固廢課程設計---水壓式沼氣池

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、目錄………………………………1</p><p>　　二、前言………………………………2</p><p>　　三、課程設計目的……………………2</p><p>　　四、方案確定…………………………3</p><p>　　五、設

2、計計算…………………………9</p><p>　　六、小結(jié)………………………………17</p><p>　　七、參考文獻…………………………18</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　水壓式沼氣池是我國推廣最早、數(shù)量最多的池形，是在總結(jié)“三結(jié)合”、“圓、小、淺”、“活動蓋”、“直管進料”、“中

3、層出料”等群眾建池的基礎上，加以綜合提高而形成的。“三結(jié)合”就是廁所、豬圈和沼氣池連成一體，人畜糞便可以直接打掃到沼氣池里進行發(fā)酵?！皥A、小、淺”就是池體圓、體積小、埋深淺。“活動蓋”就是沼氣池頂加活動蓋板。這種池型的池體上部氣室完全封閉，隨著沼氣的不斷產(chǎn)生，沼氣池內(nèi)壓力相應提高。這個不斷增高的氣壓，迫使沼氣池內(nèi)的一部分料液進到與池體相通的水壓間內(nèi)，使得水壓間內(nèi)的液面升高。這樣一來，水壓間的液面跟沼氣池體內(nèi)的液面就產(chǎn)生了一個水位差。用氣

4、時，沼氣開關打開，沼氣在水壓下排出，當沼氣減少時，水壓間的料也又返回池體內(nèi)，使得水位差不斷下降，導致沼氣壓力也隨之相應降低。</p><p>　　本次《固體廢物處理與處置》課程設計就是結(jié)合實際情況，設計出適合農(nóng)用的水壓式沼氣池。</p><p><b>　　課程設計目的</b></p><p>　　通過課程設計進一步消化鞏固本課程所學內(nèi)容，并使

5、所學的知識系統(tǒng)化，培養(yǎng)運用所學理論知識進行沼氣池設計的初步能力。通過設計，了解工程設計的內(nèi)容、方法及步驟，培養(yǎng)確定厭氧系統(tǒng)的設計方案、進行設計計算、繪制工程圖、使用技術資料、編寫設計說明書的能力。</p><p><b>　　方 案 確 定</b></p><p>　　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。</p><p>　

6、?、弊匀粶囟劝肱客读习l(fā)酵工藝</p><p>　　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，基本流程如圖所示。</p><p>　　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。</p><p>　?、沧匀粶囟冗B續(xù)投料發(fā)酵工藝</p><p>　　這種工藝是在自然溫

7、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。</p><p>　　由于自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝具有以上諸多優(yōu)點，故本次設計采用自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝作為本次水壓式沼氣池方案。</p><p><b>　　具體流程如下：<

8、;/b></p><p>　　2.1沼氣池的發(fā)酵起動</p><p>　　2.1.1 接種物的準備</p><p>　　新建池運行前，應從池塘、陰溝、院落周圍污水坑中收集富含沼氣微生物的污泥或產(chǎn)氣較好的老沼氣池發(fā)酵濃液，作為接種物投入池內(nèi)，數(shù)量應是沼氣池投料容量的10—30%；大換料的沼氣池可留下10—30%的原發(fā)酵液作為接種物。 2.1.2 投料&

9、lt;/p><p>　　春、夏、秋季將準備好的禽畜糞便、青草、落葉或切短的秸稈拌合后堆漚2 —4天下池，也可將青草、落葉、秸稈切短后，作牲畜墊圈5—7天，即可下池；第一次投料 若全是糞便原料，濃度以3—5%為宜；若添加秸稈，其濃度應大于8%。 提倡以糞便為主要發(fā)酵原料。 2.1.3 加水封池</p><p>　　原料入池后，即可加水封池；加入沼氣池的水最好是原沼氣池水，污水或

10、無農(nóng)藥污染的池塘、稻田水，數(shù)量以淹過發(fā)酵池與出料間連通口上沿0.3m為宜，然后用粘性較好的黃泥封嚴活動口蓋板。蓄水圈應經(jīng)常加水，保持濕潤狀態(tài)。 2.1.4 放氣試火</p><p>　　發(fā)酵初始，CO2等不可燃氣體含量較高，所以不能點燃，應斷續(xù)放掉，直到可點燃使用；試火必須在爐具上進行，切忌在沼氣池導氣管口點火，以防回火發(fā)生爆炸。塑料大棚內(nèi)的沼氣池，放氣試火應在棚外燈、爐具上進行。 2.2

