沼气池容的计算方法
我国农村家用沼气池设计规范
农村家用沼气池设计规1、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GBJ9---87 建筑结构荷载规GBJ10---89 混凝土结构设计规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。
沼气发酵
沼气发酵第一节概述一、定义：沼气发酵，又称厌氧发酵或厌氧消化，是指有机物质（如作物秸杆、杂草、人畜粪便、垃圾、污泥及城市生活污水和工业有机废水等）在厌氧条件下，通过种类繁多、数量巨大、功能不同的各类微生物的分解代谢，最终产生沼气的过程。
二、沼气的组成：沼气是由微生物产生的一种可燃性混合气体，其主要成分是甲烷(CH4)，大约占60%，其次是二氧化碳(CO2)大约占35%，此外还有少量其它气体，如水蒸气、硫化氢、一氧化碳、氮气等。
不同条件下产生的沼气，其成分有一定的差异。
例如人粪、鸡粪、屠宰废水发酵时，所产生的甲烷含量可达70%以上，农作物秸杆发酵所产生的沼气中甲烷含量一般为55%左右。
第二节沼气发酵的微生物学过程一、沼气发酵的微生物种类：第一类叫发酵细菌。
包括各种有机物分解菌，它们能分泌胞外酶，主要作用是将复杂的有机物分解成较为简单的物质。
例如多糖转化为单糖，蛋白质转化为肽或氨基酸，脂肪转化为甘油和脂肪酸。
第二类叫产氢产乙酸细菌。
其主要作用是前一类细菌分解的产物进一步分解成乙酸和二氧化碳。
第三类细菌称产甲烷菌。
它们的作用是利用乙酸、氢气和二氧化碳产生甲烷。
在实际的发酵过程中这三类微生物既相互协调，又相互制约，共同完成产沼气过程。
二、沼气发酵过程的三个阶段第一阶段是含碳有机聚合物的水解。
纤维素、半纤维素、果胶、淀粉、脂类、蛋白质等非水溶性含碳有机物，经细菌水解发酵生成水溶性糖、醇、酸等分子量较小的化合物，以及氢气和二氧化碳；第二阶段是各种水溶性产物经微生物降解形成甲烷底物，主要是乙酸、氢气和二氧化碳；第三阶段是产甲烷菌转化甲烷底物生成CH4和CO2。
另外，在沼气发酵过程中还存在某些逆向反应，即由小分子合成大分子物质的微生物过程。
第三节沼气发酵原料的分类与特性自然界中几乎所有的有机物质都可作为沼气发酵的原料。
人工制取沼气的主要原料是畜禽粪便污水、食品加工业、制药和化工废水、生活污水等。
在农村，也用农作物秸杆制取沼气。
根据人口数量计算沼气池容积
根据人口数量计算沼气池容积：满足一个农户全家人口生活用能的沼气池池容，可用下列公式计算：V＝V1+V2＝V1+0.15V＝V1/0.85＝n•k•r /0.85式中：V—沼气池总容积（立方米）；V1—发酵间容积（立方米），V1＝0.85V；V2—贮气间容积（立方米），V2＝0.15V；n—气温影响系数，一般南方地区取0.8～1.0，中部地区取1.0～1.2，北方地区取1.2～1.5；k—人口影响系数，2～3口之家取1.8～1.4，4～7口之家取1.4～1.1；r—每户人口数。
沼气池容积与人口的关系见表3-1。
表3-1 沼气池容积与人口的关系池容（立方米） 6 8 10每天可产沼气量（立方米） 1.2 1.6 2.0可满足全家人口数（个） 3 4～5 5～6（2）根据养殖规模计算沼气池容积：对于中小型养殖场和较大规模的庭院养殖户，沼气池容积应根据发酵原料的数量、一定温度下发酵原料在池内停留的时间和投料浓度计算，其计算公式如下：V＝（G•Ts•HRT）/（r•m）式中：G—每天可供发酵的原料湿重（千克）；Ts—原料中干物质含量的百分比（%）；HRT—原料在池中的滞留天数（水力滞留期）；r—发酵原料浓度换算成的容重（千克/立方米），r＝原料浓度×发酵液容重，发酵液容重一般取水的容重，即1000千克/立方米；m—池内装料有效容积（%）。
