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1、2 沼气池的建造技术 2.1 沼气的基本知识 2.1.1 沼气及其产生过程 沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发 酵作用，产生的一种可燃气体。由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以 人们叫它沼气。沼气含有多种气体，主要成分是甲烷(CH4)。沼气细菌分解有机物，产生沼 气的过程， 叫沼气发酵。 根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。 第一类细菌叫做分解菌，它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳(CO2) 等 。它们当中有专门分解纤维素的，叫纤维分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌； 有 专门分解脂肪的，叫脂
2、肪分解菌；第二类细菌叫含甲烷细菌，通常叫甲烷菌，它的作用 是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。因此，有机物变成沼气的过程，就好比 工厂里生产一种产品的两道工序：首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加 工成半成品 结构简单的化合物；再就是在甲烷细菌的作用下，将简单的化合物加工成 产品 即生成甲烷。 2.1.2 沼气的成分 沼气是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氢(H2S)、氮 及其 他 一些成分。沼气的组成中，可燃成分包括甲烷、硫化氢、一氧化碳和重烃等气体；不可 燃成分 包括二氧化碳、 氮和氨等气体。 在沼气成分中甲烷含量为55%70%、二氧化碳含 量为
3、28%44%、硫化氢平均含量为0.034%。 2.1.3 沼气的理化性质 沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，它的主要成分甲烷在常温下是一种无色、 无味、无臭、无毒的气体。甲烷分子式是CH4，是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单 碳氢化合物。甲烷对空气的重量比是0.54，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在20、 0.1 千帕时， 100 单位体积的水，只能溶解3 个单位体积的甲烷。 甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达 1?400? 左右。纯甲烷每立方米发热量为36.8 千焦。沼气每立方米的发热量约23.4 千焦， 相当于0.55 千克柴油或0.8 千克
4、煤炭充分燃烧后放出的热量。从热效率分析，每立方米沼 气所能利用的热量，相当于燃烧3.03 千克煤所能利用的热量。 2.2 家用沼气池的类型 随着我国沼气科学技术的发展和农村家用沼气的推广，根据当地使用要求和气温、地质 等 条件，家用沼气池有固定拱盖的水压式池、大揭盖水压式池、吊管式水压式池、曲流布 料水压式池、顶返水水压式池、分离浮罩式池、半塑式池、全塑式池和罐式池。形式虽然 多种多样，但是归总起来大体由水压式沼气池、浮罩式沼气池、半塑式沼气池和罐式沼气 池四种基本类型变化形成的。与四位一体生态型大棚模式配套的沼气池一般为水压式沼气 池，它又有几种不同形式。 2.2.1 固定拱盖水压式沼气池
5、固定拱盖水压式沼气池有圆筒形(见图 2.1)、球形 (见图 2.2)和椭球形 (见图 2.3) 三种池 型。这种池型的池体上部气室完全封闭，随着沼气的不断产生，沼气压力相应提高。这个 不断增高的气压，迫使沼气池内的一部分料液进到与池体相通的水压间内，使得水压间内 的液面升高。这样一来，水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差，这个水 位差就叫做 “ 水 压”(也就是 U 形管沼气压力表显示的数值)。用气时，沼气开关打开，沼气 在水压下排出；当沼气减少时，水压间的料液又返回池体内，使得水位差不断下降，导致 沼气压力也随之相应降低。这种利用部分料液来回串动，引起水压反复变化来贮存和排放 沼
