【文章內容簡介】 時將沼液注入生態(tài)魚塘，避免了二次污染。③生態(tài)魚塘結合水生植物，去除了沼液中的N、P等污染物質，同時水生植物又可以為有機肥的生產提供原料，并且魚塘養(yǎng)魚又可為公司帶來一定的經濟效益。沼氣可以用來發(fā)電，同樣可以帶來收益，同時減輕能源短缺的壓力 [10]。 預處理系統(tǒng)在處理系統(tǒng)中除實行人工清掃固態(tài)物外，還在廢水排入口處設置格柵，分離去除糞水中的固態(tài)物，以防堵塞水泵和影響后續(xù)處理單元的正常運行。格柵為磚混結構， m m m，格網尺寸為15—25 mm、格柵傾角為50176?！?0176。 。采用固液分離機，主要由渣液振篩分離系統(tǒng)(鋁合金)、出渣擠壓系統(tǒng)、自動沖洗系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)構成，輔助部分有攪拌機、廢水送料泵。經固液分離機分離后的糞渣含水量在30％左右，對化學耗氧量、總耗氧量、氮、磷的去除率為70％一95％，有效減少了固態(tài)物的入池量。調節(jié)池對鴨場廢水進行混合、儲存和調節(jié)，起到初步酸化水解作用，以滿足厭氧中北大學 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書第 11 頁 共 36 頁發(fā)酵工藝的技術要求。采用磚混結構，其容積按20 d的水力停留時間設計 [11]。中北大學 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書第 12 頁 共 36 頁4 工藝設計 沼氣池的工作原理水壓式沼氣池的工作原理可以概括為兩句話：產氣時，氣壓水；用氣時，水壓氣。水壓式沼氣池裝料封蓋后啟動前狀態(tài)時，在發(fā)酵間內的料液和水壓間內的料液液面上，同時受到大氣壓力的作用，因此此兩個液面處在同一水平面上，它們之間的氣壓差和液面差均為零。此時的工作狀態(tài)稱為“初始工作狀態(tài)” ，此時的料液液面高度為OO 水平面，發(fā)酵間內存在的空間為 V0。啟動以后，沼氣池內開始發(fā)酵產氣，隨著沼氣產量的逐漸增加，發(fā)酵間上部氣箱中的貯氣量越來越大，同時所產生的沼氣將發(fā)酵間內的料液壓入水壓間，壓出的料液體積與所產的沼氣體積相等。當發(fā)酵間內貯氣量達到最大貯氣量 VC 時，水壓間里增加的料液也為最大貯液量 VC。此時發(fā)酵間內的料液面下降到可能下降的最低位置 AA 水平面，水壓間內的料液面上升到可能上升的最高位置 BB 水平面。此時的工作狀態(tài)稱為“極限工作狀態(tài) ”。發(fā)酵間內料液面的下降和水壓間內料液面的上升使得兩液面產生了高度差，高位料液具有的勢能使得發(fā)酵間內沼氣產生了一定的壓強，其數值等于兩液面高差值與料液比重的乘積。由于料液比重接近于 1，因此一般將兩料液面的高差值視為池內沼氣壓強值。在極限工作狀態(tài)時的液面高差最大，稱為極限沼氣壓強，數值等于： （式 41）21H???式中：ΔH — —沼氣池最大液面差； H1——發(fā)酵間液面最大下降值； H2——水壓間液面最大上升值。以上就是“氣壓水 ”的全過程。當用戶的燃燒器工作時，池內沼氣在高位水壓間液體壓力下逐漸輸出，隨著發(fā)酵間內沼氣貯量的減少，水壓間料液面漸漸下降，發(fā)酵間內液面漸漸上升。此時，輸出的沼氣的壓強也隨兩料液液面高差的減少而變得越來越小。當發(fā)酵間料液液面與水壓間料液液面相平時，沼氣池又回到初始工作狀態(tài)，此時池內的沼氣也因壓強為零而不再輸出， “水壓氣 ”過程結束。沼氣池的運行過程就是不斷產氣和不斷用氣的循環(huán)過程，在運行過程中，水壓式中北大學 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書第 13 頁 共 36 頁沼氣池總是處在初始工作狀態(tài)和極限工作狀態(tài)的范圍之內，不可能超出這個范圍 [12]。 