农村家用 沼气池设计 计算书

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目录

课程设计目的----------------------------------------------2

南充城市垃圾分析----------------------------------------2 设计参数及条件---------------------------------------------3 工艺流程设计----------------------------------------------5

沼气池池体设计-----------------------------------------------7

1.发酵间的容积---------------------------------7

2.发酵间各部分尺寸的确定------------------8

3.进料口（管）的设计---------------11

4.水压间（管）的设计----------------12 沼气池相关图片-----------------------------------------13

一、课程设计目的：

通过课程设计进一步消化和巩固本门课程所学的内容，并使所学的知识系统化，培养运用所学理论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，培养确定厌氧系统得设计方案，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。

二、南充城市垃圾分析：

1、可回收垃圾主要包括废纸、塑料、玻璃、金属和布料五大类。废纸：主要包括报纸、期刊、图书、各种包装纸、办公用纸、广告纸、纸盒等等，但是要注意纸巾和厕所纸由于水溶性太强不可回收。塑料：主要包括各种塑料袋、塑料包装物、一次性塑料餐盒和餐具、牙刷、杯子、矿泉水瓶等。玻璃：主要包括各种玻璃瓶、碎玻璃片、镜子、灯泡、暖瓶等。金属物：主要包括易拉罐、罐头盒、牙膏皮等。布料：主要包括废弃衣服、桌布、洗脸巾、书包、鞋等。通过综合处理回收利用，可以减少污染，节省资源。如每回收1吨废纸可造好纸850公斤，节省木材300公斤，比等量生产减少污染74％；每回收1吨塑料饮料瓶可获得0．7吨二级原料；每回收1吨废钢铁可炼好钢0．9吨，比用矿石冶炼节约成本47％，减少空气污染75％，减少97％的水污染和固体废物。

2、厨余垃圾包括剩菜剩饭、骨头、菜根菜叶等食品类废物，经生物技术就地处理堆肥，每吨可生产0．3吨有机肥料。

3、有害垃圾包括废电池、废日光灯管、废水银温度计、过期药品等，这些垃圾需要特殊安全处理。

4、其他垃圾包括除上述几类垃圾之外的砖瓦陶瓷、渣土、卫生间废纸等难以回收的废弃物，采取卫生填埋可有效减少对地下水、地表水、土壤及空气的污染。

其中农村的垃圾主要是有机垃圾，如人畜粪便，农业有机固体废物，厨余垃圾等。那么针对农村垃圾的主要成分，我们可以设计沼气池来处理这些垃圾！

三、设计参数：

（1）气压：7480Pa（即80cm水柱）。

（2）池容产气率：池容产气率系指每立方米发酵池容积1昼夜的产气量，单位为m3沼气/（m3池容·d）。采用池容产气率为0.2m3/（m3·d）。（3）某农户家共 5 人，畜生（猪）4 头。

（4）贮气量：贮气量系指气箱内的最大沼气贮存量。农村家用水压式沼气池的最大贮气量以12h产气量为宜，其值与有效水压间的容积相等。

（5）池容：系指发酵间的容积。农村家用水压式沼气池的池容积有4m3,6m3,8m3,10m3等几种。

（6）投料率：指最大投入的料液所占的发酵间的百分比，一般在85％～95％之间为宜。

四、工艺流程设计：

我们采用自然温度连续投料发酵工艺，用人，禽兽的粪便以及蔬菜積杆等有机固体废气物，定时定量投料和出料。简单的工艺流程如下：［发酵原料的预处理］

1、粪便原料不必进行预处理，作物秸秆必须铡短到6厘米以下或粉碎。

2、在接种物用量小于20%，鲜粪用量与风干秸秆的重量比小于1：1时，启动时所用的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15摄氏度左右时堆沤4-5天，气温在20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，堆沤时间参照池外堆沤。