例题：一养猪场，养猪250头，每天可产鲜猪粪1000千克，其干物质含量为20%，发酵原料容重为6%×1000千克/立方米，在35℃条件下发酵滞留期为15天，要求池内只装料85%，求需建多大的沼气池？解：V＝（G•Ts•HRT）/（r•m）＝（1000×0.2×15）/（60×0.85）＝58.82 （立方米）经过计算，修建60方米的沼气池，即可满足要求。
沼气池的设计
沼气池的设计一、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。
(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。
二、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。
(2)设计池子应考虑荷载。
沼气池计算
1、沼气池曲率半径的速算法在沼气池建造过程中，球盖曲率半径的数据是否正确，关系到池拱盖的受力是否均匀。
由于混凝土的受力特点为抗压不抗拉，球盖曲率半径过小，易被挤压塌陷；球盖曲率半径过大，易使池拱盖高出地面，达不到所规定的几何尺寸，不能保证建池质量。
因此，沼气池球盖曲率半径过大或过小，都会给日常管理带来不便，甚至会影响到沼气池的产气率。
大家知道，上球盖曲率半径（ρ1）的计算式为：ρ1＝（R2+ f12）/2f1，下球盖曲率半径（ρ2）的计算式为：ρ2＝（R2+ f22）/2f2（其中：R―主池半径；f1―上矢高；f2―下矢高），而圆柱形沼气池上、下矢高与主池直径的比值以f1∶D=1∶5，f2∶D =1∶8时为最佳，这样把f1、f2用D值代入公式中，即得：上球盖曲率半径ρ1＝（R2+ f12）/2f1＝〔(D /2）2+ (D /5）2〕÷2D/5= 29D/40 = 0.725D；下球盖曲率半径ρ2＝（R2+ f22）/2f2＝〔(D /2）2+ (D /8）2〕÷2D/8= 17D/16 = 1.0625D。
在一般情况下，沼气池施工人员要记牢沼气池上球盖曲率半径值（0.725D），为便于记忆，也可把0.725D形象化地叫作“七两半直径”。
2、沼气池容积的速算法沼气池容积大小根据沼气的用途和用量来确定。
建池前若不根据规划算准池容，建池过大，往往由于发酵原料不足或管理跟不上等原因，造成产气率不高，且会造成建造成本浪费；过小则产气就少，不能保证正常的生产和生活的需要。
要掌握沼气池容积的计算，需记复杂的计算公式，既麻烦又花费时间，势必会影响沼气池的设计和施工进度。
大家知道，沼气池容积计算公式为：V总=V1+V2+V3（其中：V1―上球盖容积；V2―池墙圆柱体容积；V3―下球盖容积；π=3.14；H―池墙净高），而上球盖容积计算式为：V1 =1/3πf12(3ρ1－f1)或V1＝1/6πf1 (3R2＋f12)，池墙圆柱体容积计算式为：V2＝πR2H，下球盖容积计算式为：V3 =1/3πf22(3ρ2－f2) 或V3＝1/6πf2 (3R2＋f22)，同计算球盖曲率半径一样，把f1、f2用D值代入公式中，即：上球盖容积V1 =1/3πf12(3ρ1－f1)=π/3×(D /5）2〔3×0.725D－(D /5）)=79πD3/3000 =0.0827D3或V1＝1/6πf1 (3R2＋f12)= π/6×(D /5）〔3×(D /2）2+ (D /5）2〕=79πD3/3000 =0.0827D3池墙圆柱体容积V2＝πR2H＝πHD2/4＝0.7854HD2；下球盖容积V3 =1/3πf22(3ρ2－f2)=π/3×(D /8）2〔3×17 D /16－D /8)=49πD3/3072=0.0501D3或V3＝1/6πf2 (3R2＋f22)=π/6×(D /8）〔3×(D /2）2+ (D /8）2〕=49πD3/3072 =0.0501D3V总=V1+V2+V3=0.0827D3+0.7854HD2+0.0501D3=0.1328D3+0.7854HD2这样，我们在设计、施工、检查沼气池时，只要知道直径、墙高，就可用简便的计算式计算出沼气池上、下球盖的容积及总容积了。
