农村家用沼气池设计规范

1、农村家用沼气池设计规范1、范围本标准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

2、宜建在畜圈或厕所地表以下,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

3、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,方可进行施工设计。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;d 导气管和输气管不被损害;e 进、出料间中线夹

4、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-V2K1 -(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 0.91.05。4.4.1.1 发酵料液体积;V1=(n1+n2k2+n3T-(2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

5、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 m3k2 -收集系数,取值 0.51.0;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 。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

6、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。5.1.2.1 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 56。5.1.2.2 按下式计算池盖削球体净容积Q1=/6f1(3R2-R-(5 式中:Q1池盖削球体净容积 m3;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

7、 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/R2-(7 式中: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。f2=D/2-(8式中:f2池底削球体矢高 m ;D 池身圆柱体直径 m ;2直径与池底矢高的比值,取值 810。5.1.5 按下式计算池底削球体净容积。Q3=/6f2(3R2-f22-(9 式中:Q3发酵间池底削球体净容积

8、 m3;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:1=D2+4f12/8f1=R2+f1/2f1-(11 式中:1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 。S1=21f1=(R2+R -(12 式中:S1池盖削球面内表面

9、积 m2;R 池身圆柱体半径 m ;1池盖削球面曲率半径 m ;f1池盖削球面矢高 m ;圆周率,取 3.1416。5.2.2 圆柱体池身内表面积S2=DH-(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 ;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2=D2+4f12/8f2=R2+f22/2f2-(14 式中:2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=22f2=(R2+

10、f22-(15式中:S3池底削球体内表面积 m2;2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； 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720mm420mm80mm，中部预留长宽360mm1 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

11、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600mm320mm500mm； b下中园管宜采用200-300 预制混凝土管或现浇混凝土管，管与池墙角不小于 30 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： Q4n1m301000-(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

12、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 500mm700mm。 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，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

13、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 2324KN/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

14、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； 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

15、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。 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

16、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 GBJ38821 1 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：MU10MU15 b混凝土砌块的强度等级：MU15MU20 c石材的强度等级：MU30MU40 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 GBJ10892 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 GBJ1089 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