户用型沼气池课程设计报告文档.doc

目录1前言沼气概念沼气工程原理阻碍厌氧消化的因素沼气工程的现状和前景沼气发酵的优势2依据3设计说明书设计题目设计目的设计参数气压池容产气率贮气量池容投料率发酵间设计发酵间的容积发酵间各部份尺寸的确信进料口设计计算死气箱拱的矢高死气箱容积投料率最大贮气量气箱总容积发酵间最低液面位水压间的设计发酵原料预处置设计沼气池的注意事项4设计计算书工艺流程设计 发酵间的容积计算发酵间各部份尺寸的计算-进料口计算5设计小结6参考文献1前言沼气概念沼气是有机物质在厌氧环境中，在必然的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种可燃性气体。由于这种气体最终是在沼泽、湖泊、水池中发觉的，因这人们叫他沼气。沼气含多种气体，要紧成份是甲烷（CH）.4沼气细菌分解有机物，产生沼气的进程，叫沼气发酵，依照沼气发酵进程中各类细菌的作用，沼气细菌能够分为两大类。第一类细菌叫分解菌，他的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳（CO ）等。他们当中有专门分解纤2维素的，叫纤维分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有专门分解脂肪的；叫脂肪分解菌；第二类细菌叫甲烷细菌，通常叫甲烷菌，他的作用是将简单的有机物及二氧化碳还原成甲烷。因此，有机物变成沼气的进程，就比如工厂里生产一种产品的两道程序：第一是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半成品结构简单的化合物；再确实是在甲烷细菌的作用下，将简单的化合物加工成产品即生成甲烷。沼气工程原理沼气发酵是有机物在无氧条件下被微生物分解、转化成甲烷和二氧化碳等，并合成自身细胞物质的生物学进程。沼气发酵中生物反映具有多步骤性，而且有许多种微生物参与。厌氧消化事实上是一个具有不同功能的不同种微生物，在沼气发酵如此一个生态环境中一起生存、彼此依托、彼此制约的生态平稳系统。沼 气产生的大体原理，确实是厌氧机理，其发酵的生物化学进程，大致可分为水解、产酸、产甲烷三个时期。第一时期（水解时期）：有机物质（碳水化合物、蛋白质、脂肪等）由发酵细菌（纤维素分解细菌、蛋白质分解细菌、脂肪分解细菌等）的作用，将多糖水解成单糖，蛋白质水解成肽和氨基酸，脂肪水解成甘油和脂肪酸，并进一步降解成各类低级有机酸，如乙酸、丙酸、宜春等。同时，还生成氢气和二氧化碳。第二时期（产酸时期）：主若是由产氢细菌和乙酸细菌，将丙酸、乙酸和乙醇等分解，形成氢和乙酸，间或有二氧化碳形成。第三时期（产甲烷时期）产甲烷细菌分解乙酸，形成甲烷和二氧化碳，或利用氢还原二氧化碳，形成甲烷，或转化甲酸形成甲烷。在形成的甲烷中，约30%来自氢还原二氧化碳，70%来自乙酸的分解。沼气发酵的三个时期是彼此依托和持续进行的，并维持动态平稳。在沼气发酵初期，以第一、二时期的作用为主，也有第三时期的作用；在沼气发酵后期，那么是三个时期的作用同时进行，到一按时刻，维持必然的动态平稳才能持续正常地产气。厌氧发酵一样在沼气发酵池中进行。我国沼气发酵池类型较多，其中，水压式沼气池是在农村推行的的立式圆筒型发酵池，池盖和池底是具有必然曲率半径的壳体，料管、发酵间、出料管、水压间、导气管几个部份。（结构如图1所示）。要紧池型。水压式（圆筒式）沼气池是一种埋设在地下要紧结构包括加 图1水压式沼气池其工作原理为：产气时期，发酵池内发酵产气，发酵间的气压随产气量增加而增大，造成水压间液面高于发酵间液面，利用沼气时，发酵间的压力减小，水压间液体被压回发酵间。阻碍厌氧消化的因素厌氧消化的阻碍因素要紧有：温度、污泥投配率、碳氮比、酸碱度、搅拌程度等一、温度温度适宜时.细菌发育正常，有机物分解完全，产气量高。依照操作温度的不同，可将厌氧消化分为：低温消化：可不操纵消化温度( 30);中温消化：30-35;高温消化：50-56。事实上，在 0-56的范围内，产甲烷菌并无特定的温度限制，但是在必然温度范围内被驯化以后，温度稍存起落(±2)，都可严峻阻碍甲烷消化作用，其尤是高温消化，对温度转变更为灵敏。