小型戶用沼氣工程技術(shù)綜述

1、小型戶用沼氣工程技術(shù)綜述周衛(wèi)文摘要：沼氣是由有機(jī)物質(zhì)（糞便、雜草、作物、秸稈、污泥、廢水、垃圾等）在適宜的溫度、濕度、酸堿度和厭氧的情況下，經(jīng)過(guò)微生物發(fā)酵分解作用產(chǎn)生的一種可燃性氣體。主要成分是甲烷（CH4）約占總體積的50%70%；二氧化碳（CO2)，占總體積的25%45%。除此之外。還含有少量的氮（N2）、氫（H2）、氧（O2）、氨（NH3）、一氧化碳（CO）和硫化氫（H2S）等氣體。CH4、H2和CO都是可以燃燒的氣體，主要是利用這部分氣體的燃燒來(lái)獲得能量。本文講解了現(xiàn)階段我國(guó)農(nóng)村主要使用的沼氣池的類型，綜述了沼氣池的主要應(yīng)用概況，以及沼氣工程綜合利用的十大模式。關(guān)鍵詞：沼氣池；聚氯乙烯

2、塑料；生態(tài)農(nóng)業(yè)1引 言用馬糞發(fā)酵制取沼氣點(diǎn)燃街燈是人類首次開(kāi)發(fā)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)型生物能源。而我國(guó)早在幾千年前就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了沼氣的存在，并對(duì)其加以利用，但并不知道它的成分。我國(guó)從20世紀(jì)初研究推廣沼氣技術(shù)，經(jīng)歷了波浪式前進(jìn)的發(fā)展歷程，到1985年形成了標(biāo)準(zhǔn)沼氣池圖集和規(guī)范，到2004年，逐步走上穩(wěn)步發(fā)展的階段；我國(guó)大中型沼氣工程已增加到2000座，年處理工業(yè)有機(jī)廢水和畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)廢水21010m3的能力，截至2006年，全國(guó)農(nóng)村戶用沼氣池總量已超過(guò)2000萬(wàn)戶，我國(guó)沼氣工程的成套技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，可根據(jù)處理對(duì)象和處理后綜合利用特性差異進(jìn)行包括預(yù)處理、厭氧消化、沼配、制肥消化液后處理的全部設(shè)計(jì)。本文主要講述的

3、是小型戶用沼氣池中最為廣泛的三種沼氣池（包括水壓式沼氣池、浮罩式沼氣池、塑料沼氣池）的主要構(gòu)造以及主要產(chǎn)氣集氣原理。在我國(guó)農(nóng)村沼氣利用的主要模式（包括“四位一體”生態(tài)農(nóng)業(yè)模式、“豬-沼-果”模式）一些基本介紹、應(yīng)用舉例。2. 小型戶用沼氣工程技術(shù)我國(guó)農(nóng)村人口眾多，小型戶用沼氣池的發(fā)展對(duì)解決農(nóng)村能源、生態(tài)建設(shè)和改善農(nóng)民生活等方面發(fā)揮了巨大作用?，F(xiàn)在，我國(guó)小型戶用沼氣池的建設(shè)以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、在世界上處于第一位。戶用沼氣技術(shù)在我國(guó)經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，形成了各種各樣的沼氣池池型。其中最具代表性的典型池型有水壓式沼氣池、曲流布料式沼氣池、浮罩式沼氣池和強(qiáng)旋流液攪拌沼氣池等。2.1小型戶用沼氣池類型

