水压式沼气池设计.docx

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1、水压式沼气池水压式沼气池设计（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：专业：陈佩佩程南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:于卫东目录、八、 刖曰二、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、刖曰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

2、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

3、数1、气压：7840 Pa（即80 cm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0.2 m3/ (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8 m3。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. 白然温度半批量投料发酵工艺这种工艺的发酵温度随白然温度变化而变化投料，基

4、本流程图如图所示这种工艺的发酵期因季节和农用情况而定,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. 白然温度连续投料发酵工艺这种工艺在白然温度下，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；工艺白身消耗能少，简单方便，容易操作。我们选择的是白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Vi=（ni+n2）k2+n3TVi=（0.03+ 0.32）X 0.6+0.034x 30=7.32m3式中

5、Vi 一发酵料液的体积，m3;ni 一产人粪便总量。按5 口人X 0.006/ （人.d）取值；n2 一产牲畜粪便总量。按4头猪X0.08/ （头d）取值；山一每日舍外能定量收集粪便总量，M3/d,取0.034k2一收集系数。取值0.6T 一原料停滞期（d ）蔬菜区T取302. 气室容积的计算V2=1/2 - Vi - k3式中 Vi一发酵料液体积，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=1/2x 7.32X 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一发酵间的容积，m3;V i 一发酵料液体积，

6、m3;V2气室容积，m3;Ki一容积保护系数，取0.91.05。本次设计取Ki=0.9V= (7.32-0.732) X 0.9=5.93m32. 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。 池盖削球体矢高f1=D/a1式中f1池盖削球体矢高，m;D一圆柱体形池身直径，m;&一直径与池体矢高的比值，取 6。f1=2.8/6=0.47(m) 池盖削球体净容积Q1f1(3R2+f12)式中Q1池盖削球体净容积，m3;兀一圆周率，取3.14;fi一池盖削球体矢高，m;R一池身圆柱体内半径，m。则Qi=3.14/6X 0

7、.47X (3X 1.42+0.472)=1.5 (搭)(2) 发酵间池底球体矢高和净容积。 池底削球体矢高f 2=D/ a 2式中f 2-池底削球体矢高,m;D 一池身圆柱体直径，m;a 2一直径与池底矢高的比值，取值 8那么 f 2=2.8/8=0.35 (而 池底削球体净容积Q=；f 2(3R2+f22)式中f 2-池底削球体矢高,m;Q 3一发酵间池底削球体净容积，冷；兀一圆周率，取值3.14。则Q3=3.14/6X 0.35X (3X 1.42+0.352) =1.1 (m3)(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= V- Qi- Q3式中Qi池盖削球体净容

8、积，m3;V 一发酵间总容积，m3;Q2一发酵间池身圆柱体容积，m3;Q3一发酵间池底削球体净容积，m3。02=5.93-1.5-1.1=3.3-3 (m3)发酵间池身圆柱体高度H=Q2/兀 R2式中 兀一圆周率，取值3.14;R一发酵间池身圆柱体半径，m;H一发酵间池身圆柱体高度，mH =3.33/( 3.14X 1.42)=0.541 (m)(4) 发酵间内总面积S=S1+S2+S3式中 S一内总表面积，m2Si 一池盖削球体内表面积,m2S2一池身圆柱体内表面积,m2S3 一池底削球体内表面积,m2盖削球体球面内表面积S1=兀(R2+f12)式中 §一池盖削球面内表面积，m3;

9、r一池身圆柱体半径，mf1一池盖削球面矢局，m兀一圆周率，取值3.14。1=3.14X ( 1.42+0.472) =6.848 (m2)圆柱体池身内表面积8=2 兀 RH式中S2一池身圆柱体内表面积，m2;R一池身内圆柱体内半径，m;h 一池身圆柱体高度，m兀一圆周率，取值3.1416。S2=2X3.14X 1.4X0.541=4.756 (m2) 池底削球体内表面积S3=兀(R2+f22)式中s 3一池底削球体内表面积，m；f2一池底削球面矢高，mR 一池身圆柱体内半径，m;兀一圆周率，取值3.14。S3=3.14X (1.42+0.352 )=6.539 (m2) 发酵间总表面积2S=6

10、.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=600mmx 320mmx 500mm;下部圆管才用丁 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h i一池底拱顶点到活动盖下缘平面的距离，该值一般在1015cm之间,取 15cm;h2 一导气管下露出长度，取 5 cm;h3 一导气管下口到液面距离，一般取 25 cm。f 死=0. 15+0.05+0.25=0.45 (m)(2) 死气箱容积V死=兀f死2 (p1-f死/3 )式中 V死，

11、f死，R一分别为死气箱容积，死气箱矢高，池盖曲率 半径。V 死=3.14X 0. 452X ( 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 X 100%式中 V, V死一分别为发酵间容积和死气箱容积，m3;投料率=(8.0-1.16)/8.0X 100%=85.5%(4) 最大贮气量V贮= 池容x池容产气率x 1/2V 贮=8.0X 0.2X 1/2=0.8 (m3)(5) 气箱总容积V气=V死+V贮式中 V气，V死，V贮一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

12、.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气一Q1 一 ，一 一一， 3 、V 筒= 1.96-1.5=0.46 (m )圆筒形池身内气箱部分的高度为h 筒=0.46/(3.14X 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-0.8H 水压间=0.075+0.45+0.541-0.8=0.266(m)有效容积：V有=池容x池容产气率x投料量x 1/2V 有=8.0X 0.2X 85.5%x 1/2=0.684(m3)H = V 有

13、 / (3.14X R2)0.266 =0.684/ (3.14X 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 8 m3,假设一个五口 之家一天的用气量为1.2 m3,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8 m3的沼气池内每天的产气量最大为1.2 m3.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0.3540. 907.800.6人粪0.0300.0752.50.85青草0.6451.514.00.84干稻草0.1710.542.00.63C:N=(0.

14、9 X 7.8%+0.075 X 2.5% + 1.5 X 14.0% + 0.5 X 42%) / (0.9 X0.6%+0.075X 0.85%+1.5X 0.84%+0.5X 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，作物秸秆必须钏短到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近处理。方法有：（1）池外堆y区：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摄氏度左右时堆近4-5天，气温

15、在20摄氏度以 上进堆近2-3天。（2）池内堆近：将原料及接种物拌匀后，投入沼气池 内进行堆近，堆近时间参照池外堆y区。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

16、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，只要钏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，兰结合”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

17、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 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 原料的预处理与注意事项来白于百度-14 -