養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、目錄1 前言11. 1 能源生態(tài)模式21. 2 能源環(huán)保模式21. 3 種養(yǎng)平衡模式21. 4 土地利用模式21. 5 達(dá)標(biāo)排放模式32 概述52.1 沼氣池的類型52.2 各種沼氣池的優(yōu)缺點(diǎn)52.2.1 浮罩式沼氣池的優(yōu)缺點(diǎn)52.2.2 氣袋式沼氣池的優(yōu)缺點(diǎn)52.2.3 水壓式沼氣池的優(yōu)缺點(diǎn)52.3沼氣池類型的選擇63 水壓式沼氣池的說(shuō)明83. 1 沼氣池的設(shè)計(jì)依據(jù)83.2 沼氣發(fā)酵工藝類型93.3 工藝流程93.4 預(yù)處理系統(tǒng)104 工藝設(shè)計(jì)124.1 沼氣池的工作原理124.2沼氣池的設(shè)計(jì)依據(jù)134.3 設(shè)計(jì)參數(shù)144.4 水壓式沼氣池的構(gòu)造設(shè)計(jì)154.5 厭氧發(fā)酵間的設(shè)計(jì)154.6 其

2、他設(shè)施的設(shè)計(jì)245 發(fā)酵產(chǎn)物的利用265.1 沼液的用途265.2 沼氣的用途275.2.1 中國(guó)沼氣發(fā)電技術(shù)的發(fā)展275.2.2 沼氣的動(dòng)力燃燒特性275.2.3 沼氣發(fā)電系統(tǒng)296 總結(jié)327 附錄33參考文獻(xiàn):34致謝361 前言近年來(lái), 中國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展取得了舉世矚目的成就。特別是改革開(kāi)放20年以來(lái), 隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)體制改革的全面展開(kāi)和黨中央、國(guó)務(wù)院各項(xiàng)方針政策的貫徹落實(shí), 畜禽養(yǎng)殖業(yè)得到了持續(xù)快速發(fā)展,主要畜禽產(chǎn)品產(chǎn)量連續(xù)20 年以10% 左右的速度增長(zhǎng)。然而, 隨著中國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的飛速發(fā)展, 以及對(duì)畜禽養(yǎng)殖污染的嚴(yán)重性和污染治理的必要性認(rèn)識(shí)不足, 很長(zhǎng)一段時(shí)間中并沒(méi)有把畜禽養(yǎng)殖業(yè)

3、污染治理為環(huán)境保護(hù)監(jiān)督管理的內(nèi)容, 也沒(méi)有將發(fā)展規(guī)模化集約化畜禽養(yǎng)殖作為污染防治的一個(gè)重要手段,這些造成了中國(guó)畜禽養(yǎng)殖業(yè)對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染。據(jù)環(huán)境保護(hù)部統(tǒng)計(jì),中國(guó)畜禽糞污產(chǎn)生的有機(jī)污染負(fù)荷( COD )早就超過(guò)了工業(yè)廢水和生活污水的總和。2008年, 中國(guó)的畜禽糞便排放量高達(dá)27億噸, 對(duì)中國(guó)的環(huán)境安全造成了巨大的威脅。因此,本文研究分析中國(guó)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物處理工程模式應(yīng)用現(xiàn)狀, 按照減量化、無(wú)害化、資源化、生態(tài)化的原則, 提出畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物資源化的應(yīng)對(duì)對(duì)策, 以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)。工程模式與工藝技術(shù)路線是大中型養(yǎng)殖場(chǎng)糞污綜合處理工程建設(shè)的關(guān)鍵。工程模式與工藝技術(shù)路線選擇是否合理直接關(guān)

4、系到工程的處理效果、運(yùn)行穩(wěn)定性、投資效益、運(yùn)轉(zhuǎn)成本和管理操作水平等。因此必須結(jié)合實(shí)際情況, 綜合考慮各方面因素, 慎重選擇適宜的處理模式及工藝技術(shù)路線, 以達(dá)到最佳的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)每年有6億余噸畜禽糞便及大量有機(jī)廢棄物成為水體污染源，畜禽養(yǎng)殖廢棄物的任意排放對(duì)環(huán)境造成了較嚴(yán)重污染。通過(guò)沼氣工程建設(shè)，可極大促進(jìn)沼氣工程產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，可有效消除畜禽糞便污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；同時(shí)生物質(zhì)能屬于可再生能源，基本上可以實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放。大中型沼氣工程的產(chǎn)品為沼氣、沼渣和沼液。沼氣可做天然氣的替代品或直接發(fā)電；沼渣可干燥后造粒，制成有機(jī)肥施用；沼液經(jīng)養(yǎng)分調(diào)節(jié)后可做葉面肥。沼氣發(fā)電技術(shù)在中國(guó)的研究與應(yīng)

5、用已有幾十年的歷史。國(guó)內(nèi)有一大批科研單位、高等院校和生產(chǎn)企業(yè)都先后從事了沼氣發(fā)電技術(shù)的研究及發(fā)電設(shè)備的開(kāi)發(fā)。國(guó)內(nèi)進(jìn)行研究和生產(chǎn)的單位主要有四川省農(nóng)機(jī)院、上海內(nèi)燃機(jī)研究所、上海711所、浙江大學(xué)、中科院廣州能源所、中國(guó)農(nóng)機(jī)院、泰安電機(jī)廠、天津大學(xué)、農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所、濰坊柴油機(jī)廠、濟(jì)南柴油機(jī)廠、重慶紅巖機(jī)器廠和勝利動(dòng)力機(jī)械有限公司等。在研究開(kāi)發(fā)初期，主要是針對(duì)農(nóng)村戶用沼氣池生產(chǎn)的沼氣對(duì)小功率的內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行改造來(lái)生產(chǎn)電力。改造后的設(shè)備包括使用單一沼氣燃料的和使用沼氣一柴油混合燃料的兩種類型。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，大型沼氣工程的發(fā)展為大功率沼氣發(fā)電機(jī)組的開(kāi)發(fā)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)條件，在引進(jìn)國(guó)外沼氣發(fā)電機(jī)組的同時(shí)

6、，一些發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家也相繼改裝和生產(chǎn)出單機(jī)功率較大的沼氣發(fā)動(dòng)機(jī)，并應(yīng)用于許多大中型沼氣工程中，取得了良好的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。從技術(shù)層面來(lái)看，中國(guó)的沼氣發(fā)電技術(shù)研究和應(yīng)用主要集中在內(nèi)燃機(jī)系列上。一般是對(duì)柴油機(jī)或汽油機(jī)進(jìn)行較淺層次的改進(jìn)，對(duì)改裝后的發(fā)動(dòng)機(jī)的熱工性能研究不深，沒(méi)有形成規(guī)模化的生產(chǎn)能力。雖然也設(shè)計(jì)和建造了一些沼氣發(fā)電項(xiàng)目并獲得成功，但在總體上尚處于試點(diǎn)示范階段。沼氣發(fā)電設(shè)備的生產(chǎn)設(shè)計(jì)水平和整體性能質(zhì)量落后于國(guó)外設(shè)備，電力生產(chǎn)效率和能源綜合利用效率有待于進(jìn)一步提高。從管理層面來(lái)看，由于過(guò)去缺乏有效的鼓勵(lì)政策，沼氣發(fā)電的市場(chǎng)容量十分有限，阻礙了沼氣發(fā)電技術(shù)的發(fā)展。隨著中國(guó)可再生能源法在200

