我国北方沼气资源的开发Word格式文档下载.docx

我国北方沼气资源的开发Word格式文档下载.docx

《我国北方沼气资源的开发Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《我国北方沼气资源的开发Word格式文档下载.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

2.7.3忌表土撒施————————————————19

2.7.4忌过量施用施———————————————20

2.7.5忌与草木灰、石灰等碱性肥料————————20

2.8农村沼气池建设中的几个常识———————————20

2.8.1应当修建多大的沼气池———————————20

2.8.2“三结合”的沼气池有哪些好处 

———————20

2.8.3进料管与出料间为什么不要合在一起——————21

2.8.4怎样检查沼气池是否合格———————————21

2.8.5怎样判断沼气池漏水和漏气——————————22

2.8.6如何查找沼气池出毛病的部位—————————22

2.8.7怎样修补沼气池——————————————22

2.8.8怎样管理好沼气池—————————————23

2.8.9使用沼气灯、灶具时应注意什么———————24

2.8.10使用不慎发生火灾，应该怎么办———————24

2.8.11试压和进、出料时应该注意哪些问题—————26

2.8.12在什么情况下会发生爆炸？

怎样防止—————26

2.8.13火苗不旺有哪些原因————————————25

2.8.14怎样选适用的沼气灶————————————25

2.8.15如何调整沼气池中的酸碱度—————————25

3.农村发展沼气池经济性分析 

——————————————26

3.1农村沼气池经济性评价——————————————26

3.2沼肥效益评价——————————————————27

3.3劳动力效益评价—————————————————28

3.4环境效益评价——————————————————28

序：

从18世纪初的第一次产业革命开始，人类已经大规模的使用各种“矿物质能源”，目前“矿物质能源”已经成为现代社会的支柱。

但是由于“矿物质能源”储量日渐匮乏和减少，将会出现能源供应的紧张局面。

由于“矿物能源”的使用带来的“环境污染”问题越来越显现出来，国家不得不将大部分的财力及物力投入到后续的环境治理上。

本世纪是一个依靠“矿物质能源”为支点的畸形发展的现代社会模式，而且其依赖程度会越来越难以摆脱“矿物质能源”日渐枯竭的窘境。

在中国由于“自然资源”的森林也日渐匮乏，“农作物秸秆”的不合理使用，使百姓的日常的“取暖”、生活用的“柴薪”已经不能满足人口增长的需求。

目前，在广大农村利用“矿物质资源”来满足“取暖”、“柴薪”的需要已经成为不可回避的事实。

面对“新农村建设”的“三农”课题，广大农村将如何面对目前的“矿物质能源”的开源、节流呢？

现在紧迫的任务主要有以下几个方面：

一是生物质能直接转化为能源物质；

二是将废弃物直接转化为再生能源；

三是充分挖掘已废弃的矿井中的能源物质；

四是寻找新一代能源替代原料。

其实，“矿物质能源”也是地球吸收太阳能，经过漫长的转化过程而储存下来的太阳能资源。

目前地球上的绿色植被是地球储藏太阳能资源的仓库。

但随着人口数量的增长，绿色植被的面积在逐渐减少，仓库的储量在下降，由于地球表面的绿色植被覆盖面积的减少，致使地表温度升高，自然界中的生态平衡遭到破坏，使现有的可耕土地也开始沙化。

因此，我们人类应该保护好地球表面的绿色植被。

在中国的农村如何解决现有的“取暖”、“柴薪”和后现代社会发展的问题呢？

如何加快现代化农村建设的步伐缓解目前的“三农”问题呢？

一项看似简单的解决广大农村的“取暖”和“柴薪”问题，但是它关系到一个国家的经济可持续发展以及未来社会循环经济发展模式的建立。

而地球家园的“能源”和“人类生存环境”是后现代人类社会发展的首要问题。

目前，在我国广大农村“秸秆气化”、“太阳能技术”和“沼气技术”三者可相互补充协调发展。

我们知道生产沼气的原料是人类的有机废弃物、垃圾、农作物秸秆、粪便等。

但现在仍然有些地区将这些废弃物倾倒到江河及城市周边地区，这些废弃物不但污染了江河和城市的周边地区的环境，造成水源污染和空气污染，到处是堆满的垃圾和腐烂变臭的有机物，使得我国的可再生资源造成极大的浪费。

