固廢課程設(shè)計(jì)

固廢課程設(shè)計(jì)目錄一:前言1．1沼氣定義1．2沼氣工程原理1．3影響厭氧發(fā)酵的因素1．4厭氧發(fā)酵工藝1．5厭氧發(fā)酵原理1．6沼氣工程的現(xiàn)狀和前景1．7沼氣發(fā)酵的優(yōu)點(diǎn)二:依據(jù)三：設(shè)計(jì)說(shuō)明書3．1課程設(shè)計(jì)題目3．2課程設(shè)計(jì)目的3．3課程設(shè)計(jì)參數(shù)3．3．1氣壓3．3．2池容產(chǎn)氣率3．3．3貯氣量3．3．4池容3．3．5投料率3．4發(fā)酵間設(shè)計(jì)3．4．1發(fā)酵間的容積3．4．2發(fā)酵間各部分尺寸的確定3．5進(jìn)料口設(shè)計(jì)3．5．1計(jì)算死氣箱拱的矢高3．5．2死氣箱容積3．5．3投料率3．5．4最大貯氣量3．5．5氣箱總?cè)莘e3．5．6發(fā)酵間最低液面位3．6水壓間設(shè)計(jì)3．7發(fā)酵原料預(yù)處理3．8設(shè)計(jì)沼氣發(fā)酵池的注意事項(xiàng)四：設(shè)計(jì)計(jì)算書4．1工藝流程設(shè)計(jì)4．2發(fā)酵料液計(jì)算4．3氣室容積計(jì)算4．4沼氣發(fā)酵的投料計(jì)算五：設(shè)計(jì)總結(jié)(包含圖紙)水壓式沼氣池課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書——八立方米一.前言沼氣池是有機(jī)物在厭氧條件下經(jīng)微生物的發(fā)酵作用生成的一種以甲烷為主體的可燃性混合氣體，氣主要成分是甲烷和二氧化碳[5]；沼氣工程是對(duì)廢棄有機(jī)物進(jìn)行厭氧發(fā)酵處理的過(guò)程，厭氧發(fā)酵又叫厭氧消化，厭氧消化處理是在缺氧情況下，利用自然界中固有的厭氧菌（特別是甲烷菌）微生物，以垃圾中有機(jī)物作為它的營(yíng)養(yǎng)源，經(jīng)過(guò)甲烷菌的新陳代謝，將垃圾中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為沼氣和沼肥的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程。影響厭氧發(fā)酵的因素有很多：根據(jù)菌體的性質(zhì)、發(fā)酵溫度等決定有機(jī)物的投入量；為了使甲烷發(fā)酵順利進(jìn)行，營(yíng)養(yǎng)因素也不可忽視，碳氮比和碳磷比是重要因素；粒度的大小，一般是越小越好；發(fā)酵的溫度分為常溫發(fā)酵、中溫發(fā)酵和高溫發(fā)酵，都要控制在相對(duì)的范圍內(nèi)；不可缺少的還有沼氣發(fā)酵槽料液的攪拌；對(duì)于厭氧發(fā)酵，適當(dāng)?shù)募訙?、基質(zhì)的平均滯留時(shí)間和PH值也是其重要因素。厭氧發(fā)酵工藝有高溫厭氧發(fā)酵工藝和自然溫度厭氧發(fā)酵工藝兩種方式[3]。厭氧發(fā)酵原理：有機(jī)物的厭氧發(fā)酵過(guò)程可分為液化、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷三個(gè)階段，三個(gè)階段各有其獨(dú)特的微生物類群起作用[4]。利用城鎮(zhèn)垃圾、糞便、污水以及食物加工后的廢渣泔水等制取沼氣可以節(jié)約石化能源，降低加工成本，清潔環(huán)境。利用農(nóng)業(yè)和食品加工業(yè)產(chǎn)生的廢渣、植物秸稈、人畜糞便、活性污泥等制取沼氣的過(guò)程可以殺滅病蟲卵，防止疾病傳播。沼氣渣還可以提高肥效，發(fā)展前途廣闊[3]。二．依據(jù)（1）氣壓：沼氣池的產(chǎn)氣量和池內(nèi)的氣壓密切相關(guān)。