【专家解说】：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0.9~1.05。
4.4.1.1 发酵料液体积;
V1=[(n1+n2)k2+n3]T---------------------------------------------(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~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 。
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。
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= 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)
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)
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°
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，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;
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GBJ3-8821�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: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;
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。
沼气池安全运行注意事项
为了确保沼气池正常产气，安全运行，杜绝不安全事故发生，在日常管理操作中应注意以下几个方面。
一、土方开挖时，应做好安全防护措施，保护施工人员安全。
二、养护时，必须用临时盖板封住每个外露口，以防人畜踩空，掉入池内。
三、进料后，必须密封各个出口。当开始产气时，每天应排放废气30分钟以上，以防止气压过高掀起活动盖。
四、严禁在导气管口试火，以防发生回火，引起池体爆炸等不安全事故发生。
五、使用灯灶具前应认真阅读使用说明书，具体使用时应规范操作，及时清理灶面杂物。
六、当沼气压力达到九个气压时，应及时放气，以免气压过高损坏池体。
七、严禁在沼气池5米范围内生火，以防不安全事故发生。
八、经常检查各活动盖是否密封完好，禁止在活动盖上踩踏。
九、经常检查输气管道各连接部位是否漏气，若室内有臭鸡蛋味时，应立即关闭气源，打开门窗通风、疏散人员。严禁点火，待室内相对无味时，尽快检修漏气部位。
十、清池或检查池体时，应先抽空池内原料，然后用鼓风机清除池内残余气体，等氧气充足时，再下池操作，同时操作时严禁烟火，若需照明，可用手电筒或电灯。
十一、沼气池并非垃圾坑，严禁向池内投放各种农药及重金属化合物、盐类等有机废弃物，以免沼气池中毒。
十二、利用沼液追肥时，应严格按照需用浓度施用，以免产生肥害。
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