm；下部圓管采用300預(yù)制混領(lǐng)土管，管與池墻角為45°。（1） 死氣箱拱的矢高 f死=h1+h2+h3式

13、中 h1池底拱頂點(diǎn)到活動(dòng)蓋下緣平面的距離，該值一般在1015cm之間,取12cm； h2導(dǎo)氣管下露出長(zhǎng)度，一般在3-5之間，取3cm； h3導(dǎo)氣管下口到液面距離，一般在20-30cm，取25cm。f死=0. 12+0.03+0.25=0.40 (m)（2） 死氣箱容積 V死=f死2×（p1+f死/3）式中 V死 -為死氣箱容積；f死-死氣箱矢高；p1-池蓋曲率半徑。p1=（ D2+4f12）/8f1=(2.12+4×0.422) /8×0.42=1.52m V死=f死2×（p1+f死/3）=3.14×0.422×(1.52+0.42/

14、3)=0.92（m3）(3) 投料率。根據(jù)死氣箱的容積，可計(jì)算出沼氣池投料率，即 投料率=（VV死）/ V×100%式中 V， V死分別為發(fā)酵間容積和死氣箱容積，m3； 投料率=(8.13-0.92)/8.13×100%=88.68%（4）最大貯氣量 V貯=池容×池容產(chǎn)氣率×1/2 V貯=8.13×0.2×1/2=0.81（m3）（5）氣箱總?cè)莘e V氣=V死+V貯 式中 V氣，V死，V貯分別為沼氣池氣箱總?cè)莘e，死氣箱總?cè)莘e和有效氣箱容積（最大貯氣量）。 V氣=0.92+0.81=1.73(m3)（6）發(fā)酵間最低液面位氣箱在圓筒形池身部

15、分的容積為 V筒= V氣Q1 V筒=1.73-0.76=0.97（）圓筒形池身內(nèi)氣箱部分的高度為 h筒=0.97/(3.14×1.052 )=0.28(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(gè)位置也就是進(jìn)出料管的安裝位置。八、出料間的設(shè)計(jì) H水壓間=h筒+f死+H-0.8 H水壓間= 0.28+0.40+1.99-0.8=1.87(m)有效容積：V有=池容×池容產(chǎn)氣率×投料量×1/2 V有=8.13×0.2×88.68%×1/2=0.72 (m3) H水壓間 = V有 / (3.14×R2) 1.

16、87=0.49/ (3.14×R2 ) R水壓間 =0.29（m）水壓式沼氣池的尺寸設(shè)計(jì)完成。九、發(fā)酵原料的預(yù)處理 1. 糞便原料不必進(jìn)行預(yù)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(fēng)干秸稈的重量比小于1：1時(shí)，啟動(dòng)時(shí)所用的秸稈原料應(yīng)進(jìn)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(shí)堆漚4-5天，氣溫在20攝氏度以上進(jìn)堆漚2-3天。(2)池內(nèi)堆漚：將原料及接種物拌勻后，投入沼氣池內(nèi)進(jìn)行堆漚，堆漚時(shí)間參照池外堆漚。接種物 1、沼氣發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)所用的含有大量沼氣發(fā)酵微生物的各種厭氧

17、活性污泥稱接種物。在沼氣發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)，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(jī)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(lái)作接種物。所用接種物的揮發(fā)性固體含量不低于3%。 沼氣發(fā)酵的啟動(dòng) 1、投料：將預(yù)處理的原料和準(zhǔn)備好的接種物混合在一起投入池內(nèi)。啟動(dòng)時(shí)的料液干物質(zhì)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(shí)加水封池。以料液量約占沼氣池總?cè)萘糠e的85%-90%為宜。然后將蓋密封。 3、放氣試火：沼氣發(fā)酵啟動(dòng)初期，通常不能點(diǎn)燃。因此，當(dāng)水壓表壓力達(dá)到20厘米水柱以上時(shí)，應(yīng)進(jìn)行放氣試火。所產(chǎn)沼氣可正常燃燒使用時(shí)，沼氣發(fā)酵

18、的啟動(dòng)階段即告完成。氣池的運(yùn)轉(zhuǎn)管理 1、當(dāng)沼氣發(fā)酵啟動(dòng)之后，即進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)階段。為了維持沼氣的均衡產(chǎn)氣，啟動(dòng)后30天左右就應(yīng)定時(shí)進(jìn)行補(bǔ)料。 2、正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間進(jìn)池的秸桿原料，只要鍘短或粉碎并用水或發(fā)酵液浸透即可。 3、正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間的進(jìn)料濃度應(yīng)盡量大一些，干物質(zhì)含量可以大于8%。 4、為了便于管理和均衡產(chǎn)氣，可每隔5-7天補(bǔ)料一次，“三結(jié)合”沼氣池每天都要有一定量的人畜糞便進(jìn)入沼氣池，產(chǎn)氣量不足時(shí)，則應(yīng)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(guò)進(jìn)料口或水壓間用木棍攪拌，也可以從水壓間淘出料液，再?gòu)倪M(jìn)料口倒入進(jìn)行攪拌。若發(fā)生浮料結(jié)殼并嚴(yán)重影響產(chǎn)氣時(shí)，則應(yīng)打開活動(dòng)蓋進(jìn)行攪拌

19、。冬天減少或停止攪拌。十、安全注意事項(xiàng) 1、沼氣發(fā)酵啟動(dòng)過(guò)程中，試火應(yīng)在燈、爐具上進(jìn)行，禁止管口試火。 2、沼氣池在大換料時(shí)，要把所有蓋口打開，使空氣流通，在末通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明池內(nèi)確系安全時(shí)，不允許工作人員下池操作。 3、池內(nèi)操作人員不得使用明火照明，不準(zhǔn)在池內(nèi)吸煙。 4、池內(nèi)操作人員不得使用單人操作，下池人員要系安全繩，池上要有人監(jiān)護(hù)。以防萬(wàn)一發(fā)生意外可及時(shí)進(jìn)行搶救5、沼氣 池進(jìn)、出料口要加蓋。 6、輸氣管道、開關(guān)、接頭等處要經(jīng)常檢修，防止輸氣管路漏氣和堵塞。水壓表要定期檢查。確保水壓表準(zhǔn)確反映池內(nèi)壓力變化。要經(jīng)常排放冷凝水收集器中的積水，以防管道發(fā)生水堵 7、活動(dòng)蓋密封情況下,進(jìn)出料的速度不宜過(guò)快,