农村沼气池生物能源利用技术

农村沼气池生物能源利用技术

第一章  农村办沼气池的目的和意义

一、农村办沼气池的意义

农村办沼气是一件一举多得的好事，概括起来主要有以下几个方面：

（1）修建一口8m³的沼气池，就能解决5口之家煮饭、照明的燃料，可年节煤2000kg左右或年节柴草3500余kg。

（2）兴办沼气后，原来被烧掉的大量农作物秸杆加入沼气池密闭发酵，既能产气，又沤制了优质的有机肥料，提高了肥效。一个10m³的沼气池可蓄水10T以上，若遇旱灾，可增强抗灾能力。

（3）农村为沼气是消灭蛔虫病、钩虫病和痢疾等疾病和杀灭粮仓害虫的一项重要措施。由于办了沼气，人畜粪便投入沼气池，粪便中的寄生虫卵和病原菌有95%左右被杀灭，同时，农民使用沼气改变了燃柴草和秸杆的烟熏火燎状况，改善了家庭和环境卫生。

二、发展沼气是建立农业良性生态环境的重要途径。

（1）增加有机质还田量：许多地区农村将农作物秸杆作燃料使用，有机肥来源越来越少。办沼气既解决了农村生活燃料问题，可使大量有机质作沼气后还田，扩大了肥源，提高了有机肥的质量，因为是沼气池厌氧发酵造肥，能避免养分大量散失，提高肥效。沼气连续多年使用，达到用地养地，改良土壤，越用越肥的效果。沼气肥还可用来养鱼、种蘑菇、养殖蚯蚓的好原料。

（2）办沼气可大量减少或停止农民上山砍柴，有利于保护森林和植被资源，减少水土流失，促进生态平衡。

第二章  沼气池的特点

一、沼气的产生和主要成分

沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定温度、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。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。沼气细菌分解有机物、产生沼气的过程，叫沼气发酵。沼气细菌可分两大类，第一类细菌是分解菌，其作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳等，它们当中有专门分解纤维素、蛋白质和脂肪的，分别叫做纤维分解菌，蛋白质分解菌和脂肪分解菌。第二类细菌是甲烷菌。它的作用是把简单有机物和二气化碳、氧化或还原成甲烷。

沼气是一种混合气体。在沼气成分中，甲烷（CH₄）含量55—70%，二氧化碳（CO₂）含量为28—44%，硫化氢（H₂S）含量为0.034%。此外还含有一氧化碳、重烃类、氮和氨等气体。沼气是一种无色、有毒、有臭的气体，是一种优质气体燃料，燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达1400℃左右，1m³沼气发热量约为23430kJ，相当于0.55kg柴油和08kg标煤充分燃烧后放出的热量。

二、制取沼气的条件

（1）严格的密闭条件  隔绝空气的沼气池，造成池内缺氧环境，以利嫌氧性沼气细菌的旺盛生长，达到产气迅速的目的。

（2）适当温度  沼气菌在5~70℃之间都能生存。在此温度范围内，温度高，沼气细菌生命活动活跃，沼气产气速率快，原料产气效率高。高温发酵温度是50~55℃，1m³池容，日产沼气2m³以上；中温发酵温度是30~35℃，1m³池容，日产沼气0.4~0.9m³；常温发酵温度是10~30℃，1m³池容，日产沼气0.1~0.25m³。

（3）适当的酸碱度  沼气发酵最适宜的酸碱度是在PH6.8~7.2之间，PH在6.4以下，就会抑制发酵，如果PH值高于7.6，就会限制消化的进行。

（4）充足的发酵原料  沼气发酵原料是沼气细菌的营养物质，也是制取沼气的原料。在农村，人畜粪便、秸杆杂草、水生绿肥、池塘污泥等都含有沼气菌所需要的大量营养物质，是沼气发酵的好原料。

沼气发酵时，不仅要有充足的原料，而且应适当搭配，保持一定的碳氮比例。农村中沼气发酵原料一般可分为两类，一是含碳素营养多的原料，如农作物秸杆等含纤维素较多的原料；另一类是含氮素营养多的原料，如人粪尿。所以配料入池时，要将作物秸杆等纤维素原料与人畜粪水配合使用，保持碳氮比在25~30:1为宜。

（5）适量水分  沼气发酵中必须有适量水分，才有利于产气。这是因为沼气细菌分解有机质、吸收养分、排泄废物和进行其他生命活动都需要水分。水量过少，发酵液浓度过大，容易造成有机酸的大量积累，结果使发酵作用受到阻碍。原料过多，不容易分解，一部分原料浮在液面上形成厚厚表面结层，使沼气冒不出来。如果水太多，发酵温液浓度过稀，有机物含量太少，沼气池单位容积的产气量就少。多年来，各地试验和应用的结果表明，沼气发酵的含水量以90%左右，干物质占10%左右较为适宜。

（6）加入优良菌种和接种物  菌种是沼气发酵的内因。因此，沼气发酵必须要有优良的菌种和有足够数量的接种物。农村沼气发酵，属常温发酵，新建沼气池头一次装料，如果不注意加入足够数量的沼气细菌接种物，常常很难产气或产气效率不高。对于旧沼气池，换料时也应注意要加入接种物。接种物最好是选取产气量多，沼气中甲烷含量高的菌种，并加以逐级扩大培养，获得足够数量的优良菌种接种物后再投入池内。一般地说加入接种物的数量应占发酵原料的15%~30%。

