农村家用沼气池设计施工建造管理相关知识.docx
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农村家用沼气池设计施工建造管理相关知识
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-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×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；
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GBJ3－88211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GBJ10－8921.1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。
农村家用沼气池施工规范
1、范围
本标准规定了农村家用沼气池（以下简称沼气池）施工的方法及要求。
本标准适用砖、水泥为建筑材料的沼气池施工。
2、一般规定
2.1根据设计要求选择适当的建池池址，备足所需的各种建筑材料。
2.2按设计要求，做到准确放线。
具体要求为：
a）在池基开挖前，先平整施工现场，作好排水措施，以免施工中地表水流入基坑内影响质量。
b）确定池基圆心位置，在圆心处打一根中心桩，画出地基开挖线，并通过圆心引出两条线段，在池外固定物上定下两条线段的4个端点，以便随时复查圆心的位置，控制好标高，标出±0.0000位置。
2.3严格按设计要求施工。
3、土方工程
3.1池坑开挖的要求。
3.1.1当地坑埋置不深，无地下水出现时，施工可不放坡，不加挡土支撑，但应满足表1要求。
表1 池坑不同土质挖土深度表 m
土类名称 挖土深度
在堆填的砂土和孵石土内 1.0
在亚砂土和亚粘土内 1.25
在粘土内 1.5
在特别密实的土内 2.0
3.1.2当基础埋置较深，施工场地狭小，而不能放坡时，必须架设支撑档土板，以防止发生土壁坍蹋事故。
3.1.3放坡：
深度在5m以内的基坑（槽），边坡的最大坡度应满足表2要求。
表2 边坡最大坡度
土质名称边坡坡度
人工挖土、地抛至坑边机械在坑底挖土机械在坑上边挖土
砂土 1：
1 1：
0.75 1：
1
亚砂土 1：
0.67 1：
0.50 1：
0.75
粘土 1：
0.33 1：
0.25 1：
0.67
亚粘土 1：
0.50 1：
0.33 1：
0.75
含砾石、
孵石土
1：
0.671：
0.501：
0.75
干黄土1：
0.251：
0.101：
0.33
注：
表中砂土不包括细砂和粉砂。
3.2特殊地基及地下水处理。
3.2.1松土坑（填土、墓穴、淤泥等）的处理：
a）将坑中松软虚土挖除，使坑底见到天然土为止，然后用与坑底天然土压缩性相近的材料回填，回填时应分层（不大于20cm）洒水夯实。
b）施工时如遇到地下水位较高，或坑内积水无法夯实时，可用砂石或混凝土代替灰土回填。
3.2.2膨胀土（橡皮土）或湿陷性黄土的处理：
a）采用晾晒或掺石灰粉的办法降低土的含水量以后再施工。
b）地基已发生颤动现象的应用碎石或卵石将泥挤紧或将泥挖除，挖出部分应回填砂土或级配砂石。
3.2.3地下水处理
a）利用坑外集水井降低地下水位，当基坑渗水较多时，宜采用坑外集水井降低水位法,集水井深度比池底约低100cm左右。
4、沼气池的施工
4.1现浇混凝土沼气池施工。
4.1.1整体开挖浇注法
按设计图纸尺寸挖掉全池土方，池墙外模利用原状土壁；池盖内模可用钢模、木模、砖模等。
支模后浇注混凝土，要保证其整体性并确保池盖的几何尺寸。
