沼气池的设计

（三）沼气池的设计

1.沼气池的设计原理

建造“模式”中的沼气池，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、小、浅”是指池型以圆柱形为主，池容6～12立方米，池深2米左右，圆形沼气池具有以下优点：

①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。

②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。

③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。

④适于推广。无论南方、北方，建造圆形沼气池都有利于保证建池质量，做到建造一个，成功一个，使用一个，巩固一个，积极稳步地普及推广。小，是指主池容积不宜过大。浅，是为了减少挖土深度，也便于避开地下水，同时发酵液的表面积相对扩大，有利于产气，也便于出料。

（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

（1）选择池基应考虑土质

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，允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，承受不了池的重量，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，每平方米允许承载力都超过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）设计池子应考虑荷载

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）设计池子应考虑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，池盖则可崩破裂。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∶1.5～1∶2范围内为好。

3.沼气池容积的计算

建造沼气池，事先要进行池子容积的计算，就是说计划建多大的池子为好。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可产沼气0.15立方米左右，冬季约可产气0.1立方米，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为0.2~0.3立方米）。同时，应考虑生产用肥。因此，农村建池，每人平均按1.5～2立方米的有效容积计算较为适宜（有效容积一般指发酵间和贮气箱的总容积）。根据这个标准建池，人口多的家庭，平均有效容积少一点，人口少的家庭，平均有效容积多一点；北方地区一般气温较低，可多一点，南方地区一般气温较高，可少一点。如一个五口人的家庭，建造一个8～10立方米的沼气池，管理得好，所产沼气基本上能满足一家人一年四季煮饭、烧水或点灯的需要，在北方即使在冬季气温较低，产气量有所减少的情况下，仍可供煮两餐饭或烧开水用。所以一般家庭养猪存栏6～10头，日光温室面积在100～150平方米，可建6立方米、8立方米、10立方米的沼气池为宜。对于建在野外的四位一体生态型大棚模式，一般“模式”面积为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“模式”正常运行。