农村沼气池一次投料到底能用多久
农村沼气池一次投料能用多久？很多人问这个问题，有人说能用半年，有人宣称能用8-10个月。
其实这个问题牵涉到两个实际问题：一是每立方原料每天能产多少气，用多大的沼气池能满足使用要求；二是在满足使用要求的前提下一次投料能用多久。
其实这个问题的答案并不复杂。
但是需要弄明白几个问题：累计产气量、温度和产气量的关系、不同温度下的发酵周期等。
1，一次投料累计能产多少气。
1.1 每公斤干物质的产气量：这是在35度条件小每公斤干物质的产气量（m3/kg）。
家用常温发酵池的温度按照20度计算，是上表产气量的60%。
均20度计算。
例如每公斤麦秸产气量的计算方法是：0.45*60%*82%=0.2214计算结果如下：1.4按照每立方原料含秸秆100公斤，每立方原料含粪便500公斤，以8立方的沼气池有效容积为7立方计算。
例如秸秆的计算方法是：7*100*0.2214=154。
98m³计算结果如下：8立方沼气池不同原料一次投料的累计产气量有了以上数据作为基础，我们再根据不同温度条件下不同原料的发酵周期，就可以大致计算出不同原料的产气时间了。
2，发酵周期。
稻草和牛粪在不同温度下的发酵周期上表是在实验室恒温条件下得出来的数据，在实际运用中影响发酵产气的因素很多，例如接种物不足、温差变化等因素，实际的发酵周期要比实验室的数据长久。
根据实际经验和实验室数据，我们大致可以得出牛粪和稻草在家用沼气发酵环境下的产气率和产气时间。
2，1 夏天沼气池内的温度取23度，8立方的沼气池采用牛粪发酵，则完全发酵需要45天，每天的产气量为1.9方。
采用秸秆粪便混合发酵，则完全发酵需要80天，每天的产气量为1.7方。
2，2 春秋季节池内的温度取17度，8立方沼气池采用牛粪发酵，则完全发酵需要80天，每天的产气量为1.2方。
采用秸秆粪便混合发酵，则完全发酵需要120天，每天的平均产气量为1.13方。
2.3 冬季沼气池内的温度取13度，8立方沼气池采用牛粪发酵，则完全发酵需要110天，每天的产气量为0.9方。
沼气量计算
沼气产量计算一、1，按养殖规模计算，一般估算为：5头猪、1头牛、150只鸡的粪便可产沼气1立方米。
2、按照池容计算。
3、按照池中的干物质计算，如每公斤猪粪(干物质)产气量为0.43立方米/千克。
4、按照去除的污染物计算，如没除去1kgCOD可产生约0.35立方米沼气。
但每种计算方法计算出的结果差别很大。
二、沼气池需进调配成干物质含量（TS）为8%的粪污水料液，根据日粪污干物质产量和水力滞留期（20天），需要沼气池有效容积为800m3。
计算公式如下：沼气池有效容积=（干物质日产量×水力滞留期）/发酵料液浓度 =（X×20d）/8% =800m3，（产气量）则粪污干物质量为3.2t/d粪便中干物质在厌氧反应阶段被降解50%，经固液分离后进入沼液约20%，转化为沼渣的干物质为总量的30%，新鲜沼渣含水率为65%。
日产沼渣量：(3.2t/d×30%)÷（1-65%）=2.74t/d；沼液日产量：（3.2t/d÷8%）-3.2t/d×50%-2.74t/d=35.66t/d；部分沼液回流去调节池调节粪水料液浓度，可减少清水用量并提高粪水料液中产沼气细菌的含量，沼液回流量按20t/d计。
因此，每天需要排放的沼液量为：35.66-20＝15.66 t/d；三、沼气的产生分两部分进行计算1、每去除1kgCOD产生0.35立方甲烷，然后由沼气的成分计算一下沼气的量；2、按每去除1kgTS约产生0.5kg沼气。
两者加起来就跟实际的差不多了，毕竟理论跟实际会有一点差距的。
四、首先计算每日粪便干物质量（一般粪便含水率80%左右），考虑干物质量损耗后，产沼率为0.28～0.32m3/kg 干物质。
厌氧反应器常用计算公式的汇总!
