有机垃圾产沼工艺设计讲解

6.3有机垃圾产沼工艺
6.3.1工艺流程
沼气发酵工艺类型较多，我国农村普遍采用的是下述两种工艺。

1. 自然温度半批量投料发酵工艺
这种工艺的发酵温度随自然温度变化而变化，采用半批量方式投料，基本流程如下图6-3-1所示。

图6-3-1 自然温度半批量投料沼气发酵工艺流程
这种工艺的发酵期因季节和农用情况而定，一般为5个月左右，运行中要求定期补充新鲜原料，以免造成产气量下降，该工艺主要缺点使出料操作劳动量大。

2. 自然温度连续投料发酵工艺
这种工艺是在自然温度下，定时定量投料和出料，能维持比较稳定的发酵条件，使沼气微生物（菌群积累）区系稳定，保持逐步完善的原料消化速度，提高原料利用率和沼气池负荷能力，达到较高的产气率；工艺自身耗能少，简单方便，容易操作。

6.3.2发酵料液的计算
1. 发酵料液体积：
V1=[(n1+n2)k2+n3]T
式中 V—发酵料液体积，m3；
n 1— 是产人粪便总量。

按人口6×0.010m 3/人·d=0.060m 3
n 2— 是产牲畜粪便总量。

按共30头牲畜30×0.010m 3/（头·d ）
=0.300m 3/d
n 3— 每日舍外能定量收集粪便总量，取0.08m 3/d ；
k 2 —收集系数，取值0.7
T — 原料滞留期(d)；丘陵农区取40 。

V1=【（6x0.010+30x0.010）x0.7+0.08】x40=13.28m 3
2. 气室容积的计算
气室容积： 312k V 21V
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，本次设计采用0.25 m 3/(m 3·d)
V2=0.5x13.28x0.25=1.66 m 3
夏季时产气率0.3 V2=0.5x13.28x0.3=1.992 m 3
冬季时产气率0.15 V2=0.5x13.28x0.15=0.996 m 3
6.3.3发酵间的设计
1. 发酵间的容积
V=(V 1-V 2)k 1
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 — 容积保护系数，取0.98
V=（13.28-1.66）x0.98=11.39 m 3
夏季时 V=（13.28-1.992)x0.98=11.06m3
冬季时V=（13.28-0.996）x0.98=12.08m3
2. 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。

（2）发酵间池盖削球体矢高和净容积。

① 池盖削球体矢高
f 1＝D/a 1
式中 f 1— 池盖削球体矢高，m ；
D — 圆柱体形池身直径，4m ；
a 1— 直径与池顶矢高的比值，取5
f1= 4/5=0.8m
② 池盖削球体净容积
)f (3R f 6Q 21211+π=
式中 Q 1— 池盖削球体净容积，m 3；
π— 圆周率，取3.1416；
f 1— 池盖削球体矢高，m ；
R — 池身圆柱体内半径，m 。

Q1=3.1414/6 x0.8（3x2x2+0.8x0.8）=5.2946m 3
（3）发酵间池底削球体矢高和净容积。

① 池底削球体矢高
f 2＝ D/α2
式中 f 2— 池底削球体矢高，m ；
D — 池身圆柱体直径，4m ；
α2— 直径与池底矢高的比值，取8
F2=4/8=0.5m
② 池底削球体净容积
)f R 3(f 6Q 22223+π=
式中 Q 3— 发酵间池底削球体净容积，m 3；
π— 圆周率，取3.1416；
f 2— 池底削球体矢高，m ；
Q3=3.1416/6 x0.5（3x2x2+0.5x0.5）=3.2070m 3
（1） 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
Q 2=V －Q 1－Q 3
式中 Q 2— 发酵间池身圆柱体净容积，m 3；
V — 发酵间总容积，50m 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。

Q2=50-5.2946-3.2070=41.4984m 3
② 发酵间池身圆柱体高度
22
R Q H π=
式中 π— 圆周率，取值3.1416；
R — 发酵间池身圆柱体半径，m ；
H—发酵间池身圆柱体高度，m。

H=41.4984/(3.1416x2x2）=3.30m
（5）发酵间内总表面积
S=S1+S2+S3
式中 S—内总表面积，m2；
S1—池盖削球体内表面积，m2；
S2—池身圆柱体内表面积，m2；
S3—池底削球体内表面积，m2。

①池盖削球体球面内表面积
S1=π(R2+21f)
式中 S1—池盖削球面内表面积，m2；
R—池身圆柱体半径，m；
f1—池盖削球面矢高，m；
π—圆周率，取3.1416。

S1=3.1416x（2x2+0.8x0.8）=14.58m2
②圆柱体池身内表面积
S2＝2πRH
式中 S2—池身圆柱体内表面积，m2；
R—池身内圆柱体内半径，m；
H—池身圆柱体高度，m；
π—圆周率，取3.1416。

S2=2x3.1416x2x3.30=41.4691m2
③池度削球体内表面积
S3＝π(R2+f22)
式中 S3—池底削球体内表面积，m2；
f2—池底削球体矢高，m；
R—池身圆柱体内半径，m；
π—圆周率，取3.1416。

S3=3.1416x（2x2+0.5x0.5）=13.3675m2
S=S1+S2+S3=69.4166m2
6.3.4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；下部圆管宜采用Φ200-Φ300预制混凝土管或现浇混凝土管，管与池墙角不小于30°。

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。

该位置的计算方法如下：
（1）计算死气箱拱的矢高：即池盖拱顶点到发酵间的最高液面。

其中死气箱拱的矢高可按下式计算：
f死=h1+h2+h3
式中 h1—池盖拱顶点到活动盖下缘平面的距离，该值一般15cm；
h2—导气管下露出长度，区5cm；
h3—导气管下口到O—O液面距离，一般取30cm。

F死=15+5+30=50cm
（2）死气箱容积
）
＋（＝死
死死3f 1f V 2ρπ
V 死=3.1416x0.5x0.5（2.9-0.5/3)=2.1468m3
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。

（3）投料率：根据死气箱容积，可计算出沼气池投料率 投料率=（50-2.1468）/50=95%
式中 V 、V 死— 分别为发酵间容积和死气箱容积，m 3。

（4）最大贮气量
21V ⨯⨯池容产气率贮＝池容
V 贮= 50x0.25x0.5=6.25m3
（5）气箱总容积
V 气＝V 死＋V 贮
V 气＝2.1468+6.25=8.3968m3
式中 V 气、V 死、V 贮— 分别为沼气池气箱总容积、死气箱总容积和
有效气箱容积（最大贮气量）。

（6）发酵间最低液面位 对一般沼气池来说，V 气均大于Q 1，也就是说，最低液面位置在
圆筒形池身范围内。

此时，要确定进、出料管的安装位置，应按下式先计算出气箱在圆筒形池身部分的容积
V ＝V －Q
V 筒＝8.3968-5.2946=3.1022m3
因此， 2
R V h 筒
筒＝
h 筒=3.1022/(3.1416x2x2)=0.25m
式中 h 筒— 圆筒形池身内气箱部分的高度，m ；
最低液面位在池盖与池身交接平面以下h 筒的位置上。

这个位置也就是进出料管的安装位置。

6.3.5 水压间（管）的设计
H 水压间=h 筒+f 死+H-0.8=0.25+0.5+3.30-0.8=10m
有效容积V 有=池容x 池容产气率x 投料量x0.5=50x0.25x95%x0.5=5.94m3
H=V 有/（3.1416xR ²)
R=0.76m。