7、6年1月1日開(kāi)始實(shí)施，沼氣發(fā)電的外部環(huán)境將得到大大改善。目前, 中國(guó)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物處理的基本工程模式包括能源生態(tài)模式、能源環(huán)保模式、種養(yǎng)平衡模式、土地利用模式、達(dá)標(biāo)排放模式五種1。1. 1 能源生態(tài)模式該模式依靠現(xiàn)代化的設(shè)備組成比較完善的處理系統(tǒng), 將畜禽糞便經(jīng)過(guò)一系列的生物發(fā)酵處理, 產(chǎn)生沼氣, 最大限度地回收能源, 以能源開(kāi)發(fā)(供熱、發(fā)電)為核心, 以沼液、沼渣的綜合利用為紐帶, 以多種設(shè)施農(nóng)業(yè)利用為依托, 大幅度提高畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物綜合利用效益, 消除畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)廢棄物造成的環(huán)境污染。1. 2 能源環(huán)保模式該模式是先對(duì)畜禽場(chǎng)糞便進(jìn)行固液分離, 固體部分厭氧處理后制成沼氣供熱或發(fā)電, 液體

8、部分處理后達(dá)標(biāo)排放。該模式不能使資源得到充分利用,并且工程和運(yùn)行費(fèi)用較高。1. 3 種養(yǎng)平衡模式在耕地較多的地方, 遵循生態(tài)學(xué)的原理, 通過(guò)按土地規(guī)模確定畜禽養(yǎng)殖規(guī)模, 以土地消納畜禽糞便,制定并實(shí)施科學(xué)規(guī)劃, 用畜禽糞便作為種植業(yè)的有機(jī)肥料, 將畜禽糞便密閉存放腐熟后就地還田。1. 4 土地利用模式該模式是建立有機(jī)肥廠, 先對(duì)畜禽場(chǎng)糞便進(jìn)行固液分離, 將其中干物質(zhì)進(jìn)行堆肥發(fā)酵, 生產(chǎn)商品有機(jī)肥, 銷售到更遠(yuǎn)的地區(qū)。實(shí)現(xiàn)在更大區(qū)域內(nèi)的種養(yǎng)平衡。再利用人工或天然的濕地、厭氧消化系統(tǒng)對(duì)污水進(jìn)行凈化處理。通過(guò)資源化處理畜禽糞便和污水, 實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。1. 5 達(dá)標(biāo)排放模式對(duì)

9、于那些耕地少、土地消納量小, 又不具備沼氣發(fā)電或生產(chǎn)有機(jī)復(fù)合肥條件的地方, 而當(dāng)?shù)厥潜仨毦偷匕l(fā)展畜禽養(yǎng)殖業(yè)的區(qū)域, 則須建設(shè)污水處理工程, 對(duì)集約化養(yǎng)殖場(chǎng)產(chǎn)生的廢水進(jìn)行工程化處理, 實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放, 產(chǎn)生的固體廢棄物應(yīng)按照有關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)綜合利用生產(chǎn)有機(jī)復(fù)合肥或進(jìn)行減量化、無(wú)害化處理和處置2。以上五種模式中, 種養(yǎng)平衡模式和土地利用模式資金投入相對(duì)最小; 能源生態(tài)模式的產(chǎn)出投入比最大, 經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益明顯; 能源環(huán)保模式次之; 達(dá)標(biāo)排放模式主要目的是實(shí)現(xiàn)污染物達(dá)標(biāo)排放,資金投入最大, 經(jīng)濟(jì)效益較低。各種不同模式的比較分析見(jiàn)表1.1。表1.1 不同模式的比較分析類別優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)能源生態(tài)模式占地少、能

10、源回收率和資源綜合利用率高, 經(jīng)濟(jì)效益好, 不產(chǎn)生環(huán)境污染前期投入大, 對(duì)操作人員技術(shù)要求高能源環(huán)保模式污水達(dá)標(biāo)排放、生產(chǎn)有機(jī)肥, 又可生產(chǎn)沼氣, 供熱或發(fā)電投資很大、運(yùn)行費(fèi)用高, 對(duì)操作人員技術(shù)要求高種養(yǎng)平衡模式投資少、無(wú)需專人管理需要大面積土地, 施肥時(shí)要選擇適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī),且糞肥量受到限制, 可能污染地下水并對(duì)大氣產(chǎn)生一定的污染土地利用模式投資少, 運(yùn)行費(fèi)用低、不耗能占地面積大。能源回收率低, 可能污染地下水達(dá)標(biāo)排放模式污水排放完全達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)投資較大、運(yùn)行費(fèi)用較高,經(jīng)濟(jì)效益低規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)一般指達(dá)到一定生產(chǎn)規(guī)模的大型畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)企業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì), 中國(guó)規(guī)?；?、萬(wàn)頭(只)以上禽畜養(yǎng)殖場(chǎng)達(dá)8萬(wàn)多

11、個(gè), 每年排放的糞便及糞水等總量就超過(guò)20億噸, 再加上集約化企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的沖洗水和私宰亂屠的污水等10億噸左右, 預(yù)計(jì)到2012年, 糞便排放量將達(dá)45億噸, 畜禽糞便中含有機(jī)氮、磷量分別為1597萬(wàn)噸和363萬(wàn)噸, 相當(dāng)于中國(guó)同期化肥使用量的78.9% 和57.4%3。為遏止由畜禽糞便造成的日趨嚴(yán)重的污染狀況,改善生態(tài)環(huán)境, 同時(shí)使糞便這種農(nóng)業(yè)廢棄物資源化,在規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)采用能源生態(tài)模式是一條切實(shí)可行的路子。該模式按照減量化、無(wú)害化、資源化、生態(tài)化􀀁的原則, 選用先進(jìn)處理工藝治理后, 將處理后沼渣和沼液分別制成固體有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥和液體有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥, 固體有機(jī)無(wú)機(jī)肥

12、可作為農(nóng)作物的底肥或追肥, 液體有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合肥可作為葉面肥或滴灌施肥, 形成養(yǎng)殖沼氣肥料養(yǎng)殖生態(tài)模式。整個(gè)工程是一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)保能源工程，沼氣可以用來(lái)發(fā)電，這樣能被很好的利用 注重資源綜合開(kāi)發(fā)利用和生態(tài)平衡, 利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù), 通過(guò)人工設(shè)計(jì)生態(tài)工程，協(xié)調(diào)發(fā)展與環(huán)境之間、資源利用與保護(hù)之間的關(guān)系, 形成生態(tài)上與經(jīng)濟(jì)上的兩個(gè)良性循環(huán)4。2 概述2.1 沼氣池的類型按照發(fā)酵間的結(jié)構(gòu)形式有圓形池、長(zhǎng)方形池、壇形池和扁球池等多種；按貯氣方式有氣袋式、水壓式和浮罩式；按照埋沒(méi)方式可有地下式、半埋式和地上式。這里按照貯氣方式來(lái)分類5。2.2 各種沼氣池的優(yōu)缺點(diǎn) 浮罩式沼氣池的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：沼氣壓力較

