1、固廢課程設(shè)計(jì)目錄一:前言1.1沼氣定義1.2沼氣工程原理1.3影響厭氧發(fā)酵的因素1.4厭氧發(fā)酵工藝1.5厭氧發(fā)酵原理1.6沼氣工程的現(xiàn)狀和前景1.7沼氣發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)二:依據(jù)三：設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3.1課程設(shè)計(jì)題目3.2課程設(shè)計(jì)目的3.3課程設(shè)計(jì)參數(shù)3.3.1氣壓3.3.2池容產(chǎn)氣率3.3.3貯氣量3.3.4池容3.3.5投料率3.4發(fā)酵間設(shè)計(jì)3.4.1發(fā)酵問(wèn)的容積3.4.2發(fā)酵間各部分尺寸的確定3.5進(jìn)料口設(shè)計(jì)3.5.1計(jì)算死氣箱拱的矢高3.5.2死氣箱容積3.5.3投料率3.5.4最大貯氣量3.5.5氣箱總?cè)莘e3.5.6發(fā)酵間最低液面位3.6水壓間設(shè)計(jì)3. 7發(fā)酵原料預(yù)處理3. 8設(shè)計(jì)沼氣發(fā)酵池的注意

2、事項(xiàng)四：設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)4. 1工藝流程設(shè)計(jì)4. 2發(fā)酵料液計(jì)算4. 3氣室容積計(jì)算5. 4沼氣發(fā)酵的投料計(jì)算五：設(shè)計(jì)總結(jié)（包含圖紙）水壓式沼氣池課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)八立方米一.前言沼氣池是有機(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，氣主要成分是甲烷和二氧化碳5;沼氣工程是對(duì)廢棄有機(jī)物進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理的過(guò)程，厭氧發(fā)酵又叫厭氧消化，厭氧消化處理是在缺氧情況下，利用自然界中固有的厭氧菌(特別是甲烷菌)微生物，以垃圾中有機(jī)物作為它的營(yíng)養(yǎng)源，經(jīng)過(guò)甲烷菌的新陳代謝，將垃圾中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣和沼肥的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。影響厭氧發(fā)酵的因素有很多：根據(jù)菌體的性質(zhì)、發(fā)酵溫度等決定有機(jī)物的投入量；為

3、了使甲烷發(fā)酵順利進(jìn)行，營(yíng)養(yǎng)因素也不可忽視，碳氮比和碳磷比是重要因素；粒度的大小，一般是越小越好；發(fā)酵的溫度分為常溫發(fā)酵、中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵，都要控制在相對(duì)的范圍內(nèi)；不可缺少的還有沼氣發(fā)酵槽料液的攪拌；對(duì)于厭氧發(fā)酵，適當(dāng)?shù)募訙?、基質(zhì)的平均滯留時(shí)間和PH值也是其重要因素。厭氧發(fā)酵工藝有高溫厭氧發(fā)酵工藝和自然溫度厭氧發(fā)酵工藝兩種方式3。厭氧發(fā)酵原理：有機(jī)物的厭氧發(fā)酵過(guò)程可分為液化、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷三個(gè)階段，三個(gè)階段各有其獨(dú)特的微生物類(lèi)群起作用4。利用城鎮(zhèn)垃圾、糞便、污水以及食物加工后的廢渣泊水等制取沼氣可以節(jié)約石化能源，降低加工成本，清潔環(huán)境。利用農(nóng)業(yè)和食品加工業(yè)產(chǎn)生的廢渣、植物秸稈、人畜糞便、活性污泥

4、等制取沼氣的過(guò)程可以殺滅病蟲(chóng)卵，防止疾病傳播。沼氣渣還可以提高肥效，發(fā)展前途廣闊3。二.依據(jù)(1)氣壓：沼氣池的產(chǎn)氣量和池內(nèi)的氣壓密切相關(guān)。隨著氣壓的增加，其產(chǎn)氣量相應(yīng)減少。同時(shí)，沼氣發(fā)酵效果好，要求沼氣池內(nèi)氣壓有一個(gè)相對(duì)的穩(wěn)定階段。(2)產(chǎn)氣率：所謂產(chǎn)氣率是指每立方米發(fā)酵料液24小時(shí)的產(chǎn)氣量，單位以米3/米3料液天表示。目前，我國(guó)農(nóng)村家用沼氣池大部分為常溫發(fā)酵。發(fā)酵溫度隨外界氣溫和地溫而變化，變化幅度為8c28C。在正常產(chǎn)氣的情況下，每立方米發(fā)酵料液產(chǎn)氣量為0.10.3米3/天。夏天產(chǎn)氣多，冬天產(chǎn)氣少。(3)容積：沼氣池容積的確定是設(shè)計(jì)上的一個(gè)重要指標(biāo)。沼氣池設(shè)計(jì)過(guò)小，不能充分利用原料和滿(mǎn)足

