一、 沼氣的基本知識

1、沼氣及其產生過程?

沼氣是有機物質在厭氧環境中，在一定的溫度、濕度、酸堿度的條件下，通過微生物發酵作 用，產生的一種可燃氣體。由于這種氣體初是在沼澤、湖泊、池塘中發現的，所以人們叫 它沼氣。沼氣含有多種氣體，主要成分是甲烷(CH₄)。沼氣細菌分解有機物，產生沼氣的 過程，叫沼氣發酵。根據沼氣發酵過程中各類細菌的作用，沼氣細菌可以分為兩大類。類細菌叫做分解菌，它的作用是將復雜的有機物分解成簡單的有機物和二氧化碳(CO₂)等 。它們當中有專門分解纖維素的，叫纖維分解菌；有專門分解蛋白質的，叫蛋白分解菌；有 專門分解脂肪的，叫脂肪分解菌；第二類細菌叫含甲烷細菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把 簡單的有機物及二氧化碳氧化或還原成甲烷。因此，有機物變成沼氣的過程，就好比工廠 里生產一種產品的兩道工序：先是分解細菌將糞便、秸稈、雜草等復雜的有機物加工成半 成品——結構簡單的化合物；再就是在甲烷細菌的作用下，將簡單的化合物加工成產品—— 即生成甲烷。?

 2、沼氣的成分?

沼氣是一種混合氣體，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氫(H₂S)、氮 及其他 一些成分。沼氣的組成中，可燃成分包括甲烷、硫化氫、一氧化碳和重烴等氣體；不可燃成 分 包括二氧化碳、氮和氨等氣體。在沼氣成分中甲烷含量為55%～70%、二氧化碳含量為28%～44%、硫化氫平均含量為0.034%。

 3、沼氣的理化性質?

沼氣是一種無色、有味、有毒、有臭的氣體，它的主要成分甲烷在常溫下是一種無色、無味 、無臭 、無毒的氣體。甲烷分子式是CH₄，是一個碳原子與四個氫原子所結合的簡單碳氫化合物 。甲烷對空氣的重量比是0.54，比空氣約輕一半。甲烷溶解度很少，在20℃、0.1千帕時，100單位體積的水，只能溶解3個單位體積的甲烷。?

甲烷是簡單的有機化合物，是優質的氣體燃料。燃燒時呈藍色火焰，高溫度可達1?400? ℃左右。純甲烷每立方米發熱量為36.8千焦。沼氣每立方米的發熱量約23.4千焦，相當于 0.55千克柴油或0.8千克煤炭充分燃燒后放出的熱量。從熱效率分析，每立方米沼氣所能 利用的熱量，相當于燃燒3.03千克煤所能利用的熱量。?

   二、家用沼氣池的類型?

隨著我國沼氣科學技術的發展和農村家用沼氣的推廣，根據當地使用要求和氣溫、地質等 條件，家用沼氣池有固定拱蓋的水壓式池、大揭蓋水壓式池、吊管式水壓式池、曲流布料水 壓式 池、返水水壓式池、分離浮罩式池、半塑式池、全塑式池和罐式池。形式雖然多種多樣， 但是歸總起來大體由水壓式沼氣池、浮罩式沼氣池、半塑式沼氣池和罐式沼氣池四種基本類型 變化形成的。與四位一體生態型大棚模式配套的沼氣池一般為水壓式沼氣池，它又有幾種不 同形式。

  1、 固定拱蓋水壓式沼氣池?