13、低而且穩(wěn)定。一般壓力為22.5kpa（即2025厘米水柱），有利于沼氣灶、燈燃燒器具的穩(wěn)定使用，有效地避免水壓表沖水、活動(dòng)蓋漏氣和出料間發(fā)酵液流失等故障的發(fā)生。發(fā)酵液不經(jīng)常出入出料間，保溫效果好，利于沼氣細(xì)菌活動(dòng)，產(chǎn)氣效率高。由于發(fā)酵池與貯氣浮罩分離，沼氣池可以多裝料。其發(fā)酵容積比同容積的水壓式池增加10%以上。浮渣大部分被池拱壓入發(fā)酵液中，可以使發(fā)酵原料更好地發(fā)酵產(chǎn)氣。因?yàn)檠b滿料，混凝土池壁浸水后，氣密性大為提高，致使產(chǎn)氣率較高，一般比水壓式池型提高30%左右。缺點(diǎn)：占地面積大，建池成本高（比同容積的水壓式池型增加30%左右），施工難度大，出料困難。2.2.2 氣袋式沼氣池的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：氣

14、袋式沼氣池壓力較低，對(duì)防滲漏要求不高，沼氣池發(fā)酵料液不會(huì)隨沼氣的多少而波動(dòng)。缺點(diǎn)：氣袋材料價(jià)格貴，容易老化，壽命不長(zhǎng)；沼氣壓力太低，難以用來(lái)煮飯、點(diǎn)燈。若要滿足使用要求，需要在氣袋上施加重力，使其具有一定的壓力。 水壓式沼氣池的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：池體結(jié)構(gòu)受力性能良好，而且充分利用特讓的承載能力，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。為便于經(jīng)常進(jìn)料，廁所、豬圈可以建在沼氣池上面，糞便隨時(shí)都能打掃進(jìn)池。沼氣池周圍都與土壤接觸，對(duì)池體保溫又一定的作用。缺點(diǎn)：由于氣壓反復(fù)變化，而且一般在416kPa壓力之間變化。這對(duì)池體強(qiáng)度和燈具、灶具燃燒效率的穩(wěn)定與提高都有不利影響。由于沒(méi)

15、有攪拌裝置，池內(nèi)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，一般產(chǎn)氣率僅為0.20 m3/m3·d左右。由于活動(dòng)蓋直徑不能加大，對(duì)發(fā)酵原料以秸稈為主的沼氣池來(lái)說(shuō)，大出料工作比較困難6。2.3沼氣池類型的選擇 設(shè)計(jì)與“模式”配套的沼氣池，制定建池施工方案，必須考慮下列因素： 1.選擇池基應(yīng)考慮土質(zhì) 建造沼氣池，選擇地基很重要，這是關(guān)系到建池質(zhì)量和池子壽命 的問(wèn)題，必須認(rèn)真對(duì)待。由于沼氣池是埋在地下的建筑物，因此，與土質(zhì)的好壞關(guān)系很大。土質(zhì)不同，其密度不同，堅(jiān)實(shí)度也不一樣，容許的承載力就有差異。而且同一個(gè)地方， 土層也不盡相同。如果土層松軟或沙性土或地下水位較高的

16、爛泥土，池基承載力不大，在此 處建池，承受不了，必然引起池體沉降或不均勻沉降，造成池體破裂，漏水漏氣。一般自然土層，每平方米容許承載力都超過(guò)10噸以上，在這樣的自然土層上建造沼氣池，是沒(méi)有 什么問(wèn)題的。因此，池基應(yīng)該選擇在土質(zhì)堅(jiān)實(shí)、地下水位較低，土層底部沒(méi)有地道、地窖、 滲井、泉眼、虛土等隱患之處；而且池子與樹(shù)木、竹林或池塘要有一定距離，以免樹(shù)根、竹根扎入池內(nèi)或池塘漲水時(shí)影響池體，造成池子漏水漏氣；北方干旱地區(qū)還應(yīng)考慮池子離水源 和用戶都要近些，若池子離用戶較遠(yuǎn)，不但管理(如加水、加料等)不方便，輸送沼氣的管道也要很長(zhǎng)，這樣會(huì)影響沼氣的壓力，燃燒效果不好。此外，還要盡可能選擇背風(fēng)向陽(yáng)處建池。

17、2.設(shè)計(jì)池子應(yīng)考慮荷載 確定荷載是沼氣池設(shè)計(jì)中一項(xiàng)很重要的環(huán)節(jié)。所謂荷載，是指單位面積上所承受的重量。如果荷載確定過(guò)大，設(shè)計(jì)的沼氣池結(jié)構(gòu)截面必然過(guò)大，結(jié)果用料過(guò) 多，造成浪費(fèi)；如果荷載確定過(guò)小，設(shè)計(jì)的強(qiáng)度不足，就容易造成池體破裂。荷載的計(jì)算標(biāo) 準(zhǔn)一般為：池身自重(按混凝土量計(jì)算)每立方米為2.5噸左右，拱頂覆土每立方米為2噸左右， 池內(nèi)發(fā)酵原料每立方米容積為1.2噸左右，沼氣池產(chǎn)氣后池內(nèi)每平方米受壓為1噸左右。此外 ，經(jīng)常出現(xiàn)在池頂?shù)娜?、畜等壓力以最大量考慮為1噸左右。所以，地基和承載力至少不能 小于每平方米8噸。 3.設(shè)計(jì)池子應(yīng)考慮拱蓋的矢跨比和池墻的質(zhì)量 建造沼氣池，一般都用脆性材料，受壓

18、性 能較好，抗拉性能較差。根據(jù)削球形拱蓋的內(nèi)力計(jì)算，當(dāng)池蓋矢跨比在15.35時(shí)，是池蓋的環(huán)向內(nèi)力變成拉力的分界線；大于這個(gè)分界線，若不配以鋼筋，池蓋則可能破裂，因此， 在設(shè)計(jì)削球形池拱蓋時(shí)矢跨比(即矢高與直徑之比。矢高指拱腳至拱頂?shù)拇怪本嚯x)一般在1416之間；在設(shè)計(jì)反削球形池底時(shí)矢跨比為18左右(具體的比例還應(yīng)根據(jù)池子大小、拱蓋跨度及施工條件等決定)。注意在砌拱蓋前要砌好拱蓋的蹬腳，蹬腳要牢固，使之能承 受拱蓋自重、覆土和其他荷載(如畜圈、廁所等)的水平推力(一般說(shuō)來(lái)，一個(gè)直徑為5米，矢 跨比為15，厚度為10厘米的混凝土拱蓋，其邊緣最大拉力約為10噸)，以免出現(xiàn)裂縫和下 塌的危險(xiǎn)；其次，池

