小型户用沼气工程技术综述

1、小型户用沼气工程技术综述周卫文摘要：沼气是由有机物质（粪便、杂草、作物、秸秆、污泥、废水、垃圾等）在适宜的温度、湿度、酸碱度和厌氧的情况下，经过微生物发酵分解作用产生的一种可燃性气体。主要成分是甲烷（CH4）约占总体积的50%70%；二氧化碳（CO2)，占总体积的25%45%。除此之外。还含有少量的氮（N2）、氢（H2）、氧（O2）、氨（NH3）、一氧化碳（CO）和硫化氢（H2S）等气体。CH4、H2和CO都是可以燃烧的气体，主要是利用这部分气体的燃烧来获得能量。本文讲解了现阶段我国农村主要使用的沼气池的类型，综述了沼气池的主要应用概况，以及沼气工程综合利用的十大模式。关键词：沼气池；聚氯乙烯

2、塑料；生态农业1引 言用马粪发酵制取沼气点燃街灯是人类首次开发应用经济型生物能源。而我国早在几千年前就已经发现了沼气的存在，并对其加以利用，但并不知道它的成分。我国从20世纪初研究推广沼气技术，经历了波浪式前进的发展历程，到1985年形成了标准沼气池图集和规范，到2004年，逐步走上稳步发展的阶段；我国大中型沼气工程已增加到2000座，年处理工业有机废水和畜禽养殖场废水21010m3的能力，截至2006年，全国农村户用沼气池总量已超过2000万户，我国沼气工程的成套技术已经日趋成熟，可根据处理对象和处理后综合利用特性差异进行包括预处理、厌氧消化、沼配、制肥消化液后处理的全部设计。本文主要讲述的

3、是小型户用沼气池中最为广泛的三种沼气池（包括水压式沼气池、浮罩式沼气池、塑料沼气池）的主要构造以及主要产气集气原理。在我国农村沼气利用的主要模式（包括“四位一体”生态农业模式、“猪-沼-果”模式）一些基本介绍、应用举例。2. 小型户用沼气工程技术我国农村人口众多，小型户用沼气池的发展对解决农村能源、生态建设和改善农民生活等方面发挥了巨大作用。现在，我国小型户用沼气池的建设以结构简单、造价低廉、在世界上处于第一位。户用沼气技术在我国经过半个世纪的发展，形成了各种各样的沼气池池型。其中最具代表性的典型池型有水压式沼气池、曲流布料式沼气池、浮罩式沼气池和强旋流液搅拌沼气池等。2.1小型户用沼气池类型

4、 2.1.1水压式沼气池水压式沼气池的构造水压式沼气的形式虽然很多，但一般主要由进料管、发酵室、储气室3部分组成。其结构如图1所示。 图 11.进料口 2.储气室 3.活动盖 4.沼气 5.导气管 6.出料口 7.水压间 8.进料管 9.发酵室 10.发酵液面进料口及进料管 进料口由设在地下的进料管与沼气池相连通。进料管是把厕所、畜禽舍所手机的人、畜禽粪便及冲洗污水通过进料管注入沼气池发酵室。进料管一般采取直管斜插方式插入发酵室，以方便施工并保重进料顺畅、搅拌方便。其下端开口位置的下沿在池底到池盖的1/2处，太高，会减少发酵室上部储气的容积；太低，投入的沼气发酵原料不易进入发酵室的中心部位。进

5、料口的大小，根据沼气池的大小而定，不宜过大。发酵室 是沼气池的主体，是储存发酵料液的空间。按一定配料比的发酵原料对方在发酵室进行发酵。发酵室的容积根据发酵原料情况及其产率和用户需求而定。储气室 水压式沼气池的储气室与发酵室处于同一池体之中，发酵室内发酵料液以上的空间就是储气室。由于储气室是刚性的，形状大小不会改变。当池内产生的沼气积集在储气室内时，气压随之升高。储气室内产生的压力会将发酵室内的发酵液压到出料间，用气时储气室内压力下降。被压到出料间的发酵液又回到发酵室。由此可见，用排水集气原理储存沼气是水压式沼气池的特点。水压间 也称出料间，是根据储存沼气和维护沼气气压和出料的需要而设置的，其大

6、小及高度由沼气气压及储气量决定。活动盖 设置在池盖的顶部，呈瓶塞状，上大下小。活动盖的功能是：在进行沼气池维修和清除沉渣时，打开活动盖排除池内有害气体，通风、采光，以便操作安全。在沼气池大换料时，活动盖可做吞吐作用。采用土模法施工时作为挖取芯土的出入口。导气管堵塞、气压表失灵造成池内气体压力过大时，活动盖被冲开，降低池内压力，保护池体。池内发酵液表面结壳较厚，影响产气时，打开活动盖破碎浮渣，搅动料液。导气管 是安装在活动盖上的管件，用于连接输气管道输出沼气。（2） 水压式沼气池的工作原理 水压式沼气池产气前，池内液面与进料间、水压间液面齐平，沼气池中的虚线表示下部固液混合料液的发酵室，液面以上