［接种物］

1、沼气发酵启动时所用的含有大量沼气发酵微生物的各种厌氧活性污泥称接种物。在沼气发酵启动时，料液中要添加10%-30%的接种物。

2、老沼气池中的悬浮污泥、各种有机废水沉污泥、河流湖泊底层的沉渣、坑塘污泥和积水粪坑的粪肥等，都可用来作接种物。所用接种物的挥发性固体含量不低于3%。

［沼气发酵的启动］

1、投料：将预处理的原料和准备好的接种物混合在一起投入池内。启动时的料液干物质含水量控制在4%-6%。

2、加水封池：原料和接种物入池后，要及时加水封池。以料液量约占沼气池总容量积的85%-90%为宜。然后将盖密封。

3、放气试火：沼气发酵启动初期，通常不能点燃。因此，当水压表压

力达到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，沼气发酵的启动阶段即告完成。

［气池的运转管理］

1、当沼气发酵启动之后，即进入正常运转阶段。为了维持沼气的均衡产气，启动后30天左右就应定时进行补料。

2、正常运转期间进池的秸杆原料，只要铡短或粉碎并用水或发酵液浸透即可。

3、正常运转期间的进料浓度应尽量大一些，干物质含量可以大于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”沼气池每天都要有一定量的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。补加原料的量按平均每个沼气池每天补料4-8公斤干物质的标准进行。如用气量大，池温在20摄氏度以上时，每个沼气池平均每天可补料10-15公斤。补料要先出后进，每次出料的发酵液可以循环使用。

5、每隔5-7天搅拌一次，可通过进料口或水压间用木棍搅拌，也可以从水压间淘出料液，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。冬天减少或停止搅拌。

［沼气池的温度及保温措施］

1、因温度越高沼气产量越大，应尽量设法使沼气池背风向阳。

2、冬季到来之前，防止池温大幅度下降和沼气池冻坏，应在沼气池表面覆盖柴草、塑料膜或塑料大棚。

3、作物秸秆等堆沤时产生大量热量，正常运转期间可在池外大量堆沤

秸秆，给沼气池进行保温和增温。

4、采用覆盖法进行保温或增温，其覆盖面积都应大于沼气池的建筑面积，从沼气池壁向外延伸的长度应稍大于当地冻土层深度。

［安全注意事项］

1、沼气发酵启动过程中，试火应在灯、炉具上进行，禁止在导气管口试火。

2、沼气池在大换料时，要把所有盖口打开，使空气流通，在末通过动物实验证明池内确系安全时，不允许工作人员下池操作。

3、池内操作人员不得使用明火照明，不准在池内吸烟。

4、池内操作人员不得使用单人操作，下池人员要系安全绳，池上要有人监护。以防万一发生意外可及时进行抢救。

5、沼气池进、出料口要加盖。

6、输气管道、开关、接头等处要经常检修，防止输气管路漏气和堵塞。水压表要定期检查。确保水压表准确反映池内压力变化。要经常排放冷凝水收集器中的积水，以防管道发生水堵。

7、活动盖密封情况下,进出料的速度不宜过快,保证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接近沼气池。

五、沼气池池体设计：

1.发酵间的容积 V=（V1 +V2）·k1

式中 V—发酵间的容积，立方米;

V1—发酵料液体积，立方米；

V2—气室容积，立方米；

K1—容积保护系数，取0.9~1.05。；此处取1.02.

发酵料液体积计算： V1=〔（n1+n2）·k2+n3〕·T

式中 V1—发酵料液体积，m3；

n1—产人粪便总量。按常住人口×0.006～0.0013 m3/（人·d）取值；此处取5×0.004=0.02 m3/d.

n2—产牲畜粪便总量。按养猪头数×0.006～0.0013 m3/（头·d）取值；此处取4×0.005=0.02 m3/d.

n3—每日舍外能定量收集粪便总量，取0.1 m3/d.

k2—收集系数，取值0.5~1.0；此处取0.8

T—原料滞留期（d）；丘陵农区取40。

V1=〔（5×0.004+4×0.005）×0.8+0.1〕×40＝5.28 m3

气室容积 V2=?·V1·k3

式中 V1—发酵料液体积，m3；

V2—气室容积，m3；

k3—原料产气率，我国通常采用的产气率包括0.15 m3/

（m3·天），0.2 m3/（m3·天），0.25 m3/（m3·天），

0.3立方米/（m3·天）。此处取0.2 m3/（m3·天）。

则 V2=1/2×5.28×0.2=0.528 m3

则V=(5.28+0.528)×1.02=5.92 m3 ；此时可取发酵间容积为6m3。

2.发酵间各部分尺寸的确定：

（1）沼气池的直径根据用户平均布置确定。考虑充分利用土地资源，平面布局紧凑的原则，确定沼气池的直径为2.4m。

（2）发酵间池盖削球体矢高和净容积。

①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—直径与池体矢高的比值，取5~6。此处取5。

f1=2.4/5=0.48(m)

②池盖削球体净容积 Q1=Π/6·f1(3R2+f12)

