数学建模题目
农村户用沼气池的设计姓名：蒙广红，李晓芸，杜长斌
农村户用沼气池的设计
摘要
近年来，随着社会主义新农村建设的不断深入，农村沼气的综合利用再次成为人们所关注的热点话题，许多地区都在大力推广农村户用沼气池的建设。随着煤、油等燃料的价格上涨，我国北方农户用于煮饭、烧水的生活费用大幅增加。同时，政府也倡导利用新能源替代传统能源，以减少环境污染。沼气的厌氧发酵可以实现农村有机固体废物的综合利用，能收到良好的经济效益，社会效益和环境效益。
本次数学建模的A题目就是位于兰州地区某农牧片区的住户（按10人计），欲建造一座沼气池可供给日常生活用热（主要用于煮饭和烧水）。设计一座农村户用沼气池，其主要内容包括以下几个方面：
首先，明确设计要求，搜集必要的设计资料，为结构设计打下基础；
其次，对沼气发酵的原理进行简要介绍，在此基础上确定沼气池的生产工艺，并对本次设计的沼气池进行选型；
再次，根据设计资料的要求，结合有关设计规范，对重新设计的水压式沼气池的发酵池主体结构以及进料口，水压间等附属结构进行设计计算，确定各部分的设计参数和设计尺寸；
最后，根据有关规范，对所设计重新设计的水压式沼气池进行材料核算，对施工的要点做简要的说明。
关键词：沼气池，模型，结构设计
目录
一.问题重述 (4)
二.问题分析 (4)
三.基本假设 (4)
四.模型中用到的符号的说明 (5)
五.模型的建立和求解 (5)
5.1问题1的解决： (5)
5.2问题2的解决： (7)
5.2.1沼气池施工: (7)
5.2.2发酵料液的体积 (8)
5.2.3气室容积的计算 (9)
5.2.4发酵间的设计 (9)
5.2.5进料口（管）的设计 (12)
5.2.6水压间的设计 (13)
5.2.7圆筒形水压式沼气池材料设计 (14)
5.2.8水压式沼气池的优缺点 (15)
5.3问题3的解决： (15)
方案一：外加能源——太阳能 (15)
方案二：生温——科学配料，合理进出料 (16)
方案三：保温——温棚提升地温 (17)
参考文献 (17)
一.问题重述
在新农村的建设中，大力推广农村户用沼气池的建设，其意义不仅是为农户解决烧火做饭问题，更要使农村走上绿色的、循环发展的生态农业之路。
通过农村沼气工程的建设，可以发挥多方面的综合效益。
第一，农户使用沼气这一清洁能源，摆脱农村传统上以薪柴为主的能源使用方式，实现节能减排的目的，有利于农村生态环境的保护。以一个农村户用10立方米水压式沼气池为家庭能源单位进行分析，以沼气池年均产气量385立方米计，1立方米沼气的低位发热值折0.714千克标煤，则年开发能源折合275千克标煤。
第二，农户使用沼渣、沼液作为土壤的有机肥料，可以减轻对化学肥料的依赖，进而保持土壤的可耕作性，防止土壤板结，保障农业的可持续发展。沼肥中全氮、全磷、全钾平均值分别为 6.35%、1.09%、4.64% ，能有效减少化肥的使用量。
农户通过沼气池的建设，促进了物质的循环利用和能量的有序流动。
发展农村沼气可以取得显著的能源、经济、生态和社会效益，已经成为建设社会主义新农村的重要组成部分。
位于兰州地区某农牧片区的住户（按10人计），欲建造一座沼气池可供给日常生活用热（主要用于煮饭和烧水）。试按以下要求给出您对该农户的合理建议（包括建设成本、经济效益、发酵菌种类型和用量、沼气池结构及尺寸参数等）。请你们通过数学建摸来分析上述情况,并回答以下问题:
1.建造球形固定拱盖水压式沼气池（结构见附件），并分析各季节产气量；
2.球形沼气池的施工难度大，不便于建造。请根据该地区的实际情况，为该住户重新设计一座结构合理的沼气池；
3.我国北方地区因冬季寒冷而存在沼气不发酵的现象，请给出经济可行的解决方案。
二.问题分析
随着我国沼气科学技术的发展和农村家用沼气的推广，根据当地使用要求和气温、地质等条件，家用沼气池主要是水压式沼气池，对于问题1，分析各季节温度对沼气池的产气量的影响，对于问题2，球形沼气池的施工难度大，不便于建造。位于兰州地区某农牧片区的住户（按10人计），欲建造一座沼气池可供给日常生活用热（主要用于煮饭和烧水），为该住户重新设计一座结构合理的沼气池；如圆筒式沼气池的结构设计和计算，施工及材料设计方面。问题3，我国北方地区因冬季寒冷，入冬后由于受气温影响,沼气池微生物活力下降,发酵原料分解速度减慢,因而沼气池产气量降低。对这种情况加以模型的优化与完善。
三.基本假设
1.建造的球形固定拱盖水压式沼气池是工作正常的；
2.重新建设发酵间容积（池容）为10.0立方米；
3.最大投料量小于发酵间总容积的90%；
4.池容产气率：0.15米3/米3·天；
5.建池材料：现浇混凝土；
6.池内正常工作压力≤800毫米水柱(压强P=0.08公斤/厘米2)。
7.建池材料为现浇混凝土，粘土实心砖。
8. 气压：7480Pa（即80cm水柱）。
四.模型中用到的符号的说明V——发酵间总容积；V1——发酵料液体积V2——气室容积；V死——死气箱容积
f死，——死气箱矢高；ρ1——池盖曲率半径
n1——产人粪便总量； n2——产牲畜粪便总量
n 3——产牲畜粪便； n
4
——每日舍外能定量收集粪便总量
k2——收集系数，取0.5~1.0；T——原料滞留期（d）；平坝农业区取35 k3——原料产气率，我国通常采用的产气率包括0.15m3/（m3·d）、
0.2m3/（m3·d）、0.25m3/（m3·d）、0.3m3/（m3·d）。
f1——池盖削球体矢高；D——圆柱体形池身直径
α1——直径与池顶矢高的比值，取5~6；Q1——池盖削球体净容积
R——池身圆柱体内半径；f2——池盖削球体矢高
α2——直径与池底矢高的比值，取8~10；Q3——发酵间池底削球体净容积H——发酵间池身圆柱体高度；S1——池盖削球面内表面积
S2——池身圆柱体内表面积；S3——池底削球体内表面积
h1——池盖拱顶点到活动盖下缘平面的距离，该值一般在10~15cm
h2——导气管下露出长度，取3~5cm；
h3——导气管下口到液面距离，一般取20~30cm。
五.模型的建立和求解
5.1问题1的解决：
根据题意，由于我们已经假设了建造球形固定拱盖水压式沼气池是工作正常
的，沼气的成分
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(H
2
S)、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。在沼气成分中甲烷含量为55%～70%、二氧化碳含量为28%～44%、硫化氢平均含量为0.034%。
沼气的理化性质
沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，它的主要成分甲烷在常温下是
一种无色、无味、无臭、无毒的气体。甲烷分子式是CH
4
，是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单碳氢化合物。甲烷对空气的重量比是0.54，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在20℃、0.1千帕时，100单位体积的水，只能溶解3个单位体积的甲烷。
甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达1400℃左右。纯甲烷每立方米发热量为36.8千焦。沼气每立方米的发热量约23.4千焦，相当于 0.55千克柴油或0.8千克煤炭充分燃烧后放出的热量。从热效率分析，每立方米沼气所能利用的热量，相当于燃烧3.03千克煤所能利用的热量。