6、气的池型，就称之为水压式沼气池。 图 2.1 8米 3 圆筒形水压式沼气池型( 单位：毫米 ) 图 2.2 球形水压式沼气池构造简图 图 2.3 椭球形水压式沼气构造简图( 单位：毫米 ) 水压式沼气池， 是我国推广最早、数量最多的池型，是在总结 “ 三结合 ” 、“ 圆、小、 浅 ” 、 “ 活动盖 ” 、“ 直管进料 ” 、“ 中层出料 ” 等群众建池的基础上，加以综合提高而形成的。“ 三 结合 ” 就是厕所、 猪圈和沼气池连成一体，人畜粪便可以直接打扫到沼气池里进行发酵。“ 圆、 小、浅 ” 就是池体圆、体积小、埋深浅。“ 活动盖 ” 就是沼气池顶加活动盖板。 水压式沼气池型有以下几个优
7、点： (1)池体结构受力性能良好，而且充分利用土壤的承载能力，所以省工省料，成本比较 低。 (2)适于装填多种发酵原料，特别是大量的作物秸秆，对农村积肥十分有利。 (3)为便于经常进料，厕所、猪圈可以建在沼气池上面，粪便随时都能打扫进池。 (4)沼气池周围都与土壤接触，对池体保温有一定的作用。 水压式沼气池型也存在一些缺点，主要是： (1)由于气压反复变化，而且一般在416 千帕 (即 40160 厘米水柱 )压力之间变化。 这 对池体强度和灯具、灶具燃烧效率的稳定与提高都有不利的影响。 (2)由于没有搅拌装置，池内浮渣容易结壳，又难于破碎， 所以发酵原料的利用率不高， 池 容产气率 (即每立
8、方米池容积一昼夜的产气量)偏低， 一般产气率每天仅为0.15米 3/米3 左 右。 (3)由于活动盖直径不能加大，对发酵原料以秸秆为主的沼气池来说，大出料工作比较 困难。因此，出料的时候最好采用出料机械。 2.2.2 变型的水压式沼气池 图 2.4 中心吊管式沼气池 (1)中心吊管式沼气池(见图 2.4) 将活动盖改为钢丝网水泥进、出料吊管，使其有一管 三 用的功能 (代替进料管、出料管和活动盖)，简化了结构，降低了建池成本，又因料液使 沼气池拱盖经常处于潮湿状态，有利于其气密性能的提高。而且，出料方便，便于人工 搅拌。但是，新鲜的原料常和发酵后的旧料液混在一起，原料的利用率有所下降。 图 2
9、.5 曲流布料水压式沼气池剖面图( 单位：毫米 ) (2)曲流布料水压式沼气池(见图 2.5) 该池型是由昆明市农村能源环保办公室于1984 年设计成功的一种新池型。它的发酵原料不用秸秆，全部采用人、畜、禽粪便。原料的含水 量 在 95%左右 (不能过高 )。该池型有如下特点： (1)在进料口咽喉部位设滤料盘。 (2)原料进入池内由布料器进行半控或全控式布料，形成多路曲流，增加新料扩散面， 充分发挥池容负载能力，提高了池容产气率。 (3)池底由进料口向出料口倾斜。 (4)扩大池墙出口，并在内部设隔板，塞流固菌。 (5)池拱中央、天窗盖下部吊笼，输送沼气入气箱。同时，利用内部气压、气流产生搅 拌
10、作用，缓解上部料液结壳。 (6)把池底最低点放在水压间底部。在倾斜池底作用下，发酵液可形成一定的流动推力， 实 现进出料自流，可以不打开天窗盖把全部料液由水压间取出。 2.2.3 其他各种变型的水压式沼气池 除了上述两种变型的水压式沼气池外，各地还根据各自的具体使用情况，设计了多种其 他变型的水压式沼气池型。如：为了减少占地面积、节省建池造价、 防止进出料液相混合、 增加池拱顶气密封性能的双管顶返水水压式沼气池(见图 2.6)；为了便于出料的大揭盖水压 式沼气池 (见图 2.7)和便于底层出料的圆筒形水压式沼气池(见图 2.8)； 为了多利用秸草类发 酵 原料而采用的弧形隔板、干湿发酵水压式沼
11、气池(见图 2.9)。 图 2.6 双管顶返水水压式沼气池简图 1. 进料管 2.发酵池 3.出料联通管4. 活动盖 5.导气管 6.水压间 图 2.7 大揭盖水压式沼气池简图 1. 大直径活动盖 2.蓄水池盖板 3.导气管 图 2.8 圆筒形水压式沼气池简图( 单位：毫米 ) 图 2.9 干、湿发酵水压式沼气池简图 1. 湿发酵区 2.干发酵区 2.2.4 无活动盖底层出料水压式沼气池 无活动盖底层出料水压式沼气池是一种变型的水压式沼气池。该池型将水压式沼气池活 动盖取消，把沼气池拱盖封死，只留导气管，并且加大水压间容积，这样可避免因沼气池 活动盖密封不严带来的问题，在我国北方农村，与“ 模式 ” 配套新建的沼气池提倡采用这种 池型。 本书将介绍该种沼气池的建造技术。无活动盖底层出料水压式沼气池的构造如图2.10 所示。沼气池为圆柱形，斜坡池底。它由发酵间、贮气间、进料口、出料口、水压间、导 气管等组成。 图 2.10 底层出料水压式沼气池构造 1. 发酵间 2.贮气间 3.进料口4. 出料口、水压间 5.导气管 6 .出料口通道