4、 2.1.1水壓式沼氣池水壓式沼氣池的構(gòu)造水壓式沼氣的形式雖然很多，但一般主要由進(jìn)料管、發(fā)酵室、儲(chǔ)氣室3部分組成。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。 圖 11.進(jìn)料口 2.儲(chǔ)氣室 3.活動(dòng)蓋 4.沼氣 5.導(dǎo)氣管 6.出料口 7.水壓間 8.進(jìn)料管 9.發(fā)酵室 10.發(fā)酵液面進(jìn)料口及進(jìn)料管 進(jìn)料口由設(shè)在地下的進(jìn)料管與沼氣池相連通。進(jìn)料管是把廁所、畜禽舍所手機(jī)的人、畜禽糞便及沖洗污水通過(guò)進(jìn)料管注入沼氣池發(fā)酵室。進(jìn)料管一般采取直管斜插方式插入發(fā)酵室，以方便施工并保重進(jìn)料順暢、攪拌方便。其下端開(kāi)口位置的下沿在池底到池蓋的1/2處，太高，會(huì)減少發(fā)酵室上部?jī)?chǔ)氣的容積；太低，投入的沼氣發(fā)酵原料不易進(jìn)入發(fā)酵室的中心部位。進(jìn)

5、料口的大小，根據(jù)沼氣池的大小而定，不宜過(guò)大。發(fā)酵室 是沼氣池的主體，是儲(chǔ)存發(fā)酵料液的空間。按一定配料比的發(fā)酵原料對(duì)方在發(fā)酵室進(jìn)行發(fā)酵。發(fā)酵室的容積根據(jù)發(fā)酵原料情況及其產(chǎn)率和用戶需求而定。儲(chǔ)氣室 水壓式沼氣池的儲(chǔ)氣室與發(fā)酵室處于同一池體之中，發(fā)酵室內(nèi)發(fā)酵料液以上的空間就是儲(chǔ)氣室。由于儲(chǔ)氣室是剛性的，形狀大小不會(huì)改變。當(dāng)池內(nèi)產(chǎn)生的沼氣積集在儲(chǔ)氣室內(nèi)時(shí)，氣壓隨之升高。儲(chǔ)氣室內(nèi)產(chǎn)生的壓力會(huì)將發(fā)酵室內(nèi)的發(fā)酵液壓到出料間，用氣時(shí)儲(chǔ)氣室內(nèi)壓力下降。被壓到出料間的發(fā)酵液又回到發(fā)酵室。由此可見(jiàn)，用排水集氣原理儲(chǔ)存沼氣是水壓式沼氣池的特點(diǎn)。水壓間 也稱出料間，是根據(jù)儲(chǔ)存沼氣和維護(hù)沼氣氣壓和出料的需要而設(shè)置的，其大

6、小及高度由沼氣氣壓及儲(chǔ)氣量決定?；顒?dòng)蓋 設(shè)置在池蓋的頂部，呈瓶塞狀，上大下小?；顒?dòng)蓋的功能是：在進(jìn)行沼氣池維修和清除沉渣時(shí)，打開(kāi)活動(dòng)蓋排除池內(nèi)有害氣體，通風(fēng)、采光，以便操作安全。在沼氣池大換料時(shí)，活動(dòng)蓋可做吞吐作用。采用土模法施工時(shí)作為挖取芯土的出入口。導(dǎo)氣管堵塞、氣壓表失靈造成池內(nèi)氣體壓力過(guò)大時(shí)，活動(dòng)蓋被沖開(kāi)，降低池內(nèi)壓力，保護(hù)池體。池內(nèi)發(fā)酵液表面結(jié)殼較厚，影響產(chǎn)氣時(shí)，打開(kāi)活動(dòng)蓋破碎浮渣，攪動(dòng)料液。導(dǎo)氣管 是安裝在活動(dòng)蓋上的管件，用于連接輸氣管道輸出沼氣。（2） 水壓式沼氣池的工作原理 水壓式沼氣池產(chǎn)氣前，池內(nèi)液面與進(jìn)料間、水壓間液面齊平，沼氣池中的虛線表示下部固液混合料液的發(fā)酵室，液面以上

