发酵料液经前处理池沉淀、除杂后，从进料口进入装置，经各发酵单元逐级发酵，使养殖粪污得到无害化和减量化处理。通过设置在各发酵单元的回流搅拌器，进行强制回流搅拌，以提高菌料均匀度和产气率。在最后一级发酵单元设置储气浮罩，使最后一级发酵单元与整个装置产生的沼气经脱水、脱硫净化处理后，汇集与储气浮罩，供生产和生活使用。从出料间溢出的沼液和抽出的沼渣储存与贮肥池，用作农作物有机肥料，或淡水养殖营养饵料。
一、设计参数
(一)气压
沼气发酵工艺及沼气沼气灯炉具都要求沼气气压相对稳定，且宜小不宜大。对于水压是沼气池，，如果气压过大，容易破坏池体，造成泄漏；气压过小势必水压间面积过大，占地多。因此，我国农村家用水压池常用设计气压为8千帕；浮罩池设计气压可采用2千帕。
(二)产气率
根据我国养殖专业户沼气池发酵产气水平，其设计产气率采用~米3/（米3·天）
（三）贮气量
水压式沼气池靠池内带有压力的沼气将发酵料液压到出料间（大部分）、进料管（小部分）而贮存沼气。浮罩池由浮罩的升降来贮存沼气。
贮气容积的确定和用户用气的情况有关。养殖专业户沼气池的设计贮气量考虑能贮存12小时所产的沼气，即昼夜产气量的一半。
（四）池容
沼气池容积指发酵池净空容积。沼气池的容积应根据用户所拥有的发酵原料（数量和种类）、滞留时间、用气要求等因素合理确定。
（五）投料率
投料率指的是最大限度投入的料液所占发酵间容积的百分率。设计最大投料量一般水压式为沼气池容积的90％，料液上部留适当空间，以免导气管堵塞和便于收集沼气;浮罩式为沼气容积的98％。最小设计投料量以不使沼气从进、出料管跑掉为原则。
二、建池规模计算
（一） 参数确定
根据小型畜禽养殖场的特点，经过优化设计和工程实践所选定的发酵工艺为无动力自由进料、多旋流布料、回流搅拌、固菌成膜、浮罩储气、常温发酵工艺。发酵料液温度变化范围为10~28℃，原料在发酵装置内的滞留天数（HRT）为30~90天，南方取低限，北方取高限，一般取60天；适宜于小型畜禽养殖场沼气工程的发酵料液平均浓度（Ts）为6％~10％，一般取8％；发酵装置的有效料液容积（m），浮罩式取98％，水压式取90％；常温条件下的容积产气率（平均）一般为~米3/（米3·天），取平均值米3/（米3·天）;浮罩储气压力取2~3千帕。
（二） 池容计算
小型畜禽养殖场一般采用干清粪养殖工艺，每天可收集的粪便及含水量见表17-1
表17-1 成年畜禽日排粪量及含水率
畜禽种类 体重（千克） 日排粪量（千克） 年排粪量（千克） 含水量（％）
猪
牛
鸡 50
500
2190
7300
3605
根据发酵原料的数量、一定温度下发酵原料在装置内停留的时间和投料浓度等工艺条件，沼气发酵装置的容积计算公式为： mtrnvHRTTsb（17-1）
b----单位畜禽每天的平均排粪量（千克、湿重）
n----养殖畜禽的数量（头、只）
Ts---畜禽粪便原料中干物质含量的百分比（％）
HRT----原料在池中的滞留天数（天）
r-----发酵原料浓度（％）
t-----发酵料液比重（千克/米3）
m----池内装料有效容积（%）
根据选定的工艺参数，由式（17-1）和表17-1，计算的装置容积与养殖规模的关系为：
V=cn (17-2)
式中：c-畜禽类别系数，养猪c=,养牛c=,养鸡c=.
表17-2 小型畜禽养殖场沼气装置容积与养殖规模
发酵池容（米3） 20 30 40 50 60 70 80 90 100
养猪规模（头）
养牛规模（头）
养鸡规模（只）
浮罩容积（米3） 22
7
800
33
11
1200
44
14
1600
56
18
2000
67
21
2400
78
25
2800
89
28
3200
100
32
3600
111
35
4000
四、工艺技术要求
1发酵原料及其预处理单元要求：
考虑原料所含杂物对发酵工艺和设备的影响，特别是牛粪中含有大量的砂、杂草以及鸡粪中的砂、鸡毛等。在原料进入主体发酵工艺前应设置格栅、沉砂池及调节池等预处理设施。
当粪污量较大时可选择机械格栅，格栅的技术要求参照《室外排水设计规范》（GB50014-2006）的有关规定。
当处理养鸡场、散放式牛场粪污时应设置独立的沉砂池；沉砂池设计应符合城市粪便处理厂（场）设计规范（CJJ64-1995）的有关要求。
调节池容量应不小于进水量的50%，调节池应方便去除浮渣和沉砂。
2厌氧消化单元工艺要求：
厌氧发酵罐可采用与气柜分体式结构，也可选择产气贮气一体化结构。
厌氧反应器应采用地上式搪瓷拼装罐、Lipp罐、钢结构罐或钢混结构罐。
高浓度发酵原料厌氧消化应采用高固含率（TS＞8%）中温（35℃左右）消化工艺：即完全混合式厌氧反应器（CSTR）、高浓度卧式推流厌氧反应器（HCPF）或升流式固体床反应器(USR)等工艺，年均池容产气率≥ m3·d，挥发性固形物去除率≥70%。低浓度发酵原料厌氧消化应采用厌氧复合反应器（UBF）、厌氧接触(AC)、上流式污泥床（UASB）