厌氧反应器常用计算公式的汇总!厌氧反应器是一种用于处理有机废水和有机废料的设备。
在厌氧条件下，厌氧微生物通过发酵代谢有机物质，产生有机酸、气体和沉淀物，将有机物质降解为甲烷和二氧化碳等无机物质。
厌氧反应器的设计与操作需要依据一定的公式和计算方法。
下面是一些常用的厌氧反应器计算公式的汇总。
1.农村生活污水处理污泥厌氧发酵罐的生物量产生量计算公式：厌氧发酵罐的生物量产生量（kg COD/m³·d）= X × Q × t / V其中，X是活性污泥浓度（kg COD/m³），Q是进水流量（m³/d），t 是进水停留时间（d），V是反应器有效体积（m³）。
2.厌氧沼气池产气量计算公式：沼气产气量（m³/d）=0.35 × COD去除量（kg COD/d）沼气产气量（m³/d）=0.35×(Q×(COD进水浓度-COD出水浓度))其中0.35为厌氧消化沼气发酵反应的理论产气系数。
3.污泥加热能量需求计算公式：加热能量需求（kcal/d）= m × Cp × ΔT其中m为污泥质量（kg/d），Cp为污泥比热容（kcal/kg·℃），ΔT为加热温度差（℃）。
4.溶解氧量的计算公式：溶解氧量（mg/L）= SO2 × SaO2 + SD其中SO2为过氧化物浓度（mg/L），SaO2为氧解度（0.023），SD为空气溶解氧浓度（mg/L）。
5.混合完成时间的计算公式：混合完成时间（s）=V/Q其中V为反应器容量（m³），Q为进水流量（m³/s）。
6.有机负荷的计算公式：有机负荷（gCOD/m³·d）=Q×COD进水浓度其中Q为进水流量（m³/d），COD进水浓度为化学需氧量进水浓度（mg/L）。
7.温度对运动速率常数影响的计算公式：k2 = k1 × exp[(1/T2 - 1/T1) × E]其中k2和k1为两个不同温度下的运动速率常数，T2和T1为两个不同温度，E为反应活化能。
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沼气池容的计算方法
沼气池容积的确定是沼气池设计的一个重要参数。
容积过小，则不能充分利用原料和满足使用要求；如果设计过大，又没有充足的原料，势必浓度降低，产气率降低，造成人力、物力的浪费。
因此，沼气池的容积应根据农户所拥有的发酵原料、人口数量、发酵工艺、气温、用气要求等因素合理确定。
我国农村户用沼气池，根据目前一般的生活水平，每人每天平均用气量为0.2～0.3立方米，沼气池容积定为6立方米、8立方米、10立方米、12立方米。
对于养殖规模较大的农户，可采用以下公式计算沼气池容积。
（1）根据人口数量计算沼气池容积：满足一个农户全家人口生活用能的沼气池池容，可用下列公式计算：
V＝V1+V2＝V1+0.15V＝V1/0.85＝n•k•r /0.85
式中：V—沼气池总容积（立方米）；
V1—发酵间容积（立方米），V1＝0.85V；
V2—贮气间容积（立方米），V2＝0.15V；
n—气温影响系数，一般南方地区取0.8～1.0，中部地区取1.0～1.2，北方地区取1.2～1.5；
k—人口影响系数，2～3口之家取1.8～1.4，4～7口之家取1.4～1.1；
r—每户人口数。
沼气池容积与人口的关系见表3-1。
表3-1 沼气池容积与人口的关系
池容（立方米） 6 8 10
每天可产沼气量（立方米） 1.2 1.6 2.0
可满足全家人口数（个） 3 4～5 5～6
（2）根据养殖规模计算沼气池容积：对于中小型养殖场和较大规模的庭院养殖户，沼气池容积应根据发酵原料的数量、一定温度下发酵原料在池内停留的时间和投料浓度计算，其计算公式如下：
V＝（G•Ts•HRT）/（r•m）
式中：G—每天可供发酵的原料湿重（千克）；
Ts—原料中干物质含量的百分比（%）；
HRT—原料在池中的滞留天数（水力滞留期）；
r—发酵原料浓度换算成的容重（千克/立方米），r＝原料浓度×发酵液容重，发酵液容重一般取水的容重，即1000千克/立方米；
m—池内装料有效容积（%）。
例题：一养猪场，养猪250头，每天可产鲜猪粪1000千克，其干物质含量为20%，发酵原料容重为6%×1000千克/立方米，在35℃条件下发酵滞留期为15天，要求池内只装料85%，求需建多大的沼气池？
解：V＝（G•Ts•HRT）/（r•m）
＝（1000×0.2×15）/（60×0.85）
＝58.82 （立方米）
经过计算，修建60方米的沼气池，即可满足要求。
（3）根据生产用能计算沼气池：如果规划利用沼气池所产生的沼气，开动发动机可利用下列公式计算池容：
V＝（t•u•Ne）/（a•V o）
式中：V—沼气池净空容积（立方米）；
t—加工机器工作时间（小时）；
u—发动机耗气量（立方米/千瓦•时）；
Ne—发动机功率（千瓦）
a—沼气池池容产气率，［立方米/（立方米•天）］
V o—装料容积（%）。