而在我国城镇和农村居民目前还没有自觉将垃圾进行分选和归类的习惯，如废旧朔料、废纸、碎布头、残土、树木及蔬菜的残枝碎叶等。

目前垃圾的处理方法有以下几种方法：

a、是垃圾填埋法，其缺点是占地面积大，会造成二次污染；

b、是垃圾焚烧法，将有机物垃圾筛选后加入焚烧炉，可产生蒸汽驱动汽轮机发电和城市居民供暖，条件是垃圾必须集中和分选，且目前的处理技术投资规模较大，这仅对于大中型城市是适用；

c、是垃圾气化法，垃圾气化是近代开发的一种垃圾处理的新技术，条件也是将垃圾必须集中和分选，投资规模较大，经高温产生的可燃气体可作为工业合成气原料和民用；

d、是沼气池处理法，它适用于广大农村地区和中小城市的近郊区及乡镇，特别是饲养鸡、鸭、鹅、猪、及牛羊的养殖户及广大的农户，该技术其投资规模小，目前如果加大科研力度，充分综合利用“太阳能”及“秸秆气化技术”，尽早开发出高效产“沼气”的新工艺技术，那将是一项利国、利民、造福子孙、改善生态环境、保持农村经济可持续发展的，以及未来农业循环经济发展模式的创世纪工程。

目前农村土地承包，农民自己经营土地，每年都有大量废弃的秸秆、秧藤、碎叶、粪便等，倾倒和填埋处理这些东西不但造成环境恶化、疾病蔓延、污染江河水系等一系列问题的出现，同时也使大量的有机肥流失和有机物可再生资源的浪费。

我国人居人口最多的是农民，其居住地分散，最基本的保障条件是吃饭用的烧柴和越冬取暖用的烧柴问题，在过去几十年里，我国广大地区的绿色植被，逐年减少的原因和百姓吃饭用的烧柴和越冬取暖用的烧柴有着密切的关系。

前些年广大农民为烧柴而发愁也是不可否认的事实。

一棵树木生长几十年，可在一天时间里就会化为乌有。

现在的广大农村，部分农户已经开始使用矿物质资源替代烧柴和越冬取暖用的烧柴。

然而，随着人口的增长这些问题越来越使我们现在的地球不堪重负。

我个人认为有计划的适当种植一些高光效的植物，为今后的农村解决“取暖”和“薪柴”面临的困境，这将为发展广大农村发展养殖业奠定坚实的坚实基础。

在中国的广大农村解决每一件事情都是利国利民、功在千秋、利在当代的紧迫任务。

现代社会随着科技进步，农村使用“薪柴”不能再走几千年来的老路，老的方法不但使燃烧效率低下，而且会使资源造成大量的损失和浪费。

在农村的一些基础产业投资方向和政府扶持的项目，仅是道路、村屯建设、养殖业、农作物种植产业。

而做饭用的烧柴和越冬取暖用的烧柴问题还没有和绿化、农作物种植、养殖业发展、防止环境污染等问题纳入系统工程，因此应加大对广大农村进行合理规划、设计和对这一领域的投资。

在我国北方推广“沼气”，其意义不仅仅是单纯的使用“沼气”，它是以使用“生物质能源”为纽带，把“高光效植物”种植，畜牧养殖业，减轻和降低对“矿物资源”的依赖，改善环境污染和水资源污染，土地使用有机肥等诸多项目联系到一起的可持续循环发展的跨世纪工程。

