固体废弃物课程设计.docx
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固体废弃物课程设计.docx
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固体废弃物课程设计
固体废弃物课程设计
课程设计
题 目 农林固体废弃物的厌氧消化与沼气利用设计
学 院 资源与环境学院专 业 环境工程姓 名 学 号 指导教师 二O一五年十二月八日
课程设计任务书
学院资源与环境学院 专业环境工程 姓名 学号 题目农林固体废弃物的厌氧消化与沼气利用设计 一、课程设计的内容
厌氧消化处理的工艺流程比选,并对工艺构筑物选型做说明;主要处理设施的工艺计算;绘制主要构筑物设计图纸。
二、课程设计应完成的工作
对厌氧消化处理技术进行分析,根据国家相关法律法规,确定合理的工艺流程,并对所选择工艺构筑物选型做适当说明;确定主要处理构筑物的尺寸,完成设计计算;绘制主要处理构筑物的设计图纸。
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课程设计评语
学院 资源与环境学院 专业环境工程
姓名 班级 学号
题目农林固体废弃物的厌氧消化处理与沼气利用设计
指导小组或指导教师评语:
本课程设计对农林固体废弃物的厌氧消化处理与沼气利用
进行了设计,对厌氧消化处理基本理论进行了分析与讨论,选择了自然温度消化工艺流程对农林固体废弃物进行厌氧消化处理,对主要工艺设施:
水压式沼气池进行了工艺计算,平面布局设置符合要求,工艺参数选择正确,工艺计算无误。
设计说明书文字通顺,格式基本符合规范要求。
图纸的绘制基本符合要求,通过课程设计,进一步熟悉了固体废物处理与处置课程的主要内容,达到了预期课程设计目标。
评定成绩
20XX年12月8日 负责人或指导教师
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资源与环境环工 班学生 课程设计第1页共4页
目录
1总论.................................................................2
农林固体废弃物定义.............................................2农林固体废弃物处理方法.........................................2沼气利用.......................................................22厌氧消化工艺.........................................................3
厌氧消化工艺原理...............................................3
厌氧发酵基本原理.........................................3三段理论.................................................3两段理论.................................................4厌氧消化工艺类型...............................................5
自然消化工艺.............................................5半连续消化工艺...........................................5
3农林固体废弃物厌氧消化处理总体设计..................................6
项目介绍.......................................................6设计参数.......................................................6沼气池工作原理...........................................6发酵料液与气室容积计算......................................7发酵间设计..................................................8进料管设计..............................................10水压管设计.....................................................12沼气池设计图纸................................................12发酵原料的预处理.............................................14
接种物..................................................14沼气发酵的启动..........................................14气池的运转管理.........................................14
4沼气综合利用.......................................................155结 论...........................................................166参考文献........................................................17
