固體廢物課程設(shè)計(jì)沼氣池

1、固體廢物處理與處置課程設(shè)計(jì)系 別： 環(huán)境與市政工程系專(zhuān) 業(yè)： 環(huán)境工程姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 完成時(shí)間： 固體廢物處理與處置課程設(shè)計(jì)前言1沼氣及其產(chǎn)生過(guò)程1沼氣的成分1沼氣的理化性質(zhì)2課程設(shè)計(jì)目的3城市垃圾分析3設(shè)計(jì)參數(shù)及條件4工藝流程設(shè)計(jì)5沼氣池池體設(shè)計(jì)91.發(fā)酵間的容積92.發(fā)酵間各部分尺寸的確定103.進(jìn)料口（管）的設(shè)計(jì)13沼氣池平面安裝圖15主要的參考書(shū)目18前言沼氣及其產(chǎn)生過(guò)程沼氣是有機(jī)物質(zhì)在厭氧環(huán)境中，在一定的溫度、濕度、酸堿度的條件下，通過(guò)微生物發(fā)酵作用，產(chǎn)生的一種可燃性氣體。由于這種氣體最終是在沼澤、湖泊、池塘中發(fā)現(xiàn)的，所以人們叫他沼氣。沼氣含多種氣體，主要成分是甲烷（

2、CH4）.沼氣細(xì)菌分解有機(jī)物，產(chǎn)生沼氣的過(guò)程，叫沼氣發(fā)酵，根據(jù)沼氣發(fā)酵過(guò)程中各類(lèi)細(xì)菌的作用，沼氣細(xì)菌可以分為兩大類(lèi)。第一類(lèi)細(xì)菌叫分解菌，他的作用是將復(fù)雜的有機(jī)物分解成簡(jiǎn)單的有機(jī)物和二氧化碳（CO2）等。他們當(dāng)中有專(zhuān)門(mén)分解纖維素的，叫纖維分解菌；有專(zhuān)門(mén)分解蛋白質(zhì)的，叫蛋白分解菌；有專(zhuān)門(mén)分解脂肪的；叫脂肪分解菌；第二類(lèi)細(xì)菌叫甲烷細(xì)菌，通常叫甲烷菌，他的作用是將簡(jiǎn)單的有機(jī)物及二氧化碳還原成甲烷。因此，有機(jī)物變成沼氣的過(guò)程，就好比工廠里生產(chǎn)一種產(chǎn)品的兩道程序：首先是分解細(xì)菌將糞便、秸稈、雜草等復(fù)雜的有機(jī)物加工成半成品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的化合物；再就是在甲烷細(xì)菌的作用下，將簡(jiǎn)單的化合物加工成產(chǎn)品即生成甲烷.沼氣的

3、成分沼氣是一種混合氣體，他的主要成分是甲烷，其次是二氧化碳、硫化氫（H2S）、氮及其他一些成分。沼氣的組成中，可燃成分包括甲烷、硫化氫、一氧化碳和重?zé)N等氣體；不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等氣體。在沼氣成分中甲烷含量為55%70%、二氧化碳含量為28%44%、硫化氫平均含量為0.034%。沼氣的理化性質(zhì)沼氣是一種無(wú)色、有味、有毒、有臭的氣體，他的主要成分甲烷在常溫下是一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)臭、無(wú)毒的氣體。甲烷分子式是CH4，是一個(gè)碳原子與四氫原子所結(jié)合的簡(jiǎn)單碳?xì)浠衔铩＜淄閷?duì)空氣的比重是0.54，比空氣約輕一半。甲烷溶解度很少，在20、0.1千帕?xí)r，100單位體積的水，只能溶解3個(gè)單位體積的甲烷。