11、沼氣池的日常管理 2.2.1 適時補充新料。</p><p>　　由于起動時濃度較低，應不斷補充新料。與畜圈、廁所連通的沼氣池，可在出料間取清水沖洗豬圈、廁所；有條件 的農(nóng)戶可另取鮮牛糞、豬糞或禽糞下池，有下草習慣的農(nóng)戶，可用青草、秸稈在池外堆漚1 —3天后加入；每天鮮糞入池量超過50kg，產(chǎn)生的沼氣已夠使用的，就可不必再加青草和秸稈。 2.2.2 適時攪拌：攪拌是提高沼氣池產(chǎn)氣量的有效方法，應

12、大力推廣。攪拌方法有： a.設有抽渣攪拌管的，每天在進料后攪拌一次，時間約5—10分鐘。 b.以糞便原料為主的沼氣池，可在拱蓋中心增設一個長1m、直徑0.6m的竹編錐形破殼網(wǎng),既可增加氣體上升能力，又可起到破殼作用。 c.進、出料口都在室外，每次進料后，可在出料間舀5擔水，從進料口沖入池內(nèi)。 d.用長柄糞瓢或一端釘有木板的長桿從出料間伸入往復攪拌5分鐘。 2.2.3 寒冷地區(qū)的農(nóng)村家用沼氣

13、池應注意冬季保暖，池子表面要復蓋農(nóng)作物秸稈，室外輸氣管道要包扎保暖物。 2.2.4 經(jīng)常性檢查 a.經(jīng)常檢查密封活動蓋是否漏氣，一旦發(fā)現(xiàn)要及時修復，以免發(fā)生火災；各蓋板損壞和遺 失，要及時更換和修補。建</p><p><b>　　設 計 計 算</b></p><p><b>　　一、設計參數(shù)</b></p>&

14、lt;p>　　氣壓：7480Pa（即80cm水柱）。</p><p>　　池容產(chǎn)氣率：池容產(chǎn)氣率系指每立方 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）。采用池容產(chǎn)氣率為 0.2 m³/（m³·d） 。</p><p>　　某農(nóng)戶家共 5 人，畜生（豬）

15、 </p><p><b>　　3 頭。 </b></p><p>　　貯氣量：貯氣量系指氣箱內(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。</p><p><b>　　二、發(fā)酵料液的計算</b></p><p>　　1、發(fā)酵料液

16、體積的計算</p><p>　　V1=［(n1+n2)k2+ n3］T</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　V1——發(fā)酵料液體積，m³；</p><p>　　n1——產(chǎn)人糞便總量。按常住人口×0.006-0.0013 m³/（人·d）取值； 此處取5&#

17、215;0.003=0.015 m³/d</p><p>　　n2——產(chǎn)牲畜糞便總量。按養(yǎng)豬頭數(shù)×0.006-0.15m³/（頭·d）取值； 此處取3×0.1=0.3m³/d</p><p>　　n3——每日舍外能定量收集糞便總量，m³/d； 此處取2/365=0.0055 m³/d</p>

18、<p>　　k2——收集系數(shù)，取值0.5-1.0；此處取0.7</p><p>　　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35d</p><p><b>　　故</b></p><p>　　V1=［(n1+n2)k2+ n3］T</p><p>　　=［(0.015+

19、0.3)×0.7+ 0.0055］×35</p><p><b>　　=7.91m³</b></p><p>　　2、氣室容積的計算 </p><p>　　V2=1/2 V1k3 </p><p><b>　　式中</b></p><p>　　V

20、2——氣室容積，m³；</p><p>　　V1——發(fā)酵料液體積，m³；</p><p>　　K3——原料產(chǎn)氣率，我國通常采用的產(chǎn)氣率包括0.15 m³/（m·d）、0.2 m³/（m³·d）、0.25 m³/（m·d）、0.3 m³/（m·d）。</p><p

21、>　　此處取0.2 m³/（m³·d）</p><p><b>　　故</b></p><p>　　V2=1/2 V1k3 </p><p>　　=1/2×7.91×0.2</p><p><b>　　=0.791m³</b><