沼气的发酵原理
沼气发酵，又称甲烷发酵，是由多种微生物在厌氧条件下分解有机物实现的。
通常把参与沼气发酵的微生物分为三类。第一类叫发酵细菌，包括各种有机物分解菌，它们通过分泌的胞外酶，将复杂的有机物分解为较简单的物质，例如多糖转化为单糖，蛋白质转化为甘油和氨基酸，脂肪转化为甘油和脂肪酸；第二类叫产氢产乙酸菌，它们的主要作用是将前一类细菌分解的产物进一步分解成乙酸和二氧化碳；第三类细菌叫产甲烷菌，其作用是利用乙酸、氢气和二氧化碳产生甲烷。在沼气发酵过程中，这三类微生物既相互协调，又相互制约，共同完成产沼气过程。
沼气池的发酵工艺流程图
图1
沼气产生的条件：厌氧条件；足够的菌种；合适的碳氮比；适宜的发酵液的浓度，适当的PH值合适的温度，在这诸多的条件里对沼气池产气量影响最大的是温度。
兰州地区某农牧的气候条件是秋末、早春气温在10℃以下特别早晚更冷这就直接影响着沼气产气量，适宜的温度是保持和增强菌种活化能力的必要条件。通常发酵温度在10～60℃范围内均能正常产气。在一定的温度范围内，随着发酵液温度的升高，沼气产量可大幅度增加。根据采用发酵温度的高低，可以分为常温发酵、中温发酵和高温发酵。我们采用前两种，常温发酵的温度为10～30℃，其优点是沼气池不需升温设备和外加能源，建设费用低，原料用量少。但常温发酵原料分解缓慢，产气少，特别在冬季沼气池不能正常产气我们这里在气温低于10℃以下更难确保沼气池的产气。
表1
图2
5.2问题2的解决：
由于球形沼气池的施工难度大，不便于建造，兰州地区某农牧片区的住户（按10人计），我们可以设计圆筒形水压式沼气池，设计如下：
5.2.1沼气池施工:
（1）考察地形，选定施工位置。
（2）制定施工方案，绘制结构和施工图。
（3）施工准备。
（4）池坑开挖。
（5）支模。
（6）模板及支架检验。
（7）浇筑混凝土。
（8）混凝土养护。
（9）池底施工。
（10）进出料管施工。
（11）拆模。
（12）回填土。
（13）密封层施工。
（14）质量总体检查验收。
图3圆筒形水压式沼气池总体设计图
图4.圆筒形水压式沼气池总体设计三维图5.2.2发酵料液的体积
3[()][(100.0082
0.0440.06)0.80]35
=11.2(
)
v n n n k n T m =+++=?+?+??+? 式中：V 1——发酵料液体积，m 3；
n 1——产人粪便总量。按常住人口×0.006~0.013m 3/（人·d ）取值；10人 n 2——产牲畜粪便总量。按养猪头数×0.006~0.15m 3/（头·d ）取值；2头 3n ——产牲畜粪便总量。按养牛头数×0.006~0.2m 3/（头·d ）取值；4头 n 4——每日舍外能定量收集粪便总量，m 3/d ； k 2——收集系数，取0.5~1.0；
T ——原料滞留期（d ）；平坝农业区取35，丘陵农区取40。 5.2.3气室容积的计算
气室容积
()321311
11.20.150.8422
V V k m ==??=
式中：V 1——发酵料液体积，m 3； V 2——气室容积，m 3；
k 3——原料产气率，我国通常采用的产气率包括0.15m 3
/（m 3
·d ）、 0.2m 3/（m 3·d ）、0.25m 3/（m 3·d ）、0.3m 3/（m 3·d ）。 5.2.4发酵间的设计 发酵间的容积
()()()3
12111.20.840.9510V V V k m =-=-?≈
式中：V ——发酵间容积，m 3； V 1——发酵料液体积，m 3； V 2——气室容积，m 3；
k 1——容积保护系数，取0.9~1.05。 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。考虑充分利用土地资源、平面布局紧凑的原则，确定沼气池的直径为2.2m 。
（2）发酵间池盖削球体矢高和净容积 ①池盖削球体矢高
()m D
f 44.05
2
.21
1==
=α 式中：f 1——池盖削球体矢高，m ； D ——圆柱体形池身直径，m ；
α1——直径与池顶矢高的比值，取5~6。 ②池盖削球体净容积
()
()()
221112233103.140.443 1.10.4410
0.53Q f R f m π
=
?+=???+= 式中：Q 1——池盖削球体净容积，m 3； f 1——池盖削球体矢高，m ； R ——池身圆柱体内半径，m 。 （3）发酵间池底削球体矢高和净容积 ①池底削球体矢高 ()m D f 275.08
2
.22
2==
=α 式中：f 2——池盖削球体矢高，m ； D ——池身圆柱体直径，m ；
α2——直径与池底矢高的比值，取8~10。 ②池底削球体净容积
()
()()
223222233103.140.2753 1.10.27510
0.32Q f R f m π
=
?+=???+= 式中：Q 3——发酵间池底削球体净容积，m 3； f 2——池底削球体矢高，m ；
（4）发酵间池身圆柱体容积和池墙高度 ①发酵间池身圆柱体净容积
()3
213100.530.329.15Q V Q Q m =--=--=
式中：Q 2——发酵间池身圆柱体净容积，m 3； V ——发酵间总容积，m 3； Q 1——池盖削球体净容积，m 3； Q 3——发酵间池底削球体净容积，m 3。 ②发酵间池身圆柱体高度 ()222
9.15
2.41
3.14 1.1
Q H m R π=
==? 式中：R ——发酵间池身圆柱体半径，m ； H ——发酵间池身圆柱体高度，m 。 （5）发酵间内总表面积 ①池盖削球体球面内表面积
()
()()
2222
12142.444.01.114.3m f R S =+?=+=π
式中：S 1——池盖削球面内表面积，m 2； R ——池身圆柱体半径，m ； f 1——池盖削球面矢高，m 。 ②圆柱体池身内表面积
()2222 3.14 1.1 2.4116.65S RH m π==???=
式中：S 2——池身圆柱体内表面积，m 2； R ——池身圆柱体内半径，m ； H ——池身圆柱体高度，m 。 ③池底削球体内表面积
()()()
222222304.4275.01.114.3m f R S =+?=+=π 式中：S 3——池底削球体内表面积，m 2； R ——池身圆柱体内半径，m 。 f 2——池底削球体矢高，m ； ④发酵间总表面积
()2123 4.4216.65 4.0425.11S S S S m =++=++=
图5.水压式沼气池发酵间尺寸示意图
5.2.5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=600mm ×320mm ×500mm ；下部圆管采用φ260mm 现浇混凝土管，管与池墙角为40?。
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。该位置计算如下： 死气箱拱的矢高
()m h h h f 40.024.004.012.0321=++=++=死
式中：h 1——池盖拱顶点到活动盖下缘平面的距离，该值一般在10~15cm 之间；
h 2——导气管下露出长度，取3~5cm ；
h 3——导气管下口到液面距离，一般取20~30cm 。 死气箱容积
()
3
212
87.034.0595.14.014.33m f f V =??? ?
?
+??=?
?
? ??
