有机垃圾产沼工艺设计说明书

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1、有机垃圾产沼工艺设计说明书沼气是有机物在厌氧条件下经微生物的发酵作用生成 的一种以甲烷为主体的可燃性混合气体，其主要成分是甲烷 和二氧化碳。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。这个不断增高白气压，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”。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

2、液来回串动，引起水压反复变化来 贮存和排放沼气的池型，就之为水压式沼气池。水压式沼气池，是我国推广最早、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。沼气发酵有很多优点。沼气发酵可产生甲烷，它是清洁 方便的燃料；发酵过程中N、P、K等肥料成分几乎得到全部 保留，一部分有机氮被水解成氨太氮，速效性养分增加；发 酵残渣可以作为饲料肥料；沼气发酵处理有机物课大量地节 省曝气消化所消耗的能量等等。沼气发酵非常适合在农村地区推广使

3、用。二、课程设计的题目水压式沼气池设计三、课程设计的目的通过课程设计进一步笑话和巩固本课程所学内容，并 使所学的知识系统化，培养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、方法 及步骤，培养确定厌氧系统的设计方案、进行设计计算、 绘制工程图、使用技术资料、编写设计说明书的能力。四、设计参数1、气压：7840 Pa （即 80 cm 水柱）2、池容产气率：池容产气率系指每立方米发酵池 1 昼夜的产气量，单位为m3沼气/（m3池容.d）。我国常采 用的池容产气率包括 0.15、0.2、0.25 和 0.3 几种。3、贮气量：指气箱内的最大沼气贮存量。农村家用水 压式沼

4、气池的最大贮存气量以 12H 产气量为宜，其值 与有效水压间的容积相等。4、池容：指发酵间的容积。本设计中农村家用水压式 沼气池的池容积为14 m3。5、投料率：指最大投入的料液所占发酵间容积的百分 比，一般在 85%-95%之间为宜。五、工艺流程 沼气发酵工艺类型较多，我国农村普遍采用的是下面两 种工艺。1.自然温度半批量投料发酵工艺 这种工艺的发酵温度随自然温度变化而变化投料，基本流 程图如图所示图1自然温度半批量投料沼气发酵工艺流程这种工艺的发酵期因季节和农用情况而定，一般为五个月左 右，运行中要求定期补充新鲜原料，以免造成产气量下降， 该工艺主要缺点使出料操作劳动量大。2自然温度连续投

5、料发酵工艺这种工艺在自然温度下，定时定量投料和出料，能维持比 较稳定的发酵条件，使沼气微生物（菌群积累）区系稳定， 保持逐步完善的原料消化速度，提高原料利率和沼气池负荷 能力，达到较高的产气率；工艺自身消耗能少，简单方便， 容易操作。我们选择的是自然温度连续投料发酵工艺。六、沼气池的工作原理水压式沼气池的工作原理可以概括为两句话：产气时，气 压水；用气时，水压气。水压式沼气池装料封盖后启动前状态时，在发酵间内的料 液和水压间内的料液液面上，同时受到大气压力的作用，因 此两个液面处在同一水平面上，它们之间的气压差和液面差 均为零。此时的工作状态称为“初始工作状态”，此时的料 液液面高度为O-O水

6、平面，发酵间内存在的空间为V。0启动以后，沼气池内开始发酵产气，随着沼气产量的逐渐 增加，发酵间上部气箱中的贮气量越来越大，同时所产生的 沼气将发酵间内的料液压入水压间，压出的料液体积与所产 的沼气体积相等。当发酵间内贮气量达到最大贮气量 V 时，C水压间里增加的料液也为最大贮液量 V 。此时发酵间内的料C液面下降到可能下降的最低位置A-A水平面，水压间内的料 液面上升到可能上升的最高位置B-B水平面。此时的工作状 态称为“极限工作状态”。发酵间内料液面的下降和水压间 内料液面的上升使得两液面产生了高度差，高位料液具有的 势能使得发酵间内沼气产生了一定的压强，其数值等于两液 面高差值与料液比重

7、的乘积。由于料液比重接近于 1，因此 一般将两料液面的高差值视为池内沼气压强值。在极限工作 状态时的液面高差最大，称为极限沼气压强，数值等于：AH 二 H + H12式中：AH 沼气池最大液面差；H 发酵间液面最大下降值；1H 水压间液面最大上升值。2以上就是“气压水”的全过程。当用户的燃烧器工作时，池内沼气在高位水压间液体压力 下逐渐输出，随着发酵间内沼气贮量的减少，水压间料液面 渐渐下降，发酵间内液面渐渐上升。此时，输出的沼气的压 强也随两料液液面高差的减少而变得越来越小。当发酵间料 液液面与水压间料液液面相平时，沼气池又回到初始工作状 态，此时池内的沼气也因压强为零而不再输出，“水压气”

8、 过程结束。沼气池的运行过程就是不断产气和不断用气的循环过程， 在运行过程中，水压式沼气池总是处在初始工作状态和极限 工作状态的范围之内，不可能超出这个范围。图2水压式沼气池初始工作状态B-B图3水压式沼气池极限工作状态比_AHLT七、沼气池的设计依据及原则分析上述工作原理，可以得到以下三点设计水压式沼气池 的主要依据：1. 设计依据（1）沼气池装料（包括料液）的最高位置只能在沼气池 处于初始工作状态时的液面高度，此时的液面为O-O液位。 在O-O液位时，发酵间上部仍有部分气箱可以贮存沼气，但 是这部分沼气由于无法被压出，因此无法被利用，所以称为“死气”。“死气”所占据的空间称作“无效气箱”或

