怎样建小型的猪舍与沼气池

　　猪场如果想要建造合格的沼气池，首先要做好设计工作。总结多年来科学实验和生产实践的经验，设计与模式配套的沼气池必须坚持下列原则：
　　1、必须坚持“四结合”原则
　　“四结合”是指沼气池与畜圈、厕所、日光温室相连，使人畜粪便不断进入沼气池内，保证正常产气、持续产气，并有利于粪便管理，改善环境卫生，沼液可方便地运送到日光温室蔬菜地里作肥料使用。
　　2、坚持“圆、小、浅”的原则
　　圆指的是沼气池的池形，小指的是沼气池的容积，浅指的是池深。“圆、小、浅”就是圆柱形池形，池容6～12立方米，池深2米左右。因为沼气池的容积不宜过大，而且要注意避开地下水，以免造成更严重的污染。同时发酵液的表面积相对扩大，有利于产气，也便于出料。圆形沼气池具有以下优点：
　　第一，根据几何学原理，相同容积的沼气池，圆形比方形或长方形的表面积小，比较省料。
　　第二，密闭性好，且较牢固。圆形池内部结构合理，池壁没有直角，容易解决密闭问题，而且四周受力均匀，池体较牢固。
　　第三，我国北方气温较低，圆形池置于地下，有利于冬季保温和安全越冬。
　　3、坚持直管进料，进料口加箅子、出料口加盖的原则
　　直管进料的目的是使进料流畅，也便于搅拌。进料口加箅子是防止猪陷入沼气池进料管中。出料口加盖是为了保持环境卫生，消灭蚊蝇孳生场所和防止人、畜掉进池内。2 沼气池的设计依据。
　　二、沼气池建设必须要考虑的因素
　　1、池基的土质
　　建造沼气池，选择地基很重要，这是关系到建池质量和池子寿命的问题，必须认真对待。由于沼气池是埋在地下的建筑物，因此，与土质的好坏关系很大。土质不同，其密度不同，坚实度也不一样，容许的承载力就有差异。而且同一个地方，土层也不尽相同。如果土层松软或沙性土或地下水位较高的烂泥土，池基承载力不大，在此处建池，承受不了，必然引起池体沉降或不均匀沉降，造成池体破裂，漏水漏气。
　　一般自然土层，每平方米容许承载力都超过10 吨以上，在这样的自然土层上建造沼气池，是没有 什么问题的。因此，池基应该选择在土质坚实、地下水位较低，土层底部没有地道、地窖、渗井、泉眼、虚土等隐患之处；而且池子与树木、竹林或池塘要有一定距离，以免树根、竹 根扎入池内或池塘涨水时影响池体，造成池子漏水漏气；北方干旱地区还应考虑池子离水源和用户都要近些，若池子离用户较远，不但管理（如加水、加料等）不方便，输送沼气 的管道也要很长，这样会影响沼气的压力，燃烧效果不好。此外，还要尽可能选择背风向阳处建池。
　　2、池子的荷载
　　确定荷载是沼气池设计中一项很重要的环节。所谓荷载，是指单位面积上所承受的重量。如果荷载确定过大，设计的沼气池结构截面必然过大，结果用料过多，造成浪费；如果荷载确定过小，设计的强度不足，就容易造成池体破裂。荷载的计算标准一般为：池身自重（按混凝土量计算）每立方米为2.5吨左右，拱顶覆土每立方米为2吨左右， 池内发酵原料每立方米容积为1.2吨左右，沼气池产气后池内每平方米受压为1吨左右。此外 ，经常出现在池顶的人、畜等压力以最大量考虑为1吨左右。所以，地基和承载力至少不能小于每平方米8吨。
　　3、池子拱盖的矢跨比和池墙的质量
　　建造沼气池，一般都用脆性材料，受压性能较好，抗拉性能较差。根据削球形拱盖的内力计算，当池盖矢跨比在1:5.35时，是池盖 的环向内力变成拉力的分界线；大于这个分界线，若不配以钢筋，池盖则可能破裂，因此，在设计削球形池拱盖时矢跨比（即矢高与直径之比。矢高指拱脚至拱顶的垂直距离）一般在1:4～1:6之间；在设计反削球形池底时矢跨比为1:8左右（具体的比例还应根据池子大小、拱盖跨度及施工条件等决定）。
　　注意在砌拱盖前要砌好拱盖的蹬脚，蹬脚要牢固，使之能承受拱盖自重、覆土和其他荷载（如畜圈、厕所等）的水平推力（一般说来，一个直径为5米，矢 跨比为1:5，厚度为10厘米的混凝土拱盖，其边缘最大拉力约为10吨），以免出现裂缝和下 塌的危险；其次，池墙质量必须牢固。池墙基础（环形基础）的宽度不得小于40厘米（这是工程构造上的最小尺寸），基础厚度不得小于25厘米。一般基础宽度与厚度之比，应在 1:（1.5～2）范围内为好。
　　4、沼气池的容积计算
　　计算容积的大小原则上应根据用途和用量来确定。池子太小，产气就少，不能保证生产、生活的需要；池子太大，往往由于发酵原料不足或管理跟不上去等原因，造成产气率不高。目前，我国农村沼气池产气率普遍不够稳定，夏天一昼夜每立方米池容约可产气0.15立方米，冬季约可产气0 .1立方米左右，一般农村五口人的家庭，每天煮饭、烧水约需用气1.5立方米（每人每天生活 所需的实际耗气量约为0.2立方米，最多不超过0.3立方米）。同时，应考虑生产用肥。
　　对于存栏为6～10头，温室面积在100～150平方米的农村家庭猪圈，可建6、8、10米3的沼气池。对于建在野外的四位一体生态型大棚模式，一般“模式”的沼气池面积为667平方米（1亩）左右，这时，养猪头数可增加，沼气池容 积大一些为好，但这不是绝对的，因为若沼气池容积满足不了炊事用能及蔬菜生产用肥的需要，可由外界补充能源及肥料，从而使沼气池工作模式正常运行。

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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
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