因此，在厌氧消化操作运行进程中，应尽可能维持温度不二、污泥投配率投配率系指每一个月加入消化池的新鲜污泥体积与消化池体分煎计。依照体会.中温消化的新鲜污泥投配率以 6%-8%为宜。在设计时，变。积的比率，以百新 鲜污泥投配率可在5%-12%之间选用。假设要求产气量多，采纳下限值.那么可采纳上限值。一样来讲，投配率大，那么有机物分解程;反之，那么产气量增加.所需消化池容;假设以处置污泥为主度减少，产气量下降，所需消化池容积小积大。3、营养与碳氮比消化池的营养由投配污泥供给，营养配比中最重要的是 C/N比。C/N比太高，细菌氮量不足，消化液缓冲能力降低，pH值容易下降;C/N比太低，含氮量过量，pH值可能上升到以上，脂肪酸的铵盐发生积存，使有机物分解受到抑制。据研究，关于污泥消化处置来讲，C/N比以(10-20)：l较适合，因此，初沉池污泥的消化较好，剩余活性污泥C/N比约为5：1，因此不宜单独进消行化处置。4、搅拌搅拌操作能够使鲜污泥与熟污泥养料，打坏液面上的浮渣层，提高消化池的负荷。20世纪40年代的消化池设有搅拌设施，称标准消化池， 搅拌设备的消化池其消化时刻长，需30-60d。有均匀接触，增强热传导，均匀地供给细菌以消化时刻为l0-15d。五、酸碱度酸碱度阻碍消化系统的 pH值和消化液的缓冲能力，因此消化系统中有必然的碱度要求。假设碱度不足，可投加石灰、无水氨或碳酸铵进行调剂。但大量投加石灰，常使碱度偏高，泥量增加，应尽可能合理利用。甲烷菌的最正确 pH值为。六、有毒物质含量有毒物质主耍包括重金属、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、NH4+、表面活性剂和 SO42-、NO2-、NO3-等。重金属离子能与酶及蛋白质结合，产生变性物种金属离子共存时，对甲烷细菌的毒性有相互对抗作用;NH4+的毒性主若是C/N比起作用;表面活性剂 ABS(硬性洗涤剂)许诺质量浓度为400-700mg/L，软性洗涤剂 LAS许诺浓度可 紧来自 SO42-和质，对酶有混凝沉淀作用;多更高些。阴离子的抑制作用要 NO3-。因硫酸还原和 NO3-反硝化都在厌氧条件下进行，且都是微生物的作用进程，反硝化菌和硫酸还原菌与产甲烷菌相较有争夺电子供体的优势，因此厌氧消化产气中可能有 H2S和 N2存在。当消化池中 SO42-( 5000mg/L)和NO3-(COD/NO3-N浓度太高时，会对产甲烷进程产生抑制作用。沼气工程的现状和前景目前，中国大约有两万万人口在利用沼气，年产沼气十亿多立方米，是世界上建造沼气发酵装置最多的国家。近几年来，推行沼气已经从农村进展到城镇。在发酵原料比较集中的而数量相对稳固的农牧场、食物厂、酒厂等轻工企业单位，新建了一万多个大、中型沼气池。发酵总容积约为31玩多立方米。城镇推行大、中型沼气池经济效益比小型农村户用沼气池显著。例如四川省乐至果酒厂修建的发酵装置，日产沼气 3000m³，发酵后的制酒废液，COD去除率为92%，BOD去除率为95%，大大减轻了对环境的污染。所产沼气除供给一个2×120千瓦的沼气发电站和四吨卡车外，还解决了全厂职工的生活用能，余下的沼气直接为煤锅炉助燃。除环境效益外，五年就能够够回收投资。我国农村户用型沼气池，绝大多数是混凝土结构的水压式沼气池，有 1-2万个是红泥塑料半塑式或分离浮罩式沼气池。据典型测试盒调查，在南方一个正常利用的户用型沼气池，一样一烧年可产沼气 250-300m³，能解决八至十个月的燃料，在 2-3年内就能够够从所取得的直同意益中收回建池投资。水压式沼气池世界上称为中国式沼气池，它像印度的哥巴沼气池一样， 是农村户用型沼气池的一种典型池型， 此刻已为第三世界各国采纳推行。沼气发酵的优势沼气作为一种清洁的可再生能源，不仅能够提供照明、做饭、取暖，而且废渣通过发酵和脱硫后，由于病菌较少，还能够作为一种专门好的有机肥。 有利于避免土地板结。其中厌氧制沼气技术有以下几方面的优势：（1） 可再生性：沼气资源均为年复一年， 能够不断再生的生物资源。而且随着农业生产的进展而增加，是“取之不尽，用之不竭”的。