19、墻質(zhì)量必須牢固。池墻基礎(chǔ)(環(huán)形基礎(chǔ))的寬度不得小于40厘米(這是工程構(gòu)造上的最小尺寸)，基礎(chǔ)厚度不得小于25厘米。一般基礎(chǔ)寬度與厚度之比，應(yīng)在 1:(1.52)范圍內(nèi)為好。 根據(jù)上述描述，再根據(jù)實(shí)際情況我選擇水壓式沼氣池作為養(yǎng)殖場(chǎng)沼氣工程設(shè)計(jì)的池型7。3 水壓式沼氣池的說(shuō)明3. 1 沼氣池的設(shè)計(jì)依據(jù)分析上述工作原理，可以得到以下三點(diǎn)設(shè)計(jì)水壓式沼氣池的主要依據(jù)：1沼氣池裝料（包括料液）的最高位置只能在沼氣池處于初始工作狀態(tài)時(shí)的液面高度，此時(shí)的液面為O-O液位。在O-O液位時(shí)，發(fā)酵間上部仍有部分氣箱可以貯存沼氣，但是這部分沼氣由于無(wú)法被壓出，因此無(wú)法被利用，所以稱為“死氣”?！八罋狻彼紦?jù)的空間稱

20、作“無(wú)效氣箱”或“死氣箱”。2水壓間內(nèi)的料液液面在O-O位置，即初始工作狀態(tài)時(shí)，其液面處于最低位置，不可能再繼續(xù)下降。因此，在水壓間中如果存在低于O-O位置的料液的話，這部分料液沒(méi)有勢(shì)能，不具有壓出氣箱內(nèi)沼氣的作用，是“死液”?！八酪骸彼紦?jù)的那部分水壓間被稱為“無(wú)效水壓間”。無(wú)效氣箱和無(wú)效水壓間對(duì)沼氣池運(yùn)行不起任何作用，因此應(yīng)當(dāng)盡量控制其容積。在滿足功能要求的情況下，無(wú)效氣箱和無(wú)效水壓間容積越小，沼氣池的利用效率就越高，造價(jià)也越低。3水壓式沼氣池的極限工作狀態(tài)時(shí)的發(fā)酵間液面是最低液面，而水壓間液面 是最高液面，此時(shí)沼氣池內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到最高值。在設(shè)計(jì)中，稱此時(shí)的壓強(qiáng)為最高設(shè)計(jì)壓強(qiáng)。沼氣池在運(yùn)行時(shí)

21、其池內(nèi)壓強(qiáng)不應(yīng)超過(guò)此值，否則將因超負(fù)荷而破壞沼氣池。為防止沼氣池超負(fù)荷運(yùn)行，一般設(shè)計(jì)中采取的措施是：將進(jìn)、出料管（或其中一管）上沿安裝在A-A液位面與池身的交線上，這樣，當(dāng)貯氣量超過(guò)最大貯氣量，即液面低于A-A位置時(shí)，多余的沼氣自行從進(jìn)、出料管逸出，保持池內(nèi)壓強(qiáng)不大于最高設(shè)計(jì)壓強(qiáng)；同時(shí)，將水壓間的溢料口下沿設(shè)計(jì)在B-B位置上，這樣即使水壓間液面有超過(guò)B-B位置的可能時(shí)，超出的部分料液也會(huì)從溢料口中溢出，使兩液面差始終保持在最大液差之內(nèi)11養(yǎng)殖廢水屬于高濃度有機(jī)廢水，若按常規(guī)方法處理，則投資大、工藝復(fù)雜、管理繁雜、運(yùn)行費(fèi)用高，且處理效果并不理想。近年來(lái)，已有部分學(xué)者對(duì)養(yǎng)殖糞污處理進(jìn)行了相關(guān)報(bào)道，

22、開(kāi)發(fā)出了一些適宜的工藝。安徽合肥廬江某農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司的養(yǎng)鴨基地是一個(gè)小規(guī)模的私人種肉鴨養(yǎng)殖基地。常年存欄祖代種、肉鴨共1萬(wàn)只，年出欄父母代種鴨苗4萬(wàn)只。鴨糞平均產(chǎn)量為12 t/d，沖糞水為6m³/d，筆者設(shè)計(jì)采用混合生物制肥、沼液養(yǎng)魚(yú)、生態(tài)魚(yú)塘、魚(yú)塘水回用和沼氣利用的糞污處理工藝8。3.2 沼氣發(fā)酵工藝類型1然溫度半批量投料發(fā)酵工藝這種工藝的發(fā)酵溫度隨自然溫度變化而變化，采用半批量方式投料，基本流程圖如圖3.3所示原料選擇原料欲處理配料加活性污泥入池發(fā)酵產(chǎn)氣大出料定期出料送農(nóng)田自然溫度半批量投料沼氣發(fā)酵工藝流程 圖3.1 半批量方式投料流程圖這種工藝的發(fā)酵期因季節(jié)和農(nóng)用情況而定，一

23、般為五個(gè)月左右，運(yùn)行中要求定期補(bǔ)充新鮮原料，以免造成產(chǎn)氣量下降，該工藝主要缺點(diǎn)使是出料操作勞動(dòng)量大。2自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝 這種工藝在自然溫度下，定時(shí)定量投料和出料，能維持比較穩(wěn)定的發(fā)酵條件，使沼氣微生物（菌群積累）區(qū)系穩(wěn)定，保持逐步完善的原料消化速度，提高原料利率和沼氣池負(fù)荷能力，達(dá)到較高的產(chǎn)氣率；工藝自身消耗能少，簡(jiǎn)單方便，容易操作。所以我們選擇的是自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝9。3.3 工藝流程根據(jù)養(yǎng)鴨場(chǎng)廢水的水質(zhì)特性，設(shè)計(jì)采用固液分離一厭氧生物技術(shù)和生態(tài)循環(huán)利用模式。該模式由預(yù)處理系統(tǒng)、有機(jī)肥生產(chǎn)系統(tǒng)和資源化生態(tài)利用系統(tǒng)等組成，主要工藝流程見(jiàn)圖3.4。設(shè)計(jì)出水水質(zhì)達(dá)到城市污水再生利用城

24、市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 189202002)。圖3.2 鴨糞處理工藝流程該處理工藝的主要特點(diǎn)如下：遵循以零排放為主、綜合利用為輔的治理原則。綜合利用鴨糞和糞水中的可回收物質(zhì)和能源。鴨糞及糞水中的有機(jī)廢物經(jīng)過(guò)壓濾后，發(fā)酵制成有機(jī)肥或有機(jī)復(fù)合肥；廢水經(jīng)中溫發(fā)酵工藝處理后產(chǎn)生的沼氣可作為區(qū)域的補(bǔ)充能源，同時(shí)將沼液注入生態(tài)魚(yú)塘，避免了二次污染。生態(tài)魚(yú)塘結(jié)合水生植物，去除了沼液中的N、P等污染物質(zhì)，同時(shí)水生植物又可以為有機(jī)肥的生產(chǎn)提供原料，并且魚(yú)塘養(yǎng)魚(yú)又可為公司帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。沼氣可以用來(lái)發(fā)電，同樣可以帶來(lái)收益，同時(shí)減輕能源短缺的壓力10。3.4 預(yù)處理系統(tǒng)1.工清掃固態(tài)物與格柵分離在處理系統(tǒng)中