22、/p><p><b>　　三、發(fā)酵間的設計</b></p><p><b>　?、卑l(fā)酵間的容積</b></p><p>　　V=（V1－V2）k1</p><p><b>　　式中 </b></p><p>　　V——發(fā)酵間容積，m³；</p

23、><p>　　V1——發(fā)酵料液體積，m³；</p><p>　　V2——氣室容積，m³；</p><p>　　k1——容積保護系數(shù)，取0.9～1.05。此處取1。</p><p><b>　　故</b></p><p>　　V=（V1－V2）k1</p><p&

24、gt;　　=（7.91－0.791）×1</p><p><b>　　=7.119m³</b></p><p>　　因此本次設計的農(nóng)村家用水壓式沼氣池應為8m³容積。</p><p>　　2、發(fā)酵間各部分尺寸的確定</p><p>　　查表根據(jù)沼氣池幾何尺寸表得知，8 m³水壓沼氣

25、池各設計尺寸如下：</p><p>　　主池直徑：D=2.7米，則半徑R=1.35米</p><p>　　池墻高：H=1.0米</p><p>　　池蓋部分：矢高?1 =0.54米</p><p>　　曲率半徑ρ1=1.94米</p><p>　　池底部分：矢高?1 =0.34米</p><p>

26、;　　曲率半徑ρ2=2.86米</p><p>　　出料間 ：長=1.2米</p><p><b>　　寬=1.0米</b></p><p>　　占地范圍：長=4.88米</p><p><b>　　寬=3.18米</b></p><p>　　（1）池蓋削球體凈容積</

27、p><p>　　Q1=/6 ?1（3R2+ ?12）</p><p>　　=/6×0.54×（3×1.352 +0.542） </p><p><b>　　=1.628m³</b></p><p>　　式中 Q1——池蓋削球體凈容積，m³；</p><p

28、>　　——圓周率，取3.1416；</p><p>　　?1——池蓋削球體矢高,m；</p><p>　　R—池身圓柱體內(nèi)半徑，m。</p><p>　?。?）池底削球體凈容積</p><p>　　Q3=/6 ?2（3R2+ ?22）</p><p>　　=/6×0.34×（3×1.

29、352+0.342）</p><p><b>　　=0.994m³</b></p><p>　　式中 Q3——發(fā)酵間池底削球體凈容積，m³；</p><p>　　——圓周率，取3.1416；</p><p>　　R—池身圓柱體內(nèi)半徑，m；</p><p>　　?2——池底削球

30、體矢高,m。</p><p>　?。?）發(fā)酵間內(nèi)總表面積</p><p>　　S=S1+ S2+ S3</p><p>　　式中 S——內(nèi)總表面積,㎡；</p><p>　　S1——池蓋削球體內(nèi)表面積，㎡；</p><p>　　S2——池身圓柱體內(nèi)表面積，㎡；</p><p>　　S3——池底

31、削球體內(nèi)表面積，㎡。</p><p>　　①池蓋削球體內(nèi)表面積</p><p>　　S1 =×（R2+ ?12）</p><p>　　=×（1.352+0.542）</p><p><b>　　=6.642㎡</b></p><p>　　式中 S1——池蓋削球體內(nèi)表面積，㎡；

32、</p><p>　　R—池身圓柱體半徑，m；</p><p>　　?1——池蓋削球面矢高,m；</p><p>　　——圓周率，取3.1416。</p><p>　?、趫A柱體池身內(nèi)表面積</p><p><b>　　S2=2 R2 H</b></p><p>　　=2&#

33、215;1.352×1</p><p><b>　　=11.451㎡</b></p><p>　　式中 S2——池身圓柱體內(nèi)表面積，㎡；</p><p>　　R—池身內(nèi)圓柱體內(nèi)半徑，m；</p><p>　　Η——池身圓柱體高度, m；</p><p>　　——圓周率，取3.1416。

34、</p><p>　?、鄢氐紫髑蝮w內(nèi)表面積</p><p>　　S3=（R2+ ?22）</p><p>　　=×(1.352+0.342）</p><p><b>　　=6.089㎡</b></p><p>　　式中 S3——池底削球體內(nèi)表面積，㎡；</p><p

35、>　　?2——池底削球體矢高,m；</p><p>　　R—池身內(nèi)圓柱體內(nèi)半徑，m；</p><p>　　——圓周率，取3.1416。</p><p>　　四、進料口（管）的設計</p><p>　　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=520㎜×400㎜×