式中 Q1—池盖削球体净容积，m3；

Π—圆周率，取3.1416；

f1—池盖削球体矢高，m；

R—池身圆柱体内半径，m。

则 Q1=3.1416/6×0.48×（3×1.22+0.482）=1.14（m3）

（3）发酵间池底球体矢高和净容积。

①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—直径与池底矢高的比值，取值8～10。此处取8。 f2=2.4/8=0.3（m）

②池底削球体净容积 Q3=Π/6·f2(3R2+f22)

式中 f2--池底削球体矢高,m;

Q3—发酵间池底削球体净容积，m3；

Π—圆周率，取值3.1416。

则 Q3=3.1416/6×0.3×(3×1.22+0.302)=0.69（m3）（4）发酵间池身圆柱体容积和池墙高度。

①发酵间池身圆柱体容积 Q2=V-Q1-Q3

式中 Q1—池盖削球体净容积，m3；

V—发酵间总容积，m3；

Q2—发酵间池身圆柱体容积，m3；

Q3—发酵间池底削球体净容积，m3。

Q2=6.0-1.14-0.69=4.17（m3）

②发酵间池身圆柱体高度 H=Q2/ΠR2

式中Π—圆周率，取值3.1416；

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=4.17/（3.1416×1.22）=0.92（m）

（5）发酵间内总面积 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。

①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，m3；

R—池身圆柱体半径，m；

f1—池盖削球面矢高，m；

Π—圆周率，取值3.1416。

S1=3.1416×（1.22+0.482）=5.25（m2）②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，取值3.1416。

S2=2×3.1416×1.2×0.92=6.94（m2）③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—池底削球面矢高，m；

R—池身圆柱体内半径，m；

Π—圆周率，取值3.1416。

S3=3.1416×（1.22+0.302）=4.61（m2）

④发酵间总表面积

S=5.25+6.94+4.61=16.8（m2）

3.进料口（管）的设计

进料口（管）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×宽×深=400mm×360mm×320mm；下部圆管才用Φ300预制混领土管，管与池墙角为40°。

（1）死气箱拱的矢高

f死=h1+h2+h3

式中 h1—池底拱顶点到活动盖下缘平面的距离，该值一般在10～15cm之间；此处取12cm。

h2—导气管下露出长度，取3～5cm；此处取4cm。

h3—导气管下口到液面距离，一般取20～30cm。此处取24cm。 f死=0.12+0.04+0.24=0.40（m）

（2）死气箱容积

V死=Πf死2（P1-f死/3）

式中 V死，f死，P1—分别为死气箱容积，死气箱矢高，池盖曲率半径。

V死=3.1416×0.402×（1.74－0.40/3）=0.81（m3）

（3）投料率。根据死气箱的容积，可计算出沼气池投料率，即

投料率=（V－V死）/V×100%

式中 V， V死—分别为发酵间容积和死气箱容积，m3；

投料率=（6.0－0.81）/6.0×100%=86.5%

（4）最大贮气量

V贮=池容×池容产气率×1/2

V贮=6.0×0.2×1/2=0.6（m3）

（5）气箱总容积

V气=V死+V贮

式中 V气，V死，V贮—分别为沼气池气箱总容积，死气箱总容积和有效气箱容积（最大贮气量）。

V气=0.81+0.6=1.41(m3)

（6）发酵间最低液面位

气箱在圆筒形池身部分的容积为

V筒=V气－Q1

V筒=1.41－1.14=0.27（ｍ３）

圆筒形池身内气箱部分的高度为

ｈ筒＝0.27/(3.1416×1.22)=0.06(m)

最低液面位在池盖与池身交接平面以下h筒的位置上。这个位置也就是进出料管的安装位置。

4.水压间（管）的设计

H水压间=h筒＋f死＋H－0.8

H水压间=0.06＋0.4＋0.92－0.8=0.58（m）

有效容积：V有=池容×池容产气率×投料量×?

V有=6.0×0.2×86.5%×?=0.519（m3）

由H=V有/（3.14×R水压间2）

解得R水压间=0.42（m）

水压式沼气池的尺寸设计完成。

沼气池平面安装图：

图1.导气管安装图

图2.出料口通道

1.厕所;

2.进料口;

3.沼气池;

4.出料口；

5.日光温室；

6. 猪舍；

7.模式宽度中心线; 8.内山墙

图3.总体放线布置图

图4.池拱盖施工图