安全工程.docx
《安全工程.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《安全工程.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
安全工程
河南城建学院
《固体废物处理与处置》
水压式沼气池设计
院系：
姓名：
专业：
班级：
学号：
指导老师:
实习日期：
年月日至日
前言
沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种以甲烷为主体的可燃气体。
由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以人们叫它沼气。
沼气是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氢（H2S）、氮及其他一些成分。
沼气的组成中，可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重烃等气体；不可燃成分包括二氧化碳、氮和氨等气体。
沼气发酵有很多有点。
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。
目录
设计正文3
一、设计题目3
二、设计目的3
三、设计参数4
四、工艺流程4
五、发酵料液的计算5
六、发酵间的设计5
七、进料口（管）的设计9
八、水压间（管）的设计11
九、沼气发酵的投料计算11
十、发酵原料的预处理12
十一、安全注意事项13
十二、参考文献13
设计心得15
设计正文
一、设计题目
水压式沼气池
二、设计目的
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。
三、设计参数
1、气压：
7840Pa（即80cm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）。
采用池容产气率为0.2m3／（m3.d）
3、某农户家共4人，畜生（猪）4头。
4、贮气量：
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存气量以12h产气量为宜，其值与有效水压间的容积相等。
5、池容：
指发酵间的容积。
本次设计的农村家用水压式沼气池的池容积为12m3。
6、投料率：
指最大投入的料液所占发酵间容积的百分比。
四、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4-18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。
五、发酵料液的计算
⒈发酵料液体积的计算
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×0.006-0.013m³/（人·d）取值；此处取5×0.008=0.04
n2——产牲畜粪便总量。
按养猪头数×0.08-0.15m³/（头·d）取值；此处取5×0.08=0.4
n3——每日舍外能定量收集粪便总量，取0.034m³/d；
k2——收集系数，取值0.5-1.0；此处取0.8
T——原料滞留期（d）；蔬菜区t取30，平坝农业区取35，丘陵区取40。
此处取30
V1=[（0.04＋0.4）×0.8+0.034]×30=11.58m³，此处取12m³
⒉气室容积的计算
V2=1/2V1k3
式中V2——气室容积，m³；
V1——发酵料液体积，m³；
K3——原料产气率，我国通常采用的产气率包括0.15m³/（m·d）、0.2m³/（m³·d）、0.25m³/（m·d）、0.3m³/（m·d）。
此处取0.25
V2=1／2×12×0.25=1.5（m3）
六、发酵间的设计
⒈发酵间的容积
V=（V1－V2）k1
式中V——发酵间容积，m³；
V1——发酵料液体积，m³；
V2——气室容积，m³；
k1——容积保护系数，取0.9～1.05。
此处取1.0
V=（12-1.5）×1.0=10.5m³
⒉发酵间各部分尺寸的确定
（1）沼气池的直径根据用户平面布置确定。
确定为2.4m
（2）发酵间池盖削球体矢高和净容积。
池盖削球体矢高
ƒ1=D/ɑ1
式中ƒ1——池盖削球体矢高,m；
D——圆柱体型池身直径，m；
ɑ1——直径与池顶矢高的比值，取5～6。
此处取5
f1=2.4/5=0.48（m）
池盖削球体净容积
Q1=/6ƒ1（3R2+ƒ12）
式中Q1——池盖削球体净容积，m³；
——圆周率，取3.14；
ƒ1——池盖削球体矢高,m；
R—池身圆柱体内半径，m。
则Q1=3.14/6×0.48×（3×1.22+0.482）=1.2（m3）
（3）发酵间池底削球体矢高和净容积
池底削球体矢高
ƒ2=D/ɑ2
式中ƒ2——池底削球体矢高,m；
D——圆柱体型池身直径，m；
ɑ2——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）
池底削球体净容积
Q3=/6ƒ2（3R2+ƒ22）
式中Q3——发酵间池底削球体净容积，m³；
——圆周率，取3.14；
R—池身圆柱体内半径，m；
ƒ2——池底削球体矢高,m。
Q3=3.14/6×0.3×（3×1.22+0.32）=0.7（m3）
（4）发酵间池身圆柱体容积和池墙高度
发酵间池身圆柱体净容积
Q2=V－Q1－Q3
式中Q2——发酵间池身圆柱体净容积，m³；
V——发酵间总容积，m³；
Q1——池盖削球体净容积，m³；
Q3——发酵间池底削球体净容积，m³。
Q2=10.5-1.2-0.7=8.6
发酵间池身圆柱体高度
H=Q2/R2
式中Q2——发酵间池身圆柱体净容积，m³；
R—发酵间池身圆柱体半径，m；
H——发酵间池身圆柱体高度,m。
则H=8.6/（3.14×1.22）=1.9（m）
（5）发酵间内总表面积
S=S1+S2+S3
式中S——内总表面积,㎡；
S1——池盖削球体内表面积，㎡；
S2——池身圆柱体内表面积，㎡；
S3——池底削球体内表面积，㎡。
池盖削球体内表面积
S1=/（R2+ƒ12）
式中S1——池盖削球体内表面积，㎡；
R—池身圆柱体半径，m；
ƒ1——池盖削球面矢高,m；
——圆周率，取3.14
S1=3.14×（1.22+0.482）=5.25（m2）
圆柱体池身内表面积
S2=2RH
式中S2——池身圆柱体内表面积，㎡；
R—池身内圆柱体内半径，m；
Η——池身圆柱体高度,m；
——圆周率，取3.14。