隨著氣壓的增加，其產(chǎn)氣量相應(yīng)減少。同時(shí)，沼氣發(fā)酵效果好，要求沼氣池內(nèi)氣壓有一個(gè)相對(duì)的穩(wěn)定階段。(2)產(chǎn)氣率：所謂產(chǎn)氣率是指每立方米發(fā)酵料液24小時(shí)的產(chǎn)氣量，單位以米3/米3料液·天表示。目前，我國(guó)農(nóng)村家用沼氣池大部分為常溫發(fā)酵。發(fā)酵溫度隨外界氣溫和地溫而變化，變化幅度為8℃～28℃。在正常產(chǎn)氣的情況下，每立方米發(fā)酵料液產(chǎn)氣量為0.1～0.3米3/天。夏天產(chǎn)氣多，冬天產(chǎn)氣少。（3）容積：沼氣池容積的確定是設(shè)計(jì)上的一個(gè)重要指標(biāo)。沼氣池設(shè)計(jì)過(guò)小，不能充分利用原料和滿足使用要求；容積過(guò)大，沒有足夠的原料，則沼氣池利用率低，浪費(fèi)投資和材料。因此，沼氣池容積應(yīng)根據(jù)發(fā)酵原料情況和用戶使用要求以及產(chǎn)氣率合理確定。S3—池底削球體內(nèi)表面積，m2。a)池蓋削球體球面內(nèi)表面積S1=π(R2+f12)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;π—圓周率，取3.14。S1=3.14X(1.42+0.472)=6.848(m2)b)圓柱體池身內(nèi)表面積S2=2πRH式中S2—池身圓柱體內(nèi)表面積，m2;R—池身內(nèi)圓柱體內(nèi)半徑，m;H—池身圓柱體高度，m;π—圓周率，取3.14。S2=2X3.14X1.4X0.541=4.756(m2)c)池底削球體內(nèi)表面積S3=π(R2+f22)式中S3—池底削球體內(nèi)表面積，m2;f2—池底削球體矢高，m;R—池身圓柱體內(nèi)半徑，m;π—圓周率，取3.14S3=3.14X(1.42+0.352)=6.539(m2)d)發(fā)酵間總表面積S=6.848+4.756+6.539=18.143(m2)4.進(jìn)料口的設(shè)計(jì)[1]進(jìn)料口由上部長(zhǎng)方形槽和下部圓管組成，其中上部長(zhǎng)方形槽幾何尺寸是長(zhǎng)x寬x深=600mmx320mmx500mm;下部圓管采用∮300預(yù)制混凝土管，管與池墻角為35°[5]○1死氣箱拱的矢高f死=h1+h2+h3式中h1—池蓋拱頂點(diǎn)到活動(dòng)蓋下緣平面的距離，該值一般在10-15cm之間，取15cm;h2—導(dǎo)氣管下露出長(zhǎng)度，區(qū)3-5cm,取5cm;h3—導(dǎo)氣管下口到液面距離，一般取20-30cm,取25cm。f死=0.15+0.05+0.25=0.45(m)○2死氣箱容積V死=πf死2(p1+f死/3)式中V死—死氣箱容積；f死—死氣箱矢高；p1—池蓋曲率半徑。V死=3.14x0.452x(1.9575-0.40/3)=1.16(m?)○3投料率投料率=（V-V死）/VX100%投料率=（8.0-1.16）/8.0x100%=85.5%○4最大貯氣量V貯=池容x池容產(chǎn)氣率x0.5V貯=8.0x0.2x0.5=0.8(m?)○5氣箱總?cè)莘eV氣=V死+V貯式中V氣—沼氣池氣箱總?cè)莘e；V死—死氣箱總?cè)莘e；V貯—有效氣箱容積。V氣=1.16+0.8=1.96(m?)○6發(fā)酵間最低液面位V筒=V氣-Q1V筒=1.96-1.5=0.46(m?)圓筒形池身內(nèi)氣箱部分的高度為：h筒=0.46/(3.14x1.42)=0.075(m)最低液面位在池蓋與池身交接平面以下h筒的位置上。這個(gè)位置也就是進(jìn)出料管的安裝位置。5．