有機肥發酵劑之沼氣池的設計

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1、沼氣池的設計原理?

建造“模式”中的沼氣池，先要做好設計工作。總結多年來科學實驗和生產實踐的經驗，設計與模式配套的沼氣池必須堅持下列原則：?

(1)必須堅持“四結合”原則“四結合”是指沼氣池與畜圈、廁所、日光溫室相連，使人畜糞便不斷進入沼氣池內，保證正常產氣、持續產氣，并有利于糞便管理，改善環境衛生，沼液可方便地運送到日光溫室蔬菜地里作肥料使用。

(2)堅持“圓、小、淺”的原則“圓、小、淺”是指池型以圓柱形為主，池容6～12立方米，池深2米左右，圓形沼氣池具有以下優點：，根據幾何學原理，相同容積的沼氣池，圓形比方形或長方形的表面積小，比較省料。第二，密閉性好，且較牢固。圓形池內部結構合理，池壁沒有直角，容易解決密閉問題，而且四周受力均勻，池體較牢固。第三，我國北方 氣溫較低，圓形池置于地下，有利于冬季保溫和安全越冬。第四，適于推廣。無論南方、北方，建造圓形沼氣池都有利于保證建池質量，做到建造一個，成功一個，使用一個，鞏固 一個，積極穩步地普及推廣。小，是指主池容積不宜過大。淺，是為了減少挖土深度，也便于避開地下水，同時發酵液的表面積相對擴大，有利于產氣，也便于出料。?

(3)堅持直管進料，進料口加箅子、出料口加蓋的原則  直管進料的目的是使進料流暢，也 便于攪拌。進料口加箅子是防止豬陷入沼氣池進料管中。出料口加蓋是為了保持環境衛生， 消滅蚊蠅孳生場所和防止人、畜掉進池內。?

 2、沼氣池的設計依據?

設計與“模式”配套的沼氣池，制定建池施工方案，必須考慮下列因素：?

(1)選擇池基應考慮土質  建造沼氣池，選擇地基很重要，這是關系到建池質量和池子壽命 的問題，必須認真對待。由于沼氣池是埋在地下的建筑物，因此，與土質的好壞關系很大。土質不同，其密度不同，堅實度也不一樣，容許的承載力就有差異。而且同一個地方， 土層也不盡相同。如果土層松軟或沙性土或地下水位較高的爛泥土，池基承載力不大，在此 處建池，承受不了，必然引起池體沉降或不均勻沉降，造成池體破裂，漏水漏氣。一般 自然土層，每平方米容許承載力都超過10噸以上，在這樣的自然土層上建造沼氣池，是沒有 什么問題的。因此，池基應該選擇在土質堅實、地下水位較低，土層底部沒有地道、地窖、 滲井、泉眼、虛土等隱患之處；而且池子與樹木、竹林或池塘要有一定距離，以免樹根、竹 根扎入池內或池塘漲水時影響池體，造成池子漏水漏氣；北方干旱地區還應考慮池子離水源 和用戶都要近些，若池子離用戶較遠，不但管理(如加水、加料等)不方便，輸送沼氣 的管道也要很長，這樣會影響沼氣的壓力，燃燒效果不好。此外，還要盡可能選擇背風向陽處建池。?

(2)設計池子應考慮荷載  確定荷載是沼氣池設計中一項很重要的環節。所謂荷載，是指單 位面積上所承受的重量。如果荷載確定過大，設計的沼氣池結構截面必然過大，結果用料過 多，造成浪費；如果荷載確定過小，設計的強度不足，就容易造成池體破裂。荷載的計算標 準一般為：池身自重(按混凝土量計算)每立方米為2.5噸左右，拱覆土每立方米為2噸左 右， 池內發酵原料每立方米容積為1.2噸左右，沼氣池產氣后池內每平方米受壓為1噸左右。此外，經常出現在池的人、畜等壓力以大量考慮為1噸左右。所以，地基和承載力至少不能 小于每平方米8噸。?

(3)、設計池子應考慮拱蓋的矢跨比和池墻的質量

建造沼氣池，一般都用脆性材料，受壓性 能較好，抗拉性能較差。根據削球形拱蓋的內力計算，當池蓋矢跨比在1∶5.35時，是池蓋 的環向內力變成拉力的分界線；大于這個分界線，若不配以鋼筋，池蓋則可能破裂，因此，在設計削球形池拱蓋時矢跨比(即矢高與直徑之比。矢高指拱腳至拱的垂直距離)一般在1∶4～1∶6之間；在設計反削球形池底時矢跨比為1∶8左右(具體的比例還應根據池子大小、 拱蓋跨度及施工條件等決定)。注意在砌拱蓋前要砌好拱蓋的蹬腳，蹬腳要牢固，使之能承 受拱蓋自重、覆土和其他荷載(如畜圈、廁所等)的水平推力(一般說來，一個直徑為5米，矢 跨比為1∶5，厚度為10厘米的混凝土拱蓋，其邊緣大拉力約為10噸)，以免出現裂縫和下 塌的危險；其次，池墻質量必須牢固。池墻基礎(環形基礎)的寬度不得小于40厘米(這是工程構造上的小尺寸)，基礎厚度不得小于25厘米。一般基礎寬度與厚度之比，應在 1:(1.5～2)范圍內為好。?

