沼气池设计整理.doc

沼气池设计整理遵照的标准 GB/T4750-1984 农村家用水压式沼气池标准图集 1、范围 本标准规定了农村家用沼气池(以下简称沼气池)设计原则要求几何尺寸的确定和结构设计。 本标准适用于砖、水泥为建筑材料，人畜粪便为主要发酵原料的半连续发酵的家用小型(发酵间10m3以内)水压式沼气池设计。GBJ 3-88 砌体结构设计规范 砌体结构设计规范(GBJ388)砌体结构设计规范系根据原国家建委(81)建发设字第546号文的通知，由中国建筑东北设计院会同国内有关单位，对砖石结构设计规范GBJ373修订而成的。本规范在修订过程中，修订组组织了国内设计、科研和高等院校等有关单位，按统一计划的要求，有针对性地进行了砌体结构可靠度、房屋空间工作、偏心受压、局部受压、墙梁、挑梁和配筋砌体等专题科学研究工作；调查和总结了国内的实践经验；借鉴了国外有关设计规范的部分内容，并广泛征求了全国有关单位的意见，经反复修改最后由我部会同有关部门审查定稿。修订后的规范共分七章和七个附录。修订的主要内容有：采用以概率理论为基础的极限状态设计方法，并以分项系数的设计表达式进行计算；补充了近年来我国广泛采用的中型、小型砌块房屋的设计和考虑空间工作的多层房屋静力计算方案；增加了墙梁和挑梁的设计和构造；修改了砌体的基本强度表达式和偏心受压长柱的计算以及局部受压和配筋砌体的计算公式等。本规范必须与按1984年国家批准发布的建筑结构设计统一标准GBJ6884制订、修订的建筑结构荷载规范GBJ987等各种建筑结构设计标准、规范配套使用，不得与未按建筑结构设计统一标准GBJ6884制订、修订的国家各种建筑结构设计标准、规范混用。 GBJ9-87 建筑结构荷载规范 为了适应建筑结构设计的需要，以符合安全实用、经济合理的要求，特制定本规范。本规范适用于工业与民用房屋和一般构筑物的结构设计。本规范是根据建筑结构设计统一标准GBJ68-84规定的原则制订的。建筑结构设计中涉及的作用包括直接作用（荷载）和间接作用（如地基变形、混凝土收缩、焊接变形、温度变化或地震引起的作用）。本规范仅对荷载作出规定。GBJ10-89 混凝土结构设计规范为了在混凝土结构设计中贯彻执行国家技术经济政策，做到技术先进、经济合理、安全使用、确保质量，特制定本规范。本规范适用于工业与民用房屋和一般构筑物的钢筋混凝土、预应力混凝土以及素混凝土承重结构设计，不适用于轻混凝土及其他特种混凝土结构的设计。本规范是根据国家标准建筑结构设计统一标准GBJ6884规定的原则制订的。符号、计量单位和基本术语是按国家标准建筑结构设计通用符号、计量单位和基本术语GBJ83-85的规定采用。按本规范设计时，荷载应按国家标准建筑物荷载规范BGJ9-87的规定执行；材料和施工质量应符合国家现行标准混凝土结构工程施工及验收规范及有关国家标准的要求；混凝土强度的检验评定应符合现行国家标准混凝土强度检验评定标准及有关国家标准的要求；结构抗震设计尚应符合现行国家标准建筑抗震设计规范的规定。 3 、设计原则 坚持适用、卫生、平面布局合理，外型美观。 池盖顶端复土厚度不小于200mm。 强度安全系数K2.65。 正常使用寿命20年以上。 4、设计要求 设计技术参数1）气压：7480Pa（即80cm水柱）。（2）池容产气率：池容产气率是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）。我国常采用的池容产气率有0.15,0.2,0.25和0.3几种。（3）贮气量：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气量以12h产气量为宜，其值与有效水压间的容积相等。（4）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。（5）投料率：指最大投入的料液所占的发酵间的百分比，一般在8595之间为宜。(6)城市人家目前有3口人.沼气池设计条件：（）温度：热季进料保持25-28，寒季加温至38-45，保持塔内温度为28-32。（）： 以下或以上都对产气有抑制作用。值在以下，产甲烷菌的活动则完全受到抑制。上升至时，仍能保持相当高的产气率。