5、使用要求；容積過(guò)大，沒(méi)有足夠的原料，則沼氣池利用率低，浪費(fèi)投資和材料。因此，沼氣池容積應(yīng)根據(jù)發(fā)酵原料情況和用戶(hù)使用要求以及產(chǎn)氣率合理確定。農(nóng)村戶(hù)用沼氣池，根據(jù)目前生活水平，每人每天用氣量是0.20.3米3。如五口人的家庭每日需沼氣量為1.5米3。目前水壓式沼氣池的產(chǎn)氣率為0.15米3/米3料液天左右。（4）沼氣池是靠池內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣將發(fā)酵料液壓到水壓間而產(chǎn)生壓力。貯氣容積的確定，是按每個(gè)沼氣池每天所產(chǎn)沼氣量的一半計(jì)算。（5）沼氣池荷載：荷載是指作用于沼氣池的外力，指單位面積上所承受的重量。沼氣池自身重量是2.5噸/米3;拱頂覆土及地面處置負(fù)重2.5噸/米3;池內(nèi)發(fā)酵原料1.2噸/米3;沼氣池

6、產(chǎn)氣后池內(nèi)承受壓力為1噸/米2;池頂人、畜活動(dòng)承受力1.5噸/米2。綜合上述因素，沼氣池池基荷載為5噸/米2。三.水壓式沼氣發(fā)酵池設(shè)計(jì)說(shuō)明1 .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(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的能力。2 .設(shè)計(jì)參數(shù)11）氣壓：7480Pa（即80cm水柱）2）池容產(chǎn)氣率：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）常溫下我國(guó)常用的池容產(chǎn)氣率為0.2m?/（m?.d）3）貯氣

7、量：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存氣量以12H產(chǎn)氣量為宜，其值與有效水壓間的容積相等。4）池容：指發(fā)酵間的容積。本次設(shè)計(jì)的農(nóng)村家用水壓式沼氣池的池容積為8m?。5）投料率：指最大投入的料液所占發(fā)酵間容積的百分比。3 .發(fā)酵間的設(shè)計(jì)11）發(fā)酵間的容積V=（V1V2）k1式中V發(fā)酵間容積，m?;V 1發(fā)酵料液體積，m?;V 2氣室容積，m?;k1容積保護(hù)系數(shù)，取0.9。本次設(shè)計(jì)取k1=0.9V=（7.32-0.732）x0.9=5.93m?2）發(fā)酵間各部分尺寸的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2.8mO1發(fā)酵問(wèn)池蓋削球體矢高和凈容積a）池蓋削球體矢高f1=D

8、/a1式中fl一池蓋削球體矢高,D一圓柱體形池身直徑，m。al一直徑與池頂矢高的比值，取6。f1=2.8/6=0.47(m)b)池蓋削球體凈容積Q1=tt/6(3R2+f12)xfl式中Q1一池蓋削球體凈容積，m?;冗一圓周率，取3.14;f1一池蓋削球體矢高，m;R一池身圓柱體內(nèi)半徑，m。則Q1=3.14/6x0.47x(3x1.42+0.472)=1.5(m?)02發(fā)酵間池底削球體矢高和凈容積a)池底削球體矢高f2=D/a2式中f2一池底削球體矢高，m;D一池身圓柱體直徑，m;a2一直徑與池底矢高的比值,取值8那么f2=2.8/8=0.35(m)b)池底削球體凈容積Q3=兀/6f2(3R2

9、+f22)式中Q3一發(fā)酵間池底削球體凈容積，m?;冗一圓周率，取3.14;R池身圓柱體內(nèi)半徑，m;f2一池底削球體矢高，m。則Q3=3.14/6x0.35x(3x1.42+0.352)=1.1(m3)03發(fā)酵間池身圓柱體容積和池墻高度a)發(fā)酵間池身圓柱體凈容積Q2=V-Q1-Q3式中Q2一發(fā)酵間池身圓柱體凈容積，m?;V一發(fā)酵間總?cè)莘e，m?;Q1一池蓋削球體凈容積，m?;Q3一發(fā)酵間池底削球體凈容積,m?0Q2=5.93-1.5-1.1=3.33(m?)b)發(fā)酵間池身圓柱體高度H=Q2/ttR2式中Q2一發(fā)酵間池身圓柱體凈容積；R一發(fā)酵間池身圓柱體半徑，m;H一發(fā)酵間池身圓柱體高度，m。H=3

10、.33/(3.14X1.42)=0.541(m)。4發(fā)酵間內(nèi)總表面積S=S1+S2+S3式中S-內(nèi)總表面積，m2;S1一池蓋削球體內(nèi)表面積，m2;S2-池身圓柱體內(nèi)表面積，m2;S3-池底削球體內(nèi)表面積，m2。a)池蓋削球體球面內(nèi)表面積S1=tt(R2+f12)式中S1一池蓋削球面內(nèi)表面積，m2;R一池身圓柱體半徑，m;fl一池蓋削球面矢高，m;九一圓周率，取3.14。S1=3.14X(1.42+0.472)=6.848(m2)b)圓柱體池身內(nèi)表面積S2=2兀RH式中S2-池身圓柱體內(nèi)表面積，m2;R一池身內(nèi)圓柱體內(nèi)半徑，m;H一池身圓柱體高度，m;冗一圓周率，取3.14。S2=2X3.14X