+=死死死ρπ
式中：V 死，f 死，ρ1——分别为死气箱容积、死气箱矢高、池盖曲率半径 投料率
根据死气箱容积，可计算出沼气池投料率。
10.00.87100%91.3%10.0
V V V η--==?=死
式中：V ，V 死——分别为发酵间容积和死气箱容积，m 3。 最大贮气量
()311
10.00.150.7522
V m =??=??=贮池容池容产气率 气箱总容积
()3
0.870.75 1.62V V V m =+=+=死贮气
式中：V 气，V 死，V 贮——分别为沼气池的气箱总容积、死气箱总容积和有 效气箱容积（最大贮气量）。 发酵间最低液面位
（1）气箱在圆筒形池身部分的容积
()3
1 1.620.53 1.09V V Q m =-=-=筒气
（2）圆筒形池身内气箱部分的高度
()22
1.09
0.2873.14 1.1
V h m R π=
==?筒筒 最低液面位于池盖与池身交接平面以下h 筒的位置上，这个位置也就是进料管的安装位置。 5.2.6水压间的设计 水压间零压线
无效水压间的容积取为0。未产生沼气时液面位置在池盖拱顶下0.4m 处，因此水压间底面标高确定在池盖拱顶下0.4m 处的水平线上。 发酵间最大料液水位降
产生最大贮气量时的液面距池顶的高度为f 1+h 筒=0.44+0.287=0.727m ，又未产气时液面距池顶0.4m ，所以，发酵间最大料液水位降为0.727-0.4=0.327m 。 水压间高度
由于设计压强为7480Pa （即80cm 水柱）,因此水压间的高度
()0.80.3270.473H m =-=水压间
水压间圆柱体底面积
()20.75
1.590.473
V S m H ===贮水压间水压间 水压间底面半径
()0.71r m =
=
= 5.2.7圆筒形水压式沼气池材料设计 材料参考用量
根据GB/T4752-2002中4m 3~10m 3现浇混凝土圆筒形沼气池材料参考用量表，如下：
容积 m 3 混凝土
体积m 3 水泥kg 中沙m 3 碎石m 3 4 1.257 350 0.622 0.959 6 1.635 455 0.809 1.250 8 2.017 561 0.997 1.540 10 2.239
623 1.107
1.710 容积 m 3 池体抹灰 水泥素浆 体积m 3 水泥kg 中沙m 3 水泥kg 4 0.277 113 0.259 6 6 0.347 142 0.324 7 8 0.400 163 0.374 9 10 0.508 208
0.475 11
容积 m 3
合计材料用量
水泥kg 中沙m 3
碎石m 3
4 469 0.881 0.959
6 604 1.133 1.250
8 733 1.371 1.540
10 842 1.582 1.710
图2
则所需材料费用为
()
1.0390260 1.8400.4310003281096
s=?+?+?+?+?=元
5.2.8水压式沼气池的优缺点
水压式沼气池型有以下几个优点：
(1) 池体结构受力性能良好，而且充分利用土壤的承载能力，所以省工省料，成本比较低。
(2) 适于装填多种发酵原料，特别是大量的作物秸秆，对农村积肥十分有利。
(3) 为便于经常进料，厕所、猪圈可以建在沼气池上面，粪便随时都能打扫进池。
(4) 沼气池周围都与土壤接触，对池体保温有一定的作用。
水压式沼气池型也存在一些缺点：
(1) 由于气压反复变化，而且一般在4～16千帕(即40～160厘米水柱)压力之间变化。这对池体强度和灯具、灶具燃烧效率的稳定与提高都有不利的影响。
(2) 由于没有搅拌装置，池内浮渣容易结壳，又难于破碎，所以发酵原料的利用率不高，池容产气率(即每立方米池容积一昼夜的产气量)偏低，一般产气率每天仅为0.15米3/米3左右。
(3) 由于活动盖直径不能加大，对发酵原料以秸秆为主的沼气池来说，大出料工作比较困难。因此，出料的时候最好采用出料机械。
5.3问题3的解决：
我国北方地区因冬季寒冷而存在沼气不发酵的现象因此在冬季需要外加能源和生温、保温设备，方案如下：
方案一：外加能源——太阳能
图6
目前农村群众对沼气的认识越来越高，需求越来越旺盛。随着人们生活水平的提高以及农村庭院结构的变化，沼气池的太阳能采暖保温部分可以不拘泥于过去的标准，但是为沼气发酵提供必需的温度条件，追求沼气池产出最大化这一基本要求不能降低。这就要求沼气技术人员在建池之初就应该根据农户庭院的实际情况，合理选址，认真设计，使建成后的沼气池在冬季能够最大限度的接收太阳光的照射，获取尽可能多的太阳能，提高温度，保证池内沼气发酵顺利进行。在建设中如果一次建成资金不足，可分期建设，但是太阳能采暖保温部分的设计与建造标准一定不能随意降低。否则沼气池不能发挥应有的功效，必然造成极大的浪费。通过太阳能集热系统和热水循环系统对软体沼气发生器内的发酵料液进行加热，提高发酵温度；同时在软体沼气发生器放置池上方搭建双层塑料薄膜拱棚，充分吸收太阳能热量，形成温室效应，起到保温作用，有效减少热损。
方案二：生温——科学配料，合理进出料
1.发酵料液浓度
在沼气发酵中保持适宜的发酵料液浓度，对于提高产气量，维持产气高峰是十分重要的。发酵料液浓度是指原料的总固体（或干物质）重量占发酵料液重量的百分比。
在我国农村，根据原料的来源和数量，沼气发酵通常采用具1%-10%的发酵料液浓度是较适宜的。在这个范围内，夏季由于气温高，原料分解快，发酵料液浓度可适当低一些，一般以6%左右为好；在冬季，由于原料分解较慢，应适当提高发酵料液浓度，通常以10%为佳。北方地区适当高些，确定一个地区适宜的发酵料液浓度，要在保证正常沼气发酵的前提下，根据当地的不同季节的气温，原料的数量和种类来决定。合理的搭配原料，以保持池内发酵料液总量和浓质度的相对平衡，才能达到均衡产气的目的。从经济的观点分析，适宜的发酵料液浓度不但应获得较高的产气量，而且应有较高的原料利用率。
2.科学配料、把好原料质量关
为保证沼气细菌有充足的食物和进行正常的新陈代谢，使产气正常而持久，就要不断地补充新鲜的发酵原料、更换部分旧料，做到勤加料、勤出料。
1)、根据农村家用池发酵原料的特点，一般每隔5-10天进、出料的各5%为宜。也可按每立方米沼气量进干料3-4kg计算。对于"三结合"的池子，由于人、畜粪尿每天不断自动流入池内，因此，平时只需添加堆沤的秸秆发酵原料和适量的水，一保持发酵原料在池内的浓度。同时也要定期小出料，以保持池内一定数量的料液。少出料少进料，防止因出进料过多而降低池温。
2)、一般大换料的时间安排在春季和秋季进行。为满足沼气菌的新陈代谢，大换料前20-30天，应停止进料，以免浪费发酵原料。
3)、适当添加热性原料在入冬前大换料的基础上,入冬后沼气池适当添加一些热性原料,如经过预处理的枯杆、猪牛栏一潭、风干猪牛粪、鸡粪等.以提高池温。对沼气池采取保温措施.活动盖、进出料间的上部用尼龙覆盖,池面堆放柴草,可减少热量散发;室外输气管道尽量埋深。
3、实行人工助发酵勤搅拌。用长把粪瓢从进料口伸入发酵池内来回拉动，5—8天一次，搅拌可加速原料分解,提高产气量.冬季每天可搅拌l~2次,每一次来回搅动数十下,搅至全池料液荡动为止,搅拌后搅棍不用抽出池外，使池内微生物充分接触沼气原料，加速沼气的产生，要防止塑料、杀菌物质进入池内。
方案三：保温——温棚提升地温
1.冬季在沼气池上搭建塑料大棚和塑料棚小拱棚后，利用太阳辐射能产生“温室效应”，在早上8:00时棚内平均气温比外界气温能提高温度1.2℃左右在15:00时棚内的最高气温能够达到30℃以上，比外面的气温最高能提高20℃。
2.棚内地温明显高于未搭建大棚棚外的地温，并且搭建了塑料棚后的地温有明显的提高伴随着热量的累计，棚内的“温室效应”变得十分明显总的来说棚内地温的变化是比较缓慢的，越往深处地温的变化也越缓慢，但都是在不断的上升的
3.从8:00时和15:00时搭建塑料大棚后，塑料大棚内浅层深度的地温基本都能保持在15℃以上，该温度满足了沼气发酵的最低温度要求，可保证兰州地区沼气池冬季较好产气。
4.地温的变化与外界气温变化是相关的气温变化的影响对地温的影响有滞后作用，往往气温的变化要经过2-3天才会对地温引起相应的变化。
5.对沼气池的管理工作具有重要的作用搭建塑料大棚获取的热量多，但是小拱棚获取热量快，其升温幅度较快，但是散失的热量也较快，导致小棚内地温的提高幅度比大棚小，大棚维持时间也较长在搭建塑棚时最好搭建塑料大棚，考虑保温层厚度，既能起到很好的保温升温效果，又能体现出较高的经济附加价值，大棚的搭建尺寸最好要大于5×3×2m长×宽×高的产气量，达到终年产气。
参考文献
[1] 杨国清主编．固体废物处理工程（第二版）．[M]北京：科学出版社，2007：372
[2] 宁平等编．固体废物处理与处置实践教程．[M]北京：化学工业出版社，2005：122~123
[3] 张颖主编．农业固体废弃物资源化利用．[M]北京：化学工业出版社，2005：173
[4] 芈振明等编．固体废物处理与处置．[M]北京：高等教育出版社，1993
[5] 国家质量监督检验检疫总局发布．GB/T4750-2002 户用沼气池标准图集．北京：中国标准出版社，2002
[6] 国家质量监督检验检疫总局发布．GB/T4752-2002 户用沼气池施工操作规程．北京：中国标准出版社，2002
中北大学信息商务学院 课程设计任务书 2015～2016 学年第二学期 学院：化工与环境学院 专业：环境工程 学生姓名：宋思奇学号：1304014145 课程设计题目：水压式沼气池设计——4.0米3混凝土结构 （池容产率0.6米3/米3?天） 起迄日期： 4 月29 日～ 6 月10 日 课程设计地点：中北大学信息商务学院 指导教师：李颖 系主任：张建忠 下达任务书日期: 2016 年 4 月 29 日