1.我国“沼气技术”开发与应用

太阳能沼气技术是太阳能热水器与现代沼气技术完美结合的产物。

因此，他的技术开发首先要对两项技术进行深入了解和掌握，使其能在未来的农业产业结构中充分发挥这一产业优势。

将来的产业结构链条如何设计和规划，主要依据当地的资源条件和产业规模的大小及类型来确定。

而不是盲目地照搬和套用现有的产业模式，因地制宜科学的规划是目前最主要的工作任务。

1.1沼气在我国广大农村开发的深远意义

沼气属于生物质能利用的一种方式。

在中国生物质能资源非常丰富，据不完全统计年产量约为50亿吨干物质，其中农业生产7亿多吨，而且，随着我国广大农村养殖业的兴起有逐年递增的趋势。

它相当于目前全国年总消耗量得5倍。

这些物质通过沼气发酵的形式转换成能量是最合理的。

对于广大农村来说，通过沼气发酵不但能获得廉价的燃料，而且还能增加速效肥料，这对加快发展农业生产实现农业的现代化、建设社会主义新农村、降低农业生产成本、保护生态环境、开辟可再生能源的领域，都有着极其重要的意义。

此外，利用这一技术处理城市有机废物也是有着广泛前景。

据估计，适用厌氧发酵法处理城市有机废物所需电力，的十分之一。

因此，城市有机废物的处理工程和活性污泥法与厌氧发酵法相结合的问题，是一项最具潜力的技术之一。

1.2沼气发酵原理 

早在1979年Bryant提出甲烷发酵三阶段学说。

第一阶段为发酵阶段，复杂的有机物经发酵性细菌群的水解和发酵作用分解产生糖和有机酸，有机酸进一步降解形成各种低级的有机酸，如丙酸、乙酸和乙醇等，同时也产生氢气和CO2。

第二阶段为产氢和产乙酸阶段。

近年来发现一类产氢产乙酸细菌群，利用第一阶段产生的各种有机酸分解成乙酸和氢气。

还有一类同型产乙酸均能直接酵解糖生成乙酸。

第三阶段为产甲烷阶段，参与这阶段的细菌为产甲烷菌，是一类专性厌氧菌。

它们利用CO2和H2及一碳化合物（如一氧化碳、甲醇、甲酸、甲基胺等）及乙酸等个别的二氧化碳化合物形成甲烷。

形成的甲烷中约30%的甲烷来自氢的氧化和二氧化碳的还原作用。

70%的甲烷来自乙酸的降解。

工业沼气发酵装置示意图

污泥处理流程如下：

先将污水导入水池。

沉淀大量的悬浮物，为使整个处理过程均衡稳定，必须先调解水质（如有毒物浓度、营养、PH值等），然后将物料加入连续发酵池中。

发酵池式密闭的结构，物料进入发酵池是依靠污泥泵输送，这类装置适用于处理污泥物料。

甲烷发酵适用于BOD为5000—10000的高浓度污水处理，去除污水率为80%—90%，回收甲烷量为400—700L/kg有机物。

沼气发酵处理的调节与控制：

先要进行种子培养，污水处理前首先必须培养菌种，在有甲烷发酵池前提下可以用发酵液为种液使用，未经甲烷发酵的新沼气池可将自然界中进行甲烷发酵的河底污泥作为种子液体加入发酵池中。

