沼气池设计规范.doc

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GBJ3-88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K2.65。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/m3d；0.2m3/m3d；0.25m3/m3d；0.3m3/m3d。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0.91.05。4.4.1.1发酵料液体积；V1=(n1+n2)k2+n3T-（）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，d0.0013m3/头，d取值m3；n2是产牲畜粪便总量。按养猪头数0.006m3/头，d0.15m3/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V21/2V1K3-(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。f1D/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。5.1.4.1按下式计算池底削球体矢高。f2D/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。5.2.1.2按下式计算池盖削球内表面积S1=21f1=(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；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S2DH-(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+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360mm150mm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圆管组成。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305.3.2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少，设计时，填土容重一般取18KN/m3c)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GBJ388211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：MU10MU15b)混凝土砌块的强度等级：MU15MU20c)石材的强度等级：MU30MU40d)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GBJ108921.1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；b)池墙厚度：用于弧形墙的砌块不小于60m