水压式沼气池设计——4.0米3混凝土结构（池容产气 率0.6米3/米3?天） 摘要 水压式沼气池是我国推广最早、数量最多的池形，是在总结“三结合”、“圆、小、浅”、“活动盖”、“直管进料”、“中层出料”等群众建池的基础上，加以综合提高而形成的。“三结合”就是厕所、猪圈和沼气池连成一体，人畜粪便可以直接打扫到沼气池里进行发酵。“圆、小、浅”就是池体圆、体积小、埋深浅。“活动盖”就是沼气池顶加活动盖板。这种池型的池体上部气室完全封闭，随着沼气的不断产生，沼气池内压力相应提高。这个不断增高的气压，迫使沼气池内的一部分料液进到与池体相通的水压间内，使得水压间内的液面升高。这样一来，水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差。用气时，沼气开关打开，沼气在水压下排出，当沼气减少时，水压间的料也又返回池体内，使得水位差不断下降，导致沼气压力也随之相应降低。 关键词：水压式沼气池，设计，沼气
目录 1.绪论 (1) 1.1沼气介绍 (1) 1.2沼气发酵的原理 (1) 1.3沼气发酵原料选择 (1) 1.4工艺流程 (2) 1.5水压式沼气池结构 (2) 1.6水压式沼气池工作原理及优点 (3) 2.圆筒形水压式沼气池的结构设计和计算 (3) 2.1设计参数 (3) 2.2设计原始数据 (4) 2.3工艺流程设计 (4) 2.4发酵料液的计算 (4) 2.5发酵间的设计 (5) 2.6进料口（管）的设计 (8) 2.7水压间的设计 (9) 3.圆筒形水压式沼气池施工及材料设计 (10) 3.1材料参考用量 (10) 3.2沼气池施工 (11) 3.3成本核算 (12) 4.参考文献 (13) 5.结束语 (14)
农户用沼气建立方案 农村户用沼气建设工程,是建设社会主义新农村的重要举措,已列为省、市、县、镇为民办实事项目之一。为了确保农村户用沼气建设工程的顺利实施,特制定本方案。 建设内容 农村户用沼气建设项目,以“一池三改”为基本建设单元,即新建户用沼气池和改圈、改厕、改厨同步建设要求。 （一）新建沼气池：每口容积在8立方米左右,沼气池与猪圈（平均圈养3头猪左右即可满足8立方米沼气所需原料）和厕所相互连通,但必须人、畜分开;可安排少量发酵原料充足的建池户（比如有一定规模的生猪养殖户）,扩大建池容积（≤20立方米）,增加供气户数（≤3户）,以满足部分没有养猪农户的用沼气池需求,但增加的供气农户应按要求进行“三改”。有条件的地方还可安排少量以稻草、桔杆为主要发酵原料建池的示范户。沼气池建设和沼气灶具。输气管道、压力表、脱硫器、灯具等安装必须符合相关技术标准和规范。 （二）改圈：猪舍与沼气池连通,水泥地面,混凝土预制板圈顶。（三）改厕：厕所与沼气池相连,内装蹲便器。 （四）改厨：厨房内炉灶、橱柜、水池布局合理,灶台砖垒、台面贴瓷砖,地面水泥硬化。 计划任务与补助标准 （一）计划任务：全镇今年计划实施户用沼气建设工程40户,其中大绩20户,林坊村20户。
（二）补助标准：每口沼气池（含“一池三改”）由政府补助1000元,其中省级以上财政补助800元,市级财政配套补助100元,县级配套补助100元,不足部分由农户自筹解决。财政补助款主要用于购置水泥等主要建材、沼气灶具及配件等增大键设备,以及支付技工工资等（沼气灶具及配件由省农业厅组织,县农业局统一集中采购镇农技站组织发放到农户）。根据武委发[2006]7号《关于灾后重建家园的工作意见》,对规划10户以上的灾后重建集中安置点建沼气池的,除享受项目补助政策外,民政部门每户增加补助200元。 项目资金的下达 县财政设立农村户用沼气建设财务专户,各级财政下拨的农村户用沼气池建设资金,统一集中到每户,根据工程进度情况,下拨到项目乡镇,由镇府按标准直接支付给项目户。 管理与实施 1、强化组织领导。镇府成立农村户用沼气建设领导小组（见附件）,领导小组设办公室,挂靠镇农技站,镇农技站具体负责农村户用沼气建设,镇农办、财政所、林业站、民政办、扶贫办等单位要密切配合,相互协调,共同完成项目实施任务。 2、认真做好项目的前期工作。加大宣传发动,提高农户建设农村户用沼气的积极性,各项目村要选择种养基础较好、农户有积极性、相对集中的项目户,先行按标准进行实施“一池三改”示范,以带动项目建设的全面开展。 3、建立责任制。保证项目顺利实施,镇府对项目村的项目实施工作实
大型养猪场沼气工程设计方案 受居民的饮食结构、畜禽产品的增殖性能、生产投资等因素影响，中国猪肉食用量在肉食消费中一直占有重要地位，养猪业在畜禽养殖中占有很大的比重。1983年到2005年猪肉消费占肉食品比例均大于60%。2004年中国肉猪存栏48189.1万头，出栏61800.7万头，猪肉产量4701.6万吨，居世界第一位，肉类人均占有量达55.73 kg/人，其中猪肉36.17 kg/人，超过世界猪肉人均的15.74 kg/人。2004年我国全年畜禽养殖业粪便废弃物的产生量为25.76亿吨，其中猪年排泄粪便为12.31亿吨，占总粪便量的47.8%，随着养猪业的发展，必然导致更大量的粪便废弃物，因此猪场粪污水的治理成为畜禽污染治理的关键。 2.1沼气产量计算 2.1.1干物质量计算 猪场基础母猪存栏量500头，猪场总存栏量为5354头，设计采用干清粪工艺，按《畜禽养殖业污染物排放标准》计算，夏季污水排放量为1.8m3/（百头.d），冬季污水排放量为1.2m3/（百头.d），则排放污水量为64.2～96.4 m3/d。日产粪便量为5.1t/d，猪粪含水率按82%设计，干物质（TS）量计算见表2-1。本项目中，干物质量按照0.92 t/d进行设计。 2.1.2物料总量和补充水量计算 本设计中采用高浓度反应器设计，养殖场产生的5.1t鲜猪粪全部投放到高浓度反应器，并调配成10％干物质浓度，约需要4.1m3污水，余下猪场排放的污水经过水力筛，将部分存留在污水中的猪粪渣筛除，投入到配料池，与鲜猪粪一同调配（该部分物料包含在 5.1t 鲜猪粪中），过筛后污水进入储肥池，进行厌氧处理储存。 加水量计算： W=Xq(α×m0-W0) 式中Xq=16t m0=18% W0=1- m0=82% 配水比a= 11.5 若发酵物料干物质含量mp=8% 含水量wp=92% 则X=则α==11.5 W=16(11.5×18%-83%)=17.33t≈17t 每天进入发酵罐物料总量约16＋17＝33t （理论和实践测定：TS=8%之物料容重r≈1030㎏/m3） .通过有效保温和增温措施，确保全年恒定中温发酵（t=33℃-38℃）， 则设计容积产气率ξ＝0.8—1.2m3/m3.d 发酵罐的容积大小与发酵原料的特性、发酵液浓度和水力滞留期有关。 发酵罐的容积V1与每日处理原料量、发酵液浓度。发酵液密度和滞留期有关。 计算公式： V1 = G f * HRT / q y V1 为发酵罐内发酵液的容积；G 为发酵罐每天进料量；f 为发酵原料干物质含量；q 为发酵液浓度；y 是发酵液的密度。 发酵罐的总容积V等于发酵罐的发酵液容积V1加上发酵罐的储气容积V2。V2 一般取V2 = （8%~10% V1 V = V1 + V2 2.1.3沼气产量计算考虑2%的干物质损耗率，每天投TS 902kg，产沼率为0.28～0.32 m3/kg TS，取值0.30 m3/kg TS，可产沼气271m3。
沼气工程规模分类标准 1.范围 本标准规定了沼气工程规模分类指标和分类方法。 本标准适用于新建、扩建与改建的沼气工程，不适用于农村户用沼气池的分类。 2.术语和定义 下列术语和定义适用于本标准。 2.1厌氧消化装置 anaerobic installation 在厌氧状态下，利用微生物分解有机物并产生沼气的装置。 2.2沼气工程 biogas engineering 采用厌氧消化技术处理各类有机废弃物（水），并制取沼气的系统工程设施。 2.3单体装置容积 individual installation volume 一个厌氧消化装置的容积。 2.4总体装置容积 total installation volume 两个或两个以上的厌氧消化装置容积的总和。 2.5配套系统 counter-part systems 发酵原料的预处理（沉淀、调节、计量、进出料、搅拌等）系统；沼渣、沼液综合利用或进一步处理系统；沼气的净化、储存、输配和利用系统。 3.规模分类指标 3.1 沼气工程规模分为大型、中型和小型沼气工程。 3.2 沼气工程规模分类宜按沼气工程的厌氧消化装置容积、日产沼气量、以及配套系统的配置等综合评定。 3.3 沼气工程规模分类指标和配套系统见表1。
4.规模分类方法 4.1 表1沼气工程规模分类指标中的单体装置容积指标和配套系统的配置定为必要指标，总体装置容积指标与日产沼气量指标定为择用指标。 4.2 沼气工程规模划分时，应同时采用两项必要指标和两项择用指标中的任意一项指标加以界定。 表A.1 日产沼气量，厌氧消化装置总体容积与日原料处理量的对应关系参照表
