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  • 沼气池建造技术

    发布时间:2015-09-10 11:16:00 点击:

    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
    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。
    沼气池一般有两种,一种是普通水泥制作的,另种是玻璃钢制作的,玻璃钢又分为普通型的和专利型的
    我在新疆专门做玻璃钢沼气池,是专利产品.
    水泥的价格稍低但建造工时长,冬天不能产气,对地下水位有要求.
    一、产品特点
    1、成型产品,安装方便。该产品属工业化成型产品,安装时间只需几个小时,安装完毕,第二天就能填料使用。
    2、重量轻巧,运输便利。一个池总重量只有一、二百公斤,分体制作,便于运输。
    3、技术先进,设计合理。采用椭球容积,埋置深度浅,发酵底面大,便于粪料特循环,没有发酵盲区,自动排渣,产气量高。
    4、池体密封好,强度高。由玻璃钢的性质所决定的,再加之利用了特殊复合材料,其强度、密封性、抗压性、抗老化、耐磨性,及隔热性都强于混凝土沼气池。
    5、池体不裂缝,寿命长。池体永久不裂缝,使用期间不用维修,寿命可长达20年左右。
    6、池子成本低,价格廉。产品的售价在同行业同类产品中处于低价位。虽然售价高于建混凝土沼气池,但其产气量高,不用维修,使用寿命长,算总帐很划算。
    二、安装规程
    (一)选址
    选择安装位置,应首先考虑与厕所、猪圈、厨房的结合。要便于厕所、猪圈的粪便流入沼气池的进料口,便于出料口的沼渣、沼液流入菜地,及便于沼气池的出气口引入厨房,并使输气管道的长度控制在30米以内,以免管道过长气压不够。另外,还要注意避开树根,避开沙石聚集的地带。
    (二)挖坑
    1、在选定好的位置挖坑(请按附图标注的尺寸挖坑),坑的上半球直径要挖大一些,坑底挖成玻璃钢沼气池底部形状,进料口及出料口根据他的形状和尺寸挖,以便池体合适地放入坑中,便于粘接操作。
    2、挖坑时候见底部有石块、空洞、或塌方,应及时处理或填平,以免造成加料承担重后池体被石块顶破或撑破。
    3挖坑时候遇到数根一定要切断,在切口处涂上些费柴油或石灰使其停止生长以至腐烂,以防止树根的生长破坏池体。
    4挖好坑后应用卷尺复核一下尺寸修整到要求的标准。
    (三)组装
    1、安装前,先将进料口和出料口粘接到上半池相应的开口位置。
    2、安装前,应仔细检查沼气池是否有损坏,如有损坏要及时修补。
    3、放池前,再检查一下坑底是否平整,并放一层细松土,浇一些水,不得有石块等硬物。
    4、放池时,将上半球按标记方向下入坑内,放平,回填土,将下半不外沿底部夯实后,再将上半球按标记方向扣在下半球上。
    5、进入池内,将上、下半池结合部的杂物与污泥清除干净,用砂纸打磨出新茬,用玻璃钢腻子将上下半池合缝处腻住。再到池外,用玻璃钢腻子将池体外上下半池合缝处腻住,待腻子固化后,便可填料。
    6、在活动盖或池顶上钻一个孔,粘上出气管,安好开关截门。
    7、使用玻璃钢法兰盖。在进完原料、接种物和水后,将玻璃钢法兰口擦拭干净,再将免垫密封胶挤在法兰口内沿的平面上,晾一小时左右,待密封胶固成富有弹性的胶圈时,再将玻璃钢盖板盖在法兰口上(盖板螺丝眼要与法兰螺丝眼对准),拧上八条直径10MM×50MM的螺丝,即可封池。