7、的空間為儲(chǔ)氣室。在沼氣池正常產(chǎn)氣與向外供氣過(guò)程中，這個(gè)液面的上下位置經(jīng)常是變動(dòng)的。即發(fā)酵室的容積與儲(chǔ)氣室的容積比是相對(duì)變化的，但兩者之和永遠(yuǎn)是沼氣池的容積。當(dāng)池內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生沼氣逐步增多時(shí)，儲(chǔ)氣室內(nèi)的壓力相應(yīng)增高，這個(gè)不斷增高的氣壓將發(fā)酵室內(nèi)的料液壓到水壓間，此時(shí)水壓間液面和池內(nèi)液面形成壓力差。當(dāng)用戶用氣時(shí)沼氣通過(guò)輸氣管輸出，由于池內(nèi)儲(chǔ)氣室沼氣壓力下降，水壓間內(nèi)的發(fā)酵料液便依靠重力的作用流回發(fā)酵室內(nèi)。沼氣的產(chǎn)生、儲(chǔ)存和使用就這樣周而復(fù)始地進(jìn)行。（3） 水壓式沼氣池的特點(diǎn)水壓式沼氣池一般采用混凝土建于地下，結(jié)構(gòu)合理，受力性能好，施工方便，省工省料，造價(jià)較低，比較適用于廣大農(nóng)村建造，同時(shí)，土壤對(duì)池體起

8、一定保溫作用，利于冬季保溫。但水壓式沼氣池氣壓不穩(wěn)定，對(duì)產(chǎn)氣不利，也給燃燒器的設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，對(duì)防滲漏的要求較高。2.1.2浮罩式沼氣池 浮罩式沼氣池是將發(fā)酵室產(chǎn)生的沼氣由沉浮式氣罩儲(chǔ)存起來(lái)，按其結(jié)構(gòu)，可分為直接儲(chǔ)氣浮罩式沼氣池和分離儲(chǔ)氣浮罩式沼氣池。浮罩式沼氣池的發(fā)酵池和水壓式沼氣池基本相同，不同點(diǎn)是水壓池的儲(chǔ)氣室由浮罩代替。 這種沼氣池可以一次性投料，也可連續(xù)投料。優(yōu)點(diǎn)是：能充分利用發(fā)酵池容積，罩內(nèi)沼氣壓力基本穩(wěn)定，壓力大小取決于內(nèi)筒橫截面積與浮罩的自重與配重。易符合沼氣發(fā)酵工藝要求和燃燒器的性能；建池和出渣容易。主要缺點(diǎn)是：建造浮動(dòng)氣罩的材料不易解決，至今還未找到既便宜又堅(jiān)固，能在農(nóng)村普遍

9、使用的負(fù)的浮動(dòng)氣罩的建造材料。圖 22.1.3塑料沼氣池 塑料沼氣池的發(fā)酵室沒(méi)有儲(chǔ)氣部分，發(fā)酵室所產(chǎn)生的沼氣直接輸入塑料袋（用聚氯乙烯薄蠟和橡膠加工）儲(chǔ)存起來(lái)。自從20世紀(jì)70年代，我國(guó)臺(tái)灣省研制了一種紅泥塑料，這種紅泥塑料膜能做成儲(chǔ)氣袋，使這種沼氣池發(fā)展起來(lái)。這種紅泥塑料，實(shí)際上是一種改性聚氯乙烯塑料。在煉制過(guò)程中添加了鋁廠廢渣-紅泥和適量的抗老化粉等，是塑料的強(qiáng)度和壽命大大增加，而且成本比較低廉。 塑料沼氣池的主要特點(diǎn)是：池內(nèi)沼氣壓力較低，有利于發(fā)酵和產(chǎn)氣，對(duì)沼氣池防滲漏要求不高；沼氣池料液容積基本上不隨沼氣的多少而變化；將沼氣儲(chǔ)存起來(lái)使用。2.2小型戶用沼氣工程在農(nóng)訓(xùn)的應(yīng)用 小型戶用沼氣

