水壓式沼氣池設(shè)計說明參考 (1).doc

環(huán)境工程廢棄物的處理與處置課程設(shè)計目 錄前言-2課程設(shè)計目的-3農(nóng)村垃圾特點概述-3設(shè)計參數(shù)及條件-3工藝流程設(shè)計-5沼氣池池體設(shè)計-61.發(fā)酵間的容積-62.發(fā)酵間各部分尺寸的確定-9 3.進料口（管）的設(shè)計-11沼氣池CAD圖紙-13沼氣池平面安裝圖-15前言一、課程設(shè)計目的：通過本次課程設(shè)計進一步了解農(nóng)村家用沼氣池的工作原理和工藝流程，以及沼氣池形狀及平面布局原則，消化吸收課本上所學(xué)的知識，學(xué)以致用并初步進行沼氣池的設(shè)計。本設(shè)計中主要采用厭氧發(fā)酵技術(shù)， 通過本次設(shè)計，了解何為厭氧發(fā)酵技術(shù)以及在農(nóng)村沼氣池中是如何應(yīng)用的，進而確定沼氣池的設(shè)計方案，并對相應(yīng)的沼氣池的數(shù)據(jù)進行設(shè)計計算，比如沼氣池池體的設(shè)計以及發(fā)酵間各部分尺寸的確定等，并學(xué)會按要求繪制所設(shè)計的沼氣池的平面圖和剖面圖，要求數(shù)據(jù)必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)。最后需將自己的設(shè)計思路和過程編寫成書面形式，以鍛煉自己口語表達能力。二、農(nóng)村垃圾特點概農(nóng)村大多以種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)為主，故而產(chǎn)生的垃圾主要是秸稈、落葉和人畜糞便等一些易腐爛的有機物，然而這些有機物垃圾都是可以進行厭氧發(fā)酵處理的。因而，我們可以利用它們來很好地進行制取沼氣，進而為我們所用。三、設(shè)計的主要內(nèi)容（1） 設(shè)計農(nóng)村家用沼氣池工藝流程；（2） 了解沼氣池形狀及平面布局原則；（3） 發(fā)酵料液的計算；（4） 厭氧發(fā)酵間的設(shè)計：計算發(fā)酵間的容積、氣室容積、發(fā)酵間各部分尺寸；（5） 進料間、出料間（水壓間）的設(shè)計；（6） 按比例繪制沼氣池池型圖一張(1號或2號圖)。四、主要參考書目1.聶永豐.三廢處理工程技術(shù)手冊-固體廢物卷.（北京化學(xué)工業(yè)出版社，2000版）2.國家環(huán)境保護總局污染控制司 .城市固體廢物管理與處置技術(shù).（北京中國石化出版社,2000版）3.李國建.城市垃圾處理工程.(北京科學(xué)出版社,2003版)4.羋振明.固體廢物處理與處置.（北京高等教育出版社,1993版）5. 農(nóng)村家用沼氣池設(shè)計規(guī)范 (網(wǎng)上查)6. 戶用沼氣池標(biāo)準(zhǔn)圖集 (網(wǎng)上查)五、運用所學(xué)知識 本沼氣池設(shè)計中主要采用厭氧發(fā)酵技術(shù)進而產(chǎn)生沼氣：（1）沼氣是一種優(yōu)質(zhì)清潔的生物質(zhì)能源，是人、畜糞便、生活污水、農(nóng)業(yè)廢棄物等有機質(zhì)，在厭氧條件下，經(jīng)過微生物發(fā)酵與分解而產(chǎn)生的一種可燃性混合氣體。它的主要成分是甲烷和二氧化碳，還有少量的硫化氫、氧氣、一氧化碳和氫氣等。（2）厭氧發(fā)酵厭氧消化: 也稱厭氧消化，指在厭氧狀態(tài)下利用微生物使固體廢物中有機物轉(zhuǎn)變?yōu)镃H4和CO2的過程 。（3）厭氧消化技術(shù)特點： 過程可控制、降解快、生產(chǎn)過程全封閉； 能源化效果好，可以將潛在于廢棄有機物中的低品位生物能轉(zhuǎn)化為可以直接利用的高品位沼氣； 易操作，與好氧處理相比厭氧消化吸收不需要通風(fēng)動力，設(shè)施簡單，運行成本低，屬于節(jié)能型處理方法； 產(chǎn)物可再利用，適于處理高濃度有機廢水和廢物，經(jīng)厭氧消化后的廢物基本得到穩(wěn)定，可以作農(nóng)肥、飼料或堆肥化原料； 厭氧微生物的生長速度慢，常規(guī)方法的處理效率低，設(shè)備體積大； 厭氧過程中會產(chǎn)生H2S等惡臭氣體； 0 可殺死傳染性病原菌，有利于防疫 。 六、工藝形式（1） 目前我國農(nóng)村都采用自然溫度消化工藝。這種工藝的消化池結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、施工容易、便于推廣，但受季節(jié)影響明顯，且消化周期須視季節(jié)和地區(qū)的不同加以控制. （2） 本設(shè)計中采用水壓式消化池,這種沼氣池具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、施工方便等優(yōu)點；但由于溫度不穩(wěn)定，產(chǎn)氣量不穩(wěn)定，故其效率較低。七、設(shè)計參數(shù)及條件：（1）氣壓：7480Pa（即80cm水柱）。