固體廢物處 (樣本)

1、江漢大學 固體廢物處理工程設(shè)計 目 錄前 言- 1 -1設(shè)計任務(wù)及基本資料- 3 -1.1課程設(shè)計題目- 3 -1.2課程設(shè)計基本資料- 3 -2工藝流程- 3 -2.1農(nóng)村家用沼氣池工作原理與工藝流程- 3 -2.2沼氣池形狀及平面布局原則- 6 -3設(shè)計方案- 6 -3.1發(fā)酵料液的計算- 6 -3.2發(fā)酵間的設(shè)計- 6 -3.3進料口（管）的設(shè)計- 8 -3.4水壓間的設(shè)計- 10 -4安全注意事項- 10 -5圓筒形水壓式沼氣池施工及材料設(shè)計- 11 -5.1材料參考用量- 11 -5.2沼氣池施工- 12 -5.3成本核算- 12 -小 結(jié)- 13 -主要參考文獻- 14 -附 圖江

2、漢大學 固體廢物處理工程設(shè)計前 言厭氧發(fā)酵也稱沼氣發(fā)酵或甲烷發(fā)酵，是指有機物在厭氧細菌的作用下轉(zhuǎn)化為甲烷（或稱沼氣）的過程。不管是作物秸稈、樹干莖葉、人畜糞便、城市垃圾，還是污水處理廠的污泥，都是厭氧發(fā)酵的原料。在發(fā)酵過程中，廢物得到處理，同時獲得能源。在我國農(nóng)村，沼氣發(fā)酵不僅作為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，處理各種廢棄物來制成農(nóng)家肥，而且獲得生物質(zhì)能用來照明或作為燃料。厭氧發(fā)酵一般在沼氣池中進行，我國沼氣發(fā)酵池類型較多，其中，水壓式沼氣池是在農(nóng)村推廣的主要池型。水壓式沼氣池是一種埋設(shè)在地下的立式圓筒形發(fā)酵池，池蓋和池底是具有一定曲率半徑的殼體，主要結(jié)構(gòu)包括加料管、發(fā)酵間、出料管、水壓間、導(dǎo)

3、氣管等幾個部分。我國在垃圾回收及綜合利用方面有著長期實踐和成功經(jīng)驗。20世紀90年代以來，政府日益重視垃圾量的減量化和資源化，一部分城市還開展了垃圾分類收集的試點工作，并且絕大部分城市已將垃圾分類收集、資源化綜合利用作為城市垃圾處理的重要內(nèi)容進行規(guī)劃，但就整體水平而言，我國城市垃圾的減量化與資源化工作才剛剛起步，遠遠落后于發(fā)達國家，垃圾回收和綜合利用的前景十分廣闊。 沼氣作為一種清潔的可再生能源.不僅可供照明、做飯、取暖.而且廢渣經(jīng)過發(fā)酵和脫硫后.由于病菌較少.還可以作為一種很好的有機肥.有利于防止土地板結(jié)。 其中厭氧制沼技術(shù)在能源利用方面主要有以下幾方面的優(yōu)點： （1）可再生性：沼

4、氣資源均為年復(fù)一年，可以不斷再生的生物能源。并且隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展而增加，是“取之不盡，習不之竭”的。（2）分散性：農(nóng)村地域遼闊，人口眾多，居住分散，沼氣資源豐富多樣，各地都有。為就地開發(fā)、就地使用提供了方便的條件。（3）多用性：沼氣資源既可以投入沼氣池發(fā)酵產(chǎn)生沼氣，也可以直接作為燃料，供炊事之用；還可以用作飼料，發(fā)展畜牧業(yè)；用作肥科，發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；用作工業(yè)原料，發(fā)展造紙工業(yè)等。早在上世紀60年代.我國農(nóng)村地區(qū)就出現(xiàn)了沼氣池.農(nóng)戶只需在自家屋后挖一個4至10 立方米的池子.用石灰或粘土密封池底和四壁.留一個填料口和一個出渣口.然后每周大概填入1 立方米、牛等牲畜糞便和尿液.并注意不讓肥皂水、洗

