农村家用沼气池设计规范

农村家用沼气池 1、范围 本规定了农村家用沼气池(以下简称沼气池)设计原则要求几何尺寸的确定和结构设计。 本标准适用于砖、水泥为建筑材料，人畜粪便为主要发酵原料的半连续发酵的家用小型(发酵间10m3以内)水压式沼气池设计。 2、引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。在标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB/T4750---1984 农村家用水压式沼气池标准图集 GBJ 3---88 砌体结构设计规范 GBJ9---87 建筑结构荷载规范 GBJ10---89 混凝土结构设计规范 3 、设计原则 3.1 沼气池宜建在畜圈或厕所地以下，进料间与人、畜粪入口相连通。 3.2 坚持适用、卫生、平面布局合理，外型美观。 3.3 池盖顶端复土厚度不小于200mm。 3.4 强度安全系数K?2.65。 3.5 正常使用寿命20年以上。 4、设计要求 1 4.1 设计技术参数。 4.1.1 沼气压力。 4.1.1.2 最大工作压力13KPa。 4.1.2 产气率:0.15m3/m3，d;0.2m3/m3，d; 0.25m3/m3，d;0.3m3/m3，d。 4.1.3 投料量 4.1.3.1 最小投料量按发酵间总容积的50%。 4.1.3.2 最大投料量按发酵间总容积的90%。 4.1.4 贮气量 正常贮气量为日产气量的50%。 4.2 工艺流程 人畜粪便(青草及农业废物)?进料间?厌氧发酵间?水压(出料)间?农田。在有条件的地方， 可将人粪便和牲畜粪便分两处进料口进入厌氧发酵间。 4.3 形状及平面布局 形状及平面布局按GB/T4750选用。 4.3.1 发酵间的形状以圆形为主，受占地面积限制或地下水位较高的，可将发酵间设计成椭 球形或单跨拱长方形。 4.3.2 平面布局 4.3.2.1 沼气池应有平面布局设计，在征得用户同意后，方可进行设计。 4.3.2.2 平面布局应符合下列要求: a)充分利用土地资源，平面布局紧凑; b)厕所与畜圈分设; c)进、出料方便; 2 d)导气管和输气管不被损害; e)进、出料间中线夹角应大于90?，进料间蹲位板面应高于发酵间平面，出料间应低于发 酵间平面。 4.3.2.3 采用钢筋混凝土板建池或有进草料习惯的沼气池应增设活动盖。 4.3.2.4 进、出料间都必须加盖板，盖板应采用具有足够强度等级的构件。进、出料间四周 应作表面处理。 4.4 厌氧发酵间容积 4.4.1 发酵间容积计算公式 V=(V1-V2)K1 -----------------------------------------------------(1) 式中:V---发酵间容积m3; V1---发酵料液体积m3; V2---气室容积m3; K1---容积保护系数，取0.9,1.05。 4.4.1.1 发酵料液体积; V1=[(n1+n2)k2+n3]T---------------------------------------------(,) 式中:V1---发酵料液体积m3;n1是产人粪便总量。 按常住人口×0.006m3/头，d,0.0013m3/头，d取值m3; n2—是产牲畜粪便总量。 按养猪头数×0.006m3/头，d,0.15m3/头，d取值m3; n3---每日舍外能定量收集粪便总量m3 k2 ---收集系数，取值0.5,1.0; T— 原料滞留期(d);蔬菜区t取30，平坝农业区取35，丘陵农区取40 。 3 4.4.1.2 气室容积 V2,1/2V1K3---------------------------------------------------------(3) 式中:V1---发酵料液体积m3; V2 ---气室容积m3; K3 ---原料产气率，按本规范4.1.2取值。 4.4.2 发酵间的容积不小于6.0m3，(养猪超过10头或养牛超过3头的农户)应采用其它工艺，进 行施工设计时，应在有关参数上作调整。 5、沼气几何尺寸的确定 5.1 发酵间容积和几何尺寸 按4.4.1计算出容积后，再按下式计算池盖削球体，池底削球体和圆柱体池身的几何尺寸。 发酵间总容积按下式计算: 5.1.1 沼气池的直径根据用户平面布置确定。 5.1.2 发酵间池盖削球体净容积和矢高。 5.1.2.1 按下式计算池盖削球体矢高。 f1,D/a1---------------------------------------------------------------(4) 式中:f1---池盖削球体矢高m; D—圆柱体形池身直径m; a1—直径矢高的比值，取5,6。 4 5.1.2.2 按下式计算池盖削球体净容积 Q1,π/6f1(3R2-R)----------------------------------------------(5) 式中: Q1—池盖削球体净容积m3; π—圆周率，取3.1416; f1—池盖削球体矢高m; R—池身圆柱体内半径m。 