三、沼气发酵的特点

沼气发酵又称为甲烷发酵或厌氧消化。发酵原料生成沼气的过程是通过一系列复杂的生物化学反应来实现的，有以下几个特点：

（1）沼气微生物自身耗能少  在基质条件相同情况下，沼气发酵所释放能量为好氧分解的1/20~1/30。由于获得能量少，沼气微生物生长繁殖缓慢，减慢了有机质的分解速度。所以沼气发酵需要较长的停留期，因此需要体积较大的沼气池。

（2）沼气发酵能免处理高浓度有机物  当发本季液总固体含量低于40%时，沼气发酵都可以正常进行。因此提高沼气池的浓度，适当减小沼气池容积，同样可达增加产气量的目的。

（3）沼气微生物对营养要求低  能够处理的废物种类多。

（4）沼气发酵受温度影响较大  对常温发酵，在越冬时，为保证产气量，应适当采取保温措施。

（5）发酵的主要最终产物——甲烷和二氧化碳很容易从发酵液中分离出来。

四、农村家用水压或沼气池的特点

（1）圆、小、浅  圆就是指沼气池各部几何形状多为圆柱、圆球或扁球形。小就是相对10m³以上的大池而言。浅就是浅池浅埋。浅池就是主池直径大，池墙矮的沼气池。浅埋，就是减少埋置深度，有利施工、进料、出料和日常管理。

（2）三结合  即沼气池与畜圈、厕所连通，其特点是：1、人畜粪便自动流入沼气池密闭发酵，省劳力和有利于对人畜粪便的管理。2、每天都有新鲜发酵原料入池，有利于提高产气率，做到均衡产气。3、沼气池建在房屋附近，便于管理，缩短输气距离。4、有利于在冬季保持地温。

（3）直管进料  进料管采用直管，施工方便，进料顺畅，也便于搅料。

（4）顶部留盖  是拔活动盖口开在拱顶中心，有管理维修方便，力的结构合理，封盖比较容易等优点。

（5）埋置地下  这对于日常管理操作有益，同时有利保湿。

（6）三口加盖  是指进料口、出料口和活动盖都加盖保护，保证安全卫生。

五、沼气池的结构

农村家用圆形水压式沼气池，由进料间（包括进料口和进料管）、发酵池（包括发酵间和贮气间）、出料间（包括出料管和水压间）、活动盖和导气管等部分组成。

六、修建沼气池建筑材料用量

根据沼气池的大小不同，建筑材料需要量也不同。现介绍圆形沼气池的用量和6m³、8m³、106m³池的材料用量，供参考。

表1  4~10m³现浇混凝土圆形沼气池材料用量参考表：

注：（1）100号混凝土按用325号水泥调配时的用量以248kg/m³计算。

（2）水泥用量指一个混凝土沼气池所需的水泥总用量，未计损耗。

（3）抹灰用砂浆，重量比为1:2.5~3.5，本表按1:3计算。

（4）用砖量为全砖砌沼气池的砖块总数，其水泥、砂、石用量均应相应减少。

（5）细石粒径为5~20mm。

（6）沼气池的产气率均按0.2计算。

第三章  沼气池修建的技术要求

一、修建混凝土沼气池的主要技术要求

（1）新拌和的混凝土，施工时要有适当的易拌和性，即在一定施工条件下，混凝土应便于操作施工，能获得均匀密实的混凝土综合性能。

（2）硬化后具有足够强度，保证池体能承受各种设计负荷。

（3）均匀密实，具有良好防渗漏性能，必须在结构层上罩以密封层。

二、沼气池施工的一般要求

（1）选好地址  沼气池应建在地势高、土质好、背风向阳、离房屋较近、能与猪圈厕所相通、进出料方便的地方。

（2）打实地基  在施工中对池底和池墙背面的土基面一定要捶紧、夯实，这是保证建池质量的主要环节。对土层差的地方，池底要先下砖块、石块做垫层。

（3）精心施工  在材料选用上做到：材料合格、配料准确、拌和均匀、及时使用；在控制几何尺寸上做到：横平竖直、错缝嵌紧、灰浆饱满、接合部加固。一种工艺，一气呵成，多层密封，认真养护。

（4）严格检验  按工序分段验收，认真检查施工记录，空池试漏验收。

三、整体建池施工技术要点

整体建池就是整体现场浇筑混凝土，施工要点如下：

（1）开挖池坑时，应按设计图尺寸修挖圆直。池底浇筑与砌块相同，池墙拱顶浇筑混凝土，要求模板尺寸准确，且具有足够强度，模板外面作好隔离层。混凝土拌和均匀，混凝土求入模板内，要求捣固严实，不允许有蜂窝磨面，确保质量

（2）土模浇瓦混凝土，要求土模尺寸准确，修筑整齐，厚度基本一致，捣固时决不允许钢钎与土接触，若土落入混凝土中，会造成质量隐患。中心取土时，一定要待混凝土达到设计标号70%后，方可进行。

（3）加强池体洒水养护。保证混凝土质量，养护时间，不得少于7天。

（4）建池过程中，池子应防暴晒和受冻，否则影响建池质量。

四、沼气池的维修

（1）池墙裂缝的处理  将裂缝凿深凿完成“V”型沟槽，周围拉毛，清除碎屑。刷上一道水泥素浆，再用1:2水泥砂浆嵌实，压实抹光。

（2）池底沉陷的处理  挖去开裂破碎部分清除松软基土，和碎石或石块填实，并在垫层上浇筑150号混凝圭，厚5cm，表面粉刷1:2水泥砂浆，然后再刷2~3次水泥素浆。

（3）池墙与池底连接处裂缝处理同（1）池墙裂缝的处理相同。

（4）拱顶与圈梁裂缝的处理  拱顶裂缝应在内外两面同时修补，主法同上。

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