水壓式沼氣池初始工作狀態(tài) 水壓式沼氣池極限工作狀態(tài) 沼氣池的設計依據分析上述工作原理，可以得到以下三點設計水壓式沼氣池的主要依據：（包括料液）的最高位置只能在沼氣池處于初始工作狀態(tài)時的液面高度，此時的液面為 OO 液位。在 OO 液位時，發(fā)酵間上部仍有部分氣箱可以貯存沼氣，但是這部分沼氣由于無法被壓出，因此無法被利用，所以稱為“死氣” 。 “死氣”所占據的空間稱作“無效氣箱 ”或“死氣箱”。 OO 位置，即初始工作狀態(tài)時，其液面處于最低位置，不可能再繼續(xù)下降。因此，在水壓間中如果存在低于 OO 位置的料液的話，這部分料液沒有勢能，不具有壓出氣箱內沼氣的作用，是“ 死液” 。 “死液”所占據的那部分水壓間被稱為“無效水壓間 ”。H1H2ΔH中北大學 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書第 14 頁 共 36 頁無效氣箱和無效水壓間對沼氣池運行不起任何作用，因此應當盡量控制其容積。在滿足功能要求的情況下，無效氣箱和無效水壓間容積越小，沼氣池的利用效率就越高，造價也越低。3. 水壓式沼氣池的極限工作狀態(tài)時的發(fā)酵間液面是最低液面，而水壓間液面 是最高液面，此時沼氣池內的壓強達到最高值。在設計中，稱此時的壓強為最高設計壓強。沼氣池在運行時其池內壓強不應超過此值，否則將因超負荷而破壞沼氣池。為防止沼氣池超負荷運行，一般設計中采取的措施是：將進、出料管（或其中一管）上沿安裝在 AA 液位面與池身的交線上，這樣，當貯氣量超過最大貯氣量，即液面低于 AA 位置時，多余的沼氣自行從進、出料管逸出，保持池內壓強不大于最高設計壓強；同時，將水壓間的溢料口下沿設計在 BB 位置上，這樣即使水壓間液面有超過 BB 位置的可能時，超出的部分料液也會從溢料口中溢出，使兩液面差始終保持在最大液差之內 [14]。 設計參數設計水壓式沼氣池，除了掌握上述依據外，還需要掌握沼氣發(fā)酵工藝中的有關參數。主要參數有：：由于沼氣燃燒器（包括沼氣燈和沼氣爐、灶等）需要在額定的壓力范圍內才能進行正常工作，因此在設計時應考慮氣壓值的大小。根據我國農村的具體情況，水壓式沼氣池的設計氣壓為 7840Pa（即 80cm 水柱）為宜。氣壓過高容易損壞池體，造成滲漏：氣壓過低則不便沼氣的輸送和使用，同時會造成水壓間占地面積過大。：即每立方米發(fā)酵間每晝夜的產氣量（m 3/m3d） ，它反應沼氣池在一定條件下生產沼氣的能力。在常溫半連續(xù)發(fā)酵的條件下，池容產氣率是在不斷變動的。作為設計參數的池容產氣率僅僅是為了設計的需要而估計確定的一個參數。根據我國實際，水壓式沼氣池通常采用的池容產氣率有 、 幾種。我們選擇適合的，這里以 m3/m3d 為標準：水壓式沼氣池的貯氣量是指氣箱內的最大貯存沼氣量，它是根據沼氣池的產氣情況和用戶用氣情況而確定的，經過分析和驗證認為，最大貯氣量以 12 小時產氣量為宜。由于貯氣量等于排出的料液量，因此它也等于有效水壓間的容積。：指的是發(fā)酵間的容積。它是根據家庭人口數、養(yǎng)殖場鴨子的數量和池容產氣率來確定的。中北大學 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書第 15 頁 共 36 頁： 指的是最大限度投入的料液所占發(fā)酵間容積的百分比。投料率的大小確定了無效氣箱的多少。投料率越大，無效氣箱越小，則所建沼氣池越經濟。但要注意，投料率不能為 100%，這是因為安裝導氣管時，為避免蛆蟲爬進造成堵塞，導氣管應露出活動蓋下口 3—5cm；同時，為避免料液或者浮渣堵塞導氣管，液面應低于導氣管 15—20cm。因此，投料率一般在 85—95%之間為好 [15]。 水壓式沼氣池的構造設計水壓式沼氣池發(fā)酵間設計可按下列步驟進行：確定池容池容的大小主要取決于家庭人口數、養(yǎng)殖場鴨子的數量和預計池容產氣率，其相互關系為：=[(n +n )k +n ]T （式41）1V23V1=[(5＋10000)+]20m179。