固废优秀课程设计.docx

固废课程设计

目录
一:序言
1．1沼气定义
1．2沼气工程原理
1．3影响厌氧发酵原因
1．4厌氧发酵工艺
1．5厌氧发酵原理
1．6沼气工程现实状况和前景
1．7沼气发酵优点
二:依据

三：设计说明书
3．1课程设计题目
3．2课程设计目标
3．3课程设计参数
3．3．1气压
3．3．2池容产气率
3．3．3贮气量
3．3．4池容
3．3．5投料率
3．4发酵间设计
3．4．1发酵间容积
3．4．2发酵间各部分尺寸确实定
3．5进料口设计
3．5．1计算死气箱拱矢高
3．5．2死气箱容积
3．5．3投料率
3．5．4最大贮气量
3．5．5气箱总容积
3．5．6发酵间最低液面位
3．6水压间设计
3．7发酵原料预处理
3．8设计沼气发酵池注意事项
四：设计计算书
4．1工艺步骤设计
4．2发酵料液计算
4．3气室容积计算
4．4沼气发酵投料计算
五：设计总结(包含图纸)

水压式沼气池课程设计说明书
——八立方米
一. 序言
沼气池是有机物在厌氧条件下经微生物发酵作用生成一个以甲烷为主体可燃性混合气体，气关键成份是甲烷和二氧化碳[5]；沼气工程是对废弃有机物进行厌氧发酵处理过程，厌氧发酵又叫厌氧消化，厌氧消化处理是在缺氧情况下，利用自然界中固有厌氧菌（尤其是甲烷菌）微生物，以垃圾中有机物作为它营养源，经过甲烷菌新陈代谢，将垃圾中有机物转化为沼气和沼肥整个生产过程。
影响厌氧发酵原因有很多：依据菌体性质、发酵温度等决定有机物投入量；为了使甲烷发酵顺利进行，营养原因也不可忽略，碳氮比和碳磷比是关键原因；粒度大小，通常是越小越好；发酵温度分为常温发酵、中温发酵和高温发酵，全部要控制在相正确范围内；不可缺乏还有沼气发酵槽料液搅拌；对于厌氧发酵，合适加温、基质平均滞留时间和PH值也是其关键原因。
厌氧发酵工艺有高温厌氧发酵工艺和自然温度厌氧发酵工艺两种方法[3]。厌氧发酵原理：有机物厌氧发酵过程可分为液化、产酸和产甲烷三个阶段，三个阶段各有其独特微生物类群起作用[4]。
利用城镇垃圾、粪便、污水和食物加工后废渣泔水等制取沼气能够节省石化能源，降低加工成本，清洁环境。利用农业和食品加工业产生废渣、植物秸秆、人畜粪便、活性污泥等制取沼气过程能够杀灭病虫卵，预防疾病传输。沼气渣还能够提升肥效，发展前途宽广[3]。

二．依据
（1）气压：沼气池产气量和池内气压亲密相关。伴随气压增加，其
产气量对应降低。同时，沼气发酵效

果好，要求沼气池内气压有一个相正确稳定阶段。
　　(2)产气率：所谓产气率是指每立方米发酵料液二十四小时产气量，单位以米3 /米3料液·天表示。现在，中国农村家用沼气池大部分为常温发酵。发酵温度随外界气温和地温而改变，改变幅度为8℃～28℃。在正常产气情况下，每立方米发酵料液产气量为0.1～0.3米3/天。夏天产气多，冬天产气少。
　　（3）容积：沼气池容积确实定是设计上一个关键指标。沼气池设计过小，不能充足利用原料和满足使用要求；容积过大，没有足够原料，则沼气池利用率低，浪费投资和材料。所以，沼气池容积应依据发酵原料情况和用户使用要求和产气率合理确定。
　　农村户用沼气池，依据现在生活水平，每人天天用气量是0.2～0.3米3。如五口人家庭每日需沼气量为1.5米3。现在水压式沼气池产气率为0.15米3/米3料液·天左右。
　　（4）沼气池是靠池内发酵产生沼气将发酵料液压到水压间而产生压力。贮气容积确实定，是按每个沼气池天天所产沼气量二分之一计算。
　　（5）沼气池荷载：荷载是指作用于沼气池外力，指单位面积上所承受重量。沼气池本身重量是2.5吨/米3；拱顶覆土及地面处理负重2.5吨/米3；池内发酵原料1.2吨/米3；沼气池产气后池内承受压力为1吨/米2；池顶人、畜活动承受力1.5吨/米2。综合上述原因，沼气池池基荷载为5吨/米2。