25、除實(shí)行人工清掃固態(tài)物外，還在廢水排入口處設(shè)置格柵，分離去除糞水中的固態(tài)物，以防堵塞水泵和影響后續(xù)處理單元的正常運(yùn)行。格柵為磚混結(jié)構(gòu)，尺寸為1.5 m×1.5 m×0.6 m，格網(wǎng)尺寸為1525 mm、格柵傾角為50°70°。2.固液分離設(shè)備采用固液分離機(jī)，主要由渣液振篩分離系統(tǒng)(鋁合金)、出渣擠壓系統(tǒng)、自動(dòng)沖洗系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成，輔助部分有攪拌機(jī)、廢水送料泵。經(jīng)固液分離機(jī)分離后的糞渣含水量在30左右，對(duì)化學(xué)耗氧量、總耗氧量、氮、磷的去除率為70一95，有效減少了固態(tài)物的入池量。3.調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)池對(duì)鴨場(chǎng)廢水進(jìn)行混合、儲(chǔ)存和調(diào)節(jié)，起到初步酸化水解作用，以滿

26、足厭氧發(fā)酵工藝的技術(shù)要求。采用磚混結(jié)構(gòu)，其容積按20 d的水力停留時(shí)間設(shè)計(jì)11。4 工藝設(shè)計(jì)4.1 沼氣池的工作原理水壓式沼氣池的工作原理可以概括為兩句話：產(chǎn)氣時(shí)，氣壓水；用氣時(shí)，水壓氣。水壓式沼氣池裝料封蓋后啟動(dòng)前狀態(tài)時(shí)，在發(fā)酵間內(nèi)的料液和水壓間內(nèi)的料液液面上，同時(shí)受到大氣壓力的作用，因此此兩個(gè)液面處在同一水平面上，它們之間的氣壓差和液面差均為零。此時(shí)的工作狀態(tài)稱為“初始工作狀態(tài)”，此時(shí)的料液液面高度為O-O水平面，發(fā)酵間內(nèi)存在的空間為V0。啟動(dòng)以后，沼氣池內(nèi)開(kāi)始發(fā)酵產(chǎn)氣，隨著沼氣產(chǎn)量的逐漸增加，發(fā)酵間上部氣箱中的貯氣量越來(lái)越大，同時(shí)所產(chǎn)生的沼氣將發(fā)酵間內(nèi)的料液壓入水壓間，壓出的料液體積與所

27、產(chǎn)的沼氣體積相等。當(dāng)發(fā)酵間內(nèi)貯氣量達(dá)到最大貯氣量VC時(shí)，水壓間里增加的料液也為最大貯液量VC。此時(shí)發(fā)酵間內(nèi)的料液面下降到可能下降的最低位置A-A水平面，水壓間內(nèi)的料液面上升到可能上升的最高位置B-B水平面。此時(shí)的工作狀態(tài)稱為“極限工作狀態(tài)”。發(fā)酵間內(nèi)料液面的下降和水壓間內(nèi)料液面的上升使得兩液面產(chǎn)生了高度差，高位料液具有的勢(shì)能使得發(fā)酵間內(nèi)沼氣產(chǎn)生了一定的壓強(qiáng)，其數(shù)值等于兩液面高差值與料液比重的乘積。由于料液比重接近于1，因此一般將兩料液面的高差值視為池內(nèi)沼氣壓強(qiáng)值。在極限工作狀態(tài)時(shí)的液面高差最大，稱為極限沼氣壓強(qiáng)，數(shù)值等于： （式4-1）式中：H 沼氣池最大液面差； H1發(fā)酵間液面最大下降值；

28、H2水壓間液面最大上升值。以上就是“氣壓水”的全過(guò)程。當(dāng)用戶的燃燒器工作時(shí)，池內(nèi)沼氣在高位水壓間液體壓力下逐漸輸出，隨著發(fā)酵間內(nèi)沼氣貯量的減少，水壓間料液面漸漸下降，發(fā)酵間內(nèi)液面漸漸上升。此時(shí)，輸出的沼氣的壓強(qiáng)也隨兩料液液面高差的減少而變得越來(lái)越小。當(dāng)發(fā)酵間料液液面與水壓間料液液面相平時(shí)，沼氣池又回到初始工作狀態(tài)，此時(shí)池內(nèi)的沼氣也因壓強(qiáng)為零而不再輸出，“水壓氣”過(guò)程結(jié)束。沼氣池的運(yùn)行過(guò)程就是不斷產(chǎn)氣和不斷用氣的循環(huán)過(guò)程，在運(yùn)行過(guò)程中，水壓式沼氣池總是處在初始工作狀態(tài)和極限工作狀態(tài)的范圍之內(nèi)，不可能超出這個(gè)范圍12。圖4.1 水壓式沼氣池初始工作狀態(tài) H2HH1圖4.2 水壓式沼氣池極限工作狀態(tài)

29、4.2沼氣池的設(shè)計(jì)依據(jù)分析上述工作原理，可以得到以下三點(diǎn)設(shè)計(jì)水壓式沼氣池的主要依據(jù)：1.沼氣池裝料（包括料液）的最高位置只能在沼氣池處于初始工作狀態(tài)時(shí)的液面高度，此時(shí)的液面為O-O液位。在O-O液位時(shí)，發(fā)酵間上部仍有部分氣箱可以貯存沼氣，但是這部分沼氣由于無(wú)法被壓出，因此無(wú)法被利用，所以稱為“死氣”?！八罋狻彼紦?jù)的空間稱作“無(wú)效氣箱”或“死氣箱”。2.水壓間內(nèi)的料液液面在O-O位置，即初始工作狀態(tài)時(shí)，其液面處于最低位置，不可能再繼續(xù)下降。因此，在水壓間中如果存在低于O-O位置的料液的話，這部分料液沒(méi)有勢(shì)能，不具有壓出氣箱內(nèi)沼氣的作用，是“死液”?！八酪骸彼紦?jù)的那部分水壓間被稱為“無(wú)效水壓間

30、”。無(wú)效氣箱和無(wú)效水壓間對(duì)沼氣池運(yùn)行不起任何作用，因此應(yīng)當(dāng)盡量控制其容積。在滿足功能要求的情況下，無(wú)效氣箱和無(wú)效水壓間容積越小，沼氣池的利用效率就越高，造價(jià)也越低。3. 水壓式沼氣池的極限工作狀態(tài)時(shí)的發(fā)酵間液面是最低液面，而水壓間液面 是最高液面，此時(shí)沼氣池內(nèi)的壓強(qiáng)達(dá)到最高值。在設(shè)計(jì)中，稱此時(shí)的壓強(qiáng)為最高設(shè)計(jì)壓強(qiáng)。沼氣池在運(yùn)行時(shí)其池內(nèi)壓強(qiáng)不應(yīng)超過(guò)此值，否則將因超負(fù)荷而破壞沼氣池。為防止沼氣池超負(fù)荷運(yùn)行，一般設(shè)計(jì)中采取的措施是：將進(jìn)、出料管（或其中一管）上沿安裝在A-A液位面與池身的交線上，這樣，當(dāng)貯氣量超過(guò)最大貯氣量，即液面低于A-A位置時(shí)，多余的沼氣自行從進(jìn)、出料管逸出，保持池內(nèi)壓強(qiáng)不大于最