5、衣粉水等堿性物質(zhì)流入沼氣池.就可以實現(xiàn)沼氣原料的自然發(fā)酵.用這種方法產(chǎn)生的沼氣.可供3至5人的農(nóng)戶全天照明和做飯.可以說是既便宜又方便。自上世紀70年代.隨著農(nóng)村圈養(yǎng)牲畜的增多.沼氣原料日益豐富.而且由于十分適用于農(nóng)村大食堂和煮大鍋豬食等.對于沼氣的利用在當時一呼百應(yīng).幾乎風靡全國農(nóng)村。目前，中國約有二千萬人口使用了沼氣，年產(chǎn)招氣十億多立方米，是世界上建造沼氣發(fā)酵裝置最多的國家。近幾年來，推廣沼氣已從農(nóng)村發(fā)展到城鎮(zhèn)。在城鎮(zhèn)，結(jié)合環(huán)境保護，在發(fā)酵原料比較集中而數(shù)量比較穩(wěn)定的農(nóng)牧場、食品廠、酒廠等輕工企業(yè)單位，興建了一萬多個大、中型沼氣池，發(fā)酵總?cè)莘e約31萬多立方米。城鎮(zhèn)推廣大、中型沼氣池經(jīng)濟效益

6、比小型農(nóng)村家用沼氣池顯著。四川省樂至果酒廠修建了2x1O00澎的發(fā)酵裝置，日產(chǎn)沼氣3000 立方米，發(fā)酵后的制酒廢液，COD去除率為92%，BOD去除率達95%，大大減輕了對環(huán)境的污染。所產(chǎn)沼氣除供應(yīng)一個2x120千瓦的沼氣發(fā)電站和4噸卡車外，還解決了全廠職工的生活用能，余下的沼氣直接為燒煤鍋爐助燃。除環(huán)境效益外，五年就可收回投資。我國農(nóng)村家用沼氣池，絕大多數(shù)是混凝土結(jié)構(gòu)的水壓式沼氣池，有1一2萬個是紅泥塑料半塑式或分離浮罩式沼氣池。據(jù)典型測試和調(diào)查，在南方一個正常使用的家用沼氣池，一般一年可產(chǎn)沼氣250一300m3，能解決八至十個月的炊事燃料，加_L肥料收入，在2一3年內(nèi)就可以從所獲得的直接

7、收益中收回建池投資。水壓式沼氣池世界上稱為中國式沼氣池，它象印度的哥巴沼氣池一樣，是農(nóng)村家用沼氣池的一種典型池型，現(xiàn)在已為第三世界各國采用推廣。1 設(shè)計任務(wù)及基本資料1.1 課程設(shè)計題目有機垃圾產(chǎn)沼工藝的設(shè)計1.2 課程設(shè)計基本資料1.2.1 課程設(shè)計的目的通過課程設(shè)計進一步消化和鞏固環(huán)境工程專業(yè)相關(guān)課程所學內(nèi)容，并使所學的知識系統(tǒng)化，培養(yǎng)運用所學理論知識進行沼氣池設(shè)計的初步能力。通過設(shè)計，了解工程設(shè)計的內(nèi)容、方法及步驟，培養(yǎng)確定厭氧系統(tǒng)的設(shè)計方案、進行設(shè)計計算、繪制工程圖、使用技術(shù)資料、編寫設(shè)計說明書的能力。提高綜合運用所學的理論知識獨立分析和解決問題的能力。1.2.2 課程設(shè)計任務(wù)要求（1