4、 甲烷是簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物，是優(yōu)質(zhì)的氣體燃料。燃燒時(shí)呈藍(lán)色火焰，最高溫度可達(dá)1400左右。純甲烷每立方米發(fā)熱量為36.8千焦。沼氣每立方米發(fā)熱量約23.4千焦，相當(dāng)于0.55千克或0.8千克煤炭充分燃燒后放出的熱量。從熱效率分析，每立方米沼氣所能利用的熱量，相當(dāng)于燃燒3.03千克煤所能利用的熱量課程設(shè)計(jì)目的通過(guò)課程設(shè)計(jì)進(jìn)一步消化和鞏固本門(mén)課程所學(xué)的內(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)得設(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(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的能力。城市垃圾分析1、可回收垃圾主要包括廢紙、塑料、玻璃

5、、金屬和布料五大類(lèi)。廢紙：主要包括報(bào)紙、期刊、圖書(shū)、各種包裝紙、辦公用紙、廣告紙、紙盒等等，但是要注意紙巾和廁所紙由于水溶性太強(qiáng)不可回收。塑料：主要包括各種塑料袋、塑料包裝物、一次性塑料餐盒和餐具、牙刷、杯子、礦泉水瓶等。 玻璃：主要包括各種玻璃瓶、碎玻璃片、鏡子、燈泡、暖瓶等。金屬物：主要包括易拉罐、罐頭盒、牙膏皮等。布料：主要包括廢棄衣服、桌布、洗臉巾、書(shū)包、鞋等。通過(guò)綜合處理回收利用，可以減少污染，節(jié)省資源。如每回收1噸廢紙可造好紙850公斤，節(jié)省木材300公斤，比等量生產(chǎn)減少污染74；每回收1噸塑料飲料瓶可獲得07噸二級(jí)原料；每回收1噸廢鋼鐵可煉好鋼09噸，比用礦石冶煉節(jié)約成本47，減

6、少空氣污染75，減少97的水污染和固體廢物。2、廚余垃圾包括剩菜剩飯、骨頭、菜根菜葉等食品類(lèi)廢物，經(jīng)生物技術(shù)就地處理堆肥，每噸可生產(chǎn)03噸有機(jī)肥料。3、有害垃圾包括廢電池、廢日光燈管、廢水銀溫度計(jì)、過(guò)期藥品等，這些垃圾需要特殊安全處理。4、其他垃圾包括除上述幾類(lèi)垃圾之外的磚瓦陶瓷、渣土、衛(wèi)生間廢紙等難以回收的廢棄物，采取衛(wèi)生填埋可有效減少對(duì)地下水、地表水、土壤及空氣的污染。其中農(nóng)村的垃圾主要是有機(jī)垃圾，如人畜糞便，農(nóng)業(yè)有機(jī)固體廢物，廚余垃圾等。那么針對(duì)農(nóng)村垃圾的主要成分，我們可以設(shè)計(jì)沼氣池來(lái)處理這些垃圾！設(shè)計(jì)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

7、每立方米發(fā)酵池容積1晝夜的產(chǎn)氣量，單位為m3沼氣/（m3池容·d）。我國(guó)常采用的池容產(chǎn)氣率有0.15,0.2,0.25和0.3幾種。（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4m3,6m3,8m3,10m3等幾種。（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4口人，兩頭豬，每天從外面平均有0.2立方米的有機(jī)廢物。工藝流程設(shè)計(jì) 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(jī)固

8、體廢氣物，定時(shí)定量投料和出料。簡(jiǎn)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(jìn)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(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活性污泥稱(chēng)接種物。在沼氣發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)，料液中要添加10%-30%的

9、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4%-6%。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

10、。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。補(bǔ)加原料的量按平均每個(gè)沼氣池每天補(bǔ)料4-8公斤干物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。如用氣量大，池溫在20攝氏度以上時(shí)，每個(gè)沼氣池平均每天可補(bǔ)料10-15公斤。補(bǔ)料要先出后進(jìn)，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(guò)進(jìn)料口或水壓間用木棍攪拌，也

