顶水压式沼气池技术创新集成研究应用

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摘要：顶水压式沼气池技术创新集成应用研究是在现行水压式沼气池的基础上的创新和改进，沼气池水压间由侧压式改为顶置式、将农作物秸秆三级发酵技术、太阳能增温技术、沼液冲厕技术、密封性能检测技术集成整合应用于沼气发酵全过程。该池型具有预处理简单、进出料方便、操作简单、结构合理、池型美观和综合效果好的特点，解决了长期以来困扰户用秸秆沼气推广预处理发酵程序复杂，农户自行管理不方便等实际问题。该技术与传统技术相比，能充分利用农村丰富的农作物秸秆，解决了农村养殖量减少，沼气发酵原料短缺的问题，开辟了秸秆利用的一条新途径，对于农村沼气推广很大的应用推广价值。

（该技术获国家专利，专利号：201220104632.9）

关键词：沼气池，技术创新，应用研究

我国是世界上最早研究和使用户用沼气池的国家，近年来户用沼气在中国农村发展迅速，目前中国已是世界上最大的户用沼气生产国和消费国，全国户用沼气池总量达到4000万座以上。由于科技的日益发达，户用沼气池也不断地发展和改进。但目前为止，我国推广使用的沼气池仍还存在如下缺点：1、对发酵原料要求严格，大多数沼气池只能消纳畜禽粪便，将农作物秸秆作为沼气池发酵原料，容易漂浮结壳，出料困难。2、随着规模化养殖业的发展，商品化饲料大量使用，生产的粪便作为沼气池发酵原料，容易造成碳氮比不协调，导致产气中断和中毒现象。3、一家一户养殖越来越少，导致户用沼气池发酵原料不足，造成不少沼气池建成后不久就弃置不用，造成人力、财力的浪费。本人在遵循国家标准的基础上，结合我县农户在生产、生活方面的新需求，对顶水压式沼气池进行创新设计和研究，通过反复实践，设计、建造了一批顶水压式多功能沼气池，并将农作物秸秆三级发酵技术、太阳能增温技术、沼气池密封性能检测技术和沼液冲厕技术集成整合应用于沼气发酵全过程，有效地解决上述问题。

1 顶水压式多功能沼气池结构设计

顶水压式多功能沼气池由发酵间、活动盖、导气管、进料管、出料管、布料墙、水压进料间、酸化池、过滤网、压浮网、太阳能阳光板等构成，其特征在于发酵间与水压进料间靠进料管联通，水压进料间设置于发酵间顶部，并在水压进料间上部安装太阳能阳光板，下面覆盖钢筋压浮网，水压进料间底部进料管上端安装过滤网。（见图1）

2 工作原理及工艺流程

2.1工作原理

顶水压式多功能沼气池是根据沼气发酵分产酸、产甲烷阶段进行的原理，把将农作物秸秆作为沼气发酵的补充原料，水解产酸和产甲烷分别在不同池内完成的一种沼气池。其特征是在原旋流布料式沼气池的基础上，增设了秸秆酸化池，发酵间与水压间靠进料管联通，原有沼气池的水压箱从沼气池主池的侧部转移到顶部，取消了无效水压间；水压间具备进料功能，发酵原料（人畜粪便、农作物秸秆）直接进入水压间，经水解酸化后，随着产气用气反复变化，部分料液通过进料管来回窜动，原料由进料管进入发酵池。农作物秸秆三步发酵：农作物秸秆粉碎后首先进入酸化池，按比例加入绿秸灵（占秸秆重量的1%）进行预处理，待秸秆表面上附着有白色菌丝，变成黑褐色，再进入水压进料间进行二次发酵处理，上面覆盖钢筋压浮网，水压进料间底部进料管上端安装过滤网，上部安装太阳能阳光板，处理后的农作物秸秆存入水压进料间，随着沼气池产气用气反复变化，水压进料间中的秸秆经水解酸化后，沼气池内部分料液与水压进料间内料液来回窜动，秸秆中富碳微生物的沼液完全接触混合进入池内，利用太阳能阳光板提高水压进料间内温度，加速农作物秸秆水解酸化。农作物秸秆在水压进料间二次水解一个月后，将过滤网从取出，使水解后的农作物秸秆进入发酵间作为沼气发酵原料，形成三级发酵，产生沼气。每两个月循环一次。

2.2工艺流程

综合以上所述的结构功能和运行特点，把新型顶水压式沼气池的工艺流程用图2示出。

3 顶水压式多功能沼气池技术要点

3.1农作物秸秆三级发酵技术

农作物秸秆通过酸化池、进料水压间和发酵池三级发酵，避免了表面结壳和底层沉淀。酸化池、水压进料间和发酵池之间相互由pvc管连通，通过产气和用气发酵池内料液能形成自动循环系统，可自动完成搅拌、破壳工作。解决了长期以来困扰户用秸秆沼气推广预处理发酵程序复杂，农户自行管理不方便等实际问题。

3.2太阳能增温技术

由于在酸化池和进料水压间增设了太阳能阳光板，增温保温效果明显，发酵池内料液温度高，沼气池微生物降解秸秆和转化甲烷速度快，改善了沼气池运行效能，延长了沼气池产气使用时间，整个系统处于良性循环状态。

3.3沼气池密封性能检测技术

该池型可以在主池不加水的情况下（只需用塑料棚膜在进出料管下端用橡皮筋封闭）进行密封性能检测，省工省时方便实用，解决了长期以来户用沼气池密封性能检测程序复杂、检测难的问题。

3.4沼液冲厕技术

沼液经农作物秸秆过滤降解，异味变小后的沼液用来冲厕，干净卫生方便。

4 顶水压式多功能沼气池在生产中的应用

2010年，我们在泾川县城关镇茂林村修建顶水压式多功能沼气池43口，经过两年时间的运行观察，该池型具有原料来源方便（秸秆草粪均可）、产气稳定、产气时间长等优点，深受广大沼气用户的欢迎。同时，对顶水压式多功能沼气池建设材料用量和价格分别进行了单池核算，成本分析中水泥、砂石、机砖等主要材料均是2011年农村沼气国债项目建设物资招标价计算，附属材料均是市场采购价计算。修建一口8m3沼气池建造成本为2079元，而修建一口8m3顶水压式多功能沼气池建池成本2065元，说明顶水压式多功能沼气池的建造成本略低于现行砖混结构沼气池的建造成本，单池建造成本减少14元。同时，在土方开挖、水泥、砂石、红机砖等主要建池材料贵且需人力二次转运的地方，顶水压式多功能沼气池比8m3沼气池建池有一定优势，可以减少二次转运费用。

5 推广前景

本池型适应今后农村沼气转型发展的需要。目前，国家对农村沼气高度重视，大力推广，我省已建成户用沼气池110万座，可是在我省农村大多地方却存在着重建轻管问题，由于建后服务管理不到位，初步估算，病池、废池数量高达50%以上，一些沼气池建成后不到两年就因管理或技术上的问题而废弃。造成沼气池使用率不高的主要原因之一是缺乏原料。由于农民外出务工，农村养殖生猪的比例下降和养殖量减少，秸秆发酵技术还处在空白状态，供给农村户用沼气的原料就成为困难，个别农户异地购买粪便入池，又增加了建设成本。修建顶水压式多功能沼气池可以利用农村丰富的农作物秸秆作为沼气发酵原料，从根本上突破这一瓶劲的制约，提高沼气池使用率，高质量的完成农村沼气项目建设任务。