水压式沼气池建设设计说明书 1.1沼气池发展的研究与现状 亚、非、拉许多国家都或多或少在农村建立了一些沼气池。如在1983一1984年，巴西建3033口，使用率达60%，古巴建池552口，使用率60%;危地马拉建池105口，使用率58%。洲的阿尔及利亚原属法国殖民地，法国人塔谢尼尔·爱斯曼(Ducellie:lsman)于1938年在国国立农业学校就开始了厌氧消化的研究并取得了成果，于1941年和1942年取得法国专，引起了广泛关注，荣获了国家工业促进会授与的金质奖章。肯尼亚T·H·Hutchinson在954年开始研究猪粪的消化，他的一个家庭用消化器，每天产沼气12m，。在东南亚国家，如菲律宾，主要的研究活动集中在国家科学技术研究所、菲律宾大学以马亚农场。在国家科学技术研究所的指导下，已建成3100个中国台湾型沼气池。南朝鲜已建池20，000多口，我国台湾也建池近万口。 早在上世纪60年代.我国农村地区就出现了沼气池.农户只需在自家屋后挖一个4至103 m的池子.用石灰或粘土密封池底和四壁.留一个填料口和一个出渣口.然后每周大概填入13 m猪、牛等牲畜粪便和尿液.并注意不让肥皂水、洗衣粉水等碱性物质流入沼气池.就可以实现沼气原料的自然发酵.用这种方法产生的沼气.可供3至5人的农户全天照明和做饭.可以说是既便宜又方便。自上世纪70年代.随着农村圈养牲畜的增多.沼气原料日益丰富.而且由于十分适用于农村大食堂和煮大锅猪食等.对于沼气的利用在当时一呼百应.几乎风靡全国农村。 目前，中国约有二千万人口使用了沼气，年产招气十亿多立方米，是世界上建造沼气发酵装置最多的国家。近几年来，推广沼气已从农村发展到城镇。在城镇，结合环境保护，在发酵原料比较集中而数量比较稳定的农牧场、食品厂、酒厂等轻工企业单位，兴建了一万多个大、中型沼气池，发酵总容积约31万多立方米。城镇推广大、中型沼气池经济效益比小型农村家用沼气池显著。四川省乐至果酒厂修建了2x1O00澎的发酵装置，日产沼气3000m3，发酵后的制酒废液，COD 去除率为92%，BOD去除率达95%，大大减轻了对环境的污染。所产沼气除供应一
/m /m 农村家用沼气池设计规范 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 10m 3 以内 )水压式沼气池设计。 2、引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。 在 标准出版时， 所示版本均为有效。 所有标准都会被修订， 使用本标准的各方应探讨使用下 列标准最新版本的可能性。 GB/T4750---1984 农村家用水压式沼气池标准图集 GBJ 3---88 砌体结构设计规范 GBJ9---87 建筑结构荷载规范 GBJ10---89 混凝土结构设计规范 3 、设计原则 3.1 沼气池宜建在畜圈或厕所地表以下，进料间与人、畜粪入口相连通。 3.2 坚持适用、卫生、平面布局合理，外型美观。 3.3 池盖顶端复土厚度不小于 200mm 。 3.4 强度安全系数 K ≥ 2.65。 3.5 正常使用寿命 20 年以上。 4、设计要求 4.1 设计技术参数。 4.1.1 沼气压力。 4.1.1.2 最大工作压力 13KPa 。 3 4.1.2 产气率： 0.15m /m 4.1.3 投料量 3· d ； 0.2m 3 3 · d ； 0.25m 3 3· d ； 0.3m 3 /m 3 ·d 。 4.1.3.1 最小投料量按发酵间总容积的 50% 。 4.1.3.2 最大投料量按发酵间总容积的 90%。 4.1.4 贮气量 正常贮气量为日产气量的 50%。 4.2 工艺流程 人畜粪便 (青草及农业废物 ) →进料间 →厌氧发酵间 → 水压 (出料 )间 → 农田。在有条件的地 方，可将人粪便和牲畜粪便分两处进料口进入厌氧发酵间。 4.3 形状及平面布局 形状及平面布局按 GB/T4750 选用。 4.3.1 发酵间的形状以圆形为主，受占地面积限制或地下水位较高的，可将发酵间设计 成椭球形或单跨拱长方形。 4.3.2 平面布局 4.3.2.1 沼气池应有平面布局设计，在征得用户同意后，方可进行施工设计。 4.3.2.2 平面布局应符合下列要求： a)充分利用土地资源， 平面布局紧凑； b)厕所与畜圈分设； c) 进、出料方便； d) 导气管和输气管不被损害； e)进、出料间中线夹角应大于 90°，进料间蹲位板面应高于发
石家庄市沼气安全管理办法（讨论稿） 目录 第一章总则 第二章户用沼气池的安全管理 第三章大中型沼气工程的安全管理 第四章安全管理组织形式 第五章安全管理的监管措施 第六章附则 第一章总则 第一条为加强沼气安全管理，规范沼气建设、使用和维护维修过程中的安全操作行为，确保沼气安全，发挥沼气能源的更大效益，根据有关沼气建设国家、行业标准和《中华人民共和国安全生产法》，并结合石家庄市实际特制订本办法。 第二条沼气安全管理必须坚持以人为本的思想，把人民群众的生命、财产安全放在首位，将安全管理纳入制度化、规范化、常态化轨道，切实加强领导，层层落实责任，常抓不懈，一抓到底。 第三条本办法所称沼气安全管理包括农村户用沼气池(罐)和大中型沼气工程建设、使用、设施设备运行及维护维修的安全管理。
在本市行政区域内从事沼气建设及维护维修的单位和个人应当遵守《安全生产条例》、《河北省新能源开发利用管理条例》和本办法。 第二章户用沼气池的安全管理 第四条农村沼气建设必须严格执行相关的国家和行业标准，主要包括：《农村家用水压式沼气池标准图集》（GB/T4750—2002）、《农村水压式沼气池质量检查验收标准》（GB/T4751—2002）、《农村家用水压式沼气池施工操作规程》（GB/T4752—2002）、《农村家用沼气管路设计规范》（GB/T7636—87）、《农村家用沼气管路施工安装操作规程》（GB/T7637—87）、《农村家用沼气发酵工艺规程》（GB/T9958—88）、《家用沼气灶》（GB/T3606—83）以及《沼气生产工国家职业标准》等。 第五条沼气池施工人员需根据国家有关规定，经专门安全生产教育和培训合格，并取得作业操作资格证书的人员施工。 第六条施工前先检查施工环境，要符合建池安全要求，严禁盲目施工。池坑开挖后，要安放醒目警示牌，设置明显障碍物。 第七条施工人员着装要符合施工安全要求，佩带安全帽，严格执行持证上岗制度，坚决杜绝无证施工现象。 第八条施工时，一定要按工程要求进行，严格执行操作规程，不能偷工减料，降低标准。 第九条沼气管路和灶具、灯具的安装必须由沼气专业技术人员按照技术规范进行安装。
xxxxxxxxxx大学 课程设计说明书 题目：水压式沼气池设计 学院：xxxxxxx 专业班级：xxxxx 学生姓名：xxxx 学生序号：xx 指导教师：xxxxx 课程设计时间：二O一年月日～二O一年月日
目录 前言 ................................................................................................................................. 一、设计参数 ................................................................................................................. 二、设计内容和要求 ..................................................................................................... 三、设计计算 ................................................................................................................. 3.1工艺流程设计 ........................................................................................................... 3.2发酵间的设计计算 ................................................................................................... 3.3进出料管的设计及安装位置 ................................................................................... 3.4水压间的设计 ........................................................................................................... 四、小结 ......................................................................................................................... 参考文献 ......................................................................................................................... ......................................................................................................................................... ......................................................................................................................................... .........................................................................................................................................