水壓間設(shè)計(jì)[5]H水壓間=h筒+f死+H-0.8H水壓間=0.075+0.045+0.541-0.8=0.266(m)有效容積：V有=池容x池容產(chǎn)氣率x投料量x1/2V有=0.8x0.2x85.5％x1/2=0.684（m?）H=V有/(3.14xR2)0.266=0.684/(3.14xR2)R水壓間=0.881水壓式沼氣池的尺寸設(shè)計(jì)完成6．發(fā)酵原料預(yù)處理[5]○1糞便原料不必進(jìn)行預(yù)處理，作物秸稈必須鍘短到五厘米或粉碎○2在接種物用量小于20%，鮮糞用量與風(fēng)干秸稈的重量比小于1：1時(shí)，啟動(dòng)時(shí)所用的秸稈原料應(yīng)進(jìn)行堆漚處理。方法有：（1）池外堆漚：將原料加水拌勻。加水量以料堆下部不出水為宜，料堆上加蓋塑料膜。氣溫在十五攝氏度左右時(shí)堆漚4-5天，氣溫在二十?dāng)z氏度以上進(jìn)堆漚2-3天。（2）池內(nèi)堆漚：將原料及接種物拌勻后，投入沼氣池內(nèi)進(jìn)行堆漚，堆漚時(shí)間參照池外堆漚?！窘臃N物】○1沼氣發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)所用的含有大量沼氣發(fā)酵微生物的各種厭氧活性污泥稱接種物。在沼氣發(fā)酵啟動(dòng)時(shí)，料液中要添加10%-30%的接種物?！?老沼氣池中的懸浮污泥、各種有機(jī)廢水沉污泥、河流湖泊底層的沉渣、坑塘污泥和積水糞坑的糞肥等，都可用來(lái)做接種物。所用接種物的揮發(fā)性固體含量不低于3%?！菊託獍l(fā)酵的啟動(dòng)】○1投料：將預(yù)處理的原料和準(zhǔn)備好的接種物混合在一起投入池內(nèi)。啟動(dòng)時(shí)的料液干物質(zhì)含水量控制在6%-12%?！?加水封池：原料和接種物入池后，要及時(shí)加水封池。以料液量約占沼氣池總?cè)萘糠e的85%-90%為宜。然后加蓋密封?！?放氣試火：沼氣發(fā)酵啟動(dòng)初期，通常不能點(diǎn)燃。因此當(dāng)水壓表壓力達(dá)到20厘米水柱以上時(shí)，應(yīng)進(jìn)行放氣試火。所產(chǎn)沼氣可正常燃燒使用時(shí)，沼氣發(fā)酵的啟動(dòng)階段即告完成?！練獬氐倪\(yùn)轉(zhuǎn)管理】○1當(dāng)沼氣發(fā)酵啟動(dòng)之后，即進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)階段。為了維持沼氣的均衡產(chǎn)氣 ，啟動(dòng)后30天左右就應(yīng)定時(shí)進(jìn)行補(bǔ)料。○2正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間進(jìn)池的秸稈原料，只要鍘短或粉碎并用水或發(fā)酵液浸透即可○3正常運(yùn)轉(zhuǎn)期間的進(jìn)料濃度應(yīng)盡量大一些，干物質(zhì)含量可以大于8%?！?為了便于管理和均衡產(chǎn)氣，可每隔5-7天補(bǔ)料一次，“三結(jié)合”沼氣池每天都要有一定量的人畜糞便進(jìn)入沼氣池，產(chǎn)氣量不足時(shí)，則應(yīng)每5-7天添加秸稈或青草等原料一次?！?每隔5-7天攪拌一次，可通過(guò)進(jìn)料口或水壓間用木棍攪拌，也可從水壓間淘出料液，再?gòu)倪M(jìn)料口倒入進(jìn)行攪拌。若發(fā)生浮料結(jié)殼并嚴(yán)重影響產(chǎn)氣時(shí)，則應(yīng)打開活動(dòng)蓋進(jìn)行攪拌。冬天減少或停止攪拌。7．注意事項(xiàng)○1沼氣發(fā)酵啟動(dòng)過(guò)程中，試火應(yīng)在燈、爐具上進(jìn)行，禁止在導(dǎo)氣管口試火?！?