11、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(kāi)活動(dòng)蓋進(jìn)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(yáng)。2、冬季到來(lái)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(shí)產(chǎn)生大量熱量，正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間可在池外大量堆漚秸稈，給沼氣池進(jìn)行保溫和增溫。4、采用覆蓋法進(jìn)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(zhǎng)度應(yīng)稍大于當(dāng)?shù)貎鐾翆由疃取?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，禁止在導(dǎo)氣管口試火。2、沼氣池在大換料

12、時(shí)，要把所有蓋口打開(kāi)，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(kāi)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,保證池內(nèi)緩慢升壓或降壓。在沼氣池日常進(jìn)出料時(shí)，不得使用沼氣燃燒和有明火接近沼氣池。 正常運(yùn)轉(zhuǎn)每隔57天進(jìn)出料一次，平

13、均每天每個(gè)沼氣池投入干物質(zhì)48kg；用氣量大時(shí)，平均每天每立方米沼氣投入干物質(zhì)2kg放起試火氣壓差在200cm水柱以上時(shí)進(jìn)行大換料必要時(shí)每年進(jìn)行12次，清除殘?jiān)Ａ艋钚晕勰嗉铀獬乜捎谜託馑⒖犹了?、河水或井水用做肥料飼料或其他發(fā)酵原料的準(zhǔn)備：農(nóng)業(yè)廢物收集和能源植物栽培投料干物質(zhì)含量4%6%接種物的準(zhǔn)備：為原料總量的10%30%可進(jìn)行選擇的富集培養(yǎng)原料的預(yù)處理：鍘短、粉短或適當(dāng)堆漚工藝流程圖沼氣池池體設(shè)計(jì)1.發(fā)酵間的容積 V=（V1V2）·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(hù)系數(shù)，取0.91.05。 發(fā)酵料液體積計(jì)算：

14、V1=（n1+n2）·k2+n3·T式中 V1發(fā)酵料液體積，m3； n1產(chǎn)人糞便總量。按常住人口×0.0060.0013 m3/（人·d）取值； n2產(chǎn)牲畜糞便總量。按養(yǎng)豬頭數(shù)×0.0060.15 m3/（頭·d）取值； n3每日舍外能定量收集糞便總量，m3/天。 k2收集系數(shù)，取值0.51.0； T原料滯留期（d）；丘陵農(nóng)區(qū)取40。 V1=（4×0.008+2×0.03）×0.7+0.2×406.576 氣室容積 V2=1/2·V1·k3式中 V1發(fā)酵料液體積，m3； V2

15、氣室容積，m3； k3原料產(chǎn)氣率，我國(guó)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）。 則 V2=1/2×6.576×0.25=0.822（m3） 則 V=(6.576-0.822) ×0.986.0（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(hù)平均布置確定?？紤]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；

16、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=/6·f1(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=3.1416/6×0.48×（3×1.22+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=/

17、6·f2(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=3.1416/6×0.3×(3×1.22+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

18、； H發(fā)酵間池身圓柱體高度，m。 H=4.17/3.1416×1.22=0.92（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+f1）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

19、； 圓周率，取值3.1416。 S2=2×3.1416×1.2×0.92=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(jìn)料口（管）的設(shè)計(jì) 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；

20、下部圓管才用300預(yù)制混領(lǐng)土管，管與池墻角為40°。（1） 死氣箱拱的矢高 f死=h1+h2+h3式中 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； h2導(dǎo)氣管下露出長(zhǎng)度，取35cm； h3導(dǎo)氣管下口到液面距離，一般取2030cm。（2） 死氣箱容積 V死=f死2（P1-f死/3）式中 V死，f死，P1分別為死氣箱容積，死氣箱矢高，池蓋曲率半徑。 V死=3.1416×0.422×（1.740.42/3）=0.89（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=（6.00.89）/6.0×100%=85.2%（4） 最大貯氣量 V貯=池容×池容產(chǎn)