    8、使用混凝土活动盖。在进完料、接种物和水后,选择粘性大的粘土和石灰粉,先将不含砂的干粘土锤碎,筛去粗粒和杂物,按3~5:1的配比(重量比)与石灰粉干拌均匀后,回水拌和揉成面团状。封盖前,先用扫帚扫去粘在蓄水圈、活动盖底及周围边上的泥砂杂物,再用水冲洗干净,将揉好的石灰胶泥,均匀地铺在活动盖口上,再把活动盖坐在胶泥上,注意活动盖与蓄水圈子之间的间隙要均匀,用脚踏紧,使之紧密结合。用石灰胶泥密封好活动盖后,拧紧反托螺栓,打开沼气开关,将水灌入蓄水圈内,养护1~2天即可关闭开关使用。最好保持顶盖长期不脱水。
    9、将输气管粘接到截门上,安上控水器、脱硫器,并将管道引入室内,接上灶具,灯具等沼气用具。
    (四)试压
    安装好沼气池和沼气用具后,关闭所有的截门,往池内注水试压,直到水面升至进出料口边沿为止,再用皂液刷抹池体和管道接缝处,观察是否有气泡出现,如有气泡出现,说明此处漏气,要及时做密封处理。
    (五)回填土
    1、确定池体和管道密封好后,用细松土或沙土回填空隙,边填边浇水,再用木棍鼗回填土夯实。注意不要捅破池壁,也不要浇水过多,以免沼气池浮起。
    2、地下水位高的地区,应同时向池内加水至容积的一半再填土。回填夯土时,不要用木棒或其它工具碰击沼气池,以免损坏池体。
    3、回填土垫至进出料口上沿及法兰圈的高度后,用砖随进出料品的弧度砌墙与地面取平。漏出地面的出料口和法兰护墙口要用木盖盖好,以免发生人畜掉入事故。
    4、回填土夯实后,整装地面池棚,理顺输气管道,整好灶具,关好所有截门,待产气后使用。
    (六)试火
    当气压表显示出有气压时,可以放气试火。沼气发酵启动初期,所产生的气体主要是经酸化作用产生的二氧化碳,同时封池时气箱内还有大量空气,因而气体中的甲烷含量低,通常不能燃烧。所以,当沼气压力表小的水柱达到3kpa以上时,应先放1~2次气,待池中气体的甲烷含量达到30%以上时,即可点燃使用。
    三、启动方法
    1、备足原料。(1)原料用量:一口8M3沼气池,装料率按85%,料液浓度按4-6%计算,需要鲜猪粪2.9M3~4.4M3或鲜牛粪2.27M3~3.4M3。(2)原料来原:一是自备原料,用自家的猪牛粪;二是拉猪场或牛场畜粪,拉粪前一定要了解最近是否消过毒,(刚消过毒的粪便不能使用)。第一池料最好用牛马粪。
    2、堆沤原料。地面铺上塑料薄膜将肥料与接种物拌匀分层洒水,其加水量以洒湿畜粪,底部不流水为宜、含水量大约在30%-40%。然后将牛马粪或猪粪充分搅拌均匀,达到揪起成团,入下即散的状态,再用塑料薄膜密封,集中堆沤,堆高0.6-1米。一般堆沤时间夏季为5~7天,春、秋季为7~10天。当堆沤温度上升到45-50℃时要及时翻堆,防止在堆沤时因温度过高造成发酵原料炭化。
    3、加足接种物。由于发酵原料的来源、种类不同,发酵原料中的甲烷菌数量差异很大。因此,加入足够的接种物是保证沼气很快产气的重要条件之一。新池装料应加入接种物量为料液总量的10~20%。
    4、原料加水。一口8M3沼气池加水量,鲜猪粪需加水3.9~2.4M3,鲜牛粪需加水4.5~3.4M3。加入沼气池的水最好是经阳光晒的温水,不能图方便直接用自来水或抽取井水加入沼气池(因井水温度较低,沼气池启动慢),如果要用自来水或井水,应经是晒增温后入池。
    5、原料入池。投料应在下午1-3点进行,投料时要求速度快,时间短,边装料边加水,边用自制的木棰上下反复搅拌,以均匀池内料液。液面高度为距天窗口75cm左右为宜。
