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1、 沼气池设计说明书院 系： 地球与环境学院 专业班级： 环境工程 10-1 班 学 号： 2010# 学生姓名： # 指导教师： # 2014 年 1 月 8 日学生姓名： # 学号： 201030# 专业班级：环境工程 10-1 班 课程设计题目： 沼气池设计 指导教师评语：成绩： 指导教师： 年 月 日第 0 页前言随着我国经济的发展、社会的进步，城市居民生活得到进一步的提高，但农村居民生活仍存在很多问题。为全面建设小康社会，社会主义新农村建设显得十分必要。这就要求发展农村生态农业生产方式，改善农村环境，增加农民收入的宏伟目标。其中综合利用沼气池就是改变农村环境的一个重要途径。建设一个沼气
2、池可以使用 20 年左右，综合利用好沼气池不仅可以节约能源、改善和保护环境，还有节约化肥和农药、提高农作物的产量和质量、促进和带动饲养业的发展等诸多好处。沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作 用，产生的一种可燃气体。由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以人们叫它沼气。建设沼气池有助于改变农民旧的生活习惯，改善农村居住环境 将沼气池和厕所、猪圈建在一起，不易滋生蚊虫，没有臭味。在消灭血吸虫病和钩虫病等传染病会起到重要的作用。此外，由于人类活动频繁，大量消耗能源、大量露天堆放秸秆和畜禽粪便等，造成了大量二氧化碳排放，加重了温室效应。沼气池的使
3、用，一定程度上能减少以上问题的产生。促进生态农业和畜牧业的发展，沼气池出来的废弃物是沼液和沼渣，可以作为农药添加剂、肥料、饲料等来使用，大大减少化肥和农药带来的危害，有利于生产绿色产品和无公害产品。目录前言1 概述1.1 设计目的31.2 设计任务和要求31.3 设计原则31.4 沼气基本概念42 方案选择62.1 家用沼气池类型比较第 1 页62.2 厌氧发酵工艺流程说明92.3 发酵原理93 设计计算103.1 设计参数103.2 具体计算104 运行管理184.1 沼气池启动194.2 平面布置204.3 安全注意事项215 设计总结216 参考文献221 概述1.1 设计目的通过本次课
4、程设计掌握沼气发酵原理，农村家用沼气池的工作原理和工艺流程，以及沼气池形状及平面布局原则。本设计中主要采用厌氧发酵技术，通过本次设计，熟悉厌氧发酵技术以及在农村沼气池中是如何应用的，进而确定沼气池的设计方案，并对相应的沼气池的数据进行设计计算，比如沼气池池体的设计以及发酵间各部分尺寸的确定等，并学会按要求绘制所设计的沼气池的三第 2 页视图。1.2 设计任务和要求根据基础资料，设计一个方案，对农业固体废物畜禽粪便和秸秆进行厌氧发酵处理，温度低的时候对原料进行换热，使进口温度满足中温厌氧发酵，出口气体吸收其中的硫化氢，沼气经净化之后达到恶臭污染物控制标准（GB14554-93）中二级新扩改建标准
5、。沼气中的臭气主要为 H2S，经过吸收塔的吸收后就可以达到排放标准。具体包括：沼气池主体容积、高度、直径、水压间容积、高度、直径。配套设施：换热器的传热面积、管长、管径、标准换热器选型；吸收塔填料层高度、塔径、总压力等。1.3 设计原则1） “四结合”原则“四结合”是指沼气池与畜圈、厕所、日光温室相连，是人畜粪便不断进入沼气池内，保持正常产气、连续产气，并有利于粪便管理，改善环境卫生，沼液可方便的运送到日光温室蔬菜地里做肥料使用。2）坚持“圆、小、浅”的原则“圆、小、浅”是指池型以圆形柱为柱，池容 612m，池深 2m 左右，圆形沼气池具有以下有点：第一，根据几何学原理，相同容积的沼气池，圆形
6、比方形话长方形的表面积小，比较省料。第二，密闭性好，且较牢固。圆形池内部结构合理，池壁没有直角，容易解决密闭问题，而且四周受力均匀，池体较牢固。第三，在我国北方，气温较低，圆形池置于地下，有利于冬季保温和安全越冬。第四，适于推广。无论南北，建造圆形沼气池都有利于保证建池质量，做到建造一个，成功一个，使用一个，巩固一个，积极稳步地普及推广。小，是指主池溶积不宜过大。浅，是为了减少挖土深度，也便于避开地下水，同时发酵液的表面积相对扩大，有利于产气，也便于出料。3）坚持直管进料，进料口家箅子、出料口加盖的原则直管加料的目的是使进料流畅，也便于搅拌。进料口加箅子是防止猪陷入沼气池进料管中。出料口加盖是
7、为了保持环境卫生，消灭蚊蝇孳生场所和防止人、畜掉进池内。1.4 沼气基本概念（1）沼气及其产生过程沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种可燃气体。由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以人们叫它沼气。沼气含有多种气体，主要成分是甲烷（CH 4） 。沼气细菌分解有机物，产生沼气的过程，叫沼气发酵。根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。第一类细菌叫做分解菌，它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 2）等 。它们当中有专门分解纤维素的，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