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资源与环境环工 班学生 课程设计第2页共5页
1总论
农林固体废弃物定义
我国是一个农业大国,随着农业的发展,副产品的数量也在不断增加。
农林固体废物是指农林作物收获和加工过程中所产生的秸秆、糠皮、山茅草、灌木枝、桔树枝、木屑、刨花以及食品行业排除的残渣等。
这些农林固体废弃物虽然对环境不具有危险效果,甚至部分还具有再利用价值,但如果不进行处理,任其随意堆放或简易处理,仍然有可能给土地和大气、河流等造成危害,污染当地的生态环境。
农林固体废弃物处理方法
农林固体废弃物的处理方法有很多种,其中经济和生态效果最好的是生物处理。
固体废物的生物处理是指直接或间接利用生物体的机能,对固体废物的某些组成进行转化以建立降低或消除污染物产生的生产工艺,或者能够高效净化环境污染,同时又生产有用物质的工程技术。
它既能实现减量化、无害化、资源化,又能解决环境污染问题。
固体废物的生物处理方法有好氧堆肥、厌氧消化、微生物浸出、蚯蚓处理等。
本课程设计拟采用厌氧消化的处理方法。
厌氧消化是一种普遍存在于自然界的微生物过程。
它是指在厌氧状态下利用厌氧微生物是固体废物中的有机物转化为CH4和CO2的过程。
厌氧消化可以产生以CH4为主要成分的沼气,可去除废物中30%-50%的有机物并使之稳定化。
于能源危机和石油价格的上涨,使得厌氧消化技术显示出优势。
沼气利用
据统计,我国每年农作物秸秆约为700000000t,酒糟15830000t,禽粪73000000t等。
这些物质目前多作为农家燃料、畜禽饲料、田间堆肥等发挥初级用途,仅少量用于造纸、草编等深加工。
就其应用价值而论,无论在广度和深度上,目前的利用水平均较差。
厌氧生物处理会产生的大量CH4。
即沼气。
沼气可作为燃料,直接燃烧用于炊事、烘干、供暖、照明、气焊等,且燃烧后不产生污染环境的气体,还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料,是一种可再生的清洁能源。
为了充分合理的处理农林固体废弃物,并利用好厌氧消化产生的沼气,本课程设计结合固体废物处理与处置课程知识,拟对农林固体废弃物的厌氧生物处理和沼气的利用进行沼气池的初步设计。
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资源与环境环工 班学生 课程设计第3页共6页
2厌氧消化工艺
厌氧消化工艺原理
厌氧发酵基本原理
厌氧活性污泥技术是在人工充氧条件下,对污水和各种微生物群体进行连续混合培养,形成活性污泥。
利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用,以分解去除污水中的有机污染物。
然后使污泥与水分离,大部分污泥再回流到曝气池,多余部分则排出活性污泥系统。
参与厌氧发酵的微生物可分为两类,即分解复杂有机物为以有机酸为主的简单产物的水解菌和将有机酸转化为家玩的产甲烷细菌。
厌氧消化的反应式为:
有机物+H2O+营养物
有机废物厌氧发酵工艺原理示意图如下
厌氧微生物
细胞物质+CH4+CO2+NH3+H2+H2S++抗性物质+热量
图
(1)
三段理论
三段理论将厌氧发酵分为水解、产酸、产甲烷三个阶段。
水解阶段起作用的细菌包括纤维素分解菌、脂肪分解菌和蛋白质水解菌;在水解酶作用下,转化产生单糖、酞和氨基酸、脂肪酸和甘油。
产酸阶段起作用细菌是发酵性细菌,产氢产乙酸和耗氢产乙酸菌在胞内酶作用下,转化产生挥发性脂肪酸、醇类、氢和二氧化碳;产甲烷阶段是产甲烷菌利用H2、CO2、乙酸、甲醇等化合物为基质,将其转化成甲济南大学
资源与环境环工 班学生 课程设计第4页共7页
烷,其中H2、CO2和乙酸是主要基质。
三段理论示意图如下:
图
(1)水解阶段
水解细菌利用胞外酶对有机物进行体外解酶,使固体物质变成可溶于水的物质,戏剧再吸收可溶于水的物质,并将其分解为不同产物。
纤维素、淀粉等水解为单糖类,蛋白质水解为氨基酸,再经脱氨基作用形成有机酸和氨,脂肪水解形成甘油和脂肪酸。
(2)产酸阶段
简单可溶性有机物在产氢和产酸细菌作用下,进一步分解成挥发性脂肪酸、醇、酮、醛、CO2、H2等。
(3)产甲烷阶段
产甲烷菌进一步将产物降解为CH4和CO2,同时利用产酸阶段产生的H2将部分CO2
转化为CH4。
两段理论
两段理论分为酸性发酵阶段和碱性发酵阶段。
与三段理论相比,两段理论更为简洁清楚,其示意图如下:
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资源与环境环工 班学生 课程设计第5页共8页
图
(1)酸性发酵阶段
分解初期,产酸菌占主导地位,有机物被分解为有机酸、醇等,有机酸大量积累,pH随之下降。
(2)碱性发酵阶段
分解后期,产甲烷菌占主导作用,有机酸和醇等被进一步分解产生CH4和CO2等,pH迅速上升。
发酵进行到后期,可降解有机物大都被分解,消化过程趋于完成。
厌氧消化工艺类型
自然消化工艺
按照消化温度,厌氧消化工艺可分为高温消化工艺和自然消化工艺。
自然消化工艺是指在自然温度下消化温度发生变化的厌氧消化。
目前我国农村基本上都采用该种方法,其工艺消化池结构简单、成本低廉、施工容易、便于推广。
半连续消化工艺
按照投料运转方式,可分为连续消化、半连续消化、两步消化。
半连续消化是在启动时一次性投入较多的消化原料,当产气量趋于下降时,开始定期或不定期添加新料和排出旧料。
该工艺在农村沼气池的应用已经比较成熟。
