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1、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
2、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K 2.65。3.5 正常使用寿命20 年以上。4、设计要求2 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
3、% 。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；3 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
4、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， d0.0013m
5、3/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m3 k2 - 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 4.4.1.2 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
6、.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 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
7、.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。f26 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-f
8、22)-(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) 7 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
9、积S1=2 1f1= (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+4f1 2/8f2=R2+f22/2f2 -(14) 8 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
10、球体内表面积S3=2 2f2= (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720mm 420mm 80mm，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
11、。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 320mm500mm；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309 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
12、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，10 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、
13、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
14、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；11 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。12 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
16、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：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
17、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；13 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。