36、;300㎜；下部圓管宜采用Ø200～300㎜預制混凝土管或現(xiàn)澆混凝土管，管與池墻角不小于30。。</p><p>　　水壓式沼氣池進料管安裝位置一般都確定在發(fā)酵間的最低設計液面高度處。該位置的計算如下。</p><p>　　計算死氣箱拱的失高：即池蓋拱頂點到發(fā)酵間的最高液面。其中死氣箱拱的矢高可按下式計算。</p><p>　　?死=h1+ h2+ h3&

37、lt;/p><p>　　式中 h1——池蓋拱頂點到活動蓋下緣平面的距離，該值一般在10～15㎝之間；此處取12cm</p><p>　　h2——導氣管下露出長度，區(qū)3～5㎝；此處取4cm</p><p>　　h3——導氣管下口到液面距離，一般取20～30㎝。此處取25cm</p><p>　　故 ?死=12+4+25</

38、p><p><b>　　=41cm</b></p><p><b>　　=0.41m</b></p><p><b>　　死氣箱容積</b></p><p>　　V死= ?2死[ρ1+（?死/3）]</p><p>　　式中 V死，?死，ρ1——分別為死

39、氣箱容積、死氣箱矢高、池蓋曲率半徑。</p><p>　　故 V死=×0.412 ×[1.94+（0.41/3）]</p><p><b>　　=1.097 m³</b></p><p>　?。?）投料率：根據(jù)死氣箱容積，可計算出沼氣池投料率，即</p><p>　　投料

40、率= [（V－V死）/ V]×100%</p><p>　　式中 V，V死——分別為發(fā)酵間容積和死氣箱容積，m³。</p><p>　　故 投料率= [（8－1.097）/ 8]×100%</p><p><b>　　=86.29%</b></p><p><b&

41、gt;　?。?）最大貯氣量</b></p><p>　　V貯=池容×池容產(chǎn)氣率×1/2</p><p>　　=8×0.2×1/2</p><p><b>　　=0.8 m³</b></p><p><b>　　（5）氣箱容積</b><

42、;/p><p>　　V氣= V死+ V貯</p><p>　　=1.097+0.8</p><p><b>　　=1.897 m³</b></p><p>　　式中 V氣，V，V死——分別為沼氣池氣箱總?cè)莘e、死氣箱總?cè)莘e和有效氣箱容積（最大貯氣量）。</p><p>　?。?）發(fā)酵間最低

43、液面位。對一般沼氣池來說，V氣均大于Q1，也就是說，最低液面位置在圓筒形池深范圍內(nèi)。此時，要確定進、出料管的安裝位置，應按下式先計算出氣箱在圓筒形池身部分的容積。</p><p><b>　　V筒= V氣－Q1</b></p><p>　　= 1.897 －1.628</p><p>　　=0.269 m³ </p>

44、<p>　　因此， h筒= V筒/ R2</p><p>　　= 0.269/（×1.352）</p><p><b>　　=0.047m</b></p><p>　　式中 h筒——圓筒形池身內(nèi)氣箱部分的高度，m。</p><p>　　最低液面位在池蓋與池身交接平面以下h筒的位置

45、上。這個位置也就是進出料管最高的安裝位置。</p><p><b>　　小 結(jié)</b></p><p>　　通過本次課程設計，讓我充分理解了水壓式沼氣池的計算和設計過程，并且讓我認識到課本上學到的東西只是理論，要是讓這些東西發(fā)揮作用就只能讓它和實際相結(jié)合。</p><p>　　在本次設計中，還需要大量的以前沒有學到過的知識，于是圖書館和INT

46、ERNET成了很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉，并且在做設計和畫圖的過程中也讓我的word和CAD操作變得更加熟練。我們學習的知識是有限的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領域，這方面的能力便會使我們受益非淺。 在設計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。當發(fā)現(xiàn)一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來

47、了。為以后的工作積累了經(jīng)驗，增強了信心。</p><p><b>　　參考文獻及資料</b></p><p>　　1.寧平.固體廢物處理與處置.北京:高等教育出版社.2006</p><p>　　2.賈振航.新農(nóng)村可再生能源使用技術手冊.北京.化學工業(yè)出版社.2008</p><p>　　3. 農(nóng)村家用沼氣池設計規(guī)范 &