农村户用沼气工程可行性研究报告 项目名称：农村户用沼气工程 主管部门： 承担单位： 负责人： 联系电话： % 建设地点： 编写单位： 联系人： 编写时间：二○一二年二月
一、项目摘要 1、项目名称：农村户用沼气工程 2、建设单位： 3、建设地点： 4、建设规模与产品方案：新建旋流布料自动循环太阳能增温沼气池2920个，单池容量8～10立方米，全部实现“一池三改”，执行GB—4750—84标准，配套设施质量可靠，达到标准要求，利用率100%。 5、投资估算：项目总投资万元，其中户用沼气建设投资万元，技术服务网点建设投资万元。争取国债资金万，市财政配套万元，农户自筹 万元，单位自筹万元。 （ 6、运行费用与效益分析：预计单池年运行成本40元；年节约燃煤电力600元，年户均沼肥综合利用面积4亩，增收480元，年新增生猪出栏3头，效益450元，合计单池年节本增效1530元。项目年直接经济效益万元。 二、项目建设的必要性和可行性 （一）项目建设的必要性
作为一个农业大（县）市，农业综合生产能力居全省首位。目前养殖业占农产总产值52%，主要畜禽鸡、猪、牛饲养量分别达到3500万只、100万头、16万头，年产生粪便300余万吨，养殖业成为第一大污染源，对环境造成很大压力；同时，种植业的发展也需要有沼气工程的支持，全市目前集中连片的蔬菜果品基地总面积达到30多万亩，被列入全国无公害蔬菜重点示范（县）市，绿色农业、创汇农业实现了强劲的发展势头，用沼肥替代化学肥料成为种植业提质增效的一项有效措施；另外，地处省会周边，现代化城镇、农村建设也提高到重要的战略地位，发展洁净能源、减少燃煤污染，改善农民家居环境，也受到社会的重视。因此，大力发展户用沼气池显得尤其必要。其重要性可概括为三点：第一，为解决养殖业污染找到一条经济高效的途径；第二，为发展绿色种植、健康养殖提供强有力的支持，促进农业增效、农民增收。第三，改善农民家居环境和村容村貌，促进文明生态村和社会主义新农村建设。 （二）项目实施的可行性 1、选用的池型先进，运行效果好 该项目拟采用西北农大研究的旋流布料自动循环太阳能增温沼气池，该池型符合GB4750-84标准，利用沼气产气动力和动态发酵工艺，可实现自动循环、自动搅拌，达到高效运行状态，将菌种自动回流、自动破壳、微生物富集增殖。纤维性原料两步发酵、太阳能增温、消除发酵盲区和料液“短路”等技术优化组装配套，解决了静态不连续沼气发酵装置存在的技术问题。其产气效率高、产气量大，而且解决了北方冬季气温低造成的产气少，不够用的难题。 2、建池装备先进、技术成熟，可实现质量标准化
城镇生活污水净化沼气池设计规范 1、范围 本标准规定了城镇生活污水净化沼气池（以下简称城镇沼气池）设计的要求和方法。 本标准适用于处理城镇生活污水所修建的城镇沼气池设计。 2、引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。在标准出版时，所示版本均为有效，所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨、使用下列标准最新版本的可能性。 GBJ3 —88砌体结构设计规范 GB7636 —87农村家用沼气管路设计规范 GBJ15 —88建筑给排水设计规范 GBJ68 —84建筑结构设计统一标准 DB51/190 —93四川省污染物排放标准 DB51/136 —92城镇净化沼气池生活污水排放卫生标准 3、设计要求 3.1技术指标 设计沼气压力8KPa ± 1KPa ； 出水水质达到DB51/190中3.1.2及DB51/136中3.1的有关规定； 3.2工艺流程 3.2.1合流生活污水（或水冲式公厕污水）7前处理T后处理T下水道 分流水冲式公厕污水T前处理（1）T前处理（2）7后处理T下水道 厨房和其它污水一t 注：医院污水在进入下水道前应加消毒池处理。 3.3在不改变工艺流程的前提下，城镇沼气池的平布置可因地制宜，其形状可以采用矩形、椭圆形或其它形状，但应考虑到结构受力明确、方便施工和清运建筑垃圾并不得影响其它建筑或构筑物. 3.4城镇沼气池容积计算。 3.4.1城镇沼气池总容积设计公式： V=（V1+V2+V3）K1 ----------------------------- （1） V-------- 总容积m3 VI------- 污水容积m3 V2 -------- 污泥容积m3 V3 -------- 气室容积m3 K1 -------- 容积保护系数取 1.0?1.05 3.4.1.1污水不容积计算公式： V1 = natg -------------------------------- （2） n――使用城镇沼气池的总人数；
《固体废物处理与处置》 课程设计 系别：环境与市政工程系 专业：环境工程 姓名： 学号： 指导教师： 完成时间：
前言---------------------------------------------------- 1沼气及其产生过程 ----------------------------- 1沼气的成分--------------------------------------- 1沼气的理化性质 -------------------------------- 2课程设计目的--------------------------------------- 3城市垃圾分析--------------------------------------- 3设计参数及条件 ----------------------------------- 4工艺流程设计--------------------------------------- 5沼气池池体设计 ----------------------------------- 9 1.发酵间的容积 --------------------------------- 9 2.发酵间各部分尺寸的确定---------------- 10 3.进料口（管）的设计 ---------------------- 13沼气池平面安装图 ------------------------------- 15主要的参考书目 ---------------------------------- 18
前言 沼气及其产生过程 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，产生的一种可燃性气体。由于这种气体最终是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以人们叫他沼气。沼气含多种气体，主要成分是甲烷（CH4）.沼气细菌分解有机物，产生沼气的过程，叫沼气发酵，根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。第一类细菌叫分解菌，他的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳（CO2）等。他们当中有专门分解纤维素的，叫纤维分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有专门分解脂肪的；叫脂肪分解菌；第二类细菌叫甲烷细菌，通常叫甲烷菌，他的作用是将简单的有机物及二氧化碳还原成甲烷。因此，有机物变成沼气的过程，就好比工厂里生产一种产品的两道程序：首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半成品——结构简单的化合物；再就是在甲烷细菌的作用下，将简单的化合物加工成产品——即生成甲烷. 沼气的成分 沼气是一种混合气体，他的主要成分是甲烷，其次是二氧化碳、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
农村家用沼气池设 计规范
农村家用沼气池设计规范 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。 2、引用标准 下列标准所包含的条文，经过在本标准中引用而构成为本标准的条文。在标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB/T4750---1984 农村家用水压式沼气池标准图集 GBJ 3---88 砌体结构设计规范 GBJ9---87 建筑结构荷载规范 GBJ10---89 混凝土结构设计规范 3 、设计原则 3.1 沼气池宜建在畜圈或厕所地表以下，进料间与人、畜粪入口相连通。 3.2 坚持适用、卫生、平面布局合理，外型美观。 3.3 池盖顶端复土厚度不小于200mm。 3.4 强度安全系数K≥2.65。 3.5 正常使用寿命20年以上。 4、设计要求
