课程设计说明书
题目: 农村家用沼气池设计
院系：地球与环境学院
专业班级：环境工程班
学号：
学生姓名：
指导教师：
2014 年 1 月 9 日
安徽理工大学课程设计（论文）任务书
地球与环境学院院系环境工程教研室
目录
1 概论
设计任务和内容
设计内容
根据基础资料，设计一个方案，对农业固体废物畜禽粪便和秸秆进行厌氧发酵处理，温度低的时候对原料进行换热，使进口温度满足中温厌氧发酵，出口气
体吸收其中的硫化氢，沼气经净化之后达到《恶臭污染物控制标准》（GB14554-93）中二级新扩改建标准。控制标准如表1所示：
表1 恶臭污染物厂界标准值
沼气中的臭气主要为H2S，而H2S的含量为%，经过吸收塔的吸收后就可以达到排放标准。
水压式沼气池设计任务
（1）设计题目
水压式沼气池设计
（2）主要设计任务
①水压式沼气池尺寸设计：沼气池主体容积、高度、直径、水压间容积、高度、直径。
②配套设施：换热器的传热面积、管长、管径、标准换热器选型；吸收塔填料层高度、塔径、总压力等。
③换热器和吸收塔采用间歇式操作，一次厌氧发酵时间为30天，比较冷的月份分两个区间，从1月份到3月份，从10月份到1月份是比较冷的时间，所以需要用到换热器；产生的气体要经过吸收才能达到《恶臭污染物控制标准》，所以要用到吸收塔。
（3）设计目的
①巩固已学过的与环境工程有关的专业知识，特别是厌氧发酵章节；
②领会国家关于环境保护的方针、政策和法规，初步树立正确的环境保护指导思想；
③综合运用所学知识，通过课程设计规定的任务，培养全面考虑和解决问题
的能力；
④提高计算、制图等方面的基本技能；
⑤提高运用文献、技术资料和工具书的能力。
（4）基础资料
地基允许承载力≥8t/m2，地下水位在地面下5-6m，水压间有效容积是日产气量的50%，装置内最大气压极限≤800kPa，装置内正常工作气压≤ 784kPa，活载荷≥200kg/m2
课程设计原则
（1）在总体技术路线上要符合我国生活垃圾处理的技术政策，水压式沼气池要符合无害化的总目标。
（2）配套换热器和吸收塔，保证水压式沼气池的温度比较恒定且能有效回收沼气中的二氧化碳。
（3）根据该地区的经济承受能力，尽可能为国家节省建设资金。
工程设计范围
工程设计范围为工艺部分设计计算。
项目的背景及建设的必要性
随着生活水平的提高和集约式农业的发展，农村固体废物中畜禽粪便和秸秆的产生量越来越大，不及时有效的处理将造成农村环境卫生的破坏。利用普通使用的水压式沼气池进行处理，既可以有效利用资源，又可以产生新的清洁能源——沼气，还可以消除环境污染。水压式沼气池存在能耗低、占地面积不大、处理效果好的优点，但是也存在随季节温度变化工作不稳定等缺点，在设计的过程中需要克服该问题。
沼气的基本知识
（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（CH
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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
）等。它们当中有专门分解复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳（CO
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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）沼气的成分
S）、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
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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%。
（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
，是一个碳原子与四一种无色、无味、无臭、无毒的气体。甲烷分子式是CH
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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，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在20℃、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千焦。沼气每立方米的发热量约千焦，相当于千克柴油或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，相当于燃烧千克煤所能利用的热量。
水压式沼气池基本知识
水压式沼气池的特点
水压沼气池是一种埋设在地下的立式圆筒形发酵池，池盖和池底是具有一定曲率半径的壳体，主要结构包括加料管、出料管、水压间、导气管几个部分。圆筒形结构沼气池的受力性能好，比相同容积的长方形池表面积小20%左右，池内无死角，容易密封，有利于甲烷菌的活动，以发挥甲烷菌的产气作用。
水压式沼气池的工作原理是：产气时，沼气压料液使水压箱内液面压高；用气时，料液压沼气供气。产气、用气循环工作，依靠水压箱内料液的自动升降，使气室的气压自动调节。
（1）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。
（2）水压式沼气池型也存在一些缺点，主要是：
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。
沼气池采用中温厌氧发酵
发酵温度维持在30～35℃，此发酵工艺有机物消化速度较快，产气率高，与高温发酵相比，所需热量要少得多。从能量回收的角度，该工艺被认为是一种较理想的发酵工艺类型。目前世界各国的大、中型沼气工程普遍采用此工艺。
有机物厌氧发酵依次分为液化、产酸、产甲烷三个阶段（如图1所示）。各阶段各有其独特的微生物类群起作用。液化阶段起作用的细菌称为发酵细菌，包括纤维素分解菌、脂肪分解菌、蛋白质水解菌。产酸阶段起作用的细菌是醋酸分解菌。这两个阶段起作用的细菌称为不产甲烷菌。产甲烷阶段起作用的细菌是甲烷细菌。
图1 厌氧发酵三阶段
2 厌氧发酵工艺流程说明