（2）池容產(chǎn)氣率：池容產(chǎn)氣率是指每立方米發(fā)酵池容積1晝夜的產(chǎn)氣量，單位為m沼氣/（m池容d）。我國常采用的池容產(chǎn)氣率有0.15,0.2,0.25和0.3幾種，本設(shè)計中采用0.2。（3）貯氣量：貯氣量指氣箱內(nèi)的最大沼氣貯存量。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。（4）池容：系指發(fā)酵間的容積。農(nóng)村家用水壓式沼氣池的池容積有4m3,6 m,8 m,10 m等幾種，。本設(shè)計中采用6 m。（5）投料率：指最大投入的料液所占的發(fā)酵間的百分比，一般在8595之間為宜。（6）農(nóng)家目前有8口人，4頭豬，10畝地，每季每畝地產(chǎn)秸稈1噸，一年兩季，植物秸稈密度按1t/ m計算。八、工藝流程設(shè)計： 沼氣發(fā)酵工藝類型較多，我國農(nóng)村普遍采用的是下述兩種工藝。（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，基本流程如圖418所示。 圖 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5個月左右，運行中要求定期補充新鮮原料，以免造成產(chǎn)氣量下降，該工藝主要缺點使出料操作勞動量大。（2）自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝這種工藝是在自然溫度下，定時定量投料和出料，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，提高原料利用率和沼氣池負荷能力，達到較高的產(chǎn)氣率；工藝自身耗能少，簡單方便，容易操作。（3） 我們采用自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝，用人，禽獸的糞便以及蔬菜積桿等有機固體廢氣物，定時定量投料和出料。簡單的工藝流程如下：發(fā)酵原料的預(yù)處理1、糞便原料不必進行預(yù)處理，作物秸稈必須鍘短到6厘米以下或粉碎。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，啟動時所用的秸稈原料應(yīng)進行堆漚處理。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攝氏度左右時堆漚4-5天，氣溫在20攝氏度以上進堆漚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)進行堆漚，堆漚時間參照池外堆漚。接種物1、沼氣發(fā)酵啟動時所用的含有大量沼氣發(fā)酵微生物的各種厭氧活性污泥稱接種物。在沼氣發(fā)酵啟動時，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)。啟動時的料液干物質(zhì)含水量控制在4%-6%。2、加水封池：原料和接種物入池后，要及時加水封池。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)酵啟動初期，通常不能點燃。因此，當(dāng)水壓表壓力達到20厘米水柱以上時，應(yīng)進行放氣試火。所產(chǎn)沼氣可正常燃燒使用時，沼氣發(fā)酵的啟動階段即告完成。氣池的運轉(zhuǎn)管理1、當(dāng)沼氣發(fā)酵啟動之后，即進入正常運轉(zhuǎn)階段。為了維持沼氣的均衡產(chǎn)氣，啟動后30天左右就應(yīng)定時進行補料。2、正常運轉(zhuǎn)期間進池的秸桿原料，只要鍘短或粉碎并用水或發(fā)酵液浸透即可。3、正常運轉(zhuǎn)期間的進料濃度應(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天補料一次，“三結(jié)合”沼氣池每天都要有一定量的人畜糞便進入沼氣池，產(chǎn)氣量不足時，則應(yīng)每5-7天添加秸稈或青草等原料一次。補加原料的量按平均每個沼氣池每天補料4-8公斤干物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)進行。如用氣量大，池溫在20攝氏度以上時，每個沼氣池平均每天可補料10-15公斤。補料要先出后進，每次出料的發(fā)酵液可以循環(huán)使用。5、每隔5-7天攪拌一次，可通過進料口或水壓間用木棍攪拌，也可以從水壓間淘出料液，再從進料口倒入進行攪拌。若發(fā)生浮料結(jié)殼并嚴(yán)重影響產(chǎn)氣時，則應(yīng)打開活動蓋進行攪拌。冬天減少或停止攪拌。 沼氣池的溫度及保溫措施1、因溫度越高沼氣產(chǎn)量越大，應(yīng)盡量設(shè)法使沼氣池背風(fēng)向陽。2、冬季到來之前，防止池溫大幅度下降和沼氣池凍壞，應(yīng)在沼氣池表面覆蓋柴草、塑料膜或塑料大棚。3、作物秸稈等堆漚時產(chǎn)生大量熱量，正常運轉(zhuǎn)期間可在池外大量堆漚秸稈，給沼氣池進行保溫和增溫。