8、肪的，叫脂肪分解菌；第二类细菌叫含甲烷细菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。因此，有机物变成沼气的过程，就好比工厂里生产一种产品的两道工序：首先是分解细菌将粪便、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；再就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。（2）沼气的成分第 3 页沼气是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氢（H 2S） 、氮及其他一些成分。沼气的组成中，可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重烃等气体；不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等气体。在沼气成分中甲烷含量为 55%70%、二氧化碳含量为 28%44
9、%、硫化氢平均含量为 0.034%。（3）沼气的理化性质沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，它的主要成分甲烷在常温下是一种无色、无味 、无臭 、无毒的气体。甲烷分子式是 CH4，是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单碳氢化合物。甲烷对空气的重量比是 0.54，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在 20、0.1 千帕时，100 单位体积的水，只能溶解 3个单位体积的甲烷。甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达 1400 左右。纯甲烷每立方米发热量为 36.8 千焦。沼气每立方米的发热量约 23.4 千焦，相当于 0.55 千克柴油或 0.8 千克煤炭充分燃烧后放
10、出的热量。从热效率分析，每立方米沼气所能利用的热量，相当于燃烧 3.03 千克煤所能利用的热量。2 方案选择2.1 家用型沼气池比较（1）固定拱盖水压式沼气池固定拱盖水压式沼气池有圆筒形、球形和椭球形 三种池型。这种 池型的池体上部气室完全封闭，随着沼气的不断产生，沼气压力相应提高。这个不断增高的 气压，迫使沼气池内的一部分料液进到与池体相通的水压间内，使得水压间内的液面升高。这样一来，水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差，这个水位差就叫做“水 压” （也就是 U 形管沼气压力表显示的数值） 。用气时，沼气开关打开，沼气在水压下排出 ；当沼气减少时，水压间的料液又返回池体内，使得水
11、位差不断下降，导致沼气压力也随之 相应降低。这种利用部分料液来回串动，引起水压反复变化来贮存和排放沼气的池型，就称 之为水压式沼气池。水压式沼气池，是中国推广最早、数量最多的池型，是在总结“三结合” 、 “圆、小、 浅” 、 “活动盖” 、 “直管进料” 、 “中层出料”等群众建池的基础上，加以综合提高而形 成的。 “三结合”就是厕所、猪圈和沼气池连成一体，人畜粪便可以直接打扫到沼气池里进行发酵。 “圆、小、浅”就是池体圆、体积小、埋深浅。“活动盖”就是沼气池顶加活动盖板。水压式沼气池型有以下几个优点：池体结构受力性能良好，而且充分利用土壤的承载能力，所以省工省料，成本比较低。适于装填多种发酵
12、原料，特别是大量的作物秸秆，对农村积肥十分有利。为便于经常进料，厕所、猪圈可以建在沼气池上面，粪便随时都能打扫进池。沼气池周围都与土壤接触，对池体保温有一定的作用。水压式沼气池型也存在一些缺点，主要是：由于气压反复变化，而且一般在 416 千帕（即 40160 厘米汞柱）压力之间变化。这对池 体强度和灯具、灶具燃烧效率的稳定与提高都有不利的影响。第 4 页由于没有搅拌装置，池内浮渣容易结壳，又难于破碎，所以发酵原料的利用率不 高，池 容产气率（即每立方米池容积一昼夜的产气量）偏低，一般产气率每天仅为 0.15 米 3/米 3 左右。由于活动盖直径不能加大，对发酵原料以秸秆为主的沼气池来说，大出
13、料工作比较困难。因此，出料的时候最好采用出料机械。（2）变型的水压式沼气池中心吊管式沼气池将活动盖改为钢丝网水泥进、出料吊管，使其有一管三用的功能（代替进料管、出料管和活动盖） ，简化了结构，降低了建池成本，又因料液使沼气 池拱盖经常处于潮湿状态，有利于其气密性能的提高。而且，出料方便，便于人工搅拌。但 是，新鲜的原料常和发酵后的旧料液混在一起，原料的利用率有所下降。（3）无活动盖底层沼气池无活动盖底层出料水压式沼气池是一种变型的水压式沼气池。该池型将水压式沼气池活动盖 取消，把沼气池拱盖封死，只留导气管，并且加大水压间容积，这样可避免因沼气池活动盖 密封不严带来的问题，在中国北方农村，与“模式”配套新建的沼气池提倡采用这种池型。本书将介绍该种沼气池的建造技术。无活动盖底层出料水压式沼气池的构造如所示。沼气池为圆柱形，斜坡池底。它由发酵间、贮气间、进料口、出料口、水压间、导气管等组成。进料口与进料管 进料口与进料管分别设在猪舍地