5.1.3 发酵间池身圆柱体将容积和池墙高度 5.1.3.1 发酵间池身圆柱体净容积 Q2=V-Q1-Q3--------------------------------------------------------(6) 式中:Q2—发酵间池身圆柱体净容积m3; V—发酵间总容积m3; Q1—池盖削球体净容积m3; Q3—发酵间池底削球体净容积m3。 5.1.3.2 发酵间池身圆柱体同度 H=Q2/πR2-----------------------------------------------------------(7) 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。 5.1.4 发酵间池底削球体矢高和净容积。 5.1.4.1 按下式计算池底削球体矢高。 f2, 5 D/α2---------------------------------------------------------------(8) 式中:f2—池底削球体矢高m; D—池身圆柱体直径m; α2—直径与池底矢高的比值，取值8,10。 5.1.5 按下式计算池底削球体净容积。 Q3=π/6f2(3R2-f22)--------------------------------------------------------------(9) 式中:Q3—发酵间池底削球体净容积m3; π—圆周率，取3.1416; f2—池底削球体矢高m; R—池身圆柱体内半径m。 5.2 表面积 发酵间内总表面积按下式计算 S=S1+S2+S3-----------------------------------------------------------------(10) 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。 5.2.1 池盖削球体球面内表面积计算。 5.2.1.1按下式计算池盖削球面曲率半径: ρ1=D2+4f12/8f1=R2+f1/2f1--------------------------------------------------(11) 6 式中:ρ1—池盖削球面曲率半径m; R—池身圆柱体内半径m; D—池身圆柱体内直径m; f1—池画削球体内表面矢高m。 5.2.1.2 按下式计算池盖削球内表面积 S1=2πρ1f1=π(R2+R) ----------------------------------------------------(12) 式中: S1—池盖削球面内表面积m2; R—池身圆柱体半径m; ρ1—池盖削球面曲率半径m; f1—池盖削球面矢高m; π—圆周率，取3.1416。 5.2.2 圆柱体池身内表面积 S2,πDH------------------------------------------------------------(13) 式中:S2—池身圆柱体内表面积m2; D—池身内圆柱体直径m; H—池身圆柱体高度m; π—圆周率，取3.1416。 5.2.3 池底削球体内表面积 5.2.3.1 按下式计算池底削球体曲率半径 ρ2=D2+4f1α2/8f2=R2+f22/2f2------------------------------(14) 7 式中:ρ2—池底削球体曲率半径m; D—池身圆柱体内直径m; R—池身圆柱体内半径m; f2—池底削球体内矢高m。 5.2.3.2 按下式计算池度削球体内表面积 S3=2πρ2f2=π(R2+f22)---------------------------------------(15) 式中:S3—池底削球体内表面积m2; ρ2—池底削球体曲率半径m; f2—池氏削球体矢高m; R—池身圆柱体内半径m; π—圆周率，取3.1416。 5.3 进料间 5.3.1 进料间由蹲位板，进料口(管)组成。 5.3.1.1 蹲位板几何尺寸。蹲位板分普通蹲位板和防蛆蹲位板。 a)普通蹲位板几何尺寸是:长×宽×厚,720mm×420mm×80mm，中部预留长×宽,360mm×1 50mm和长方形孔; b)防蛆蹲位板几何尺寸:防蛆蹲位板平面和中部方孔尺寸相同，为达到防蛆效果，应在中部 方孔下增加高度120mm，宽度为40mm的防蛆线。有条件的应在内表面贴光面瓷砖或玻璃。 5.3.1 进料口(管)由上部长方形槽和下部园管组成。 a)上中长方形槽几何尺寸是长×宽×深,600mm×320mm×500mm; b)下中园管宜采用Φ200-Φ300预制混凝土管或现浇混凝土管，管与池墙角不小于30? 