8、）設(shè)計農(nóng)村家用沼氣池工藝流程；（2）了解沼氣池形狀及平面布局原則；（3）發(fā)酵料液的計算；（4）厭氧發(fā)酵間的設(shè)計：計算發(fā)酵間的容積、氣室容積、發(fā)酵間各部分尺寸；（5）進料間、出料間（水壓間）的設(shè)計；（6）編寫設(shè)計說明書：設(shè)計說明書按設(shè)計程序編寫，包括方案的確定、設(shè)計計算、有關(guān)設(shè)計的簡圖等內(nèi)容。課程設(shè)計說明書應(yīng)有封面、目錄、前言、正文、小結(jié)及參考文獻等部分，文字應(yīng)簡潔、通順、內(nèi)容正確完整，裝訂成冊。（7）圖紙要求：沼氣池池型圖或構(gòu)造圖一張。池型圖應(yīng)標出主要配件、管件及其編號。構(gòu)造圖應(yīng)標出各部分尺寸。1.2.3 課程設(shè)計參數(shù)和依據(jù)（1）氣壓：7480Pa（即80cm水柱）。（2）池容產(chǎn)氣率：池容產(chǎn)氣

9、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），我國常采用的池容產(chǎn)氣率有0.15，0.2，0.25和0.3幾種,本次設(shè)計中取0.2 m3·d。（3）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。（4）池容：系指農(nóng)村家用水壓式沼氣池發(fā)酵間的容積，農(nóng)村家用水壓式沼氣池的池容積有4 m3，6 m3，8 m3，10 m3等幾種,本設(shè)計中取8m3。（5）投料率：系指最大投入的料液所占發(fā)酵間容積的百分比，一般在8595為宜。（6）某農(nóng)戶家5人，畜生（豬）6頭。2 工藝流程2.1 農(nóng)村家

10、用沼氣池工作原理與工藝流程2.1.1 沼氣池的結(jié)構(gòu)和工作原理水壓式沼氣池的結(jié)構(gòu)和工作原理見圖2-1，這是一種埋設(shè)在地下的立式圓筒形發(fā)酵池，池蓋和池底是具有一定曲率半徑的殼體，主要結(jié)構(gòu)包括加料管、發(fā)酵間、出料管、水壓間 （1）1加料管 2.發(fā)酵間（貯氣部分） 3.池內(nèi)液面OO 4.出料間液面（2）1加料管 2.發(fā)酵間（貯氣部分） 3.池內(nèi)液面AA 4.出料間液面BB（3）1加料管 2.發(fā)酵間（貯氣部分） 3.池內(nèi)液面AA 4.出料間液面BB 5.導(dǎo)氣管 6沼氣輸氣管 7.控制閥圖3-1 水壓式沼氣池工作原理示意圖圖（1）是啟動前狀態(tài)。此時，發(fā)酵間與水壓間的液面處在同一水平，稱為初始工作狀態(tài)，發(fā)酵

11、間的液面為OO水平，發(fā)酵間內(nèi)尚存的空間（V0）為死氣箱溶積。圖（2）是啟動后狀態(tài)。此時發(fā)酵池內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)氣，發(fā)酵間的氣壓隨產(chǎn)氣量增加而增大，造成水壓間液面高于發(fā)酵間液面。當發(fā)酵間產(chǎn)氣量達到最大量（V貯）時，發(fā)酵間的液面下降到可下降的最低位置AA水平，水壓間的液面上升到可上升的最大位置BB水平。這時，稱為極限工作狀態(tài)。極限工作狀態(tài)時兩液面的高差最大，稱為極限沼氣壓強，其值可用下式表示： 式中：H1發(fā)酵間液面最大下降值；H2水壓間液面最大上升值；H沼氣池最大液面差。圖（3）表示使用沼氣時，發(fā)酵間壓力減小，水壓間液體被壓回發(fā)酵間。這樣，不斷產(chǎn)氣和不斷用氣，發(fā)酵間和水壓間液面總是在初始狀態(tài)和極限狀態(tài)間不斷