31、高設(shè)計(jì)壓強(qiáng)；同時(shí)，將水壓間的溢料口下沿設(shè)計(jì)在B-B位置上，這樣即使水壓間液面有超過(guò)B-B位置的可能時(shí)，超出的部分料液也會(huì)從溢料口中溢出，使兩液面差始終保持在最大液差之內(nèi)14。4.3 設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)水壓式沼氣池，除了掌握上述依據(jù)外，還需要掌握沼氣發(fā)酵工藝中的有關(guān)參數(shù)。主要參數(shù)有：1.氣壓：由于沼氣燃燒器（包括沼氣燈和沼氣爐、灶等）需要在額定的壓力范圍內(nèi)才能進(jìn)行正常工作，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮氣壓值的大小。根據(jù)我國(guó)農(nóng)村的具體情況，水壓式沼氣池的設(shè)計(jì)氣壓為7840Pa（即80cm水柱）為宜。氣壓過(guò)高容易損壞池體，造成滲漏：氣壓過(guò)低則不便沼氣的輸送和使用，同時(shí)會(huì)造成水壓間占地面積過(guò)大。2.池容產(chǎn)氣率：即每立

32、方米發(fā)酵間每晝夜的產(chǎn)氣量（m3/m3·d），它反應(yīng)沼氣池在一定條件下生產(chǎn)沼氣的能力。在常溫半連續(xù)發(fā)酵的條件下，池容產(chǎn)氣率是在不斷變動(dòng)的。作為設(shè)計(jì)參數(shù)的池容產(chǎn)氣率僅僅是為了設(shè)計(jì)的需要而估計(jì)確定的一個(gè)參數(shù)。根據(jù)我國(guó)實(shí)際，水壓式沼氣池通常采用的池容產(chǎn)氣率有0.15、0.2、0.25、0.3幾種。我們選擇適合的，這里以0.2 m3/m3·d為標(biāo)準(zhǔn)3.貯氣量：水壓式沼氣池的貯氣量是指氣箱內(nèi)的最大貯存沼氣量，它是根據(jù)沼氣池的產(chǎn)氣情況和用戶用氣情況而確定的，經(jīng)過(guò)分析和驗(yàn)證認(rèn)為，最大貯氣量以12小時(shí)產(chǎn)氣量為宜。由于貯氣量等于排出的料液量，因此它也等于有效水壓間的容積。4.池容：指的是發(fā)酵間

33、的容積。它是根據(jù)家庭人口數(shù)、養(yǎng)殖場(chǎng)鴨子的數(shù)量和池容產(chǎn)氣率來(lái)確定的。5.投料率： 指的是最大限度投入的料液所占發(fā)酵間容積的百分比。投料率的大小確定了無(wú)效氣箱的多少。投料率越大，無(wú)效氣箱越小，則所建沼氣池越經(jīng)濟(jì)。但要注意，投料率不能為100%，這是因?yàn)榘惭b導(dǎo)氣管時(shí)，為避免蛆蟲(chóng)爬進(jìn)造成堵塞，導(dǎo)氣管應(yīng)露出活動(dòng)蓋下口35cm；同時(shí)，為避免料液或者浮渣堵塞導(dǎo)氣管，液面應(yīng)低于導(dǎo)氣管1520cm。因此，投料率一般在8595%之間為好15。4.4 水壓式沼氣池的構(gòu)造設(shè)計(jì)1.發(fā)酵間設(shè)計(jì)水壓式沼氣池發(fā)酵間設(shè)計(jì)可按下列步驟進(jìn)行：確定池容池容的大小主要取決于家庭人口數(shù)、養(yǎng)殖場(chǎng)鴨子的數(shù)量和預(yù)計(jì)池容產(chǎn)氣率，其相互關(guān)系為：=

34、(n+n)k+nT （式4-1）V1=(5×0.00610000×0.0006)×0.80+0.000×20m³=96.48 m³式中 V1 發(fā)酵料液的體積，m³； n1產(chǎn)人糞便總量。按5人×0.006/（人. d）取值； n2產(chǎn)牲畜糞便總量。按1萬(wàn)只鴨×0.0006/（只.d）取值； n3每日舍外能定量收集糞便總量，m³ /d,取0.000 k2 收集系數(shù)。取值0.80 T 原料停滯期（d）平壩農(nóng)業(yè)區(qū)取20。2.氣室容積的計(jì)算 V2=1/2·V1·k3 （式4-2） 式中

35、V1發(fā)酵料液體積，m³； V2氣室容積，m³；k3原料產(chǎn)氣率，本次試驗(yàn)為0.2,為常溫下產(chǎn)氣率。 V2=1/2×96.48×0.2=9.648 (m³)124.5 厭氧發(fā)酵間的設(shè)計(jì)1 發(fā)酵間的容積 V=（V1+V2）·k1 （式4-3） 式中 V發(fā)酵間的容積，m³ V1發(fā)酵料液體積，m³； V2氣室容積，m³； K1容積保護(hù)系數(shù)，取0.91.05。 本次設(shè)計(jì)取K1 =1.0 V=（96.48+9.648）×1.0=106.13m³所以要設(shè)計(jì)的發(fā)酵間體積要大于106.13 m³

36、，所以我選擇設(shè)計(jì)125 m³的發(fā)酵間。2.確定貯氣量 =0.5=12.5m³3.計(jì)算發(fā)酵間容積 （式4-4） （式4-5） （式4-6） （式4-7） （式4-8）圖4.3 發(fā)酵間的尺寸標(biāo)注綜合圓筒型沼氣池的內(nèi)力結(jié)構(gòu)計(jì)算、材料用量計(jì)算和施工管理、使用技術(shù)等種因素，一般認(rèn)為：當(dāng)池蓋矢跨比、池底矢跨比和池身高時(shí)，沼氣池的尺寸比例比較合理。這樣，一旦發(fā)酵間某一尺寸被確定以后，我們即可以計(jì)算出其它部分的尺寸和發(fā)酵間各部分的容積16。我們還可以用合理尺寸比例來(lái)確定已知容積的發(fā)酵間各部分尺寸。利用合理尺寸比例和容積計(jì)算公式可以得出：因?yàn)榘l(fā)酵間容積，所以。因此可以得一計(jì)算公式： （式4-