4.1 设计技术参数。 4.1.1 沼气压力。 4.1.1.2 最大工作压力13KPa。 4.1.2 产气率：0.15m3/m3，d；0.2m3/m3，d； 0.25m3/m3，d；0.3m3/m3，d。 4.1.3 投料量 4.1.3.1 最小投料量按发酵间总容积的50%。 4.1.3.2 最大投料量按发酵间总容积的90%。 4.1.4 贮气量正常贮气量为日产气量的50%。 4.2 工艺流程 人畜粪便(青草及农业废物)→进料间→厌氧发酵间→水压(出料)间→农田。在有条件的地方，可将人粪便和牲畜粪便分两处进料口进入厌氧发酵间。 4.3 形状及平面布局 形状及平面布局按GB/T4750选用。 4.3.1 发酵间的形状以圆形为主，受占地面积限制或地下水位较高的，可将发酵间设计成椭球形或单跨拱长方形。 4.3.2 平面布局 4.3.2.1 沼气池应有平面布局设计，在征得用户同意后，方可进行施工设计。 4.3.2.2 平面布局应符合下列要求： a)充分利用土地资源，平面布局紧凑； b)厕所与畜圈分设； c)进、出料方便； d)导气管和输气管不被损害；
农村户用沼气“一池三改”建设技术 一、沼气池建设 （一）设计布局 1、按照“方便生活、有利生产、美化环境”及“三结合”（沼气池、厕所、畜禽圈舍相连通）的原则进行布局，池址距灶具一般控制在25m内，并尽可能将沼气池建于畜禽圈舍下面。 2、沼气池进、出料间中线夹角应大于120○小于或等于180○。 （二）施工 1、放线：根据沼气池布局原则，选择最佳布局位置，平整好场地。在平整好的场地上，确定主池中心位置，根据设计图纸，以主池中心为参照点，用石灰在地面上放样出进料口、发酵间、水压间外框线的实际尺寸。同时在尺寸0.8米左右打下四根定位桩，分别钉上钉子后牵线，两线的交点便是发酵池中心点。在灰线外打入标高基准桩，确定基准点。 2、开挖：根据放线尺寸，进行土方开挖。在开挖时，不准在坑沿堆放重物或弃土，如遇地下水，应采取引水沟、集水井等排水措施，及时将积水排除，引离施工现场，并做到快挖快建，避免暴雨冲刷造成塌方。按放线尺寸挖好坑后，应进行修整并预留好配件位置。 3、砖砌体施工： ①砖外形尺寸必须规整，棱角方正，边角无损坏。 ②砌筑前应浇水润湿，润湿程度以砖心有1.0㎝～1.5㎝的干心为
宜。 ③砌筑沼气池拱盖时，每块砖的垂直缝内口相互顶紧，外口嵌牢，砖的各面须“下齐砖棱、上齐线，上下两圈砖应错缝，砂浆应饱满”。 ④注意浇水养护，避免灰缝脱水。 4、进料口及圈梁的施工 ①进料口与池墙的结合部位必须坐浆。 ②圈梁施工时，应在砌好的池墙上端做好砂浆找平层，然后支模，浇灌混凝土后压实抹光，圈梁宽度不小于12㎝，厚度不小于12 ㎝。 5、密封层施工：采用“三灰四浆法”施工 ①基层用水灰比为0.6的水泥净浆均匀涂刷1～2遍。 ②底层抹灰用水灰比为0.6的1︰2水泥砂浆抹灰5㎜厚，初凝前反复压实2～3遍。 ③刷纯水泥浆1遍，要求同①。 ④中层抹灰1︰1.5水泥砂浆，厚5㎜，同②。 ⑤刷纯水泥浆1遍，要求同①。 ⑥面层抹灰1︰1水泥砂浆，厚3㎜，反复压实抹光，要求光洁、不翻砂。 ⑦刷纯水泥浆1～2遍，要求同①。 6、出料间施工：出料间盖板设计为4块印心盖板（厚度4㎝，加钢筋，标号不低于C20），做到外表光洁、横平竖直、盖板间隙均匀；
2 沼气池的建造技术 2.1 沼气的基本知识 2.1.1 沼气及其产生过程 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。沼气含有多种气体，主要成分是甲烷(CH4)。沼气细菌分解有机物，产生沼气的过程，叫沼气发酵。根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。第一类细菌叫做分解菌，它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳(CO2)等。它们当中有专门分解纤维素的，叫纤维分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有专门分解脂肪的，叫脂肪分解菌；第二类细菌叫含甲烷细菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。因此，有机物变成沼气的过程，就好比工厂里生产一种产品的两道工序：首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半成品——结构简单的化合物；再就是在甲烷细菌的作用下，将简单的化合物加工成产品——即生成甲烷。 2.1.2 沼气的成分 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。在沼气成分中甲烷含量为55%～70%、二氧化碳含量为28%～44%、硫化氢平均含量为0.034%。 2.1.3 沼气的理化性质 沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，它的主要成分甲烷在常温下是一种无色、无味、无臭、无毒的气体。甲烷分子式是CH4，是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单碳氢化合物。甲烷对空气的重量比是0.54，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在20℃、0.1千帕时，100单位体积的水，只能溶解3个单位体积的甲烷。 甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达 1?400? ℃左右。纯甲烷每立方米发热量为36.8千焦。沼气每立方米的发热量约23.4千焦，相当于0.55千克柴油或0.8千克煤炭充分燃烧后放出的热量。从热效率分析，每立方米沼气所能利用的热量，相当于燃烧3.03千克煤所能利用的热量。 2.2 家用沼气池的类型 随着我国沼气科学技术的发展和农村家用沼气的推广，根据当地使用要求和气温、地质等条件，家用沼气池有固定拱盖的水压式池、大揭盖水压式池、吊管式水压式池、曲流布料水压式池、顶返水水压式池、分离浮罩式池、半塑式池、全塑式池和罐式池。形式虽然多种多样，但是归总起来大体由水压式沼气池、浮罩式沼气池、半塑式沼气池和罐式沼气池四种基本类型变化形成的。与四位一体生态型大棚模式配套的沼气池一般为水压式沼气池，它又有几种不同形式。 2.2.1 固定拱盖水压式沼气池 固定拱盖水压式沼气池有圆筒形(见图2.1)、球形(见图2.2)和椭球形(见图2.3) 三种池型。这种池型的池体上部气室完全封闭，随着沼气的不断产生，沼气压力相应提高。这个不断增高的气压，迫使沼气池内的一部分料液进到与池体相通的水压间内，使得水压间内的液面升高。这样一来，水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差，这个水位差就叫做“水压”(也就是U形管沼气压力表显示的数值)。用气时，沼气开关打开，沼气在水压下排出；当沼气减少时，水压间的料液又返回池体内，使得水位差不断下降，导致沼气压力也随之相应降低。这种利用部分料液来回串动，引起水压反复变化来贮存和排放沼气的池型，就称之为水压式沼气池。
固废课程设计 目录 一:前言 1．1沼气定义 1．2沼气工程原理 1．3影响厌氧发酵的因素 1．4厌氧发酵工艺 1．5厌氧发酵原理 1．6沼气工程的现状和前景1．7沼气发酵的优点 二:依据 三：设计说明书 3．1课程设计题目 3．2课程设计目的 3．3课程设计参数 3．3．1气压 3．3．2池容产气率 3．3．3贮气量 3．3．4池容 3．3．5投料率 3．4发酵间设计 3．4．1发酵间的容积 3．4．2发酵间各部分尺寸的确定3．5进料口设计 3．5．1计算死气箱拱的矢高3．5．2死气箱容积 3．5．3投料率 3．5．4最大贮气量 3．5．5气箱总容积 3．5．6发酵间最低液面位 3．6水压间设计 3．7发酵原料预处理 3．8设计沼气发酵池的注意事项四：设计计算书 4．1工艺流程设计 4．2发酵料液计算 4．3气室容积计算 4．4沼气发酵的投料计算 五：设计总结(包含图纸)
水压式沼气池课程设计说明书 ——八立方米 一. 前言 沼气池是有机物在厌氧条件下经微生物的发酵作用生成的一种以甲烷为主体的可燃性混合气体，气主要成分是甲烷和二氧化碳[5]；沼气工程是对废弃有机物进行厌氧发酵处理的过程，厌氧发酵又叫厌氧消化，厌氧消化处理是在缺氧情况下，利用自然界中固有的厌氧菌（特别是甲烷菌）微生物，以垃圾中有机物作为它的营养源，经过甲烷菌的新陈代谢，将垃圾中有机物转化为沼气和沼肥的整个生产过程。 影响厌氧发酵的因素有很多：根据菌体的性质、发酵温度等决定有机物的投入量；为了使甲烷发酵顺利进行，营养因素也不可忽视，碳氮比和碳磷比是重要因素；粒度的大小，一般是越小越好；发酵的温度分为常温发酵、中温发酵和高温发酵，都要控制在相对的范围内；不可缺少的还有沼气发酵槽料液的搅拌；对于厌氧发酵，适当的加温、基质的平均滞留时间和PH值也是其重要因素。 厌氧发酵工艺有高温厌氧发酵工艺和自然温度厌氧发酵工艺两种方式[3]。厌氧发酵原理：有机物的厌氧发酵过程可分为液化、产酸和产甲烷三个阶段，三个阶段各有其独特的微生物类群起作用[4]。 利用城镇垃圾、粪便、污水以及食物加工后的废渣泔水等制取沼气可以节约石化能源，降低加工成本，清洁环境。利用农业和食品加工业产生的废渣、植物秸秆、人畜粪便、活性污泥等制取沼气的过程可以杀灭病虫卵，防止疾病传播。沼气渣还可以提高肥效，发展前途广阔[3]。 二．依据 （1）气压：沼气池的产气量和池内的气压密切相关。随着气压的增加，其 产气量相应减少。同时，沼气发酵效 果好，要求沼气池内气压有一个相对的稳定阶段。 (2)产气率：所谓产气率是指每立方米发酵料液24小时的产气量，单位以米 3 /米3料液·天表示。目前，我国农村家用沼气池大部分为常温发酵。发酵温度随外界气温和地温而变化，变化幅度为8℃～28℃。在正常产气的情况下，每立方米发酵料液产气量为0.1～0.3米3/天。夏天产气多，冬天产气少。 （3）容积：沼气池容积的确定是设计上的一个重要指标。沼气池设计过小，不能充分利用原料和满足使用要求；容积过大，没有足够的原料，则沼气池利用率低，浪费投资和材料。因此，沼气池容积应根据发酵原料情况和用户使用要求以及产气率合理确定。