这是因为过高的氢离子浓度，既不利于酸化菌产生有机酸，又不适于大多数产甲烷菌的活动。（） 的控制：，成批投料启动时：的值应小于：，一般可取：。（） 搅拌：搅拌的目的：在生物反应器中，生物化学反应是依靠微生物的代谢活动而进行，这就要使微生物不断接触新的食料。在分批投料发酵时，搅拌是使微生物与食物接触的有效手段，而在连续投料系统中，特别是高浓度产气量大的原料，在运行过程中由于进料和产气时气泡形成和上升过程所造成的搅拌则构成了食料和微生物接触的主要动力。在成批投料消化器里，发酵料液通常自然沉淀分为4层，从上到下依次为：浮渣层、上清液、活性层和沉渣层。在这种情况下，厌氧微生物活动较为旺盛的活动层仅有活性层，其他各层因可被利用的原料缺乏或因条件不适宜微生物的活动，使厌氧消化进行缓慢。因此，都会采取搅拌来促进厌氧消化过程的进行。它可使微生物与发酵原料充分接触，同时打破分层现象，使活性层扩大到全部发酵液内。同时搅拌还有防止沉渣沉淀，防止产生或破坏渣层，保持地温均一，促进气液分离等功能。搅拌强度：搅拌次数由1次增加到3次时，日产气量增加56%，而由3次增加到6次时，日产气量仅增加4%，而且气体中的甲烷含量却由60%降至47%，所以搅拌次数定为每日3次。搅拌方法：发酵液回流搅拌、沼气回流搅拌、机械搅拌。在工程上多采用液体回流或气体回流方式搅拌。机械搅拌投资大能耗大，故障多，一般多不采用。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生活垃圾原料，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粪便进入沼气池，产气量不足时，则应每5-7天添加果皮或菜叶等原料一次。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。沼气池运行工艺流程： 发酵原料的预处理1、粪便原料不必进行预处理，其他生活垃圾必须铡短到6厘米以下或粉碎。2、在接种物用量小于20%，鲜粪用量与其他生活垃圾的重量比小于1：1时，启动时所用的大料生活垃圾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。沼气池的计算设计参数：总人口数：30万 其中3人户 其中有机物含量30%-35% 每人每天产垃圾量为1.5kg/人.d设计计算：垃圾有机物产量（min）： 垃圾有机物产量（max）：国标GB/T4750-1984中沼气池的设计尺寸:容积占地范围m埋置深度m池内直径m池墙高度m削球池型池盖m削球池型池底m出料间长宽曲率半径矢高曲率半径矢高曲率半径矢高64.582.882.442.41.01.740.482.550.301.00.884.883.182.542.71.01.960.542.860.341.21.0105.183.482.643.01.02.180.603.180.381.31.0125.383.782.703.21.02.320.643.400.401.41.0选用最大垃圾有机物产量作为计算参数，根据预处理有机物的量和沼气池的尺寸，则选用池容为8的沼气池，且设计个数为16个，便于节省占地，可根据有机物的产量灵活调整使用个数，节省成本，提高效益。N、P投加量的计算：查手册可知，在厌氧发酵制沼气的过程中，发酵工艺的最佳C：N：（30-35）：1；C:P:(70-150):1则取C：N：30：1；C：P=100：1原料中C含量：原料中N含量：原料中含P量：投加量计算： 投加C：投加N：投加P：0加N可选用（含N率：）则投加0.08就能够满足所需的N量。C则只需投加秸秆，因为秸秆含C量很高，为95%以上，所以投加秸秆就按238.7投加即可。沼气池主体计算：池容：沼气池总容积包括：池体容积、池盖容积和池底容积圆柱体：削球壳体：曲率半径：式中，V-容积，; -曲率半径，m; -矢高，m; H-池墙高，m; D-池内直径，m; R-池内半径，m.选用容积为8的沼气池：根据沼气池尺寸表得知，8的沼气池各设计尺寸如下：主池直径：D=2.7m,则半径R=1.35m;池墙高：H=1.0m池高部分：矢高=0.54m 曲率半径=1.94m池底部分：矢高=0.34m 曲率半径=2.86m圆柱体的体积=3.14削球体池盖部分削球体池底部分沼气池总容积水压箱的容积：水压箱的容积计算：式中，-长（长轴径），m;-宽（短轴径），m。