8 5.3.2 有条件的农户应在进料前增设人粪处理装置，其容积按下式计算: Q4,n1×m×30?1000-----------------------------------------------------------(16) 式中:Q4—人粪处理坑容积m3; n1—人均日产粪便量kg; m—进厕人数，人; 30—粪便处理时间，天。 5.4 出料间(水压间) 5.4.1 出料间有三个作用: a)出渣; b)进池维修; c)调节池内压力; d)控制最小投料量。 5.4.2 出料间设计应符合下列要求: a)最大投料量水平线以上为水压间，水压间的断面(水平断面)可以是圆形，也可以是椭圆形 或长主形; b)发酵间与出料间相连通的门洞几何尺寸是:高度按4.1.3最小投料量计算，宽度500mm ,700mm。 5.5 发酵间与出料间的几何尺寸，可按附表选用。 6、沼气池的结构设计 6.1 结构设计的一般规定 6.1.1 可采用砖与现浇混凝土、石料与现浇混凝土、钢筋混凝土预制砌块与现浇混凝土组合结构， 9 也可采用全混凝土结构。按GBJ3规定月平均气混低于-50C的地区，沼气池的外露部分，不得采用砌块结构。 6.1.2 使用本规范时，对于一般性荷载的确定、构件截面计算和地基基础设计等，应按相应的 国家标准或规范的规定执行。对于兴建在地震区、湿陷性黄土或膨胀土等地区的沼气池结构 设计，还应符合现行的有关标准和规范规定。 6.2 荷载 6.2.1 沼气池的设计荷载，按GBJ9原则，按其性质可分为下列两类: a)恒荷载:包括结构自重、土压力(土的竖向和侧向压力)等; b)活荷载:包括水压力(池内料液液压力、地下水压力、浮托力、设计水压力等设施(畜栏 、食槽等)荷载和人、畜荷载等。 6.2.2 作用于各部的荷载 6.2.2.1 作用于池盖上的荷载 a)自重荷载:自重荷载按池盖的材料而定，一般情况下，砖体容重取19kN/m3，水泥砂浆20KN/m3，混凝土23,24KN/m3; b)覆土荷载:由于池盖是削球形，所以覆土荷载是一个变量，它随半张角的减少而相应减少 ，设计时，填土容重一般取18KN/m3 c)活荷载:地面的均布荷载标准值一般取2KN/m2; d)气压荷载:一般取12kp。 6.2.2.2 作用于池墙上的荷载: a)由地面活荷载引起的土压力; b)地下水位以上的土压力; c)地下水位以下的土压力; 10 d)地下水产生的静水压力; e)池内发酵料液液压荷载; f)池内气压荷载。 6.2.2.3 作用于沼底上的荷载: a)垂直于池底内壁的池气气压荷载; b)池内发酵料液液压荷载; c)池底边界以上所有能传来的垂直荷载; d)池底自重荷载; e)地基土对池底的反作用力; f)地下水上浮力。 6.3 荷载组合、 在设计中应按最不利荷载组合计算。 6.3.1 池盖荷载组合 6.3.1.1 对池盖径向力最不利组合是:池盖自重，覆土荷载，地面活荷载。 6.3.1.2 对池盖环向力最不利组合是:池盖自重，覆土荷载，气压荷载。 6.3.2 池盖支座荷载组合 池盖支座荷载最不利组合是:池盖自重、覆土荷载、地面活荷载的联合作用产生的水平推 力 。 6.3.3 池墙荷载组合。 6.3.3.1 施工阶段:强度未达设计标号，应按实际标号进行验算，其荷载除自重外，还应考虑墙外 回填土时的夯实预压力。 11 6.3.3.2 使用阶段: a)对环向拉力，无地下水作用，无地面活荷载作用时投料产气阶段为最不利; b)对弯矩，空池情况在地下水、地面荷载、土压力联合作用下为最不利情况。 6.3.4 池底荷载组合 空池为最不利情况，此时的荷载为池底地基反力及沿圆周均匀分布的池身线荷载。 在进行池底地基强度验算时，投料产气阶段为最不利情况;在沼气池抗浮验算时，空池为最不利情况。 6.4 构造要求 6.4.1 用于修建沼气池的砌块和砂浆，按GBJ3,88211的规定，应符合下列强度等级要求: a)烧结普通砖的强度等级:MU10~MU15 b)混凝土砌块的强度等级:MU15~MU20 c)石材的强度等级:MU30~MU40 d)砂浆强度等级:砌筑砂浆,M7.5、抹灰砂浆,1:3。 6.4.2 用于修建沼气池的混凝土，扫GBJ10,892 1.1的规定，应符合下列强度要求: a)现浇混凝土强度等级不低于C15; b)预制钢筋混凝土的强度等级不低于C20。 根据GBJ10,89第7.1.1条的规定，预制钢筋混凝土板的厚度小于150mm时，钢筋间距不大 于200mm，钢筋直径不小于6.5mm。 6.4.3 各部位的断面要求: a)球形池盖的混凝土厚度不小于60mm; 12 b)池墙厚度:用于弧形墙的砌块不小于60mm;混凝土现浇不小于60mm，方形池墙:砌块 砌筑厚度不小于120mm，现浇混凝土厚度不小于100mm; c)削球池底板混凝土厚度不小于60mm。 6.5 沼气池采用密封防腐涂料时，涂料应符合下列要求: a)具有湿固性能好，吸水能力强的水性涂料; b)透气系数应小于1010cm3，cm/cm2，s，dapa; c)具有与水泥砂浆良好的亲合性。 13