12、上升或下降。水壓式沼氣池具有以下幾個優(yōu)點：池體結(jié)構(gòu)受力性能良好，而且充分利用土壤的承載能力，所以省工省料，成本比較低。適于裝填多種發(fā)酵原料，特別是大量的作物秸稈，對農(nóng)村積肥十分有利。為便于經(jīng)常進料，廁所、豬圈可以建在沼氣池上面，糞便隨時都能打掃進池。沼氣池周圍都與土壤接觸，對池體保溫有一定的作用。水壓式沼氣池型也存在一些缺點，主要是：由于氣壓反復(fù)變化，而且一般在416千帕壓力之間變化。這對池體強度和燈具、灶具燃燒效率的穩(wěn)定與提高都有不利的影響。由于沒有攪拌裝置，池體浮渣容易結(jié)殼，又難于破碎，所以發(fā)酵原料的利用率不高，池容產(chǎn)氣率偏低由于活動蓋直徑不能加大，對發(fā)酵原料以秸稈為主的沼氣池來說，大出料

13、工作比較困難。因此，出料的時候最好采用出料機械。2.1.2 沼氣池工藝流程此處采用自然連續(xù)投料發(fā)酵工藝，以人、禽畜糞便及蔬菜秸稈為發(fā)酵原料，定時定量投料和出料，簡單工藝流程圖見圖3-2：農(nóng)田進料間水壓（出料）間厭氧發(fā)酵間人畜糞便（農(nóng)業(yè)廢物） 圖3-2 自然連續(xù)投料發(fā)酵工藝流程圖具體為農(nóng)業(yè)秸稈以及人畜糞便等物質(zhì)中所含的有機物質(zhì)在經(jīng)過一定處理后，進入進料間，再進入?yún)捬醢l(fā)酵間，經(jīng)微生物作用進行發(fā)酵，產(chǎn)生以甲烷為主的可燃性氣體，即可進行利用。在發(fā)酵的過程中，還需對一些影響發(fā)酵的因素進行控制。（1）溫度溫度對有機物的分解速度影響較大，溫度增高，產(chǎn)氣量增大。沼氣發(fā)酵通常采用三種發(fā)酵溫度，即低溫發(fā)酵、中溫發(fā)

14、酵和高溫發(fā)酵。低溫發(fā)酵過程，溫度隨氣候變化，大多處于20以下，產(chǎn)氣量不高，不易達到殺滅病源微生物的目的。中溫發(fā)酵過程，發(fā)酵液溫度控制在37左右，這是甲烷菌第一個最佳活性區(qū)。高溫發(fā)酵過程，發(fā)酵液溫度控制在53左右，此時是甲烷菌的第二個最佳活性區(qū)。以高溫發(fā)酵產(chǎn)氣率最高，但料漿和發(fā)酵設(shè)備要求加熱保溫，給管理帶來一些復(fù)雜問題。中溫發(fā)酵產(chǎn)氣率雖然低于高溫發(fā)酵，但高于低溫發(fā)酵。（2）pH值甲烷菌要求的pH值范圍很窄，pH為7.0左右，故一般都是使發(fā)酵過程維持在6.87.53）之間。在正常的發(fā)酵過程中，依靠原料本身可以維持發(fā)酵所需的pH值，但在突然增加進料，或由于改變原料等會沖擊負荷，是發(fā)酵系統(tǒng)酸化，發(fā)酵過

15、程受到抑制。為使維持在最佳pH范圍，可加石灰調(diào)節(jié)，也可通過調(diào)整原料的碳氫比進行調(diào)節(jié)。（3）攪拌高溫發(fā)酵要求對物料攪拌，以保證發(fā)酵裝置有較高的池容產(chǎn)氣率和不致出現(xiàn)局部酸積累。2.2 沼氣池形狀及平面布局原則發(fā)酵間的形狀一圓形為主，受占地面積限制或地下水位較高時，可將發(fā)酵間設(shè)計成橢球形或單跨拱長方形。平面布局應(yīng)符合下列要求：（1）充分利用土地資源，平面布局緊湊；（2）廁所與畜圈分設(shè)；（3）進、出料方便；（4）導(dǎo)氣管和輸氣管不被損害；（5）進、出料中線夾角應(yīng)大于90，進料間蹲位板面應(yīng)高于發(fā)酵間平面。3 設(shè)計方案3.1 發(fā)酵料液的計算3.1.1 發(fā)酵料液體積的計算式中：V1發(fā)酵料液的體積，m³