三．水压式沼气发酵池设计说明
1. 课程设计目标
经过课程设计深入消化和巩固本课程所学内容，并使所学知识系统化，培养利用所学理论知识进行沼气池设计初步能力。经过设计，了解工程设计内容、方法及步骤，培养确定厌氧系统设计方案、进行设计计算、绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书能力。
2. 设计参数[1]
1) 气压：7480Pa（即80cm水柱）
2) 池容产气率：指每立方米发酵池容积1昼夜产气量，单位为m?沼气/（m?池容·d）常温下中国常见池容产气率为0.2m?/（m?.d）
3) 贮气量：指气箱内最大贮气量。农村家用水压式沼气池最大贮存气量以12H产气量为宜，其值和有效水压间容积相等。
4) 池容：指发酵间容积。此次设计农村家用水压式沼气池池容积为8m?。
5) 投料率：指最大投入料液所占发酵间容积百分比。
3. 发酵间设计[1]
1) 发酵间容积
Ｖ＝（Ｖ１－Ｖ２）ｋ１
式中　Ｖ －发酵间容积，ｍ?；
　　　Ｖ１－发酵料液体积，ｍ?；
　　　Ｖ２－气室容积，ｍ?；
　　　ｋ１－容积保护系数，取0.9。
此次设计取ｋ１=0.9 Ｖ=（7.32-0.732）x 0.9
=5.93m?

2) 发酵间各部分尺寸确实定
沼气池直径依据题目要求及经验和平面设计确定为2.8m。
○1发酵间池盖削球体矢高和净容积
a) 池盖削球体矢高
f1=D/a1
式中 f1—池盖削球体矢高，m。
D—圆柱体形池身直径，m。
a1—直径和池顶矢高比值，取6。
f1=2.8/6=0.47（m）
b) 池盖削球体净容积
Q1=π/6（3R2+f12）x f1
式中 Q1—池盖削球体净容积，m?；
π—圆周率，取3.14;
f1—池盖削球体矢高，m;
R—池身圆柱体内半径，m。
则Q1=3.14/6 x 0.47 x (3 x 1.42+0.472)=1.5(m?)
○2发酵间池底削球体矢高和净容积
a) 池底削球体矢高
f2=D/a2
式中 f2—池底削球体矢高，m;
D—池身圆柱体直径，m;
a2—直径和池底矢高比值，取值8
那么f2=2.8/8=0.35(m)
b) 池底削球体净容积
Q3=π/6 f2(3R2+f22)
式中Q3—发酵间池底削球体净容积，m?；
π—圆周率，取3.14;
R—池身圆柱体内半径，m;
f2—池底削球体矢高，m。
则Q3=3.14/6 x 0.35 x (3 x 1.42+0.352)=1.1(m3)
○3发酵间池身圆柱体容积和池墙高度
a) 发酵间池身圆柱体净容积
Q2=V-Q1-Q3
式中 Q2—发酵间池身圆柱体净容积，m?；
V—发酵间总容积，m?；
Q1—池盖削球体净容积，m?；
Q3—发酵间池底削球体净容积，m?。
Q2=5.93-1.5-1.1=3.33(m?)
b) 发酵间池身圆柱体高度
H=Q2/πR2
式中 Q2—发酵间池身圆柱体净容积;
R—发酵间池身圆柱体半径，m;
H—发酵间池身圆柱体高度，m。
H=3.33/(3.14 X 1.42)=0.541(m)
○4发酵间内总表面积
S=S1+S2+S3
式中 S—内总表面积，m2;
S1—池盖削球体内表面积，m2;
S2—池身圆柱体内表面积，m2;
S3—池底削球体内表面积， m2。
a) 池盖削球体球面内表面积
S1=π(R2+f12)
式中 S1—池盖削球面内表面积，m2;
R—池身圆柱体半径，m;
f1—池盖削球面矢高，m;
π—圆周率，取3.14。
S1=3.14X(1.42+0.472)=6.848(m2)
b) 圆柱体池身内表面积
S2=2πRH
式中 S2—池身圆柱体内表面积，m2;
R—池身内圆柱体内半径，m;
H—池身圆柱体高度，m;
π—圆周率，
取3.14。
S2=2 X 3.14 X 1.4 X 0.541=4.756(m2)
c) 池底削球体内表面积
S3=π(R2+f22)
式中 S3—池底削球体内表面积，m2;
f2—池底削球体矢高，m;
R—池身圆柱体内半径，m;
π—圆周率，取3.14
S3=3.14X(1.42+0.352)=6.539(m2)
d) 发酵间总表面积
S=6.848+4.756+6.539=18.143(m2)
4. 进料口设计[1]
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是长x宽x深=600mm x 320mm x 500mm;下部圆管采取∮300预制混凝土管，管和池墙角为35°[5]
○1死气箱拱矢高
f死=h1+h2+h3
式中 h1—池盖拱顶点到活动盖下缘平面距离，该值通常在10-15cm之间，取15cm;