10、工程在我國(guó)農(nóng)村得到廣泛應(yīng)用，由于沼氣集經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)效益于一體，深受廣大農(nóng)民的歡迎。沼氣的科學(xué)技術(shù)和綜合利用模式，實(shí)現(xiàn)了家居溫暖清潔化、庭院經(jīng)濟(jì)高效化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)無(wú)害化的目標(biāo)。2.2.1“四位一體”生態(tài)農(nóng)業(yè)模式 “四位一體”生態(tài)模式是近年在我國(guó)北方發(fā)展較快、推廣面積較大的一種生態(tài)農(nóng)業(yè)類型，因此又被稱為北方農(nóng)村能源生態(tài)模式。 在庭院或空地上建一個(gè)810m3的地下水壓式沼氣池，池頂坐落1520m2的豬舍，可養(yǎng)豬1520頭，側(cè)面配建一個(gè)廁所，全部設(shè)施建在塑料大棚內(nèi)，豬舍的另一側(cè)建80600m2面積不等的日光溫室。 將畜禽圈舍、廁所、沼氣池全部建在日光溫室被而融為一體，使保護(hù)地栽培技術(shù)、高效飼養(yǎng)技術(shù)，

11、厭氧發(fā)酵技術(shù)、太陽(yáng)能高效利用技術(shù)在塑料大棚內(nèi)有機(jī)結(jié)合，在一塊地上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)氣積肥同步，種植養(yǎng)殖病句的周年環(huán)保型生態(tài)生產(chǎn)機(jī)制?！八奈灰惑w”生態(tài)模式結(jié)構(gòu)圖 1.廁所 2.進(jìn)料口 3.畜禽圈舍 4.沼氣池 5.出料口 6.日光溫室 7.走廊 8.蓄水池 2.2.2“豬-沼-果”模式 “豬-沼-果”模式是我國(guó)南方的一種普遍生態(tài)模式。它以農(nóng)戶為基本單元，利用房前屋后的山地、水面、庭院等場(chǎng)地，主要建設(shè)畜禽舍、沼氣池和果園等及部分，同時(shí)使沼氣池的建設(shè)與畜禽舍和廁所相結(jié)合，構(gòu)成“養(yǎng)殖-沼氣-種植”三位一體庭院經(jīng)濟(jì)格局。基本要素：戶建一口池，人均年出欄兩頭豬，人均種 好一畝果?；具\(yùn)作方式：沼氣用于農(nóng)戶口日常做飯

12、、用電，沼肥用于果樹(shù)或其他農(nóng)作物生長(zhǎng)，沼液用于魚塘和飼料添加喂養(yǎng)生豬，以及果園討賬蔬菜和飼料作物，滿足庭院畜禽養(yǎng)殖飼料的需要。3 結(jié) 語(yǔ) 我國(guó)沼氣工程的成套技術(shù)已日趨成熟，可根據(jù)處理對(duì)象和處理后綜合利用特性差異進(jìn)行包括預(yù)處理、厭氧消化、沼配、制肥、消化液后處理的全部設(shè)計(jì)。某些單項(xiàng)技術(shù)和指標(biāo)如生物質(zhì)發(fā)酵機(jī)理，發(fā)酵工藝，產(chǎn)氣率等已接近國(guó)際先進(jìn)水平，產(chǎn)業(yè)化有了很大發(fā)展，但總體水平與國(guó)外相比還有較大差距。 目前，世界經(jīng)濟(jì)正朝著可持續(xù)發(fā)展、循環(huán)型經(jīng)濟(jì)和可再生能源的方向發(fā)展。沼氣技術(shù)在實(shí)現(xiàn)廢棄物資源循環(huán)利用，改善農(nóng)村能源、環(huán)境、衛(wèi)生條件和有利于溫室氣體減排方面的作用日益受到世界各國(guó)政府的重視，而沼氣發(fā)酵處理畜禽糞污的衛(wèi)生效果和緩解能源危機(jī)的潛力，成為許多國(guó)家應(yīng)用和推廣沼氣技術(shù)的重要?jiǎng)右?。參考文獻(xiàn)：黃為一.2010.可再生能源的開(kāi)發(fā)利用及投融資M.北京：化學(xué)工業(yè)出版社.