4、采用覆蓋法進行保溫或增溫，其覆蓋面積都應(yīng)大于沼氣池的建筑面積，從沼氣池壁向外延伸的長度應(yīng)稍大于當(dāng)?shù)貎鐾翆由疃取?安全注意事項1、沼氣發(fā)酵啟動過程中，試火應(yīng)在燈、爐具上進行，禁止在導(dǎo)氣管口試火。2、沼氣池在大換料時，要把所有蓋口打開，使空氣流通，在末通過動物實驗證明池內(nèi)確系安全時，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。以防萬一發(fā)生意外可及時進行搶救。5、沼氣 池進、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、活動蓋密封情況下,進出料的速度不宜過快,保證池內(nèi)緩慢升壓或降壓。在沼氣池日常進出料時，不得使用沼氣燃燒和有明火接近沼氣池。九、沼氣池池體設(shè)計：1.發(fā)酵間的容積 V=（V1+V2）k1式中 V發(fā)酵間的容積，立方米; V1發(fā)酵料液體積，立方米； V2氣室容積，立方米； K1容積保護系數(shù)，取0.91.05,此處取1.05。(1)發(fā)酵料液體積計算： V1=（n1+n2）k2+n3T式中 V1發(fā)酵料液體積，m3； n1產(chǎn)人糞便總量。按常住人口0.00130.006 m3/（人d）取值，此處取0.006 m3/（人d）；n2產(chǎn)牲畜糞便總量。按養(yǎng)豬頭數(shù)0.0060.015 m3/（頭d）取值，此處取0.015 m3/（頭d）； n3每日舍外能定量收集糞便總量，m3/d。 k2收集系數(shù)，取值0.51.0,此處取1.0；T原料滯留期（d）；蔬菜區(qū)t取30，平壩農(nóng)業(yè)區(qū)取35，丘陵區(qū)取40,此處取30d。n3=210/365=0.055 m3/d V1=（80.006+40.015）1.0+0.055304.89(2)氣室容積 V2=1/2V1k3式中 V1發(fā)酵料液體積，m3； V2氣室容積，m3； k3原料產(chǎn)氣率，我國通常采用的產(chǎn)氣率包括0.15 m3/（m3天），0.2 m3/（m3天），0.25 m3/（m3天），0.3立方米/（m3天），此處取0.2 m3/（m3天）。 則 V2=1/24.890.2=0.489（m3） 則 V=（V1+V2）k1= (4.89+0.489) 1.05=5.65（m3）6.0（m3）2.發(fā)酵間各部分尺寸的確定：（1）沼氣池的直徑根據(jù)用戶平均布置確定。考慮充分利用土地資源，平面布局緊湊的原則，確定沼氣池的直徑為2.4m。（2）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56。 f1=2.4/5=0.48 (m)池蓋削球體凈容積 Q1=/6f1(3R2+f12)式中 Q1池蓋削球體凈容積，m3； 圓周率，取3.1416； f1池蓋削球體矢高，m； R池身圓柱體內(nèi)半徑，m。則 Q1=3.1416/60.48（31.22+0.482）=1.14（m3）（3）發(fā)酵間池底球體矢高和凈容積。池底削球體矢高 f2=D/a2式中 f2-池底削球體矢高,m; D池身圓柱體直徑，m； a2直徑與池底矢高的比值，取值810。 f2=2.4/8=0.3（m）池底削球體凈容積 Q3=/6f2(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3.1416。則 Q3=3.1416/60.3(31.22+0.302)=0.69（m3）（4）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=6.0-1.14-0.69=4.17（m3）發(fā)酵間池身圓柱體高度 H=Q2/R2式中 圓周率，取值3.1416； 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=4.17/3.14161.22=0.92（m）1（m）（5）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。 池蓋削球體球面內(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3.1416。 S1=3.1416（1.22+0.482）=5.25（m2）圓柱體池身內(nèi)表面積 S2=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=23.14161.20.92=6.94（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3.1416。 S3=3.1416（1.22+0.302）=4.61（m2） 發(fā)酵間總表面積 S=5.25+6.94+4.61=16.8（m2）3.進料口（管）的設(shè)計 進料口（管）由上部長方形槽和下部圓管組成，其中上部長方形槽幾何尺寸是長寬深=600mm320mm500mm；下部圓管才用300預(yù)制混領(lǐng)土管，管與池墻角