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户用沼气池课程设计

学院：水利与环境学院

专业：环境工程

指导老师：

姓名：

学号：

二零一四年六月十八日

目录

1.前言21.1沼气的定义21.2沼气工程原理21.3影响厌氧消化的因素31.4厌氧消化工艺41.5沼气工程的现状和前景41.6沼气发酵的优缺点51.7水压式沼气池51.8水压式沼气池的优缺点62、依据73、设计说明书73.1设计题目73.2设计目的73.3设计参数73.4发酵液的计算83.6进料口（管）的设计133.7水压间设计153.8发酵原料预处理163.9设计沼气池发酵池注意事项164、设计计算书174.1工艺流程设计174.2发酵液的计算174.3发酵间的设计184.4进料口（管）的设计215、设计小结226、参考资料231.前言

沼气发酵是一种古老的有机物发酵方法，广泛存在于自然界。它是各种有机物在兼性厌氧菌和专性厌氧菌等微生物的联合作用下，进行生物降解并生成有机酸、醇、二氧化碳和氢气等物质，并经产甲烷细菌等微生物进一步厌氧消化转化为以甲烷为主要成分的生物气的过程。农村厌氧发酵主要原料是秸秆、畜禽粪便等“废弃”资源。

1.1沼气的定义

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，产生的一种可燃性气体。沼气是多种气体的混合物，一般含甲烷50～70%，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。

1.2沼气工程原理

沼气含多种气体，主要成分是甲烷（CH）。沼气细菌分解有机物产生沼气的过程，叫沼气发酵，由于这个过程是在厌氧条件下完成的，所以沼气发酵也称为厌氧发酵。参与厌氧发酵过程中各类细菌的种类和作用可以分为两大类。

第一类细菌叫分解菌，他的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳（CO）等。他们当中有专门分解纤维素的，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；

第二类细菌叫甲烷细菌，通常叫甲烷菌，他的作用是将简单的有机物及二氧化碳还原成甲烷。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程序：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。

厌氧发酵的原理一般是三阶段理论：即水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段和产沼气（甲烷）阶段。

（1）水解阶段

水解阶段是复杂的非溶解性聚合物被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。高分子有机物首先在细胞外酶的作用下转变为小分子物质，这些小分子物质的水解产物能溶解于水，并能透过细胞膜，被细菌所利用。

（2）产氢产乙酸阶段

产氢产乙酸阶段是在产氢、产乙酸菌的作用下，把第一阶段水解发酵的末端产物进一步转化成氢、二氧化碳和乙酸等。

丙酸CHCHCOOH+6HOCHCOOH+6H

丁酸CHCHCHCOOH+2HO2CHCOOH+2H

乳酸CHCHOHCOOH+2HOCHCOOH+CO+2H

（3）产甲烷阶段

产甲烷阶段是通过两组不同的产甲烷菌作用，将乙酸、氢气和碳酸、甲酸等转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞质。

4HCOOHCH+3CO+2HO

CHCOOHCH+CO

CHCOONHCH+NHHCO

4H+COCH+2HO

1.3影响厌氧消化的因素

厌氧消化过程中，有以下几种因素对其有重要影响：

1、温度因素：厌氧消化中的微生物对温度的变化非常敏感，，温度的突然变化，对沼气产量有明显影响，温度突变超过一定范围时，则会停止产气。

2、严格的厌氧环境：有机物分解，在好氧条件下产生CO，在厌氧条件下产生CH，起主要作用的沼气菌都是严格厌氧的，因此沼气池必须是严格密封的；

3、营养与C/N比：厌氧消化原料在厌氧消化过程中既是产生沼气的基质，又是厌氧消化微生物赖以生长、繁殖的营养物质。这些营养物质中最重要的是碳素和氮素两种营养物质，在厌氧菌生命活动过程中需要一定比例的氮素和碳素（COD∶N∶P=200∶5∶1）。原料C/N比过高，碳素多，氮素养料相对缺乏，细菌和其他微生物的生长繁殖受到限制，有机物的分解速度就慢、发酵过程就长。若C/N比过低，可供消耗的碳素少，氮素养料相对过剩，则容易造成系统中氨氮浓度过高，出现氨中毒。

4、适宜的干物质浓度：夏季一般为6%～8%，冬季一般为10%～12%。浓度过高过低都不利于沼气发酵。浓度过高，则含水量过少，发酵原料不易分解，并容易积累大量酸性物质，不利于沼气菌的生长繁殖，影响正常产气；