11、1.4X0.541=4.756(m2)c)池底削球體內(nèi)表面積S3=tt(R2+f22)式中S3-池底削球體內(nèi)表面積，m2;f2一池底削球體矢高，m;R池身圓柱體內(nèi)半徑，m;九一圓周率，取3.14S3=3.14X(1.42+0.352)=6.539(m2)d)發(fā)酵間總表面積S=6.848+4.756+6.539=18.143(m2)4.進(jìn)料口的設(shè)計(jì)1進(jìn)料口由上部長(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)x寬x深=600mmx320mmx500mm下部圓管采用爐300預(yù)制混凝土管，管與池墻角為3505O1死氣箱拱的矢高f死=巾+卜2+卜3式中hl一池蓋拱頂點(diǎn)到活動(dòng)蓋下緣平面的距離，該值一

12、般在10-15cm之間，取15cm;h2導(dǎo)氣管下露出長(zhǎng)度，區(qū)3-5cm,取5cm;h3導(dǎo)氣管下口到液面距離，一般取20-30cm,取25cm。f死=0.15+0.05+0.25=0.45(m)。2死氣箱容積V死二兀f死2(p1+f死/3)式中V死一死氣箱容積；f死一死氣箱矢高；pl池蓋曲率半徑。V死=3.14x0.452x(1.9575-0.40/3)=1.16(m?)。3投料率投料率=(V-V死)/VX100%投料率=(8.0-1.16)/8.0x100%=85.5%。4最大貯氣量丫貯=池容x池容產(chǎn)氣率x0.5V貯=8.0x0.2x0.5=0.8(m?)。5氣箱總?cè)莘eV氣二丫死+V貯式中V氣

13、一沼氣池氣箱總?cè)莘e；V死一死氣箱總?cè)莘e；V貯一有效氣箱容積。V氣=1.16+0.8=1.96(m?)。6發(fā)酵間最低液面位V筒=丫氣1V筒=1.96-1.5=0.46(m?)圓筒形池身內(nèi)氣箱部分的高度為：h筒=0.46/(3.14x1.42)=0.075(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。5 .水壓間設(shè)計(jì)5H水壓間甘筒+f死+H-0.8H水壓間=0.075+0.045+0.541-0.8=0.266(m)有效容積：丫有二池容x池容產(chǎn)氣率x投料量x1/2V有=0.8x0.2x85.5%x1/2=0.684(m?)H=V有/(3.14xR2)0.2

14、66=0.684/(3.14xR2)R水壓間=0.881水壓式沼氣池的尺寸設(shè)計(jì)完成6 .發(fā)酵原料預(yù)處理5。1糞便原料不必進(jìn)行預(yù)處理，作物秸稈必須側(cè)短到五厘米或粉碎。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)行堆謳處理。方法有：(1)池外堆謳：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。氣溫在十五攝氏度左右時(shí)堆謳4-5天，氣溫在二十?dāng)z氏度以上進(jìn)堆謳2-3天。(2)池內(nèi)堆謳：將原料及接種物拌勻后，投入沼氣池內(nèi)進(jìn)行堆謳，堆謳時(shí)間參照池外堆謳?！窘臃N物】O1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

15、啟動(dòng)時(shí)，料液中要添加10%-30%勺接種物。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)做接種物。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私宜。然后加蓋密封。03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?！練獬氐倪\(yùn)轉(zhuǎn)管理】。1

16、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)池的秸稈原料，只要側(cè)短或粉碎并用水或發(fā)酵液浸透即可03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，也可從水壓?jiǎn)柼猿隽弦海購(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。7 .注意事項(xiàng)。1沼氣發(fā)酵啟動(dòng)過(guò)程中

17、，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)確實(shí)安全，不允許工作人員下池操作。03池內(nèi)操作人員不得使用單人操作，下池人員要系安全純，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。04沼氣池進(jìn)出料口要加蓋。5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。6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。水壓式沼氣發(fā)酵池設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)八立方米

18、1 .工藝流程設(shè)計(jì)沼氣發(fā)酵工藝類(lèi)型較多，我國(guó)普遍采用的是自然溫度厭氧發(fā)酵工藝和高溫厭氧發(fā)酵工藝。O1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投料，基本流程圖如圖所示：圖：自然溫度半批量投料沼氣發(fā)酵工藝流程*該圖來(lái)源于4這種工藝發(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)是出料操作勞動(dòng)量大）。02自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝：這種工藝自然溫度下，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符合能力，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。我們選擇的是自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝。2 .發(fā)酵料液的計(jì)算發(fā)酵料液體積的計(jì)算：V1=（n1+n2）k2+n3T式中V1一委酵料液體積，m?;n1一產(chǎn)人糞便總量。按常住人口x0.0060.0013m?/（Ad）取值；n2一產(chǎn)牲畜糞便總量。按按養(yǎng)豬頭數(shù)X0.0060.15m?/（頭d）取值n3每日舍外能定量收集糞便