固定拱蓋水壓式沼氣池有圓筒形(見圖2.1)、球形(見圖2.2)和橢球形(見圖2.3) 三種池型。這種 池型的池體上部氣室完全封閉，隨著沼氣的不斷產生，沼氣壓力相應提高。這個不斷增高的 氣壓，迫使沼氣池內的一部分料液進到與池體相通的水壓間內，使得水壓間內的液面升高。 這樣一來，水壓間的液面跟沼氣池體內的液面就產生了一個水位差，這個水位差就叫做“水 壓”(也就是U形管沼氣壓力表顯示的數值)。用氣時，沼氣開關打開，沼氣在水壓下排出 ；當沼氣減少時，水壓間的料液又返回池體內，使得水位差不斷下降，導致沼氣壓力也隨之 相應降低。這種利用部分料液來回串動，引起水壓反復變化來貯存和排放沼氣的池型，就稱 之為水壓式沼氣池。

圖2.1  8米³圓筒形水壓式沼氣池型(單位：毫米)

圖2.2  球形水壓式沼氣池構造簡圖

圖2.3  橢球形水壓式沼氣構造簡圖(單位：毫米)

水壓式沼氣池，是我國推廣早、數量多的池型，是在總結“三結合”、“圓、小、 淺”、“活動蓋”、“直管進料”、“中層出料”等群眾建池的基礎上，加以綜合提高而形 成的 。“三結合”就是廁所、豬圈和沼氣池連成一體，人畜糞便可以直接打掃到沼氣池里進行發酵。“圓、小、淺”就是池體圓、體積小、埋深淺。“活動蓋”就是沼氣池加活動蓋板。 ?

水壓式沼氣池型有以下幾個優點：?

  (1)池體結構受力性能良好，而且充分利用土壤的承載能力，所以省工省料，成本比較低。 ?

(2)適于裝填多種發酵原料，特別是大量的作物秸稈，對農村積肥十分有利。??

(3)為便于經常進料，廁所、豬圈可以建在沼氣池上面，糞便隨時都能打掃進池。?

(4)沼氣池周圍都與土壤接觸，對池體保溫有一定的作用。

水壓式沼氣池型也存在一些缺點，主要是：?

(1)由于氣壓反復變化，而且一般在4～16千帕(即40～160厘米水柱)壓力之間變化。這對池 體強度和燈具、灶具燃燒效率的穩定與提高都有不利的影響。?

(2)由于沒有攪拌裝置，池內浮渣容易結殼，又難于破碎，所以發酵原料的利用率不 高，池 容產氣率(即每立方米池容積一晝夜的產氣量)偏低，一般產氣率每天僅為0.15米³/米³ 左右。

(3)由于活動蓋直徑不能加大，對發酵原料以秸稈為主的沼氣池來說，大出料工作比較困難 。因此，出料的時候好采用出料機械。?

 2、變型的水壓式沼氣池?

圖2.4  中心吊管式沼氣池

(1)中心吊管式沼氣池(見圖2.4)  將活動蓋改為鋼絲網水泥進、出料吊管，使其有一管三 用的功能(代替進料管、出料管和活動蓋)，簡化了結構，降低了建池成本，又因料液使沼氣 池拱蓋經常處于潮濕狀態，有利于其氣密性能的提高。而且，出料方便，便于人工

攪拌。但 是，新鮮的原料常和發酵后的舊料液混在一起，原料的利用率有所下降。

圖2.5  曲流布料水壓式沼氣池剖面圖(單位：毫米)

 (2)曲流布料水壓式沼氣池(見圖2.5)  該池型是由昆明市農村能源環保辦公室于1984年設計成功的一種新池型。它的發酵原料不用秸稈，全部采用人、畜、禽糞便。原料的含水量 在95%左右(不能過高)。該池型有如下特點：?(1)在進料口咽喉部位設濾料盤。?

(2)原料進入池內由布料器進行半控或全控式布料，形成多路曲流，增加新料擴散面，充分 發揮池容負載能力，提高了池容產氣率。?

(3)池底由進料口向出料口傾斜。?

(4)擴大池墻出口，并在內部設隔板，塞流固菌。

(5)池拱中央、天窗蓋下部吊籠，輸送沼氣入氣箱。同時，利用內部氣壓、氣流產生 攪拌作用，緩解上部料液結殼。

(6)把池底低點放在水壓間底部。在傾斜池底作用下，發酵液可形成一定的流動推力，實 現進出料自流，可以不打開天窗蓋把全部料液由水壓間取出。?