S2=2×3.14×1.2×1.9=14.4（m2）
池底削球体内表面积
S3=（R2+ƒ22）
式中S3——池底削球体内表面积，㎡；
ƒ2——池底削球体矢高,m；
R—池身内圆柱体内半径，m；
——圆周率，取3.14。
S3=3.14×（1.22+0.32）=4.8（m2）
4发酵间总表面积
S=5.25+14.4+4.8=24.45（m2）
七、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=600㎜×320㎜×500㎜；下部圆管宜采用Ø200～300㎜预制混凝土管或现浇混凝土管，管与池墙角不小于30。
。
此处取45°
水压式沼气池进料管安装位置一般都确定在发酵间的最低设计液面高度处。
该位置的计算如下。
（1）计算死气箱拱的失高：
即池盖拱顶点到发酵间的最高液面。
其中死气箱拱的矢高可按下式计算。
ƒ死=h1+h2+h3
式中h1——池盖拱顶点到活动盖下缘平面的距离，该值一般在10～15㎝之间；此处取15cm
h2——导气管下露出长度，区3～5㎝；此处取5cm
h3——导气管下口到液面距离，一般取20～30㎝。
此处取25cm。
f死=0.15+0.05+0.25=0.45（m）
（2）死气箱容积
V死=ƒ2死[ρ1+（ƒ死/3）]
式中V死，ƒ死，ρ1——分别为死气箱容积、死气箱矢高、池盖曲率半径。
V死=3.14×0.452×（1.23－0.45/3）=0.69（m3）
（3）投料率：
根据死气箱容积，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=（10.5-0.69）/10.5×100%=93.43%
（4）最大贮气量
V贮=池容×池容产气率×1/2
V贮=10.5×0.2×1/2=1.05（m3）
（5）气箱容积
V气=V死+V贮
式中V气，V，V死——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=0.69+1.05=1.74（m3）
（6）发酵间最低液面位。
对一般沼气池来说，V气均大于Q1，也就是说，最低液面位置在圆筒形池深范围内。
此时，要确定进、出料管的安装位置，应按下式现计算出气箱在圆筒形池身部分的容积。
V筒=V气－Q1
因此，h筒=V筒/R2
式中h筒——圆筒形池身内气箱部分的高度，m。
V筒=1.74-1.2=0.54（ｍ３）
h筒=0.54/（3.14×1.22）=0.12（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。
八、水压间（管）的设计
H水压间=h筒+f死+H-0.8
H水压间=0.12+0.45+1.9-0.8=1.67（m）
有效容积：
V有=池容×池容产气率×投料量×1/2
V有=10.5×0.2×93.43%×1/2=1.0（m3）
H=V有/（3.14×R2）
1.9=1/（3.14×R2）R水压间=0.41
水压式沼气池的尺寸设计完成
九、沼气发酵的投料计算
本次设计的农村家用水压式沼气池的池容为12m3，假设一个五口之家一天的用气量为1.5m3,为了保证每天的供气充足。
我们选择了干稻草、人粪、猪粪、青草等作为发酵物。
在12m3的沼气池内每天的产气量最大为1.5m3.
物料名称
产气量m3／d
投料量kg
／d
碳所占百分比%
氮所在百分比%
猪粪
0.354
0．4
7.80
0.6
人粪
0.030
0.04
2.5
0.85
青草
0.645
1.5
14.0
0.84
干稻草
0.171
0.5
42.0
0.63
C:
N=（0.4×7.8%+0.04×2.5%＋1.5×14.0%＋0.5×42%）／（0.4×0.6%+0.04×0.85%+1.5×0.84%+0.5×0.63）=24:
1
我们计算出了物料的碳氮比为24:
1,符合沼气池普通的碳氮比要求。
十、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5厘米或粉碎。
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6%-12%。
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。
沼气池的运转管理
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。
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。
十一、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
3、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。
十二、参考文献
1.聂永丰.三废处理工程技术手册-固体废物卷.北京：
化学工业出版社，2000
2.国家环境保护总局污染控制司.城市固体废物管理与处置技术.北京:
中国石化出版社,2000
3.李国建.城市垃圾处理工程.北京:
科学出版社,2003
4.芈振明.固体废物处理与处置.北京:
高等教育出版社,1993
5.农村家用沼气池设计规范
6.户用沼气池标准图集
设计心得
通过此次实习，我也学到了很多课堂上没有学到的东西，认识到了实践和理论相结合的重要性，我们不应该只局限于课本中的知识，而是要把它们和我们的日常生活相联系起来，勤动脑，多思考，理论与实践相结合。
期间我积极思考，遇到问题或向老师请教，或向同学商议，或去图书馆查阅有关方面的知识争取把问题弄明白，解决了。
在具体做的过程中，从设计到计算，从分析到绘图，让我更进一步的明白了作为一个设计人员要有清晰的头脑和整体的布局，要有严谨的态度和不厌其烦的细心，要有精益求精、追求完美的一种精神。
从开始的设计方案的拟定中，让我清楚的了解了自己接下来要完成的任务，也很好的锻炼了自己自主学习的能力；在大量的计算和最终的选择过程中，不但考验了自己计算过程中的细心程度还提高了自己快速资料的一种能力；在最后的绘图过程中，也锻炼并提高了自己cad绘图的能力。
在这个过程中也遇到了些许的问题，在面对这些问题的时候自己曾焦虑，但是最后还是解决了。
在设计的同时也培养了我许多美好的品质。
它让我认识到了遇到事情要冷静，用积极地心态去解决，要多动脑，勤发问，将课本上的知识和具体的设计相结合。
也让你我认识到学习的重要性，不只是对课本的学习，而是生活中各个方面的学习，例如心态的锻炼，耐心的培养，团队的合作精神等，以及各个事物之间紧密的联系性。
升级会员 