7、的空间为储气室。在沼气池正常产气与向外供气过程中，这个液面的上下位置经常是变动的。即发酵室的容积与储气室的容积比是相对变化的，但两者之和永远是沼气池的容积。当池内发酵产生沼气逐步增多时，储气室内的压力相应增高，这个不断增高的气压将发酵室内的料液压到水压间，此时水压间液面和池内液面形成压力差。当用户用气时沼气通过输气管输出，由于池内储气室沼气压力下降，水压间内的发酵料液便依靠重力的作用流回发酵室内。沼气的产生、储存和使用就这样周而复始地进行。（3） 水压式沼气池的特点水压式沼气池一般采用混凝土建于地下，结构合理，受力性能好，施工方便，省工省料，造价较低，比较适用于广大农村建造，同时，土壤对池体起

8、一定保温作用，利于冬季保温。但水压式沼气池气压不稳定，对产气不利，也给燃烧器的设计带来困难，对防渗漏的要求较高。2.1.2浮罩式沼气池 浮罩式沼气池是将发酵室产生的沼气由沉浮式气罩储存起来，按其结构，可分为直接储气浮罩式沼气池和分离储气浮罩式沼气池。浮罩式沼气池的发酵池和水压式沼气池基本相同，不同点是水压池的储气室由浮罩代替。 这种沼气池可以一次性投料，也可连续投料。优点是：能充分利用发酵池容积，罩内沼气压力基本稳定，压力大小取决于内筒横截面积与浮罩的自重与配重。易符合沼气发酵工艺要求和燃烧器的性能；建池和出渣容易。主要缺点是：建造浮动气罩的材料不易解决，至今还未找到既便宜又坚固，能在农村普遍

9、使用的负的浮动气罩的建造材料。图 22.1.3塑料沼气池 塑料沼气池的发酵室没有储气部分，发酵室所产生的沼气直接输入塑料袋（用聚氯乙烯薄蜡和橡胶加工）储存起来。自从20世纪70年代，我国台湾省研制了一种红泥塑料，这种红泥塑料膜能做成储气袋，使这种沼气池发展起来。这种红泥塑料，实际上是一种改性聚氯乙烯塑料。在炼制过程中添加了铝厂废渣-红泥和适量的抗老化粉等，是塑料的强度和寿命大大增加，而且成本比较低廉。 塑料沼气池的主要特点是：池内沼气压力较低，有利于发酵和产气，对沼气池防渗漏要求不高；沼气池料液容积基本上不随沼气的多少而变化；将沼气储存起来使用。2.2小型户用沼气工程在农训的应用 小型户用沼气

10、工程在我国农村得到广泛应用，由于沼气集经济、生态、社会效益于一体，深受广大农民的欢迎。沼气的科学技术和综合利用模式，实现了家居温暖清洁化、庭院经济高效化、农业生产无害化的目标。2.2.1“四位一体”生态农业模式 “四位一体”生态模式是近年在我国北方发展较快、推广面积较大的一种生态农业类型，因此又被称为北方农村能源生态模式。 在庭院或空地上建一个810m3的地下水压式沼气池，池顶坐落1520m2的猪舍，可养猪1520头，侧面配建一个厕所，全部设施建在塑料大棚内，猪舍的另一侧建80600m2面积不等的日光温室。 将畜禽圈舍、厕所、沼气池全部建在日光温室被而融为一体，使保护地栽培技术、高效饲养技术，

11、厌氧发酵技术、太阳能高效利用技术在塑料大棚内有机结合，在一块地上实现了产气积肥同步，种植养殖病句的周年环保型生态生产机制。“四位一体”生态模式结构图 1.厕所 2.进料口 3.畜禽圈舍 4.沼气池 5.出料口 6.日光温室 7.走廊 8.蓄水池 2.2.2“猪-沼-果”模式 “猪-沼-果”模式是我国南方的一种普遍生态模式。它以农户为基本单元，利用房前屋后的山地、水面、庭院等场地，主要建设畜禽舍、沼气池和果园等及部分，同时使沼气池的建设与畜禽舍和厕所相结合，构成“养殖-沼气-种植”三位一体庭院经济格局。基本要素：户建一口池，人均年出栏两头猪，人均种 好一亩果。基本运作方式：沼气用于农户口日常做饭

12、、用电，沼肥用于果树或其他农作物生长，沼液用于鱼塘和饲料添加喂养生猪，以及果园讨账蔬菜和饲料作物，满足庭院畜禽养殖饲料的需要。3 结 语 我国沼气工程的成套技术已日趋成熟，可根据处理对象和处理后综合利用特性差异进行包括预处理、厌氧消化、沼配、制肥、消化液后处理的全部设计。某些单项技术和指标如生物质发酵机理，发酵工艺，产气率等已接近国际先进水平，产业化有了很大发展，但总体水平与国外相比还有较大差距。 目前，世界经济正朝着可持续发展、循环型经济和可再生能源的方向发展。沼气技术在实现废弃物资源循环利用，改善农村能源、环境、卫生条件和有利于温室气体减排方面的作用日益受到世界各国政府的重视，而沼气发酵处理畜禽粪污的卫生效果和缓解能源危机的潜力，成为许多国家应用和推广沼气技术的重要动因。参考文献：黄为一.2010.可再生能源的开发利用及投融资M.北京：化学工业出版社.