16、;； n1 產(chǎn)人糞便總量。按5口人×0.006（人. d）取值； n2 產(chǎn)牲畜糞便總量。按6頭豬×0.08（頭 d）取值； n3 每日舍外能定量收集糞便總量，m³/d,取0.034； k2 收集系數(shù)。取值0.6； T 原料停滯期（d ）蔬菜區(qū)t取30。3.1.2 氣室容積的計算式中：V1發(fā)酵料液體積，m3； V2氣室容積，m3； k3原料產(chǎn)氣率 0.2m3/（m3·d）。3.2 發(fā)酵間的設(shè)計3.2.1 發(fā)酵間的容積式中：V發(fā)酵間容積，m3； V1發(fā)酵料液體積，m3； V2氣室容積，m3； k1容積保護系數(shù)，取0.91.05。本次取值1.3.2.2 發(fā)酵間

17、各部分尺寸的確定（1）沼氣池的直徑根據(jù)用戶平面布置確定?？紤]充分利用土地資源、平面布局緊湊的原則，確定沼氣池的直徑為2.6m。（2）發(fā)酵間池蓋削球體矢高和凈容積池蓋削球體矢高式中：f1池蓋削球體矢高，m； D圓柱體形池身直徑，m； 1直徑與池頂矢高的比值，取56。池蓋削球體凈容積式中：Q1池蓋削球體凈容積，m3； f1池蓋削球體矢高，m； R池身圓柱體內(nèi)半徑，m。（3）發(fā)酵間池底削球體矢高和凈容積池底削球體矢高 式中：f2池蓋削球體矢高，m； D池身圓柱體直徑，m； 2直徑與池底矢高的比值，取810。本次取值為8。池底削球體凈容積式中：Q3發(fā)酵間池底削球體凈容積，m3； f2池底削球體矢高，m

18、；（4）發(fā)酵間池身圓柱體容積和池墻高度 發(fā)酵間池身圓柱體凈容積 式中：Q2發(fā)酵間池身圓柱體凈容積，m3； V發(fā)酵間總?cè)莘e，m3； Q1池蓋削球體凈容積，m3； Q3發(fā)酵間池底削球體凈容積，m3。發(fā)酵間池身圓柱體高度 式中：R發(fā)酵間池身圓柱體半徑，m； H發(fā)酵間池身圓柱體高度，m。（5）發(fā)酵間內(nèi)總表面積池蓋削球體球面內(nèi)表面積式中：S1池蓋削球面內(nèi)表面積，m2； R池身圓柱體半徑，m； f1池蓋削球面矢高，m。圓柱體池身內(nèi)表面積式中：S2池身圓柱體內(nèi)表面積，m2； R池身圓柱體內(nèi)半徑，m； H池身圓柱體高度，m。池底削球體內(nèi)表面積式中：S3池底削球體內(nèi)表面積，m2； R池身圓柱體內(nèi)半徑，m； f2

19、池底削球體矢高，m。發(fā)酵間總表面積 3.3 進料口（管）的設(shè)計進料口（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=600mm×320mm×500mm；下部圓管采用260mm現(xiàn)澆混凝土管，管與池墻角為40。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(shè)計液面高度處。該位置計算如下：3.3.1 死氣箱拱的矢高 式中：h1池蓋拱頂點到活動蓋下緣平面的距離，該值一般在1015cm之間，取15cm； h2導(dǎo)氣管下露出長度，取35cm,取4cm； h3導(dǎo)氣管下口到液面距離，一般取2030cm,取25cm。3.3.2 死氣箱容積 式中