（2）分散性：农村地域辽阔，人口众多，居住分散，沼气资源丰硕，各地都有。 为当场开发、当场利用提供了方便的条件。（3） 多用性：沼气资源既能够投入沼气池发酵产生沼气，也能够作为2依据3设计说明书设计题目户用沼气池工程设计，常住人口 3人，原料滞留期为 40d，原料产气率。设计目的通过课程设计进一步消化和巩固环境工程设计课程所学内容，并使所学的知识系统化，培育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、方式及步骤，培育确信厌氧处置系统的设计方案、进行设计计算、绘制工程制图、利用技术资料、编写设计说明书的能力。设计参数3.3.1气压沼气池的产气量和沼气池内气压紧密相关，随着气压的增加，其产气量相应减少。甲烷菌在 40m下可正常活动，但对压力的转变极为灵敏。因此，沼气发酵工艺要求沼气池内气压有一个相对稳固的状态，沼气气压过小或过大，均对充分燃烧不利。水压式沼气池设计气压为 58867848Pa，设计时取7480Pa。3.3.2池容产气率产气率是指每立方米发酵料液天天的产气量，以m³/(m³·d)表示。发酵原液、浓度、温度、发酵工艺等都会阻碍产气率。设计产气率是指设计时沼气池正常运转进程中应该达到的产气率。目前，农村家用沼气池大部份采纳常温即自然温度 发酵工艺，在正常运转情形下，每日夜1m³发酵料液的产气量为 ³，夏日产气旺盛，冬季较差。设计时取。3.3.3贮气量贮气量系指气箱内的最大沼气贮存量。由于沼气池产气速度和用气速度的不同，沼气发酵工程中需要配套设置贮气装置，以便有效调剂产气和用气之间的矛盾。水压式沼气池水压间的有效容积确实是贮气容积。农村户用沼气池的贮气容积可按日夜产气量的 50%（12h产气量）确信，其值与有效水压间的容积相等。3.3.4池容池容系指发酵间的容积。农村户用沼气池，依照目前一样生活水平，每人天天用气量为³，因此沼气池容积可参照人数多少定为 410m³。农村家用水压式沼气池的容积有 4m³、6m³、8m³、10m³等几种。设计时取 6m³。3.3.5投料率投料率系指最大投入的料液所占发酵间容积的百分比，一样在85%95%之间为宜。发酵间设计3.4.1 发酵间的容积(1) 发酵料液体积的计算V =(n +n )k +n T 311223式中：V发酵1料液体积，m³；n产人粪便总量。常住人口׳/(人·d)；n产家畜粪便总量。养猪头数便总量；k搜集系数，取值；12׳/(头·d)；n每日舍外能定量搜集粪32T原料滞留期，蔬菜区取 30T，平坝农业区取 35T，丘陵农区取 40T。 (2)气室容积的计算V = 12Vk21 3式中：V气室容积，m³；V发酵料液体积，m³；k原料产气率，213m³/(m³·d)。我国通常采纳的产气率包括、.(3) 发酵间的容积V = (V -V )k112式中：发酵V间容积，m³；V发酵料液体积，m³；V气室容积，12m³；k容积爱惜系数，取值。13.4.2发酵间各部份尺寸的确信(1)沼气池的直径依照用户平面布置确信。(2)发酵间池盖削球体矢高af =D11am；D圆柱体形池身直径，m；直径1式中：f 池盖削球体矢高，1与池顶矢高的比值，取 56。(2)池盖削球体净容积( )pQ = f 3R + f226111式中：Q池盖削球体净容积，m³；f池盖削球体矢高，m；R 池身1 1圆柱体内半径，m。(3)发酵间池底削球体矢高af =D = 2.4 ¸9 = 0.27m22am；D圆柱体形池身直径，m；直径2式中：f池底削球体矢高，2与池底矢高的比值，取值 810。(4)池底削球体净容积( )pQ = f 3R + f226322 式中：Q发酵间池底削球体净容积，m³；R池身圆柱体内半径，m；f32池底削球体矢高，m。(5)发酵间池身圆柱体净容积Q =V -Q -Q321式中：Q发酵间池身圆柱体净容积，m ³；发酵间容积，m³；QV21池盖削球体净容积，m³；Q发酵间池底削球体净容积，m³。3(6)池身圆柱体高度QpR 2H =2式中：H发酵间池身圆柱体高度，m；Q发酵间池身圆柱体净容积，2m³；R池身圆柱体内半径，m。