    6、不在冬季启动。沼气池一般不在冬季启动。冬季温度太低,新料很难产生甲烷菌,容易造成长久不产气的现象,搞不好春季还得彻底换料。
    四、使用方法
    欲使用好沼气池,首先要了解沼气的产生原理,掌握好制取沼气的条件。沼气是有机物卫绝空气后,在一定的温度、湿度、酸碱度等条件下,以过沼气细菌的作用产生的一种可燃气体。沼气是一种混合气体,主要成分是甲烷(CH4)其余为二氧化碳(CO2)、氧气(O2)、氮气(N2)和硫化氢(H2S)。其中甲烷含量约为55%-70%,二氧化碳含量约为30%-45%。甲烷是无色、无臭的气体,分子式CH4,分子量为16.04,在0℃、101325Pa标准状态下,甲烷对空气的相对密度为0.5548,沼气约为0.94;甲烷的热值为35.9MJ/m3,沼气低热值20-25MJ/m3。
    制取沼气掌握七个条件:
    1、严格的厌氧环境。沼气发酵微生物包括产酸菌和产甲烷菌两大类,它们都是厌氧细菌,尤其是产生甲烷的甲烷菌对氧特别敏感。它们不能在有氧的环境中生存,哪怕微量的氧存在,也会使发酵受阻。因此,有一个不漏气、不漏水的密闭沼气池,是人工制取沼气的关键。
    2、足够和优良的接种物。接种物是沼气发酵所需要的含有大量微生物的厌氧活性污泥,也称菌种。只有具备足够优良的接种物才能保证沼气发酵高效运行。农村户用沼气池的接种物一般来源于老沼气池的沼渣(沼液)、阴沟的污泥、粪坑底部的沉渣等。接种物用量一般占总发酵液的30%左右。
    3、必要的发酵温度。沼气发酵菌种在8℃~60℃范围内都能发酵产气,并且温度越高,发酵越活跃,产沼气越多。因此,作为常温发酵的农村户用沼气池,应尽量使其发酵温度保持在8℃以上。
    4、适宜的酸碱度。在沼气发酵过程中,沼气菌适宜在中性或微性的环境中繁殖。发酵液的PH值控制在6.8~7.5为宜。如低于或高于此值,沼气发酵就会缓慢,甚至不能正常进行。
    5、适宜的发酵浓度和碳氢比。作物秸秆、青草、人畜粪便、生活污水等有机物都可以作为沼气发酵的原料。但发酵原料需满足(20~30):1的碳氮比和满足6%~10%的发酵浓度。当然,碳氮比和发酵浓度在夏季可适当低些,在冬季可适当高些。
    6、经常性的搅拌。沼气池在不搅拌的情况下,发酵料液明显地分为3层:上层结壳层、中层清液层、下层沉渣层。发酵液分层不利于产气,所以,应考虑采取搅拌措施。搅拌的目的是使其不分层,让原料和接种物均匀分布于池内,增加微生物与原料的接触面,加快发酵速度,提高产气量。此外,搅拌也有利于沼气的释放。对有加热装置的沼气池来讲,搅拌有利于热能的传播。目前,采用的搅拌方法主要有3种:机械搅拌、液搅拌、气搅拌。
    7、严防加入抑制剂。抑制剂主要是一些重金属离子、农药及一些有毒性物质。这类物质不能加入沼气池。
    五、沼气池的日常管理
    "三分建池,七分管"。沼气池建成后,能否正常运行,使自家的沼气池产气好、产气旺,关键问题就在于对它进行科学的日常管理。
    (一)要经常进出料
    为保证沼气细菌有充足的食物和进行正常的新陈代谢,使产气正常而持久,就要不断地补充新鲜的发酵原料、更换部分旧料,做到勤加料、勤出料。
    1、进出料的数量根据农村家用沼气池发酵原料的特点,一般每隔5-10天进、出料5%为宜。也可按每立方米沼气量进干料3-4kg计算。对于"四位一体"的池子,由于人、畜粪尿每天不断自动注入池内,视情况对料液浓度进行适当的调整即可。
    2、平时进、出料应注意的问题:
    原则上是出多少进多少,顺序为先出后进;
