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有机肥发酵剂之沼气池的设计

时间:2017-05-13 11:48来源:百益宝EM菌 作者:百益宝em菌 点击:

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有机肥发酵剂之 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,

 有机肥发酵剂沼气池的设计

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: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。第四,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

设计与“模式”配套的沼气池,制定建池施工方案,必须考虑下列因素:

(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,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)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。

    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。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米2,可建6、8、10米3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“模式”正常运行。

5、 沼气池的施工技术

 1备料

建一个8立方米的沼气池需要水泥1吨、砂子2立方米、碎石(规格1~3厘米)0.6立方米、红 砖 600块、陶瓷管(直径20~30厘米)1~2根、钢筋(直径14毫米)1.2米。如果建10立方米沼气池 ,其水泥、砖、砂再增加10%,若建6立方米沼气池,则水泥、砖、砂比8立方米沼气池用量 要减少10%。

 (2)放线

放线挖坑是保证建池质量的第一关,必须按规定尺寸施工。图2.11是三种“模式”总体放 线布置图,供放线时参考。以图2.11中A图为例说明放线要点:①划出总体平面。②划出温 室、猪舍面积,猪舍在东侧或西侧。③划出“模式”宽度中心线。④以O为起点,在猪舍内侧找出池的中心点O,以O为圆心,以池的半径加6厘米为半径划圆,确定池的位置。⑤确定 进料口、出料口位置。要在“模式”宽度中心线上确定为进料口中心点和位于日光温室内的 出料口中心点,用白灰做好标记。

 

1.厕所  2.进料口  3.沼气池  4.出料口5.日光温室

6.模式宽度中心线  7.猪舍  8.内山墙

 

1.  1.     厕所  2.进料口  3.沼气池  4.出料口5.日光温室

 6.猪舍  7.模式宽度中心线  8.内山墙

 

 

1.厕所  2.进料口  3.沼气池  4.出料口5.日光温室

6.猪舍东西宽度中心线  7.猪舍

图2.11  不同“模式”总体放线布置图

(3)池坑开挖

在“模式”内建沼气池均采用地下埋式,沼气池土方工程采用大开挖的施工工艺。首先,应 确定好正负零的高度。池坑深度按设计图确定,即沼气池的池顶与出料口保持在一个水平 面上,并高出猪舍地面10厘米。进料口超高地面2厘米,如果挖得过深使沼气池低于地平面 ,影响配套使用,挖得过浅使沼气池突出地面,给养猪和日光温室施肥造成困难。具体尺寸如表2.1所示。

容积/3

内直径/

池墙高/

池顶矢高/

池顶曲率半径/

水压间

/

直径/

6

8

10

2.40

2.70

3.00

1.00

1.00

1.00

0.48

0.54

0.60

1.74

1.96

2.18

2.10

2.18

2.28

0.90

1.00

1.10

2.1  6103沼气池结构规格标准

为了便于安放建池模具或利用砖模浇筑池体,减少材料损耗,池坑要规圆上下垂直。对于土质良好的地区坑壁可挖直,取土时由中间向四周开挖,开挖至坑壁时留有一定余地,然后按定位桩找出中心点,并钉一固定的木桩,用一条绳的一端固定在中心点的木桩上,绳的 另一 端拴上一把小把锄,使锄刀到中心点的长度等于池的半径加上墙厚度6厘米划圆,刮掉 阻 碍通道的砂土,边挖边修整池坑,直到设计深度为止。池坑挖好后马上将池底修成锅底形状;由锅底中心至水压间底部挖一条U形浅槽,下返坡度5%。对于土质松散的地方,地面以下8 0厘米应放坡取土,坡度大小要看土质松散程度而定,以坑壁不坍塌为原则,同时挖好进、出料口坑。如有地下水出现,池底要挖集水坑,以便排水。