    3、沼氣池容積的計算?

建造沼氣池，事先要進行池子容積的計算，就是說計劃建多大的池子為好。計算容積的大小 原則上應根據用途和用量來確定。池子太小，產氣就少，不能保證生產、生活的需要；池子 太大，往往由于發酵原料不足或管理跟不上去等原因，造成產氣率不高。目前，我國農村沼 氣池產氣率普遍不夠穩定，夏天一晝夜每立方米池容約可產氣0.15立方米，冬季約可產氣0 .1立方米左右，一般農村五口人的家庭，每天煮飯、燒水約需用氣1.5立方米(每人每天生 活 所需的實際耗氣量約為0.2立方米，多不超過0.3立方米)。同時，應考慮生產用肥。因 此 ，農村建池，每人平均按1.5～2立方米的有效容積計算較為適宜(有效容積一般指發酵間和 貯氣箱的總容積)。根據這個標準建池，人口多的家庭，平均有效容積少一點，人口少的家 庭，平均有效容積多一點；北方地區一般氣溫較低，可多一點，南方地區一般氣溫較高，可少一點。如一個五口人的家庭，建造一個8～10立方米的沼氣池，管理得好，所產 沼氣基本上能滿足一家人一年四季煮飯、燒水或點燈的需要，在北方即使在冬季氣溫較低，產氣量有所減少的情況下，仍可供煮兩餐飯或燒開水用。所以一般家庭養豬存欄6～10頭，日光 溫室面 積在100～150米²，可建6、8、10米³的沼氣池為宜。對于建在野外的四位一體生態型大 棚模式，一般“模式”面積為667平方米(1畝)左右，這時，養豬頭數可增 加，沼氣池容 積大一些為好，但這不是的，因為若沼氣池容積滿足不了炊事用能及蔬菜生產用肥的需 要，可由外界補充能源及肥料，從而使“模式”正常運行。?

5、 沼氣池的施工技術?

 （1）備料?

建一個8立方米的沼氣池需要水泥1噸、砂子2立方米、碎石(規格1～3厘米)0.6立方米、紅 磚 600塊、陶瓷管(直徑20～30厘米)1～2根、鋼筋(直徑14毫米)1.2米。如果建10立方米沼氣池 ，其水泥、磚、砂再增加10%，若建6立方米沼氣池，則水泥、磚、砂比8立方米沼氣池用量 要減少10%。?

 （2）放線?

放線挖坑是保證建池質量的關，必須按規定尺寸施工。圖2.11是三種“模式”總體放 線布置圖，供放線時參考。以圖2.11中A圖為例說明放線要點：①劃出總體平面。②劃出溫 室、豬舍面積，豬舍在東側或西側。③劃出“模式”寬度中心線。④以O為起點，在豬舍內側找出池的中心點O，以O為圓心，以池的半徑加6厘米為半徑劃圓，確定池的位置。⑤確定 進料口、出料口位置。要在“模式”寬度中心線上確定為進料口中心點和位于日光溫室內的 出料口中心點，用白灰做好標記。

1.廁所  2.進料口  3.沼氣池  4.出料口?5.日光溫室

6.模式寬度中心線  7.豬舍  8.內山墻

1.  1.     廁所  2.進料口  3.沼氣池  4.出料口?5.日光溫室

 6.豬舍  7.模式寬度中心線  8.內山墻

1.廁所  2.進料口  3.沼氣池  4.出料口?5.日光溫室

6.豬舍東西寬度中心線  7.豬舍?

圖2.11  不同“模式”總體放線布置圖

（3）池坑開挖?