沼气池容设计 一、工艺设计 发酵料液经前处理池沉淀、除杂后，从进料口进入装置，经各发酵单元逐级发酵，使养殖粪污得到无害化和减量化处理。通过设置在各发酵单元的回流搅拌器，进行强制回流搅拌，以提高菌料均匀度和产气率。在最后一级发酵单元设置储气浮罩，使最后一级发酵单元与整个装置产生的沼气经脱水、脱硫净化处理后，汇集与储气浮罩，供生产和生活使用。从出料间溢出的沼液和抽出的沼渣储存与贮肥池，用作农作物有机肥料，或淡水养殖营养饵料。二、设计参数 (一) 气压 沼气发酵工艺及沼气沼气灯炉具都要求沼气气压相对稳定，且宜小不宜大。对于水压是沼气池，，如果气压过大，容易破坏池体，造成泄漏；气压过小势必水压间面积过大，占地多。因此，我国农村家用水压池常用设计气压为8千帕；浮罩池设计气压可采用2千帕。(二) 产气率 根据我国养殖专业户沼气池发酵产气水平，其设计产气率采用0.2~0.5米3/（米3·天）（三）贮气量 水压式沼气池靠池内带有压力的沼气将发酵料液压到出料间（大部分）、进料管（小部分）而贮存沼气。浮罩池由浮罩的升降来贮存沼气。 贮气容积的确定和用户用气的情况有关。养殖专业户沼气池的设计贮气量考虑能贮存12小时所产的沼气，即昼夜产气量的一半。 （四）池容 沼气池容积指发酵池净空容积。沼气池的容积应根据用户所拥有的发酵原料（数量和种类）、滞留时间、用气要求等因素合理确定。 （五）投料率 投料率指的是最大限度投入的料液所占发酵间容积的百分率。设计最大投料量一般水压式为沼气池容积的90％，料液上部留适当空间，以免导气管堵塞和便于收集沼气;浮罩式为沼气容积的98％。最小设计投料量以不使沼气从进、出料管跑掉为原则。三、建池规模计算（一）参数确定 根据小型畜禽养殖场的特点，经过优化设计和工程实践所选定的发酵工艺为无动力自由进料、多旋流布料、回流搅拌、固菌成膜、浮罩储气、常温发酵工艺。发酵料液温度变化范围为10~28℃，原料在发酵装置内的滞留天数（HRT）为30~90天，南方取低限，北方取高限，一般取60天；适宜于小型畜禽养殖场沼气工程的发酵料液平均浓度（Ts）为6％~10％，一般取8％；发酵装置的有效料液容积（m），浮罩式取98％，水压式取90％；常温条件下的容积产气率（平均）一般为0.20~0.40米3/（米3·天），取平均值0.30米3/（米3·天）;浮罩储气压力取2~3千帕 （二）池容计算 小型畜禽养殖场一般采用干清粪养殖工艺，每天可收集的粪便及含水量见表17-1 表17-1 成年畜禽日排粪量及含水率 畜禽种类体重（千克） 日排粪量（千克）年排粪量（千克） 含水量（％） 猪牛鸡 50 500 1.5 6.0 20.0 0.1
固体废物处理工程设计 设计题目：有机垃圾产沼工艺的设计姓名：任艳玲 学号：103010040107 年级：1001 系部：食品工程学院 专业：环境工程 指导教师：余萃 完成时间：2013．12．2——2013．12．6
目录 前言 ......................................................................................................................................... - 1 -1设计任务及基本资料...................................................................................................... - 3 -1.1 课程设计题目.............................................................................................................. - 3 - 1.2 课程设计基本资料...................................................................................................... - 3 - 2工艺流程.......................................................................................................................... - 4 -2.1 农村家用沼气池工作原理与工艺流程...................................................................... - 4 - 2.2 沼气池形状及平面布局原则...................................................................................... - 6 - 3设计方案.......................................................................................................................... - 6 -3.1 发酵料液的计算.......................................................................................................... - 6 - 3.2 发酵间的设计.............................................................................................................. - 7 - 3.3 进料口（管）的设计.................................................................................................. - 9 - 3.4 水压间的设计............................................................................................................ - 10 - 4安全注意事项................................................................................................................ - 10 -5圆筒形水压式沼气池施工及材料设计........................................................................ - 11 -5.1 材料参考用量............................................................................................................ - 11 - 5.2 沼气池施工................................................................................................................ - 12 - 5.3 成本核算.................................................................................................................... - 12 - 小结 ....................................................................................................................................... - 13 -主要参考文献 ........................................................................................................................... - 14 -附图