等工艺，年均池容产气率≥ m3·d，化学需氧量去除率≥70%。鼓励采用高浓度厌氧消化工艺。
建设地温度条件不能满足工艺要求时，应设置增保温措施；厌氧反应器采用外保温措施，对罐体加热可选择利用发电机组余热、沼气锅炉加热或安装太阳能热水器等方式。
厌氧反应器应设有防止超正、负压的安全装置及措施，安全装置的安全范围应满足工艺设计的压力及池体安全的要求。
厌氧反应器应达到水密性与气密性要求，应采用不透气、不透水的材料建造，内壁及管路应进行内防腐处理。
为保障厌氧反应器运行可靠，应设有取样口、测温点和排空设施，并根据工艺需要配置常用测量仪器、仪表。
厌氧反应器下部应设有检修人孔、排泥管；排泥管管径不宜小于110mm；人孔直径不宜小于600mm。 3沼气净化单元设计要求：
脱硫。根据设计要求，可选择生物脱硫或化学脱硫工艺，也可同时采用生物脱硫和化学脱硫工艺。
脱水。不同的温度下沼气中饱和水蒸汽的含量不同，在35℃时水的含量接近5%。在输入燃气输配管网前，沼气中水的去除率应在80%以上。 4沼气贮存单元设计要求：
沼气贮存应有良好的气密性、稳定性和安全性，无沼气泄漏。根据设计要求，可选用常压双膜干式贮气柜、高压贮气柜或低压湿式贮气柜；贮气柜按设计规范要求使用寿命应达到30年。
贮气柜与周围建、构筑物的防火间距应符合国家标准《建筑设计防火规范》（GB50016-2006）的有关规定。
配套设备齐全，压力稳定。 5燃气输配管网设计要求：
燃气输配管网整体设计应遵循《沼气工程技术规范 第２部分：供气设计》NY/要求执行。
管材选用应符合－2003和－2005要求，可选用燃气专用埋地聚乙烯管材(即PE管)或无缝钢管，设计使用寿命应达到50年。PE管安装应符合《聚乙烯燃气管道工程技术规程》（CJJ63－95）要求；钢质沼气管道防腐应按《沼气工程技术规范 第２部分：供气设计》NY/要求设计。室内沼气管道宜采用镀锌无缝钢管。 6配套设备质量要求：
沼气工程配套的加热设备、搅拌机、进料泵等设备及装置应达到设计要求。
沉砂/除砂设备的基本要求：鸡粪（蛋鸡）、牛粪原料中含有1％-3％的砂，在预处理阶段应有除砂工艺及设备，将原料中80％以上的砂除去，避免其进入厌氧发酵罐；
进料泵/切碎机的基本要求：
（1）应满足高浓度发酵原料（TS为 8-12％）的输送要求。
（2）对于鸡粪、牛粪、秸秆等，由于其含有鸡毛或草等杂物，还应配置切碎机以切碎鸡毛或秸秆，避免堵塞管道等。
搅拌设备的基本要求：
为充分混合罐内发酵原料与菌种，避免罐内死区与浮渣层的产生，机械搅拌常用转速应达到18－20rpm。常用搅拌装置可选择：
（1）罐顶搅拌机。适用于钢性罐顶；
（2）斜搅拌机。适用于产气贮气一体化发酵罐（柔性顶）。
（3）气体搅拌装置。可作为主搅拌或辅助搅拌装置。
脱硫塔的基本要求：脱硫后沼气内H2S浓度：沼气发电<200ppm；沼气民用<20ppm。
阀门、仪表等的基本要求：阀门等构件应选择国标产品。与厌氧罐相连沼液管等宜用刀闸阀。仪表显示应准确稳定。 7系统运行要求：
整套沼气工程能常年稳定运行。
热电肥联产模式常年发酵温度和效率基本一致，采用发电余热给发酵罐加温，而不需要外加热源；系统能耗低，大型沼气工程自身用电占总发电量的5－6％；中型沼气工程自身用电占总发电量的8－10％。 沼气集中供气工程模式发酵系统增温、保温应利用沼气锅炉实现。 8沼渣沼液利用：应优先考虑沼渣、沼液还田。宜采用沼液减量化生产技术，浓缩沼液中营养物质含量,降低沼液产生量，减少沼液池一次性投资及沼液运输利用成本。 9沼气利用：应优先考虑用于周边农村居民炊事或养殖场生活、生产自用。无法实现集中供气、或集中供气利用不完的沼气可用于沼气发电上网销售或自发自用，发电余热可用于发酵系统增温、仔猪保温或沼渣烘干。
每头牛（体重500kg），每昼夜排泄粪便约25公斤，含水率为80%左右，含TS 18-20%，年排泄粪便可达7-8吨/头。
每头牛每昼夜排泄牛尿25-30kg，加上挤奶中心污水，每头奶牛约有尿水与污水量40-45kg左右，收集按80%计算，年排放可达14-16吨/头。该污水COD值多大于2000mg/L，NH3-N 值则在100mg/L 以上。
原料产气率是指原料中单位总体积（Ts）或挥发性固体（Vs）在发酵过程中的产气量。
农村常用发酵原料在不同温度下的产气率
原料名称 中温（35℃） 常温（10℃~25℃）
猪粪
牛粪
人粪
稻草
麦草
青草
沼渣沼液的产生量如何计算
按照TS含量计算，一般发酵过程会消耗掉60%的干物质，剩余40%的干物质进入沼渣（约35%）、沼液（约5%）中，以沼渣计算为例，若沼渣的含固率为25%，则沼渣产量为TS*35%/25%