各种沼气池建设.docx

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各种沼气池建设

沼气池建造技术

一、沼气的基本知识

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、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28%～44%、硫化氢平均含量为0.034%。

 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。

 二、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。

 1、固定拱盖水压式沼气池

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气的池型，就称之为水压式沼气池。

图2.18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4～16千帕（即40～160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、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2.5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。

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

 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

（1）进料口与进料管进料口与进料管分别设在猪舍地面和地下。

厕所、猪舍及收集的人畜粪便，由进料口通过进料管注入沼气池发酵间。

（2）出料口与水压间出料口与水压间设在与池体相连的日光温室内。

其目的是便于蔬菜生产施用沼气肥，同时出料口随时放出二氧化碳进入日光温室内促进蔬菜生长。

水压间的下端通过出料通道与发酵间相通。

出料口要设置盖板，以防人、畜误入池内。

（3）池底池底呈锅底形状，在池底中心至水压间底部之间，建一U型槽，下返坡度5%，便于底层出料。

（4）工作原理①未产气时，进料管、发酵间、水压间的料液在同一水平面上。

②产气时，经微生物发酵分解而产生的沼气上升到贮气间，由于贮气间密封不漏气，沼气不断积聚，便产生压力。

当沼气压力超过大气压力时，便把沼气池内的料液压出，进料管和水压间内水位上升，发酵间水压下降，产生了水位差，由于水压气而使贮气间内的沼气保持一定的压力。

③用气时，沼气从导气管输出，水压间的水流回发酵间，即水压间水位下降，发酵间水位上升。

依靠水压间水位的自动升降，使贮气间的沼气压力能自动调节，保持燃烧设备火力的稳定。

④产气太少时，如果发酵间产生的沼气跟不上用气需要，则发酵间水位将逐渐与水压间水位相平，最后压差消失，沼气停止输出。

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：

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