37、9）即 =1.3078=6.6 m式中 D發(fā)酵間的半徑；m V發(fā)酵間的體積；m³3發(fā)酵間各部分尺寸確定沼氣池的直徑根據(jù)題目要求及經(jīng)驗(yàn)和平面設(shè)計(jì)，確定為6.6m（1）發(fā)酵間池蓋削球體矢高和凈容積。池蓋削球體矢高 f1=D/a1 （式4-10） 式中 f1池蓋削球體矢高，m； D圓柱體形池身直徑，m； a1直徑與池體矢高的比值，取值范圍56，取5。 f1=6.6/6=1.1(m)池蓋削球體凈容積 Q1=f1(3R2+f12) （式4-11）式中 Q1池蓋削球體凈容積，m3； 圓周率，取3.14； f1池蓋削球體矢高，m；R池身圓柱體內(nèi)半徑，m。則 Q1=3.14/6×1.1&#

38、215;(3×3.32+1.12)=19.50（m3）（2）發(fā)酵間池底球體矢高和凈容積。池底削球體矢高 f2=D/d2 （式4-12）式中 f2-池底削球體矢高, m; D池身圓柱體直徑，m； d2直徑與池底矢高的比值，取值范圍8-10，取8那么 f2=6.6/8=0.825（m）池底削球體凈容積 Q3=f 2(3R2+f22) （式4-13）式中 f2-池底削球體矢高, m; Q3發(fā)酵間池底削球體凈容積，m³； 圓周率，取值3.14。則 Q3=3.14/6×0.825×(3×3.32+0.8252) =14.40（m³）（3）發(fā)酵間

39、池身圓柱體容積和池墻高度。發(fā)酵間池身圓柱體容積 Q2= V- Q1- Q3 （式4-14） 式中 Q1池蓋削球體凈容積，m³； V發(fā)酵間總?cè)莘e，m³； Q2發(fā)酵間池身圓柱體容積，m³； Q3發(fā)酵間池底削球體凈容積，m³。 Q2=125-14.40-19.50=91.10（m³）發(fā)酵間池身圓柱體高度 H=Q2/R2 （式4-15） 式中 圓周率，取值3.14； 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。 H =91.10/(3.14×3.32)=2.67（m）（4）發(fā)酵間內(nèi)總面積 S=S1+S2+S3 （式4-16）式中

40、 S內(nèi)總表面積， S1池蓋削球體內(nèi)表面積，S2池身圓柱體內(nèi)表面積，S3池底削球體內(nèi)表面積， 蓋削球體球面內(nèi)表面積 S1=(R2+f12) （式4-17） 式中 S1池蓋削球面內(nèi)表面積，m³； R池身圓柱體半徑，m； f1 池蓋削球面矢高，m； 圓周率，取值3.14。 S1=3.14×（3.32+1.12）=38.0（）圓柱體池身內(nèi)表面積 S2=2RH （式4-18） 式中 S2池身圓柱體內(nèi)表面積，； R池身內(nèi)圓柱體內(nèi)半徑，m； H池身圓柱體高度，m； 圓周率，取值3.1416。 S2=2×3.14×2.67×3.3=55.33（） 池底削球體內(nèi)

41、表面積 S3=(R2+f22) （式4-19） 式中 S3池底削球體內(nèi)表面積，； f2池底削球面矢高，m； R池身圓柱體內(nèi)半徑，m；圓周率，取值3.14； S3=3.14×(3.32 +0.8252)=36.33（）發(fā)酵間總表面積 S=38.0+55.33+36.33=129.66（）174.確定進(jìn)出料管安裝位置進(jìn)出料管位置的安裝是否恰當(dāng)，對(duì)沼氣池的發(fā)酵和產(chǎn)氣都會(huì)有很大的影響。水平位置安裝不恰當(dāng)，會(huì)引起發(fā)酵原料利用不充分；豎直位置安裝錯(cuò)誤，會(huì)引起跑氣或者壓力過(guò)高等現(xiàn)象。水平位置的確定目前水壓式沼氣池進(jìn)、出料管的水平位置一般均確定在發(fā)酵間直徑的兩端上。這種對(duì)稱布置使進(jìn)出料口之間的距離最

42、遠(yuǎn)，對(duì)于保證發(fā)酵原料在池內(nèi)的滯留期和流動(dòng)的均勻性都有很大的好處，可以減少發(fā)酵原料的短路和發(fā)酵出現(xiàn)死角的現(xiàn)象。豎直位置的確定.壓強(qiáng)控制法（限壓法）該種方法是將進(jìn)、出料管位置確定在發(fā)酵間的最低設(shè)計(jì)液面高度上。這樣，當(dāng)池內(nèi)貯氣量達(dá)到最大設(shè)計(jì)貯氣量（同時(shí)，池內(nèi)也達(dá)到了最高設(shè)計(jì)壓強(qiáng)）時(shí)，進(jìn)、出料管口的上沿即開(kāi)始露出液面。如果繼續(xù)產(chǎn)氣，則所產(chǎn)沼氣即從進(jìn)、出料管逸出池外，保持池體內(nèi)的壓強(qiáng)始終在設(shè)計(jì)壓強(qiáng)范圍之內(nèi)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能自動(dòng)限壓，保護(hù)池體的安全，缺點(diǎn)是進(jìn)、出料口位置偏高，用肥時(shí)不易取出較稠的料液。壓強(qiáng)控制法計(jì)算進(jìn)、出料口豎直位置的方法如下：A、計(jì)算死氣箱拱的矢高（即池蓋拱頂點(diǎn)到發(fā)酵間最高液面位O-

43、O位置的距離） 圖4.4 死氣箱拱的矢高如圖4.4所示，死氣箱拱的矢高： 式中：h1池蓋拱頂點(diǎn)到活動(dòng)蓋下緣平面的距離。計(jì)算可得（計(jì)算過(guò)程從略）：對(duì)于65cm直徑的活動(dòng)蓋該值在1015cm之間。 h2導(dǎo)氣管下露出長(zhǎng)度。為保證不讓蛆蟲(chóng)等爬入導(dǎo)氣管內(nèi)使導(dǎo)氣管堵塞，該值取35cm。 h3導(dǎo)氣管下口到O-O液面為的距離。由于池內(nèi)浮渣會(huì)逐漸加厚，實(shí)際液面要高出O-O液面，因此要求h3必須大于15cm。一般可取2030cm。 B、計(jì)算死氣箱容積 （式4-20） =5.5m Vs =3.14=14.68m³ 式中：Vs死氣箱容積 fs死氣箱矢高 r1池蓋曲率半徑 根據(jù)死氣箱容積，可計(jì)算出沼氣池投料率

44、： （式4-21） = =88.26% C、計(jì)算最大貯氣量 =125=12.5m³ D、計(jì)算氣箱總?cè)莘e （式4-22） =14.68+12.5=27.18 m³ 式中：V氣沼氣池氣箱總?cè)莘e； VC沼氣池有效氣箱容積（即最大貯氣量） E、計(jì)算發(fā)酵間最低液面A-A（即極限工作狀態(tài)） 先比較V氣和V1（池蓋容積）： 當(dāng)V氣>V1時(shí)，A-A液面在圓筒形池身范圍內(nèi)； 當(dāng)V氣<V1時(shí)，A-A液面在池蓋范圍內(nèi)； 當(dāng)V氣=V1時(shí)，A-A液面恰好在池蓋和池身交接平面上。大多數(shù)沼氣池是屬于種狀況，只有在池容產(chǎn)氣率較低、沼氣池效益很差的情況下出現(xiàn)狀況，至于純屬巧合。在狀況時(shí)，要確定進(jìn)