建池时遇到地下水,可采用“避、引、堵”的办法来解决。“避”就是避开地下水,尽量不 在 多雨季节施工,选择地下水位较低、地势较高的地方建池,水网地区可建圆球形池或提高池 身,建成半地下池。“引”就是引开地下水,施工前挖排水沟,尽量将水引走。池墙渗水, 可将竹管插入渗水处或在池壁上凿星(“Y”)形小沟,使水集中从沟内流至池底。对于池底 渗水,可采用十字沟或环形沟集水,并在池底中央挖一较深小井,使水流入井内汲走,待 工程告一段落无渗水排出时再填此井。“堵”就是堵住地下水,对池内个别小泉眼,可用砖 头、小石块塞紧。若大面积渗水,可采用水玻璃药液防渗剂掺入水泥进行粉刷,快速凝固, 堵塞有效。同时,在土质差、地下水位高处建池,池底下面还必须设置沙卵石垫层,其垫层 的施工可先铺砌卵石,再用水沉法使沙子挤满卵石空隙,起到确保建池质量的作用。如建 池场地确无地下水,池底以下可不加垫层及排水措施。

6、 利用混凝土浇筑6、8、10立方米沼气池的现场施工

四位一体生态型大棚模式中的沼气池,一般采用组合式建池。所谓组合式建池就是池底、池 墙、水压间下部采用混凝土整体现浇,池拱盖及水压间上部采用砖砌。在现浇拌制混凝土时 ,必须控制水灰比≤0.65,砂子中泥土含量≤3%,云母含量≤0.5%,碎石中最大粒径≤3厘米,泥土含量≤2%。混凝土浇筑工序必须连续进行,间断时间不得超过1小时,浇筑时必须 振捣密实,防止出现蜂窝麻面现象。施工顺序如下:

(1)砌筑出料口通道  出料口通道如图2.12所示。出料口通道用红砖及砂灰砌筑,水泥:砂 子=1∶2.5。为了便于施工及出料,其通道口宽50厘米,高70厘米,顶部起拱,但上 口距池上拱角不得小于35厘米,防止产气多时水面下返而跑气。

(2)池墙及水压间下部的浇筑  池墙及水压间下部的浇筑可采用钢模、木模及砖模,一般上 述模具为内模,而以池壁为外模。由于钢模造价高,很少采用,而木模和砖模用的较多。若 一个村里建多个沼气池,采用木模较方便,若只建一个,则采用砖模为宜。采用砖模的一般 砌法是:先把砖用水浸湿,防止拆模困难。每块砖横向砌筑,每层砖砖缝错开,不用带泥口 或灰口,做到砌一层砖用混凝土浇筑一层,振捣密实后再砌第二层。混凝土配合重量比为水 泥∶砂子∶碎石=1∶3∶3,池墙高1米,厚0.05米

 

      2.12  出料口通道(单位:毫米)

(3)池拱盖的施工  目前,“模式”中的沼气池拱盖用砖砌,“模式”中的沼气池一般采用 直管进料,在砌筑池拱盖前要安装好进料管,一般利用直径200毫米、长600毫米左右的陶瓷 管,管内穿绳拴挂在地面的木桩上,进料管喇叭口朝上,上下垂直,紧贴池壁固定好。插入 池内深度拱角250~300毫米为宜。砌筑拱盖可用铁钩或挂绳法固定砖,先由进料管处开始砌 ,进料管周围要用水泥加固。砌筑拱盖的砖,要选择质量好的,先用水浸湿,保持外湿内干,用1∶2水泥砂灰

图2.13  池拱盖施工图

砌筑,砂灰和易性要好,灰口饱满,砖与砖要顶紧,每砌筑一圈,要用小石片嵌牢,边砌筑边注意拱盖弧度,每砌筑3~5圈,拱盖外壁用1∶3水泥砂灰抹严抹实, 拱角处第1圈砖上层抹灰时,厚度要达到30~50毫米,用以代替圈梁。随砌随抹灰,随即由外向内均匀地回填土。回填土前,进料管上部也要砌几层砖,防止回填土由进料管进入池内,进料口宽以240毫米为宜,长度因户而异。注意第一次回填土约60%即可,防止塌方 ,其余土量 在次日池内密封前回填一部分,整体池完工10天后可全部回填完。池拱盖施工图如 图2.13所示。在砌筑池拱盖的同时,应把水压间的上部砌好。水压间上半部用1/4 砖立砌,1∶3水泥砂灰浇筑。