加热保温，把污泥和有机物加入甲烷发酵池中，一般碳氮比为1：

10—20，但氨态氮超过8000ppm对发酵有碍。

逐渐使甲烷菌得到增殖。

这样做可大大加快发酵时间。

对于温度的控制，是要根据甲烷菌对温度的适用性不同可分为高温型和中温型。

高温型甲烷菌最适宜温度为50—60℃。

中温型颤甲烷菌最适于温度为30—40℃。

沼气池的压力要维持到60cmH2O水柱高度，压力太高也会影响产气量。

pH值控制，产甲烷菌最适于pH值为6.8—7.2中性。

由于发酵初期产生大量的有机酸使pH值下降7以下，因此污水在进入发酵池时一定要将发酵液调到pH7以上。

正常的甲烷发酵，其发酵液中挥发酸的浓度通常为2000ppm以下，如果挥发酸浓度积蓄到3000—4000ppm时，甲烷发酵就被抑制。

甲烷发酵过程中对池中物料搅拌，对池中物料的搅拌可以消除页面泡沫还可使发酵槽内温度均匀，防止物料沉降和结盖，使物料与菌体充分接触，以提高产期效率。

搅拌沼气产量比不搅拌产气多35%，但在发酵初期由于甲烷气体生成少，发酵槽上部空间部分充满空气，此时不宜搅拌，否则会增加液体中的溶解氧而抑制甲烷发酵过程。

甲烷发酵过程中的有毒物质的控制，甲烷发酵过程中的有毒物质有氰化物、硫化物、氯离子、及各种重金属离子等，有毒物质Cu铜离子含量为200-400ppm，Cr离子含量为100-500ppm，Ni离子含量为40-120ppm，NaCl离子为30000ppm，NH4Cl为10000ppm。

由于它的存在是甲烷菌发酵受到抑制，对这些有毒物质甲烷菌比其他发酵菌更为敏感。

污水含有SO42-为5000ppm以上时甲烷发酵就会被抑制，这是因为硫酸还原菌将SO42- 

硫酸根中的硫还原成硫化物。

当硫化物为100ppm以上时甲烷发酵过程就不能进行，处理的方法是通过搅拌使气体和硫化物移除液面扩散到空间。

从而使甲烷发酵顺利进行。

在自然界中广泛存在着甲烷产生菌，因此也很难获得纯粹的菌种。

甲烷产生菌不生袍子，专性厌氧，可分为杆菌属Methanobacterium,甲烷八叠球菌属Methanosarcina及甲烷球菌属Methanococus。

沼气发酵使厌氧微生物菌类在厌氧条件下，分解转化有机物最终生成可燃气体——沼气的过程。

不管是作物秸秆、树木莖叶、人畜粪便、有机污泥，还是工农业生产中的有机废物，都是沼气发酵的原料。

因此它具有预料来源的广泛性适用性。

不但能获得廉价的燃气原料用于工业和农业，还能使废物得到处理，使环境更加清洁。

使水源可以变清洁、绿色植被得以保护和高效利用、空污染得到抑制、能源危机得以缓解。

2.适用于我国北方地区的几种沼气池方案设计

按照沼气发酵工艺要求，在我国北方冬季的沼气池的适用条件，必须建立一套加热装置确保生产甲烷菌种群在30—40℃温度范围下工作，如有条件提高发酵温度在50—60℃条件下工作最好。

我国北方在寒冷的冬季其平均气温低于零下-5℃，使沼气池在北方使用受到一定的限制，因此不能在北方广大农村进行推广和使用，由于目前我国北方地区农民居住地比较分散，要想在村屯建设沼气池必须采用集体合作方式进行，目前根据农村的现有条件和当代科技发展水平，构思和设计了几种开发北方农村沼气资源的可行方案：

其一利用现有的蔬菜塑料大棚的成熟技术，将地下沼气池设在蔬菜大棚内，利用棚内的温度来保持沼气池内的温度，或将牲畜养殖区设在保温大棚内，在棚内一侧设地下沼气池，通过以上方式为甲烷菌发酵提供适宜条件。

其二利用采取保温和防冻措施的太阳能热水器，采用防冻液体为载热导体，对沼气池加温处理，北方冬季时让沼气池在白天工作产生沼气。

其三在农村乡镇集中供热区，利用锅炉余热给沼气池升温，利用集中的秸秆气化气站的秸秆气化的余热，给沼气池加热，对农村单独居住的农民和乡镇居民，可以利用居家炉膛的余热加热沼气池。

2.1太阳能热水器自然循环加温法沼气发酵池

如利用太阳能热水器加热沼气发酵池，必须提供以下几个条件；

其一太阳能热水器要有保温绝热层。

其二太阳能热水器内的热载体要换成防冻液体。

其三沼气发酵池内要设加热排管并与热水器构成一套自然循环加热体系，其四沼气池的结构要半地下结构，地上部分要设保温绝热层。

其五在太阳能热水器内加热超导介质为传热载体，为发酵沼液加热。

此种方法见沼气池结构设计方案如下：

图中的沼气池是一种半地下结构，太阳能集热器的布置方向为面朝南方向，集热器管道内循环的介质是无腐蚀性的防冻液体，所有外露的管道有保温层绝热，为了保温效果好外露的集热器可以加塑料棚保温或安装在保温玻璃罩内。