= m179。式中 V1 —發(fā)酵料液的體積，m179。； n1—產人糞便總量。按 5 人（人. d）取值； n2—產牲畜糞便總量。按 1 萬只鴨（）取值； n3—每日舍外能定量收集糞便總量，m179。 /d,取 K2— 收集系數。取值 T — 原料停滯期（d）平壩農業(yè)區(qū)取 20。 V2=1/2V1k3 （式 42） 式中 V1—發(fā)酵料液體積，m179。； V2—氣室容積，m179。；K3—原料產氣率，本次試驗為 ,為常溫下產氣率。 V2=1/2= (m179。) [12] 厭氧發(fā)酵間的設計1． 發(fā)酵間的容積 V=（V 1+V2）k 1 （式 43） 式中 V—發(fā)酵間的容積，m179。中北大學 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書第 16 頁 共 36 頁 V1—發(fā)酵料液體積，m179。； V2—氣室容積，m179。； K1—容積保護系數，取 ~。 本次設計取 K1 = V=（+）=179。所以要設計的發(fā)酵間體積要大于 m179。，所以我選擇設計 125 m179。的發(fā)酵間。 產21產21 ???? = =179。 （式 44）)3()3(612121 frfRfV????ππ （式 45）2222 fff （式 46）H3π? （式 47）)(2121fRfr? （式 48）22ff?圖 發(fā)酵間的尺寸標注綜合圓筒型沼氣池的內力結構計算、材料用量計算和施工管理、使用技術等種因 V11 V2 V3 r1 r2 R f1 f2 D H 中北大學 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書第 17 頁 共 36 頁素，一般認為：當池蓋矢跨比 、池底矢跨比 和池身高 時，沼氣51?Df 812?Df ?池的尺寸比例比較合理。這樣，一旦發(fā)酵間某一尺寸被確定以后，我們即可以計算出其它部分的尺寸和發(fā)酵間各部分的容積 [16]。我們還可以用合理尺寸比例來確定已知容積的發(fā)酵間各部分尺寸。利用合理尺寸比例和容積計算公式可以得出： ?25334.因為發(fā)酵間容積 ，所以 。因此可以得一計算公式：21??370.? （式 ）即 ? = = m25?式中 D—發(fā)酵間的半徑；m V—發(fā)酵間的體積；m179。3．發(fā)酵間各部分尺寸確定沼氣池的直徑根據題目要求及經驗和平面設計，確定為 （1）發(fā)酵間池蓋削球體矢高和凈容積。池蓋削球體矢高 ○ 1 f1=D/a1 （式 410） 式中 f1——池蓋削球體矢高，m； D—圓柱體形池身直徑，m； a1—直徑與池體矢高的比值，取值范圍 5~6，取 5。 f1=(m)池蓋削球體凈容積 ○ 2中北大學 2022 屆本科畢業(yè)設計說明書第 18 頁 共 36 頁 Q1= f1(3R2+f12) （式 411）6?式中 Q1—池蓋削球體凈容積，m 3； π—圓周率，取 ； f1—池蓋削球體矢高，m；R—池身圓柱體內半徑，m。則 Q1=(3+)=（m 3）（2）發(fā)酵間池底球體矢高和凈容積。池底削球體矢高 ○ 1f2=D/d2 （式 412）式中 f2池底削球體矢高, m。 D—池身圓柱體直徑，m； d2—直徑與池底矢高的比值，取值范圍 810，取 8那么 f2=（ m）池底削球體凈容積 ○ 2 Q3= f 2(3R2+f22) （式 413）6?式中 f2池底削球體矢高, m。 Q3—發(fā)酵間池底削球體凈容積，m179。； π—圓周率，取值 。則 Q3=(3+) =（m179。）（3）發(fā)酵間池身圓柱體容積和池墻高度。發(fā)酵間池身圓柱體容積 ○ 1 Q2= V Q1 Q3 （式 414） 式中 Q1—池蓋削球體凈容積，m179。；