h2—导气管下露出长度，区3-5cm,取5cm;
h3—导气

管下口到液面距离，通常取20-30cm,取25cm。
f死=0.15+0.05+0.25=0.45(m)
○2死气箱容积
V死=πf死2(p1+f死 / 3)
式中 V死—死气箱容积；
f死—死气箱矢高；
p1—池盖曲率半径。
V死=3.14 x0.452x(1.9575- 0.40/3)=1.16(m?)
○3投料率
投料率=（V-V死）/V X100%
投料率=（8.0-1.16）/8.0x100%=85.5%
○4最大贮气量
V贮=池容x池容产气率x0.5
V贮=8.0x0.2x0.5=0.8(m?)
○5气箱总容积
V气=V死+V贮
式中 V气—沼气池气箱总容积；
V死—死气箱总容积；
V贮—有效气箱容积。
V气=1.16+0.8=1.96(m?)
○6发酵间最低液面位
V筒=V气-Q1
V筒=1.96-1.5=0.46(m?)
圆筒形池身内气箱部分高度为：
h筒=0.46/(3.14x1.42)=0.075(m)
最低液面位在池盖和池身交接平面以下h筒位置上。这个位置也就是进出料管安装位置。
5．水压间设计[5]
H水压间=h筒+f死+H-0.8
H水压间=0.075+0.045+0.541-0.8=0.266(m)
有效容积：V有=池容x 池容产气率x投料量x1/2
V有=0.8x0.2x85.5％x1/2=0.684（m?）
H=V有/(3.14xR2)
0.266=0.684/(3.14xR2)
R水压间=0.881
水压式沼气池尺寸设计完成
　6．发酵原料预处理[5]
　 ○1粪便原料无须进行预处理，作物秸秆必需
铡短到五厘米或粉碎
○2在接种物用量小于20%，鲜粪用量和风干秸秆重量比小于1：1时，开启时所用秸秆原料应进行堆沤处理。方法有：（1）池外堆沤：将原料加水拌匀。加水量以料堆下部不出水为宜，料堆上加盖塑料膜。气温在十五摄氏
度左右时堆沤4-5天，气温在二十摄氏度以上进堆沤2-3天。（2）池内堆沤：将原料及接种物拌匀后，投入沼气池内进行堆沤，堆沤时间参考池外堆沤。
【接种物】
○1沼气发酵开启时所用含有大量沼气发酵微生物多种厌氧活性污泥称接种物。在沼气发酵开启时，料液中要添加10%-30%接种物。
○2老沼气池中悬浮污泥、多种有机废水沉污泥、河流湖泊底层沉渣、坑塘污泥和积水粪坑粪肥等，全部可用来做接种物。所用接种物挥发性固体含量不低于3%。
【沼气发酵开启】
○1投料：将预处理原料和准备好接种物混合在一起投入池内。开启时料液干物质含水量控制在6%-12%。
○2加水封池：原料和接种物入池后，要立即加水封池。以料液量约占沼气池总容量积85%-90%为宜。然后加盖密封。
○3放气试火：沼气发酵开启早期，通常不能点燃。所以当水压表压力达成20厘米水柱以上时，应进行放气试火。所产沼气可正常燃烧使用时，沼气发酵开启阶段即告完成。
【气池运转管理】
○1当沼气发酵开启以后，即进入正常运转阶段。为了维持沼气均衡产气 ，开启后30天左右就应定时进行补料。
○2正常运