    出料时应使剩下的料液液面不低于池体料口的上沿,以免池内沼气从池体料口跑掉;
    出料后要及时补充新料,若一次发酵原料不足,可多加一些水,以保持原有水位,使池内沼气具有一定的压力。
    3、大换料应注意的问题:为满足沼气菌的新陈代谢和农田季节用肥的需要,一般大换料的时间安排在春季和秋季进行。
    大换料前20-30天,应停止进料,以免浪费发酵原料。
    大出料后应及时加足新料,使沼气池能很快重新产气和使用。
    大出料时应清除沼气池内的全部残渣和部分料液,要留下10%-30%以活性污泥为主的料液作为接种物,以加快沼气池的启动,达到产气快的目的。
    要经常搅拌
    经常搅拌是提高产气率的一项重要措施。如不经常搅拌,就会使池内浮渣层形成很厚的结壳,阻止下层产生的沼气进入气箱,降低产气量。农村家用沼气池一般不安装搅拌装置,可用下面两种方法:1、从进出口搅拌;2、从出料间掏出数桶发酵液,再从进料口将此发酵液冲到池内,也能起到搅拌池内发酵原料的作用。
    要经常测定和调节发酵液的PH值
    沼气细菌适宜在中性或微碱性环境条件下生长繁殖(PH6.8-7.6),酸碱性过强(PH小于6.5或大于8)都对沼气细菌活动不利,使产气率下降,为加速产气可采取以下调整措施:1、加入适量的草木灰;2、取出部分发酵原料,补充相等数量或稍多一些的含氮发酵原料和水;4、将人、畜粪尿拌入草木灰,一同加到沼气池内内;4、加入适量的石灰水,但不能加入石灰,而是加入石灰水的澄清液。同时还要把加入池内的澄清液与发酵液混合均匀,避免强碱对沼气细菌活动的破坏。
    此外,为保证沼气发酵不致遭到破坏,必须禁止加入各种大剂量的发酵阻抑物,特别是剧毒农药和各种强杀菌剂。对遭到这种原因破坏的沼气池,需将沼气池冲洗干净,然后才能重新投料启动。
    (二)要经常调节水量
    沼气内水分过多或过少都不利于沼气细菌的繁殖和沼气的产生。若含水量过多,发酵液中干物质含量少,单位体积的产气量就少;若含水量过少,发酵液太浓,容易积累大量有机酸发酵原料的上层就容易结成硬壳,使沼气发酵受阻,影响产气量。
    安全管理与安全用气
    1、沼气池的进出料口要加盖,以免小孩和牲畜掉进去,造成人、畜伤亡。同时也有助于保温。
    2、要经常观察压力表。当池内压力过大时不仅影响产气,甚至有可能冲掉池盖。如果池盖被冲开,应立即熄灭附近的烟火,以免引起火灾。沼气池压力应该控制在8kpa左右。在进料和出料时也要随时注意观察压力表上的变化。在进料时如果压力过大,气压高于12kpa时,应打开导气管放气,并要减慢进料的速度。出料时如果压力表上出现负压则应暂时停止用气,等到恢复正常后才能用气。
    3、严禁在沼气池内、出料口或导气管口点火,以免造成回火,致使池内气体猛烈膨胀,爆炸破裂,引起火灾。
    4、禁止把油毡、骨粉、棉籽饼和磷矿粉加入沼气池,以防产生对人体有严重危害的剧毒气体一磷化三氢。
    5、沼气灯和沼气灶不要放在衣服、柴草等易燃品附近,点火或燃烧时也要注意安全。要经常检查输气系统是否漏气和是否畅通。若发现漏气,应及时采取措施使空气流通,充分换气后才能点火。若发生导气管道堵塞须马上清理。
    六、沼气池的冬季管理
    在我们北方,冬季比较寒冷。玻璃钢椭球形保温沼气池在生产过程中虽然加了保温层,但由于农村沼气池发酵原料的多样性,所以冬季加强管理还是非常重要的。温度是影响沼气发酵速度的关键因素,其影响的实质是酶的活动。在一定的范围内,温度越高酶的流活性就越好,产气速度就越快。对于地埋式沼气池来讲,沼气发酵温度受地温的影响,而地温又受气温的影响,因此我们应该通过人为的措施,提高地温,并尽可能的保持地温的恒定。提高沼气池冬季的产气量,简单的说,就是让沼气池"吃饱肚子,盖好被子"。这是因为,从寒露开始,池温下降速度加快,因此要注意采取保温措施,做好以下工作:
    1、检修管道。入冬前要检查管道是否存有积水,还要尽可能将管道埋入地下或者包裹起来,防止冻裂。
    2、要选择晴天的中午进行出料和进料。
    3、提高发酵料液浓度,增加池温。在入冬前将6%的料液浓度提高到10%左右。到了冬季还要及时补料,将浓度提高到15%-20%左右,使沼气池在高浓度下运转。
    4、冬初,昼夜温差大,要特别注意晚上沼气池的保温。及早在圈舍上覆盖棚模,随着温度的降低,在太阳落山前用草帘等保温材料覆盖。
    5、保持勤进料、勤出料。补充新鲜原料,抽出发酵陈料,给微生物以充足的营养物质,提高产气量。
    6、勤搅拌,每隔3-4天,可用抽渣器抽20下左右或从出料口提出十几桶沼液倒入进料口,使发酵间的料液得到搅拌。
    7、保温方法要灵活多样。主要有以下几种:1、沼气池表面覆盖柴草保温。盖料有秸秆、草类、池面堆肥或者加厚土层等,覆盖面要大于池面以利保温。2、挖环形沟保温。在沼气池周围挖好环形沟,沟内堆沤粪草,利用发酵酿热保温。3、塑料棚保温。在池面上搭建塑料棚,充分利用太阳能增温保温。
    8、购买本公司研制的风力发热传感装置和太阳能热流置换装置为沼气池增温。
    七、沼气池的利用价值
    沼气,可供农户烧水、做饭、点灯、取暖,保鲜果菜,贮藏粮食;沼液,可以做液面肥,防止植物病虫害,做猪,牛、鸡、鱼的饲料添加剂;沼渣可以配制营养土、做有机肥,栽培蘑菇、灵芝、养殖蚯蚓。可以说,沼气池的产生的沼气、沼液、沼渣全是宝,均能进行综合利用。
    有资料表明:一口8~10立方米的新型混凝土沼气池,全年产沼气380~450立方米,可解决3~5口人的农户10~12个月的生活燃料,节煤2000公斤,节电200度左右。全年提供沼肥,相当于50公斤硫酸铵、40公斤过磷酸钙和15公斤的氯化钾。施用沼肥能使的所有的粮食作物、经济作物和果树增产5%~20%。沼液浸种,可以提高种子发芽率和成苗率,增强幼苗抗病、抗逆能力。沼液作饲料添加剂,喂猪,可提前20~30天出栏;喂牛,日均产奶量增加2.29~2.4公斤;喂鸡,母鸡产蛋率提高25%,肉鸡增重率提高28.75%;养鱼,可增产10%。沼渣栽培蘑菇,可增产20%~30%。用沼气灯对温室蔬菜增施二氧化碳气肥,可使黄瓜增产30%,芹菜增产25%,西红柿增产20%。另外,沼肥中的腐殖酸含量为10~20%,对地壤团料结构的形成起着直接的作用,长期施用沼肥的地壤,有机质、氮、磷、钾等营养元素的含量明显增加,土壤酶活性增强,土壤物理性状得到改善,地壤肥力显著提高,能促进农业持续增产。近几年,一些农户利用沼气池成功地创出"四位一体"、"三结合"、"五配套"、"猪--沼--果"等综合利用经验,收到了很好的经济效益。辽宁省农村能源科技工作者总结的北方农村"四位一体"生态温室模式,将沼气池、猪禽舍、厕所、日光温室相结合,组成沼气综合利用体系,每一个系统全年经济收入高达4000~8000元。总之,建一口新型高效沼气池,相当于一个家庭清洁能源制造中心,一个小型养殖场,一个有机肥生产车间,一个庭院粪污净化器,一棵摇钱树。通过它既可以生产炊事和照明燃料,又可以生产优质高效有机肥料,还可以处理庭院污染物,改变"脏、乱、差"的卫生面貌。通过进行"三沼"综合利用,可以提高农产品的产量和质量,增加农民收入,使农民脱贫致富奔小康,促进农村现代化进程。