沼气池设计规范

/m /m 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 10m 3
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 。

3
4.1.2 产气率： 0.15m /m 4.1.3 投料量
3· d ； 0.2m 3 3
· d ； 0.25m 3 3· d ； 0.3m 3 /m 3
·d 。

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 6.0m 3，(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=2πρ 1f1= 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+4f1 α2/8f2=R2+f22/2f-2-----------------------------(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=2πρ 2f2= π(R2+-f-2-2--)----------------------------------(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圆管组成。

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－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＞M
7.5 、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。

建池材料按2007 年二月份材料市场价进行计算，8m3 现浇混凝土圆筒形沼气池预算总造
价为1600 元/个，8m3 现浇混凝土曲流布料沼气池预算总造价为1800 元/个。