转期间进池秸秆原料，只要铡短或粉碎并用水或发酵液浸透即可
○3正常运转期间进料浓度应尽可能大部分，干物质含量能够大于8%。
○4为了便于管理和均衡产气，可每隔5-7天补料一次，“三结合”沼气池天天全部要有一定量人畜粪便进入沼气池，产气量不足时，则应每5-7天添加秸秆或青草等原料一次。
○5每隔5-7天搅拌一次，可经过进料口或水压间用木棍搅拌，也可从水压间淘出料液，再从进料口倒入进行搅拌。若发生浮料结壳并严重影响产气时，则应打开活动盖进行搅拌。冬天降低或停止搅拌。
7．注意事项
○1沼气发酵开启过程中，试火应在灯、炉具上进行，严禁在导气管口试火。
○2沼气池在大换料时要把全部盖口打开，使空气流通，在末经过动物试验证实池内确实安全，不许可工作人员下池操作。
○3池内操作人员不得使用单人操作，下池人员要系安全绳，池上要有些人监护。以防万一发生意外可立即进行抢救。
○4沼气池进出料口要加盖。
○5输气管道、开关、接头等处要常常检修，预防输气管路漏气和堵塞。水压表要定时检验。确保水压表正确反应池内压力改变。要常常排放冷凝水搜集器中积水，以防管道发生水堵。
○6活动盖密封情况下，进出料速度不宜过快，确保池内缓慢升压或降压。在沼气池日常进出料时，不得使用沼气燃烧和有明火靠近沼气池。

水压式沼气发酵池设计计算书

——八立方米
1． 工艺步骤设计
沼气发酵工艺类型较多，中国普遍采取是自然温度厌氧发酵工艺和高温厌氧发酵工艺。
○1自然温度半批量投料发酵工艺：
这种工艺发酵温度随自然温度改变而改变投料，基础步骤图图所表示:

图：自然温度半批量投料沼气发酵工艺步骤
*该图起源于[4]
这种工艺发酵期因季节和农用情况而定，通常为五个月左右。运行中要求定时补充新鲜原料，以免造成产气量下降（该工艺关键缺点是出料操作劳动量大）。
○2自然温度连续投料发酵工艺：
这种工艺自然温度下，定时定量投料和出料，能维持比较稳定发酵条件，使沼气微生物（菌群积累）区系稳定，保持逐步完善原料消化速度，提升原料利率和沼气池符合能力，达成较高产气率；工艺本身消耗能少，简单方便，轻易操作。我们选择是自然温度连续投料发酵工艺。
2． 发酵料液计算
发酵料液体积计算:
V1=[(n1+n2)k2+n3]T
式中 V1—发酵料液体积，m?；
n1—产人粪便总量。按常住人口x 0.006~0.0013m?/(人·d)取值；
n2—产牲畜粪便总量。按按养猪头数x0.006~0.15m?/(头·d)取值

；
n3—每日舍外能定量搜集粪便总量，m?/d，取0.034;
k2—搜集系数，取值0.6;
T—原料滞留期（d）;蔬菜区t取30，平坝农业区取35，丘陵农区取40。
V1=[(0.03+0.32)X0.6+0.034]X30=7.32m?
3.气室容积计算
V2=1/2V1k3
式中 V1—发酵料液体积，m?；
V2—气室容积，m?；
k3—原料产气率，此次试验取0.2，为常温下产率。
V2=1/2X7.32X0.2=0.732(m?)
4沼气发酵投料计算
此次设计农村家用水压式沼气池池容为8m?，假设一个五口之家一天用气量为1.2m?，为了确保天天供气充足。我们选择了干稻草、人粪、猪粪、青草等作为发酵物。在8m?沼气池内天天产气量最大为1.2m?。

物料名称
产气量m?/d
投料量kg/d
碳所占百分比%
氮所占百分比%
猪粪
0．354
0．90
7．80
0．6
人粪
0．030
0．075
2．5
0．85
青草
0．645
1．5
14．0
0．84
干稻草
0．171
0．5
42．0
0．63
*该表起源于[5]
C:N=(0.9 X 7.8% +0.075X2.5%+1.5X14.0%+0.5X42%)
/(0.9X0.6%+0.075X0.85%+1.5x0.84%+0.5x0.63)=23:6:1
我们计算出了物料碳氮比为23：6：1，符合沼气池一般碳氮比要求。
*文件资料
[1]《固体废物处理和处理实践教程》
[2]《固体废物污染控制工程教程》
[3]《固体废物处理处理和资源化工程》
[4]《固体废物处理和利用》（第二版）
[5]《某水压式沼气池课程设计说明书》（网络资料）
四.图纸