农村户用水压式沼气池设计
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。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。
本次固体废物处理和处置课程设计的题目就是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，为课程设计打下基础；
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，对圆筒形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，对所设计的圆筒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，工艺流程，结构设计
目录
前言 (1)
第1章设计要求与设计资料 (2)
1.1 设计目的 (2)
1.2 设计资料与设计参数 (2)
1.2.1 设计资料 (2)
1.2.2 设计参数 (2)
第2章工艺流程确定与沼气池选型 (3)
2.1 沼气的基本知识 (3)
2.1.1 沼气的概念 (3)
2.1.2 沼气的成分 (3)
2.1.3 沼气的理化性质 (3)
2.2 沼气发酵的原理 (4)
2.3 沼气发酵原料选择 (4)
2.4 工艺流程 (4)
2.5 家用沼气池的类型 (5)
2.5.1 水压式沼气池 (5)
2.5.1 水压式沼气池的优缺点 (6)
第3章水压式沼气池的结构设计和计算 (8)
3.1 发酵料液的计算 (8)
3.1.1 发酵料液的体积 (8)
3.1.2 气室容积的计算 (8)
3.2 发酵间的设计 (9)
3.2.1 发酵间的容积 (9)
3.2.2 发酵间各部分尺寸的确定 (9)
3.3 进出料口（管）的尺寸设计 (11)
3.4 进出料管安装位置的确定 (12)
3.4.1 进出料管水平位置的确定 (12)
3.4.2 进出料管竖直位置的确定 (12)
3.5 水压间的设计 (15)
3.5.1 水压间零压线 (15)
3.5.2 发酵间最大料液水位降 (15)
3.5.3 水压间高度 (15)
3.5.4 水压间圆柱体底面积 (15)
3.5.5 水压间底面半径 (15)
第4章水压式沼气池施工及材料设计 (16)
4.1 材料参考用量 (16)
4.2 沼气池施工 (17)
结论 (18)
谢辞 (19)
参考文献 (20)
前言
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8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。
第1章设计要求与设计资料
1.1 设计目的
通过课程设计进一步消化巩固固体废物处理与处置课程所学内容，并将所学知识系统化，培养运用所学理论知识解决实际工程问题，即进行农村家用沼气池设计的能力。通过设计，了解工程设计的内容，方法和步骤，培养确定厌氧系统设计方案，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。
1.2 设计资料与设计参数
1.2.1 设计资料
(1) 该农户家中有5人，家畜（猪）3头，位于平坝农业区；
(2) 建池材料为现浇混凝土，粘土实心砖。
1.2.2 设计参数
(1) 气压：7480Pa（即80cm水柱）。
(2) 池容产气率：池容产气率系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）。我国通常采用的池容产气率包括0.15、0.2、0.25和0.3几种，本设计取0.15 m3沼气/（m3池容·d）。
(3) 贮气量：贮气量系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：系指最大投入的料液所占发酵间容积的百分比，一般在85%~95%之间为宜，本设计的最大投料量小于发酵间总容积的90%。
第2章工艺流程确定与沼气池选型
2.1 沼气的基本知识
2.1.1 沼气的概念
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)。
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。