当砌筑池拱盖要封口时,在拱顶正中央安放直径为9~10毫米的导气管,插入深度以池内 密封层完工后露出10毫米左右为宜,拱顶中央用4条500~700毫米长铁筋摆放成#字型,抹 灰要加厚加固,以防沼气池运行时压力过大涨坏气箱。在导气管周围,砌一个深200~300毫 米,边长180~200毫米的方型围护墙,在输气管引出方向预留出缺口。猪舍地面以下可砌暗沟或放一个内径为20~50毫米铁管或塑料护管,以便引出输气管。导气管上面盖上活动盖板, 防止输气管被猪啃坏。活动盖板规格240毫米×240毫米,厚度为50~60毫米,可用2块红砖代替,如图2.14所示。

 

 

 

图2.14  导气管安装位置示意图

(4)池底施工  池底先铺一层碎石,用1∶4的水泥砂浆将碎石缝隙灌满,然后再用水泥、砂 子、碎石以1∶3∶3的混凝土浇筑池底,厚度要达到8~12厘米。

(5)沼气池池体内部密封  由砖和混凝土组合建造的沼气池只靠结构层还不能满足防渗漏要求 ,必须对池体进行密封处理才能不漏气、不漏水。沼气池密封层采用7层做法和3层做法两种 ,贮气室及池内进料管部分采用7层做法;池底、池墙、水压间、出料口通道等采用3层做法。其7层做法第1层用450水泥砂灰刷浆,灰∶水=0.3∶1;第2层抹水泥∶砂子=1∶ 2.5的水泥砂灰,厚度为0.8~1厘米;第3层抹0.1厘米厚素灰;第4层抹水泥∶砂子=1∶2的水泥砂灰,厚度为0.4厘米;第5层抹0.1厘米厚的素灰;第6层用1∶1的细砂灰抹0.3 ~0.4厘米;第7层刷素灰浆3遍。而3层做法是第1层与7层做法中的第2层一起做;第2层与7层做法中的第6层一起做;第3层与7层做法中的第7层一起做。

(6)养护  用混凝土浇筑的每个部位,都要进行养护,要求在平均气温大于5℃条件下自然 养护,外露混凝土应加盖草帘浇水养护,养护时间为7~10天。春、秋要注意早晚防冻。为达到养护目的,在沼气池密封处理以后要把出料口、进料口、池顶口用薄膜盖严。自然养护 期达到后经检查试压就可以投料使用。建池完工24小时后如果下雨应及时向池内加水,加水量应是池内装料容积的一半,以防地下水位上涨鼓坏池体。

(7)检查验收  新建沼气池和大换料后保养维护的旧池,必须经过检查验收合格,方可投料 使用。其检验方法分为两种:

①直接检查法  必须全池强度养护达到70%以上才能进行,用手指或小木棒叩击无翘壳空响 。全池内壁无渗水痕迹,无裂缝、砂眼、孔隙等肉眼可见的缺陷;池外输气管线、开关 等配套设施安装齐全牢固。

②试压检查法  在直接检查完好的基础上,推荐采用气压检验为主,水压法检验为辅,亦可 混合使用。一般作法是装水至进、出料管上端20厘米高度,观测12小时,水位降低无明显变 化,视为不漏水;再用打气筒(机)充气(或灌水增压),使压力表达到设计压力的50%,观察2 4小时,若压力不降低,继续打气至设计压力,再观测24小时,压力降低值在设计压力的3% 以内,视为不漏气。亦可采用空池封闭进出料口、直接充气试压的方法,要求同上。试压 中最好将输气管路全部接通,分别检查有否渗漏现象。检查中如有漏水、漏气者,须查明部 位、原因。经修补使强度达到要求后,再经复验合格,方可投料使用。但使用前,必须将多 余的水抽去。未经复验合格者,不得勉强使用。

(责任编辑:百益宝)
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