(7)发酵间池盖削球体球面内表面积( )pS = R+f2121式中：S池盖削球体面内表面积，；R池身圆柱体内半径，m；f11池盖削球体矢高，m。(8)圆柱体池身内表面积pS = 2 RH2式中：S池身圆柱体内表面积，；R池身圆柱体内半径，m；H2发酵间池身圆柱体高度，m。(9)池底削球体内表面积( )pS = R+f2223式中：S池底削球体内表面积，；R池身圆柱体内半径，m；f32池底削球体矢高，m。(10) 发酵间内总表面积S =S +S +S312 式中：内总面积，；SS池盖削球体面内表面积，；S池身12圆柱体内表面积，；S池底削球体内表面积，。3?图2圆筒式沼气池几何形状D:圆柱体形体池身直径R：池身圆柱体内半径H：池身圆柱体高度rf：池盖削球体矢高f：池底削球体矢高：正削球形池盖净空曲率半径121r：反削球形池盖净空曲率半径2进料口设计进料口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的长×宽×深=600mm×320mm×500mm；下部圆管宜采纳直径200300mm预制混凝土管或现浇混凝土管，管与池墙角不小于30°。进料管安装位置确信在发酵间的最低设计液面高度处。 3.5.1计算死气箱拱的矢高死气箱拱的矢高即池盖极点到发酵间的最高液面。其中死气箱拱的矢高可依照下式计算。f =h +h +h3死12式中：死f死气箱拱矢高，m；h池盖拱极点到活动盖下边缘平面的距1离，该值一样在1015cm之间；h导气管下露出长度，取35cm；h23导气管下口到液面距离，一样取2030cm。3.5.2死气箱容积池盖的曲率半径1 ( )r1=R+ f2 212f1r式中：池盖曲率半径，m；f池盖削球体矢高，m；R池身圆柱11体内半径，m。死气箱容积æö÷÷V = f ç + fp r2ç死ø3è死死1rV死气箱容积，m³；f死气箱拱矢高，m ；池盖曲率半死 死1式中：径，m。3.5.3投料率V -V投料率= 死´100%V式中：V发酵间容积，m³；V死气箱容积，m³。死 3.5.4最大贮气量V =池容´池容产气率´ 1贮23.5.5气箱总容积V =V +V气死贮式中：气V沼气池气箱总容积，m³；V死气箱容积，m³；V有效死 贮气箱容积（最大贮气量）。3.5.6发酵间最低液面位对一样沼气池来讲，V均大于Q1，也确实是说最低页面位置咋圆筒形池身范围气内。现在，要确信进、出料管的安装位置，应先计算出气箱在圆筒形池身部份的容积。VV =V -Q因此，h =，式中：筒h圆筒形池身气箱部份的高度，m。筒p筒气1筒R2最低液面位置在池盖与池身交接平面以下h的位置上。那个位置也确实是进出筒料管安装位置。水压间的设计依据国家标准GB-4752-2002，6m³现浇混凝土结构圆筒形水压式沼气池及水压间选用尺寸，选取主池容积为6m³，产气率为³/(m³·d)的圆筒形水压式沼气池的直径；水压间高度；水压间有效容积³。水压间发酵原料预处置发酵原料预处置包括发酵原料的搜集和运输，水质、水温、温度、酸碱度的调剂和固态物质的去除。要紧设施有：格栅、提升泵、酸化池、集料池等。 设计沼气池的注意事项一、沼气池的建设应与衡宇及周围环境相和谐，以利于维持环境的优美与卫生；二、为缩短沼气的输送距离，沼气池应尽可能靠近厨房，距离不宜超过 30米。3、沼气池应远离公路与铁路，并躲开竹林与树林，以避免对沼气池造成震动与损害，强度平安系数 K。4、尽可能选择地基好、地下水位较低和背风向阳的地址建池。五、沼气池应当与猪栏、茅厕连通修建，做到“三结合”，便于粪便自流入池。六、建池技工应通过沼气技术培训，须持有沼气行政部门颁发的上岗证，并要按国家标准进行施工与验收。4设计计算书工艺流程设计选用自然温度持续投料料，能维持比较稳固的发酵条件消化速度，提高原料利用率和沼气池负荷耗能少，简单方便，容易操作发酵工艺，这种工艺是在 和出，使沼气微生物区系稳固，维持慢慢完善能力，达到较高的产气率；该工艺自身自然温度下，按时定量投料的原料。加活性污泥按期出料 送农田原料选择原料预处置配料按期定量入池发酵产气 出料发酵间的容积计算(1)发酵料液体积的计算V = (n +n )k +n T = (3´0.013+3´0.08)´0.6´40 = 6.696m311223n产人粪便总量1。