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资源与环境环工 班学生 课程设计第6页共9页
3农林固体废弃物厌氧消化处理总体设计
项目介绍
本课程设计拟采用自然消化和半连续工艺为农村的一个四口之家设计一个水压式沼气池,用于该农户家的农林固体废弃物的处理以及产沼利用。
该沼气池计划设计容量为6立方米。
设计参数
气压:
7840Pa(即80cm水柱)
池容产气率:
池容产气率系指每立方米发酵池1昼夜的产气量,单位为m3沼气/(m3池容.d)。
我国常采用的池容产气率包括、、和几种。
本次设计采用。
贮气量:
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存气量以12H产气量为宜,其值与有效水压间的容积相等。
某农户家共4人,牲畜2头。
沼气池工作原理
水压式沼气池装料封盖后启动前状态时,在发酵间内的料液和水压间内的料液液面上,同时受到大气压力的作用,因此两个液面处在同一水平面上,它们之间的气压差和液面差均为零。
此时的工作状态称为“初始工作状态”,此时的料液液面高度为O-O水平面,发酵间内存在的空间为V0。
启动以后,沼气池内开始发酵产气,随着沼气产量的逐渐增加,发酵间上部气箱中的贮气量越来越大,同时所产生的沼气将发酵间内的料液压入水压间,压出的料液体积与所产的沼气体积相等。
当发酵间内贮气量达到最大贮气量VC时,水压间里增加的料液也为最大贮液量VC。
此时发酵间内的料液面下降到可能下降的最低位置A-A水平面,水压间内的料液面上升到可能上升的最高位置B-B水平面。
此时的工作状态称为“极限工作状态”。
发酵间内料液面的下降和水压间内料液面的上升使得两液面产生了高度差,高位料液具有的势能使得发酵间内沼气产生了一定的压强,其数值等于两液面高差值与料液比重的乘积。
于料液比重接近于1,因此一般将两料液面的高差值视为池内沼气压强值。
在极限工作状态时的液面高差最大,称为极限沼气压强,数值等于:
ΔH=H1+H2式中
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ΔH——沼气池最大液面差; H1——发酵间液面最大下降值; H2——水压间液面最大上升值。
以上就是“气压水”的全过程。
当用户的燃烧器工作时,池内沼气在高位水压间液体压力下逐渐输出,随着发酵间内沼气贮量的减少,水压间料液面渐渐下降,发酵间内液面渐渐上升。
此时,输出的沼气的压强也随两料液液面高差的减少而变得越来越小。
当发酵间料液液面与水压间料液液面相平时,沼气池又回到初始工作状态,此时池内的沼气也因压强为零而不再输出,“水压气”过程结束。
发酵料液与气室容积计算
(1)发酵料液体积的计算
V1=〔·k2+n3〕·T
式中
V1—发酵料液体积,m3;
n1—产人粪便总量。
按常住人口×/(人·d)取值,本设计取;
n2—产牲畜粪便总量。
按养猪头数×/(头·d)取值,本设计取;
n3—每日舍外能定量收集粪便总量,m3/d。
本设计取; k2—收集系数,取值;本设计取; T—原料滞留期;取丘陵期的40。
则
V1=[(4×+2×)×+]×40=
(2)气室容积的计算 V2=1/2·V1·k3式中
V1—发酵料液体积,m3;V2—气室容积,m3;
k3—原料产气率,本次设计为,为常温下产率。
则
V2=1/2××=
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发酵间设计
(1)发酵间的容积 V=·K1式中:
V—发酵间的容积,m3;
V1—发酵料液体积,m3; V2—气室容积,m3;
K1—容积保护系数,取。
本次设计取K1=;则 V=×=故发酵间容积取。
(2)沼气池的直径取;(3)池盖削球体矢高
f1=D/a1
式中
f1—池盖削球体矢高,m;D—圆柱体形池身直径,m;
a1—直径与池体矢高的比值,取5-6,这里取5。
则
f1=/5=(m)(4)池盖削球体净容积
Q1=π/6f1(3R2+f12)
式中
Q1—池盖削球体净容积,m3; π—圆周率,取; f1—池盖削球体矢高,m;R—池身圆柱体内半径,m。
则
Q1=/6××(3×+)=(5)池底削球体矢高
f2=D/α2
式中
f2--池底削球体矢高,m;
D—池身圆柱体直径,m;
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α2—直径与池底矢高的比值,取值8-10,这里取10。
则 f2=/10=(6)池底削球体净容积
Q3=×f2(3R2+f22)
式中
f2--池底削球体矢高,m;
Q3—发酵间池底削球体净容积,m3; π—圆周率,取值。
则
Q3=/6××(3×+)=(7)发酵间池身圆柱体容积
Q2=V-Q1-Q3
式中
Q1—池盖削球体净容积,m3; V—发酵间总容积,m3;
Q2—发酵间池身圆柱体容积,m3; Q3—发酵间池底削球体净容积,m3。
则
Q2==(8)发酵间池身圆柱体高度
H=Q2/πR2
式中
π—圆周率,取值; R—发酵间池身圆柱体半径,m; H—发酵间池身圆柱体高度,m。
则
H=/(×)=
(9)发酵间内总面积
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;
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(10)盖削球体球面内表面积
S1=π×(R2+f12)
式中
S1—池盖削球面内表面积,m3;
R—池身圆柱体半径,m; f1—池盖削球面矢高,m; π—圆周率,取值。
则
S1=×=
(11)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,取值。