45、、出料管的安裝位置，應(yīng)首先算出氣箱在圓筒形池身部分的容積： m³ =27.18-4.82=22.36m³式中：V筒為氣箱在在圓筒形池身內(nèi)所占的容積。由于 V筒 = R2h筒式中：h筒圓筒形池身內(nèi)氣箱部分的高度； R圓筒形池身半徑。因此 =0.65mA-A液面位在池蓋與池身交接平面以下h筒的位置上，該位置也就是進(jìn)、出料管上口的安裝位置。、中層出料安裝法這種安裝法是將是進(jìn)、出料管安裝在圓筒形池身墻中部偏下的位置，這要比用壓強(qiáng)控制法計(jì)算出的位置低約20cm左右。這樣安裝進(jìn)、出料管，便于中層出料，有利于衛(wèi)生。因?yàn)樯蠈恿弦憾喔≡?，消化率低，滅菌效果差；底層料液由于沉淀，寄生蟲(chóng)病卵較多

46、；中層料液蟲(chóng)卵少，消化情況也較好。因此從衛(wèi)生角度來(lái)看，中層出料最為理想。在采取中層出料安裝法時(shí)，池內(nèi)壓強(qiáng)有時(shí)可能高于設(shè)計(jì)壓強(qiáng)，不利于池體安全。因此，在應(yīng)考慮沼氣池的減壓安全保護(hù)措施。常見(jiàn)的安全保護(hù)措施一是加大池體結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)；二是采用其它形式的限壓裝置，如可以控制氣壓計(jì)玻璃管的高度，當(dāng)氣壓過(guò)大時(shí)會(huì)將氣壓計(jì)水柱沖出，達(dá)到減壓保護(hù)池體的作用?！稗r(nóng)村家用水壓式沼氣池標(biāo)準(zhǔn)圖集”（GB475084）進(jìn)、出料管采用的是中層出料安裝法。以上兩種方法各有利弊，在實(shí)踐中最好的辦法是將兩種方法結(jié)合起來(lái)：即用壓強(qiáng)控制法來(lái)確定進(jìn)料管安裝位置，而出料管的位置則采用中層出料安裝法來(lái)確定。這樣，既能保證池內(nèi)壓力不會(huì)超過(guò)設(shè)

47、計(jì)壓強(qiáng)，又能保證中層出料，有利于除害滅病，方便取肥用肥。2.水壓間設(shè)計(jì)水壓間兼有對(duì)池內(nèi)沼氣加壓、貯肥以及便于出料等多種功能。設(shè)計(jì)合理水壓間的要求是：無(wú)效水壓間容積是零；當(dāng)水壓間中料滿時(shí)，氣箱內(nèi)的沼氣壓強(qiáng)恰好等于設(shè)計(jì)壓強(qiáng)。要做到以上兩條，在設(shè)計(jì)水壓間時(shí)必須確定三個(gè)尺寸：（1）水壓間底面標(biāo)高由于當(dāng)水壓間底面恰好與發(fā)酵間初始狀態(tài)O-O位置相平時(shí)，水壓間無(wú)無(wú)效容積。因此，將水壓間底面標(biāo)高確定在此位置上最為理想。（2）水壓間高度因?yàn)檎託獬貎?nèi)設(shè)計(jì)壓強(qiáng)是沼氣池在最大貯氣量時(shí)發(fā)酵間內(nèi)的液面下降值和水壓間的液面上升值之和產(chǎn)生的壓強(qiáng)，此時(shí)，水壓間液面達(dá)到了最高位置（即BB液面）。因此取此位置作為水壓間頂面是最經(jīng)濟(jì)

48、、最合理的。（3）水壓間的容積由于從池內(nèi)壓出的料液量等于池內(nèi)的貯氣量，因此，水壓間的容積等于池內(nèi)最大貯氣量。3.水壓間設(shè)計(jì)的方法下面用一些公式來(lái)說(shuō)明水壓間的設(shè)計(jì)方法：（1）求水壓間底面標(biāo)高根據(jù)計(jì)算，O-O位置在池蓋拱頂下fs處，因此底面標(biāo)高應(yīng)確定在池蓋拱頂下fs處。（2）求發(fā)酵間最大液位降H1（即OO面與AA面間的距離）根據(jù)計(jì)算，AA面在發(fā)酵間圓筒形池身墻下h筒處。所以，AA面距池蓋拱頂距離為 f1 h筒所以，發(fā)酵間最大液位降 H1 = f1h筒fs （式4-23）=1.1+0.65-0.95=0.8m（3）求水壓間高度H2因?yàn)樵O(shè)計(jì)壓強(qiáng)為H（厘米水柱）所以H2 = H H1 H1=h筒+fs

49、+H-0.8 （式4-24） H1= 0.65+0.95+2.67-0.8=3.47(m)H=3.8mH2 = H H1 =2.8-0.8=2.0 m （4）求水壓間平面面積S因?yàn)?，水壓間的容積等于最大貯氣量VC，所以， （式4-25） =（5）求水壓間平面的形狀（長(zhǎng)、寬或圓的半徑）若水壓間平面是正方形或長(zhǎng)方形，根據(jù)水壓間平面面積和施工場(chǎng)地即可確定其邊長(zhǎng)。若水壓間平面是圓形，則平面圓的半徑r為=m水壓式沼氣池的尺寸設(shè)計(jì)完成19。4.6 其他設(shè)施的設(shè)計(jì) 1沼氣發(fā)酵利用系統(tǒng)養(yǎng)鴨場(chǎng)廢水處理采用傳統(tǒng)的沼氣池發(fā)酵，產(chǎn)生的沼氣用于鴨舍的保溫和鴨場(chǎng)的生產(chǎn)生活，剩余沼氣用于發(fā)電，以供鴨場(chǎng)其他設(shè)備的正常運(yùn)行，可減少鴨場(chǎng)的能源消耗。該系統(tǒng)主要由沼氣發(fā)酵池、沼氣儲(chǔ)柜及沼氣輸配系統(tǒng)構(gòu)成。 沼氣發(fā)酵池鴨場(chǎng)糞便沖洗水經(jīng)過(guò)固液分離后，進(jìn)入沼氣發(fā)酵池，其水量為6m³/d，糞水COD約為5000 mg/L，發(fā)酵后沼液COD500 mg/L，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀笄闆r，設(shè)計(jì)發(fā)酵時(shí)間為20d，則該鴨場(chǎng)需建設(shè)125m³的沼氣發(fā)酵池。為此擬建1座125m³的沼氣發(fā)酵池(自動(dòng)升降水壓式)，地下式磚混