9、“死气 箱”。(2) 水压间内的料液液面在O-O位置，即初始工作状态 时，其液面处于最低位置，不可能再继续下降。因此，在水 压间中如果存在低于O-O位置的料液的话，这部分料液没有 势能，不具有压出气箱内沼气的作用，是“死液”。“死液” 所占据的那部分水压间被称为“无效水压间”。无效气箱和无效水压间对沼气池运行不起任何作用，因此 应当尽量控制其容积。在满足功能要求的情况下，无效气箱 和无效水压间容积越小，沼气池的利用效率就越高，造价也 越低。水压式沼气池的极限工作状态时的发酵间液面是势能使 得发酵间内沼气产生了一定的压强，其数值等于两液面高差 值与料液比重的乘积。由于料液比重接近于1，因此一般将

10、 两料液面的高差值视为池内沼气压强值。在极限工作状态时 的液面高差最大，称为极限沼气压强，数值等于：AH 二 H + H12式中：AH沼气池最大液面差；H 发酵间液面最大下降值；1H水压间液面最大上升值。2以上就是“气压水”的全过程。当用户的燃烧器工作时，池内沼气在高位水压间液体压力 下逐渐输出，随着发酵间内沼气贮量的减少，水压间料液面 渐渐下降，发酵间内液面渐渐上升。此时，输出的沼气的压 强也随两料液液面高差的减少而变得越来越小。当发酵间料 液液面与水压间料液液面相平时，沼气池又回到初始工作状 态，此时池内的沼气也因压强为零而不再输出，“水压气” 过程结束。沼气池的运行过程就是不断产气和不断

11、用气的循环过程， 在运行过程中，水压式沼气池总是处在初始工作状态和极限 工作状态的范围之内，不可能超出这个范围。（3）低液面，而水压间液面 是最高液面，此时沼气池 内的压强达到最高值。在设计中，称此时的压强为最高设计 压强。沼气池在运行时其池内压强不应超过此值，否则将因 超负荷而破坏沼气池。为防止沼气池超负荷运行，一般设计 中采取的措施是：将进、出料管（或其中一管）上沿安装在 A-A 液位面与池身的交线上，这样，当贮气量超过最大贮气 量，即液面低于 A-A 位置时，多余的沼气自行从进、出料管 逸出，保持池内压强不大于最高设计压强；同时，将水压间 的溢料口下沿设计在 B-B 位置上，这样即使水压

12、间液面有超 过 B-B 位置的可能时，超出的部分料液也会从溢料口中溢出， 使两液面差始终保持在最大液差之内。2. 设计原则：（1）沼气池宜建在畜圈或厕所地表以下，进料间与人、畜粪入口相连通。(2) 坚持适用、卫生、平面布局合理，外型美观。(3) 池盖顶端复土厚度不小于200mm。(4) 强度安全系数K22.65。( 5 )正常使用寿命2 0年以上。八、发酵料液的计算根据投料率即最大投入的料液所占发酵间容积的百分 比，一般在85%95%。这里取90%。因此：1. 发酵料液体积的计算V 二VX90%1式中：V 发酵液体积，m31V 发酵间容积，m3V =14X90%=12.6 m312 发酵投料计

13、算发酵料液体积为12,6,猪粪密度为I。kg/m3,秸秆密度 为:1.0X103kg/m3，猪粪的C/N取10,秸秆的C/N取80，设猪 粪体积为X,秸秆的体积为10-X，因为发酵料液的C/N为 25:1，则有：=25:110x(lxl03X)+02.6- X)x1.0XIO3 x801.1x103 +(12.6 - X )x 1.0 x IO3计算得，X=9.6912.6-X=2.91所以，猪粪体积为9.69m3，秸秆体积为2.91 m33. 气室容积的计算V=1/2 V k2 1 3式中 ：V 发酵料液体积，m3 ；1V气室容积，m3；2k 原料产气率，本次试验为0.2，为常温下产率。3V

14、=1 /2X12.6X0.2=1.26 (m3)2九、发酵间的设计1.发酵间的容积V= (VV ) k1 2 1式中V发酵间的容积，m3 ;V 发酵料液体积，m3；1V气室容积，m3；2K容积保护系数，取091.05。本次设计取K 0.91 1=V=(12.6-1.26)X0.9=10.2m32. 发酵间各部分尺寸确定计算发酵间容积V1 = 6 f(3R 2 + fi2)=叭2( fn=6 f2(3R2 + f2)= f2(rV 二 nR 2 H31r 二(R 2 + f 2)12 f 丿1i21(R 2 + f22)综合圆筒型沼气池的内力结构计算、材料用量计算和施工管理、使用技术等诸种因素，

15、一般认为：当池盖矢跨比f = 1、D 5池底矢跨比厶=1和池身高H = D （对于4、6、8、10m3容积 D 82.5的小型沼气池可取H=lm）时，沼气池的尺寸比例比较合理。这样，一旦发酵间某一尺寸被确定以后，我们即可以计算出其它部分的尺寸和发酵间各部分的容积。我们还可以用合理尺寸比例来确定已知容积的发酵间各部分尺寸。利用合理尺寸比例和容积计算公式可以得出：V 沁 0.0827D31V 沁 0.0501D 32V 沁 0.3142 D 33因为发酵间容积v = V + V + V，所以V = 0.4470D3。因此可以得一计算公式：V 0.4470d 飞 0.4470 =3.2m(i) 发酵间池盖削球体矢高和净容积。 池盖削球体矢咼f =D/a1 1式中f 池盖削球体矢高，m；1D圆柱体形池身直径，m；a直径与池体矢高的比值，取5。1f =3.2/5=0.64(m)1 池盖削球体净容积Q=上 f (3R2+f