在“模式”內建沼氣池均采用地下埋式，沼氣池土方工程采用大開挖的施工工藝。先，應 確定好正負零的高度。池坑深度按設計圖確定，即沼氣池的池與出料口保持在一個水平 面上，并高出豬舍地面10厘米。進料口超高地面2厘米，如果挖得過深使沼氣池低于地平面 ，影響配套使用，挖得過淺使沼氣池突出地面，給養豬和日光溫室施肥造成困難。具體尺寸如表2.1所示。

2.1  6～10米³沼氣池結構規格標準

為了便于安放建池模具或利用磚模澆筑池體，減少材料損耗，池坑要規圓上下垂直。對于土質良好的地區坑壁可挖直，取土時由中間向四周開挖，開挖至坑壁時留有一定余地，然后按定位樁找出中心點，并釘一固定的木樁，用一條繩的一端固定在中心點的木樁上，繩的 另一 端拴上一把小把鋤，使鋤刀到中心點的長度等于池的半徑加上墻厚度6厘米劃圓，刮掉 阻 礙通道的砂土，邊挖邊修整池坑，直到設計深度為止。池坑挖好后馬上將池底修成鍋底形狀；由鍋底中心至水壓間底部挖一條U形淺槽,下返坡度5%。對于土質松散的地方，地面以下8 0厘米應放坡取土，坡度大小要看土質松散程度而定，以坑壁不坍塌為原則，同時挖好進、出料口坑。如有地下水出現，池底要挖集水坑，以便排水。?

建池時遇到地下水，可采用“避、引、堵”的辦法來解決。“避”就是避開地下水，盡量不 在 多雨季節施工，選擇地下水位較低、地勢較高的地方建池，水網地區可建圓球形池或提高池 身，建成半地下池。“引”就是引開地下水，施工前挖排水溝，盡量將水引走。池墻滲水， 可將竹管插入滲水處或在池壁上鑿星(“Y”)形小溝，使水集中從溝內流至池底。對于池底 滲水，可采用十字溝或環形溝集水，并在池底中央挖一較深小井，使水流入井內汲走，待 工程告一段落無滲水排出時再填此井。“堵”就是堵住地下水，對池內個別小泉眼，可用磚 頭、小石塊塞緊。若大面積滲水，可采用水玻璃藥液防滲劑摻入水泥進行粉刷，快速凝固， 堵塞有效。同時，在土質差、地下水位高處建池，池底下面還必須設置沙卵石墊層，其墊層 的施工可先鋪砌卵石，再用水沉法使沙子擠滿卵石空隙，起到確保建池質量的作用。如建 池場地確無地下水，池底以下可不加墊層及排水措施。?

6、 利用混凝土澆筑6、8、10立方米沼氣池的現場施工?

四位一體生態型大棚模式中的沼氣池，一般采用組合式建池。所謂組合式建池就是池底、池 墻、水壓間下部采用混凝土整體現澆，池拱蓋及水壓間上部采用磚砌。在現澆拌制混凝土時 ，必須控制水灰比≤0.65，砂子中泥土含量≤3%，云母含量≤0.5%，碎石中大粒徑≤3厘米，泥土含量≤2%。混凝土澆筑工序必須連續進行，間斷時間不得超過1小時，澆筑時必須 振搗密實，防止出現蜂窩麻面現象。施工順序如下：

(1)砌筑出料口通道  出料口通道如圖2.12所示。出料口通道用紅磚及砂灰砌筑，水泥:砂 子＝1∶2.5。為了便于施工及出料，其通道口寬50厘米，高70厘米，部起拱，但上 口距池上拱角不得小于35厘米，防止產氣多時水面下返而跑氣。?

(2)池墻及水壓間下部的澆筑  池墻及水壓間下部的澆筑可采用鋼模、木模及磚模，一般上 述模具為內模，而以池壁為外模。由于鋼模造價高，很少采用，而木模和磚模用的較多。若 一個村里建多個沼氣池，采用木模較方便，若只建一個，則采用磚模為宜。采用磚模的一般 砌法是：先把磚用水浸濕，防止拆模困難。每塊磚橫向砌筑，每層磚磚縫錯開，不用帶泥口 或灰口，做到砌一層磚用混凝土澆筑一層，振搗密實后再砌第二層。混凝土配合重量比為水 泥∶砂子∶碎石＝1∶3∶3，池墻高1米，厚0.05米。?

      圖2.12  出料口通道(單位：毫米)

(3)池拱蓋的施工  目前，“模式”中的沼氣池拱蓋用磚砌，“模式”中的沼氣池一般采用 直管進料，在砌筑池拱蓋前要安裝好進料管，一般利用直徑200毫米、長600毫米左右的陶瓷 管，管內穿繩拴掛在地面的木樁上，進料管喇叭口朝上，上下垂直，緊貼池壁固定好。插入 池內深度拱角250～300毫米為宜。砌筑拱蓋可用鐵鉤或掛繩法固定磚，先由進料管處開始砌 ，進料管周圍要用水泥加固。砌筑拱蓋的磚，要選擇質量好的，先用水浸濕，保持外濕內干，用1∶2水泥砂灰