则
S2=2×××=
(12)池底削球体内表面积
S3=π×(R2+f22)
式中
S3—池底削球体内表面积,m2; f2—池底削球面矢高,m; R—池身圆柱体内半径,m; π—圆周率,取值。
则
S3=×(+)=
(13)发酵间总表面积
S=S1+S2+S3=++=
进料管设计
进料管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;下部圆管用∮300预制混领土管,管与池墙角为40°。
(1)死气箱拱的矢高 f死=h1+h2+h3式中
h1—池底拱顶点到活动盖下缘平面的距离,该值一般在10-15cm之间,取12cm;
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h2—导气管下露出长度,该值一般在3-5cm之间,取5cm;
h3—导气管下口到液面距离,该值一般在20-30cm之间一般取25cm。
则
f死=++=(m)
(2)死气箱容积 V死=π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。
则
V死=××[(/3)]=
(3)投料率。
根据死气箱的容积,可计算出沼气池投料率,即投料率=/V×100%式中
V,V死—分别为发酵间容积和死气箱容积,m3; 则
投料率=/×100%=%(4)最大贮气量
V贮=池容×池容产气×1/2则 V贮=××1/2=(5)气箱总容积
V气=V死+V贮式中
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。
则
V气=+=(m3)(6)发酵间最低液面位
气箱在圆筒形池身部分的容积为
V筒=V气-Q1
则
V筒==
圆筒形池身内气箱部分的高度为
h筒=V筒/πR2
h筒=/(×)=(m)
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3
2死
[ρ1+]
资源与环境环工 班学生 课程设计第12页共15页
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。
水压管设计
H水压管=h筒+f死+
则
H水压管=++=(m)
有效容积:
V有=池容×池容产气率×投料量×/1/2
则
V有=××%×1/2=(m) H水压管=V有/(π×R水压管2)则 R水压管=(m)
水压式沼气池的尺寸设计完成
3
沼气池设计图纸
根据以上尺寸计算数据设计,农村四口之家所用6立方米水压式沼气池设计图纸如下页所示:
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题 目 农林固体废弃物的厌氧消化与沼气利用设计
学 院 资源与环境学院专 业 环境工程姓 名 学 号 指导教师 二O一五年十二月八日
课程设计任务书
学院资源与环境学院 专业环境工程 姓名 学号 题目农林固体废弃物的厌氧消化与沼气利用设计 一、课程设计的内容
厌氧消化处理的工艺流程比选,并对工艺构筑物选型做说明;主要处理设施的工艺计算;绘制主要构筑物设计图纸。
二、课程设计应完成的工作
对厌氧消化处理技术进行分析,根据国家相关法律法规,确定合理的工艺流程,并对所选择工艺构筑物选型做适当说明;确定主要处理构筑物的尺寸,完成设计计算;绘制主要处理构筑物的设计图纸。
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学院 资源与环境学院 专业环境工程
姓名 班级 学号
题目农林固体废弃物的厌氧消化处理与沼气利用设计
指导小组或指导教师评语:
本课程设计对农林固体废弃物的厌氧消化处理与沼气利用
进行了设计,对厌氧消化处理基本理论进行了分析与讨论,选择了自然温度消化工艺流程对农林固体废弃物进行厌氧消化处理,对主要工艺设施:
水压式沼气池进行了工艺计算,平面布局设置符合要求,工艺参数选择正确,工艺计算无误。
设计说明书文字通顺,格式基本符合规范要求。
图纸的绘制基本符合要求,通过课程设计,进一步熟悉了固体废物处理与处置课程的主要内容,达到了预期课程设计目标。
评定成绩
20XX年12月8日 负责人或指导教师
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目录
1总论.................................................................2
农林固体废弃物定义.............................................2农林固体废弃物处理方法.........................................2沼气利用.......................................................22厌氧消化工艺.........................................................3
厌氧消化工艺原理...............................................3
厌氧发酵基本原理.........................................3三段理论.................................................3两段理论.................................................4厌氧消化工艺类
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