沼气发酵池的容积可依据用户采气量的需要，进行放大和缩小，物料的进口位置高，可根据需要设置螺旋输送器进料，出料渣时也是在进料口加泥浆泵取料。

需要对池内物料进行搅拌时，可将其泥浆泵出料管道植入另一进口处，进行深度搅拌和循环。

对甲烷出气口设两处，使用时将其并联，由于产气量大可在外部设储气罐，在储气罐的气体出口处，供用户端要设置阻火器隔离供气系统，有条件的单位其储气罐可设浮顶结构的气罐，必须加螺茨鼓风机增压系统，沼气池发酵时的压力通过介绍已经了解，其池内发酵压力不能超过60cmH2O水柱高度，压力太高也会影响产气量。

沼气池的上盖为拼组结构，密封材料是马蹄脂胶，这种胶料在低温条件下具有可塑性，在北方适用。

沼气池是砼结构材料加钢筋骨，其结构厚度不能低于150mm。

太阳能集热器可依据沼气池的长度设几排加热器，但必须要保持液面高度，使系统形成自然循环通道。

2.2其他方式的加热沼气池结构设计方案

牲畜养殖区的沼气池可设在保温蔬菜大棚内，在棚内一侧设地下沼气池。

一侧是养殖区，另一侧是保温蔬菜大棚。

蔬菜大棚在朝阳面，沼气池设在底部。

上边可种植蔬菜，沼液和有机肥可以就地取材，外部可设置大型储气罐，沼气池保温效果好，利于沼气发酵。

见外加热沼液装置结构设计图示，我们还可以设秸秆气化炉与沼气池联合使用，或利用沼气发电装置的尾气加热沼液。

如果有采暖锅炉可利用暖气热水加热沼气池。

总之，外部加热系统可以依据现有条件进行设置。

在沼气池中，一公斤秸秆厌氧发酵可产沼气0.46M3，每立方米沼气发热量为20~29MJ，秸秆直接燃烧的热能利用率仅为10%，转化为沼气等热能利用率可达60%。

甲烷热值高，利用效率高，每立方沼气实际使用热值相当于3.3kg的5500千卡原煤。

在我国北方农村养殖区，畜禽养殖排泄物治理任务十分繁重，也因此使沼气工程建设任务艰巨。

有关资料表明：

在正常情况下一个百头牛场年排粪尿量达1100吨。

一个千头猪场年排粪尿量达2000余吨，一个万只鸡场年排粪便达360吨，可以说一只畜禽就是一个污染源，一个规模养殖场就是一个大的污染场。

蒙牛现代牧场拥有8000头奶牛，每天排放牛粪达500立方米，这么多牛粪该如何处理利用？

然而，该牧场却面对这一难题打造出‘畜-沼-电-菜’产业链，投资7500万元，建设了两台装机容量3200千瓦的蒙牛沼气发电厂，牛粪直接用水冲入沼气池，产生的沼气用来发电，一年可发电8000万度。

现在不仅能满足牧场照明、办公和生产，还能外送电能。

围绕电厂沼渣、沼液的利用，现在该牧场正着手建设年产50万吨的有机肥料厂。

面对被废弃的生物质资源后现代社会人们将怎样认识它的潜在经济价值呢？

2.3沼气池的设计原理

　　建造标准模式的沼气池，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原则。

　 

2.3.1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。

2.3.2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，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。



　　2.3.3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。

　　2.4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，必须要充分考虑。

　2.4.1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，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，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要近，若池子离用户较远，不但管理不方便，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。

　

2.4.2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）为2.5T/M2左右，拱顶覆土2T/M2左右，池内发酵原料为1.2T/M3左右，沼气池产气后池内每平方米受压为1T/M2左右。

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8T/M2。

　　2.4.3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。

2.5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，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