常住人口׳/(人·d)；n产家畜粪便总量。养猪头数׳/(头·d)，取；2 n每日舍外能定量搜集粪便总量，取 0；3k搜集系数，取值，设计时取；2T原料滞留期，取 40d。(2)气室容积的计算V = 12Vk = 1 ´ 6.696 ´ 0.2 = 0.6696m3221 3(3)发酵间的容积V = (V -V )k = (6.696- 0.6696)´1.0 = 6.0264m3121k容积爱惜系数，取值，设计取1发酵间各部份尺寸的计算(1)沼气池的直径，设计时取。(2)发酵间池盖削球体矢高af =D = 2.4 ¸ 5 = 0.48m11D圆柱体形池身直径，m；a1直径与池顶矢高的比值，取 56，取 5。(2)池盖削球体净容积( )()ppQ = f 3R + f = ´ 0.48´ 3´1.22 + 0.48 2 = 1.144m32266111R池身圆柱体内半径， m,为沼气池直径一半即为。(3)发酵间池底削球体矢高af =D2= 2.4 ¸ 9 = 0.27m2a直径与池底矢高的比值，取值 810，取值 9。2(4)池底削球体净容积( )()ppQ = f 3R + f = ´ 0.27 ´ 3´1.22 + 0.27 2 = 0.621m32266322(5)发酵间池身圆柱体净容积Q =V -Q -Q = 6.0264-1.144- 0.621= 4.2614m3213 (6)池身圆柱体高度4.2614 = 0.942mQH =pR 2 = p2´1.22(7)发酵间池盖削球体球面内表面积( ) ( )ppS = R + f = ´ 1.2 + 0.48 = 5.247m2222211(8)圆柱体池身内表面积ppS = 2 RH = 2´ ´1.2´ 0.942 = 7.103m22(9)池底削球体内表面积( ) ( )ppS = R + f = ´ 1.2 + 0.27 = 4.753m2222232(10)发酵间内总表面积S =S +S +S = 5.247+ 7.103+ 4.753=17.103m2123进料口计算进料口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的长×宽×深=600mm×320mm×500mm；下部圆管宜采纳直径或现浇混凝土管，管与池墙角不小于30°，设计取 35°。进料管最低设计液面高度处。4.4.1计算死气箱拱的矢高200300mm 预制混凝土管安装位置确信在发酵间的死气箱拱的矢高即池盖极点到发酵间的最高液面。f =h +h +h = 0.14+ 0.4 + 0.25 = 0.43m死1234.4.2死气箱容积池盖的曲率半径1 ( )=(+ 0.48 )= 1.74m1r1=R+ f2´ 0.48 ´ 1.2221222f1死气箱容积æöp÷æè0.43ö÷ = 1.094m33 øV = f ç + f ÷ = ´ 0.432 ´ç1.74+p r2死ç死3èø死14.4.3投料率 投料率=V -V死´100% = 6.0264-1.094 ´100% = 81.85%V6.02644.4.4最大贮气量V =池容´池容产气率´1 = 6´0.2´1 = 0.6m3贮224.4.5 气箱总容积V =V +V =1.094+0.6 =1.694m3气死贮4.4.5发酵间最低液面位对一样沼气池来讲，气V 均大于Q1，也确实是说最低液面位置在圆筒形池身范围内。现在，要确信进、出料管的安装位置，应先计算出气箱在圆筒形池身部份的容积。V =V -Q =1.694-1.144= 0.55m3筒气10.55= 0.122m。p p´1.22V因此，h =筒筒R2最低液面位置在池盖与池身交接平面以下h 的位置上。那个位置也确实是进出筒料管安装位置。5设计小结6参考文献1 宁平主编. 固体废物处置处置实践教程. M. 北京：化学工业出版社.2005.2 GB/T 4750-2002 户用沼气池标准图集.3 DB 37/T 150-2007 沼气发酵池设计标准.