3、其他各種變型的水壓式沼氣池?

除了上述兩種變型的水壓式沼氣池外，各地還根據各自的具體使用情況，設計了多種其他變型的水壓式沼氣池型。如：為了減少占地面積、節省建池造價、防止進出 料液相混合、增加 池拱氣密封性能的雙管返水水壓式沼氣池(見圖2.6)；為了便于出料的大揭蓋水壓式沼 氣池(見圖2.7)和便于底層出料的圓筒形水壓式沼氣池(見圖2.8)；為了多利用秸草類發酵 原料而采用的弧形隔板、干濕發酵水壓式沼氣池(見圖2.9)。

圖2.6  雙管返水水壓式沼氣池簡圖

1.進料管  2.發酵池  3.出料聯通管?4.活動蓋  5.導氣管  6.水壓間

圖2.7  大揭蓋水壓式沼氣池簡圖?

1.大直徑活動蓋  2.蓄水池蓋板  3.導氣管

圖2.8  圓筒形水壓式沼氣池簡圖(單位：毫米)

圖2.9  干、濕發酵水壓式沼氣池簡圖?

1.濕發酵區  2.干發酵區

 4、無活動蓋底層出料水壓式沼氣池?

無活動蓋底層出料水壓式沼氣池是一種變型的水壓式沼氣池。該池型將水壓式沼氣池活動蓋 取消，把沼氣池拱蓋封死，只留導氣管，并且加大水壓間容積，這樣可避免因沼氣池活動蓋 密封不嚴帶來的問題，在我國北方農村，與“模式”配套新建的沼氣池提倡采用這種池型。 本書將介紹該種沼氣池的建造技術。無活動蓋底層出料水壓式沼氣池的構造如圖2.10所示 。沼氣池為圓柱形，斜坡池底。它由發酵間、貯氣間、進料口、出料口、水壓間、導氣管等 組成。?

圖2.10  底層出料水壓式沼氣池構造?

1.發酵間  2.貯氣間  3.進料口?4.出料口、水壓間  5.導氣管  6 .出料口通道

(1)進料口與進料管  進料口與進料管分別設在豬舍地面和地下。廁所、豬舍及收集的人畜 糞便，由進料口通過進料管注入沼氣池發酵間。?

(2)出料口與水壓間  出料口與水壓間設在與池體相連的日光溫室內。其目的是便于蔬菜生 產施用沼氣肥，同時出料口隨時放出二氧化碳進入日光溫室內促進蔬菜生長。水壓間的下端 通過出料通道與發酵間相通。出料口要設置蓋板，以防人、畜誤入池內。?

(3)池底  池底呈鍋底形狀，在池底中心至水壓間底部之間，建一U型槽，下返坡度5%，便于 底層出料。?  (4)工作原理  ①未產氣時，進料管、發酵間、水壓間的料液在同一水平面上。②產氣時， 經微生物發酵分解而產生的沼氣上升到貯氣間，由于貯氣間密封不漏氣，沼氣不斷積聚，便 產生壓力。當沼氣壓力超過大氣壓力時，便把沼氣池內的料液壓出，進料管和水壓間內水位 上升，發酵間水壓下降，產生了水位差，由于水壓氣而使貯氣間內的沼氣保持一定的壓力。 ③用氣時，沼氣從導氣管輸出，水壓間的水流回發酵間，即水壓間水位下降，發酵間水位上 升。依靠水壓間水位的自動升降，使貯氣間的沼氣壓力能自動調節，保持燃燒設備火力的穩 定。④產氣太少時，如果發酵間產生的沼氣跟不上用氣需要，則發酵間水位將逐漸與水壓 間水位相平，后壓差消失，沼氣停止輸出。?

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