20、：V死，f死，1分別為死氣箱容積、死氣箱矢高、池蓋曲率半徑。3.3.3 投料率根據(jù)死氣箱容積，可計算出沼氣池投料率。式中：V，V死分別為發(fā)酵間容積和死氣箱容積，m3。3.3.4 最大貯氣量 3.3.5 氣箱總?cè)莘e 式中：V氣，V死，V貯分別為沼氣池的氣箱總?cè)莘e、死氣箱總?cè)莘e和有效氣箱容積（最大貯氣量）。3.3.6 發(fā)酵間最低液面位（1）氣箱在圓筒形池身部分的容積（2）圓筒形池身內(nèi)氣箱部分的高度最低液面位于池蓋與池身交接平面以下的位置，這個位置也就是進料管的安裝位置。3.4 水壓間的設(shè)計3.4.1 水壓間零壓線無效水壓間的容積取為0。未產(chǎn)生沼氣時液面位置在池蓋拱頂下0.4m處，因此水壓間底面標高

21、確定在池蓋拱頂下0.4m處的水平線上。3.4.2 發(fā)酵間最大料液水位降產(chǎn)生最大貯氣量時的液面距池頂?shù)母叨葹閒1+=0.43+0.13=0.56m，又未產(chǎn)氣時液面距池頂0.4m，所以，發(fā)酵間最大料液水位降為0.56-0.4=0.16m。3.4.3 水壓間高度由于設(shè)計壓強為7480Pa（即80cm水柱）,因此水壓間的高度3.4.4 水壓間圓柱體底面積 3.4.5 水壓間底面半徑 4 安全注意事項在沼氣池的預(yù)處理過程中，有許多安全事項需要注意，具體如下：（1）沼氣發(fā)酵啟動過程中，試火應(yīng)在燈、爐具上進行，禁止在導(dǎo)氣管口試火。（2）沼氣池在大換料時，要把所有蓋口打開，使空氣流通，在末通過動物實驗證明池內(nèi)

22、確系安全時，不允許工作人員下池操作。（3）池內(nèi)操作人員不得使用明火照明，不準在池內(nèi)吸煙。（4）池內(nèi)操作人員不得使用單人操作，下池人員要系安全繩，池上要有人監(jiān)護。以防萬一發(fā)生意外可及時進行搶救。（5）沼氣 池進、出料口要加蓋。（6）輸氣管道、開關(guān)、接頭等處要經(jīng)常檢修，防止輸氣管路漏氣和堵塞。水壓表要定期檢查。確保水壓表準確反映池內(nèi)壓力變化。要經(jīng)常排放冷凝水收集器中的積水，以防管道發(fā)生水堵。（7）活動蓋密封情況下,進出料的速度不宜過快,保證池內(nèi)緩慢升壓或降壓。在沼氣池日常進出料時，不得使用沼氣燃燒和有明火接近沼氣池。5 圓筒形水壓式沼氣池施工及材料設(shè)計5.1 材料參考用量根據(jù)GB/T4752-20

23、02中4m310m3現(xiàn)澆混凝土圓筒形沼氣池材料參考用量表，如下：表6-1 現(xiàn)澆混凝土圓筒形沼氣池材料參考用量表（1）容積m3混凝土體積m3水泥kg中沙m3碎石m341.2573500.6220.95961.6354550.8091.25082.0175610.9971.540102.2396231.1071.710現(xiàn)澆混凝土圓筒形沼氣池材料參考用量表（2）容積m3混凝土水泥素漿體積m3水泥kg中沙m3碎石m340.2771130.259660.3471420.324780.4001630.3749100.5082080.47511現(xiàn)澆混凝土圓筒形沼氣池材料參考用量表（3）容積m3合計材料用量水泥kg中沙m3碎石m344690.8810.95966041.1331.25087331.3711.540108421.5821.710本設(shè)計為池容8m3，產(chǎn)氣率為0.2m3/（m3·d）的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)圓筒形水壓式沼氣池，參照標準，取材料用量為水泥733kg，中砂1.371m3，碎石1.540m3。一般情況建一個10m3的沼氣池需要紅磚700塊，若建8m3沼氣池，則水泥、磚、砂比10m3沼氣池用量要減少10%?？紤]到進出料間用料則本設(shè)計需紅磚700塊，由于進出料管為現(xiàn)澆混凝土管，所以水泥、中沙、碎石的用量分別增加為830kg，