查沼气池几何尺寸表可得：水压箱长（）=1.2m水压箱宽（）=1.0m设计水压箱高（h)=1.3m水压箱的容积 沼气产量的计算：有机物沼气发酵时所产沼气的量和成分，取决于发酵原料的成分，由碳水化合物构成有机物厌氧发酵时的沼气产量可按巴斯维尔公式进行计算：事实上只有当有机物成分已知时，其产气量才可以进行理论计算若有机物的组分复杂，不能准确定位其有机物成分时，采用平均估算预测的方法进行：有机物厌氧发酵时可表示为：其中有机物投料复杂时一般把有机物中成分的组成：:5-10;:7-17;b:2-8;c:1,其中P的含量很少一般在0.1-0.5之间。根据我处理的物质为生活垃圾中的有机物成分，其中的金属、玻璃、纸片等已在与处理和筛选过程中除去，虽然有机物成分复杂，但是含碳量却相对为处理的原垃圾很少，所以根据有机物垃圾的成分和特有性质，可取参数：=6；=16；b=8;c=1,P=0.2。所以有机物可表示为：产生的沼气量： 230g 322.4L 157500000g X沼气的净化沼气的净化一般包括沼气脱水、脱硫及二氧化碳。沼气从厌氧发酵装置产出时，携带大量的水分，特别是在中温或高温发酵时，沼气具有较高的湿度。一般来说1干沼气中饱和含湿量，在30度时为35g,而到50度时则为111g,当沼气在管路中流动时，由于温度和压力的变化露点降低，水蒸汽冷凝增加了沼气在管道中流动的阻力，而且由于水蒸汽的存在，还降低了沼气的热值。而水与沼气中硫化氢共同作用加速了金属管道、闸门及流量计的腐蚀或堵塞。另外，沼气中硫化氢燃烧后生成二氧化硫，它与燃烧产物中的水蒸气结合生成亚硫酸，使燃烧设备的低温部位金属表面产生腐蚀，还会造成对大气环境的污染，影响人体健康。1. 沼气脱水原理：为满足氧化铁对脱硫剂对湿度的的要求，对高中温的沼气温度应进行适当降温，通常是采用重力方法，即常用沼气气水分离器的方法，将沼气中的部分水蒸气脱除。在输送管路的最低点设置凝水器可将管路中的水蒸气排除。脱水装置：为了使沼气的气液两相达到工艺指标分离要求，常在塔内安装水平和竖直滤网，当沼气以一定的压力从装置上部以切线方式进入后，沼气在离心作用下进行旋转，然后依次经过水平滤网及竖直滤网，使沼气中的水蒸气与沼气分离，而后器内的水滴，沿内壁向下流动，而积存于装置底部并定期排除。这种冷凝水分离器安排水方式，可分为人工手动和自动排水两种。沼气中的含水量:根据常数1中含有35g135g1 46000 Y沼气脱硫：沼气中硫化氢浓度受发酵原料或发酵工艺的影响很大，原料不同沼气中硫化氢含量变化也很大，一般在0.8-14.5之间，其中以蜜糖废水和城粪发酵后，沼气中硫化氢含量为最高。沼气中二氧化碳含量一般在35%-40%之间，而人工煤气中二氧化碳只占总量的2%。二氧化碳为酸性气体，它存在对脱硫带来不利的影响。脱硫原理：在常温下沼气通过脱硫剂床层，沼气中硫化氢与活性氧化铁接触，生成三氧化二铁，然后含硫物质的脱硫剂与空气中氧接触，当有水存在时，铁的硫化物又转为氧化铁和单体硫。这种脱硫再生过程可循环多次，直至氧化铁脱硫剂表面的大部分孔隙被硫或其他杂质覆盖而失去活性为止，脱硫反应：再生反应为再后生的氧化铁可继续脱除沼气中的。上两式均为放热反应，但是，在是再生反应比脱硫反应要缓慢。脱硫运行参数：温度：15-30脱硫剂水分：10%-15%PH：大于9脱硫剂的床层阻力应小于100Pa/m脱硫塔的压力为常压。脱硫装置：采用成型脱硫剂时，常采用脱硫塔，它是由塔体、封头、 进出气管、检查孔、根排污孔、支架及内部木格栅等组成。为防止冷凝水沉积在塔顶部而使脱硫剂受潮，通常在顶部的脱硫剂上铺一定厚度的碎硅酸铝纤维棉或其他多孔性填料，将冷凝水阻隔。根据处理沼气量的不同，在塔内可分为单层床或双层床，一般高度为1m左右时，取单层床；若高度大于1.5m，则取双层床。 设备：中心管式脱硫塔沼气从塔的下部进入，从中部引出。当更换脱硫剂时，打开底部换料阀，一层一层卸下。中心管既是导气管又是卸料管，该塔具有减小气速、降低阻力的功能。该塔可装粉状脱硫剂，沼气从塔底进入内筒，沿径向通过脱硫剂床层，