混凝土浇捣应连续、均匀对称、振捣密实、不能留施工缝；浇捣程序由下而上，池盖顶面原浆压实抹光，浇注完毕后注意浇水润湿养护。
4.1.2支模
外模：
沼气池池底、池墙外对于适合直壁开挖的池坑，可利用坑壁作外模。
土胎模的成型由小变大，逐步修整。
对于不适合直壁开挖的池坑，宜采用砖作外模。
内模：
沼气池的池墙、池盖可采用钢模、木模或砖模。
采用砖模时，砖块必须浇水湿润，保持内潮外干，砌筑灰缝不漏浆。
4.1.3混凝土模板及支撑的质量要求：
a）要有足够的强度和刚度，能承受混凝土重量及施工荷载且不变形；
b）构造简单、易于拆除、浇筑，便于运输；
c）接缝严密、不漏浆，模板内侧要求严密整齐、平滑干净、无杂物。
4.1.4混凝土材料的要求：
a）水泥
优先选用硅酸盐水泥，也可使用矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥。
水泥标号选用325号以上，结块水泥不允许使用；
b）石子
采用径20cm－40cm碎石或卵石，级配合理，空隙率不大于45%；针状、片状小于15%；压碎指标小于10%－20%；泥土杂质含量用水冲洗后小于2%；石子强度大于混凝土强度等级1.5倍；
c）水
选用饮用水；
d）砂
宜采用中砂，要求不含有机杂物，水洗后含泥量不大于3%；云母含量小于0.5%。
4.1.5混凝土的拌制。
4.1.5.1原材料的计量，应采用重量法。
4.1.5.2拌制混凝土采用施工配合比，如采用理论配合比时，应将混凝土的强度等级提高15%，配合比中水灰比宜控制在065－075，新拌制的混凝土坍落度应控制在3cm－5cm。
4.1.6混凝土浇捣
4.1.6.1混凝土应采用机械振捣，局部面积较小时可用人工捣实。
a）混凝土振捣宜采用插入式振动器，采用垂直振捣；
b）振捣要求：
由于振动棒下部的振幅较大，因此每一插点在振捣时应将振动棒上下抽动5cm~10cm，使振捣均匀。
每次插入应将振动棒头插进下层未初凝的混凝土中5cm左右，使上下层结合密实。
插入时，要使其顺利地进入，防止碰撞钢筋、模板等，同时防止混凝土分层离析；拨出时要慢，使混凝土能来得及填满振动棒抽出时形成的空洞，各插点的间距要均匀。
混凝土振捣时间要掌握好，一般从现象上来判断，以混凝土不再显著下沉，基本上不再出现气泡，其表面呈水平并出现水泥浆为合适。
4.1.6.2混凝土浇捣前，应清除杂物，重新检查支模尺寸，并将模板浇水湿润。
4.1.6.3振捣要求密实，无蜂窝麻面。
4.1.7混凝土的养护
4.1.7.1要求在平均气温高于50C的条件下进行自然养护，外露的现浇混凝土应用湿草帘或湿麻袋将其覆盖，并浇水养护。
4.1.7.2塑性混凝土应在浇捣完毕后12h内，进行覆盖并浇水；硬性混凝土在浇捣完毕后即应覆盖并加强浇水。
4.1.7.3浇水养护日期
用普通水泥制作的混凝土不少于七昼夜，用矾土水泥、矿渣水泥、火山灰水泥或在施工中掺用塑性外加剂以及有抗渗性要求的混凝土不少于十二昼夜。
4.2砖砌体沼气池施工
4.2.1对材料的要求：
a）砖标号MU7.5以上，要求外形规则，无裂缝弯曲，声音清脆，质量均匀，无过火、无欠火，不含爆裂物质。
b）砂浆：
采用M5－M7.5号水泥砂浆。
c）预制件（大板）：
强度大于c15。
要求尺寸准确、外形规则，便于运输、安装。
4.2.2池底的施工
池底采用混凝土，浇捣后压实抹光，按设计尺寸做成曲面形状。
4.2.3砖砌体施工
砌筑要求如下：
a）砖外形尺寸必须规整，棱角方正，边角无损坏；
b）砌筑前应浇水润湿，润湿程度以将砖砍断后砖心有1cm－15cm的干心为好；
c）砌筑时，每块砖的垂直缝内口要相互顶紧，外口嵌牢，砖的各面须“下齐砖棱、上齐线
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