农村家用沼气池设计规范.

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-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0.9~1.05。4.4.1.1发酵料液体积;V1=[(n1+n2k2+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m3k2---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。5.1.2.1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。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。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×150mm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；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。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。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/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。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。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