沼氣池在大換料時(shí)要把所有蓋口打開，使空氣流通，在末通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明池內(nèi)確實(shí)安全，不允許工作人員下池操作?！?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(hù)。以防萬(wàn)一發(fā)生意外可及時(shí)進(jìn)行搶救?！?沼氣池進(jìn)出料口要加蓋。○5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(zhǔn)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?！?活動(dòng)蓋密封情況下，進(jìn)出料的速度不宜過(guò)快，保證池內(nèi)緩慢升壓或降壓。在沼氣池日常進(jìn)出料時(shí)，不得使用沼氣燃燒和有明火接近沼氣池。水壓式沼氣發(fā)酵池設(shè)計(jì)計(jì)算書——八立方米1．工藝流程設(shè)計(jì)沼氣發(fā)酵工藝類型較多，我國(guó)普遍采用的是自然溫度厭氧發(fā)酵工藝和高溫厭氧發(fā)酵工藝?！?自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投料，基本流程圖如圖所示:圖：自然溫度半批量投料沼氣發(fā)酵工藝流程*該圖來(lái)源于[4]這種工藝發(fā)酵期因季節(jié)和農(nóng)用情況而定，一般為五個(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)是出料操作勞動(dòng)量大）?！?自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝：這種工藝自然溫度下，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符合能力，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。我們選擇的是自然溫度連續(xù)投料發(fā)酵工藝。2．發(fā)酵料液的計(jì)算發(fā)酵料液體積的計(jì)算:V1=[(n1+n2)k2+n3]T式中V1—發(fā)酵料液體積，m?；n1—產(chǎn)人糞便總量。按常住人口x0.006~0.0013m?/(人·d)取值；n2—產(chǎn)牲畜糞便總量。按按養(yǎng)豬頭數(shù)x0.006~0.15m?/(頭·d)取值；n3—每日舍外能定量收集糞便總量，m?/d，取0.034;k2—收集系數(shù)，取值0.6;T—原料滯留期（d）;蔬菜區(qū)t取30，平壩農(nóng)業(yè)區(qū)取35，丘陵農(nóng)區(qū)取40。V1=[(0.03+0.32)X0.6+0.034]X30=7.32m?3.氣室容積的計(jì)算V2=1/2V1k3式中V1—發(fā)酵料液體積，m?；V2—?dú)馐胰莘e，m?；k3—原料產(chǎn)氣率，本次試驗(yàn)取0.2，為常溫下產(chǎn)率。V2=1/2X7.32X0.2=0.732(m?)4沼氣發(fā)酵的投料計(jì)算本次設(shè)計(jì)的農(nóng)村家用水壓式沼氣池的池容為8m?，假設(shè)一個(gè)五口之家一天的用氣量為1.2m?，為了保證每天的供氣充足。我們選擇了干稻草、人糞、豬糞、青草等作為發(fā)酵物。在8m?的沼氣池內(nèi)每天的產(chǎn)氣量最大為1.2m?。物料名稱產(chǎn)氣量m?/d投料量kg/d碳所占百分比%氮所占百分比%豬糞0．3540．907．800．6人糞0．0300．0752．50．85青草0．6451．514．00．84干稻草0．1710．542．00．63