圖2.13  池拱蓋施工圖

砌筑，砂灰和易性要好，灰口飽滿，磚與磚要緊，每砌筑一圈，要用小石片嵌牢，邊砌筑邊注意拱蓋弧度，每砌筑3～5圈，拱蓋外壁用1∶3水泥砂灰抹嚴抹實， 拱角處第1圈磚上層抹灰時，厚度要達到30～50毫米，用以代替圈梁。隨砌隨抹灰，隨即由外向內均勻地回填土。回填土前，進料管上部也要砌幾層磚，防止回填土由進料管進入池內，進料口寬以240毫米為宜，長度因戶而異。注意次回填土約60%即可，防止塌方 ，其余土量 在次日池內密封前回填一部分，整體池完工10天后可全部回填完。池拱蓋施工圖如 圖2.13所示。在砌筑池拱蓋的同時，應把水壓間的上部砌好。水壓間上半部用1/4 磚立砌，1∶3水泥砂灰澆筑。

當砌筑池拱蓋要封口時，在拱正中央安放直徑為9～10毫米的導氣管，插入深度以池內 密封層完工后露出10毫米左右為宜，拱中央用4條500～700毫米長鐵筋擺放成＃字型，抹 灰要加厚加固，以防沼氣池運行時壓力過大漲壞氣箱。在導氣管周圍，砌一個深200～300毫 米，邊長180～200毫米的方型圍護墻，在輸氣管引出方向預留出缺口。豬舍地面以下可砌暗溝或放一個內徑為20～50毫米鐵管或塑料護管，以便引出輸氣管。導氣管上面蓋上活動蓋板， 防止輸氣管被豬啃壞。活動蓋板規格240毫米×240毫米，厚度為50～60毫米，可用2塊紅磚代替，如圖2.14所示。

圖2.14  導氣管安裝位置示意圖

(4)池底施工  池底先鋪一層碎石，用1∶4的水泥砂漿將碎石縫隙灌滿，然后再用水泥、砂 子、碎石以1∶3∶3的混凝土澆筑池底，厚度要達到8～12厘米。

(5)沼氣池池體內部密封  由磚和混凝土組合建造的沼氣池只靠結構層還不能滿足防滲漏要求 ，必須對池體進行密封處理才能不漏氣、不漏水。沼氣池密封層采用7層做法和3層做法兩種 ，貯氣室及池內進料管部分采用7層做法；池底、池墻、水壓間、出料口通道等采用3層做法。其7層做法第1層用450^＃水泥砂灰刷漿，灰∶水＝0.3∶1；第2層抹水泥∶砂子＝1∶ 2.5的水泥砂灰，厚度為0.8～1厘米；第3層抹0.1厘米厚素灰；第4層抹水泥∶砂子＝1∶2的水泥砂灰，厚度為0.4厘米；第5層抹0.1厘米厚的素灰；第6層用1∶1的細砂灰抹0.3 ～0.4厘米；第7層刷素灰漿3遍。而3層做法是第1層與7層做法中的第2層一起做；第2層與7層做法中的第6層一起做；第3層與7層做法中的第7層一起做。?

(6)養護  用混凝土澆筑的每個部位，都要進行養護，要求在平均氣溫大于5℃條件下自然 養護，外露混凝土應加蓋草簾澆水養護，養護時間為7～10天。春、秋要注意早晚防凍。為達到養護目的，在沼氣池密封處理以后要把出料口、進料口、池口用薄膜蓋嚴。自然養護 期達到后經檢查試壓就可以投料使用。建池完工24小時后如果下雨應及時向池內加水，加水量應是池內裝料容積的一半，以防地下水位上漲鼓壞池體。

(7)檢查驗收  新建沼氣池和大換料后保養維護的舊池，必須經過檢查驗收合格，方可投料 使用。其檢驗方法分為兩種：?

①直接檢查法  必須全池強度養護達到70%以上才能進行，用手指或小木棒叩擊無翹殼空響 。全池內壁無滲水痕跡，無裂縫、砂眼、孔隙等肉眼可見的缺陷；池外輸氣管線、開關 等配套設施安裝齊全牢固。

②試壓檢查法  在直接檢查完好的基礎上，推薦采用氣壓檢驗為主，水壓法檢驗為輔，亦可 混合使用。一般作法是裝水至進、出料管上端20厘米高度，觀測12小時，水位降低無明顯變 化，視為不漏水；再用打氣筒(機)充氣(或灌水增壓)，使壓力表達到設計壓力的50%，觀察2 4小時，若壓力不降低，繼續打氣至設計壓力，再觀測24小時，壓力降低值在設計壓力的3% 以內，視為不漏氣。亦可采用空池封閉進出料口、直接充氣試壓的方法，要求同上。試壓 中好將輸氣管路全部接通，分別檢查有否滲漏現象。檢查中如有漏水、漏氣者，須查明部 位、原因。經修補使強度達到要求后，再經復驗合格，方可投料使用。但使用前，必須將多 余的水抽去。未經復驗合格者，不得勉強使用。