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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。
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图2.18米圆筒形水压式沼气池型(单位:
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图2.2球形水压式沼气池构造简图
卜1剖面
图2.3椭球形水压式沼气构造简图(单位:
水压式沼气池,是我国推广最早、数量最多的池型,是在总结三结合”圆、小、浅”、活动盖”、直管进料”、中层出料”等群众建池的基础上,加以综合提高而形成的。
三
结合”就是厕所、猪圈和沼气池连成一体,人畜粪便可以直接打扫到沼气池里进行发酵。
圆、
小、浅”就是池体圆、体积小、埋深浅。
活动盖”就是沼气池顶加活动盖板。
水压式沼气池型有以下几个优点:
(1)池体结构受力性能良好,而且充分利用土壤的承载能力,所以省工省料,成本比较低。
(2)适于装填多种发酵原料,特别是大量的作物秸秆,对农村积肥十分有利。
(3)为便于经常进料,厕所、猪圈可以建在沼气池上面,粪便随时都能打扫进池。
(4)沼气池周围都与土壤接触,对池体保温有一定的作用。
水压式沼气池型也存在一些缺点,主要是:
(1)由于气压反复变化,而且一般在4〜16千帕(即40〜160厘米水柱)压力之间变化。
这
对池体强度和灯具、灶具燃烧效率的稳定与提高都有不利的影响。
(2)由于没有搅拌装置,池内浮渣容易结壳,池容产气率(即每立方米池容积一昼夜的产气量
又难于破碎,所以发酵原料的利用率不高,)偏低,一般产气率每天仅为0.15米3/米3左
右。
(3)由于活动盖直径不能加大,对发酵原料以秸秆为主的沼气池来说,大出料工作比较困难。
因此,出料的时候最好采用出料机械。
2.2.2变型的水压式沼气池
水压间
(1)中心吊管式沼气池(见图2.4)将活动盖改为钢丝网水泥进、出料吊管,使其有一管三用的功能(代替进料管、出料管和活动盖),简化了结构,降低了建池成本,又因料液使
沼气池拱盖经常处于潮湿状态,有利于其气密性能的提高。
而且,出料方便,便于人工搅拌。
但是,新鲜的原料常和发酵后的旧料液混在一起,原料的利用率有所下降。
图2.5曲流布料水压式沼气池剖面图(单位:
1984
(2)曲流布料水压式沼气池(见图2.5)该池型是由昆明市农村能源环保办公室于年设计成功的一种新池型。
它的发酵原料不用秸秆,全部采用人、畜、禽粪便。
原料的含水量在95%左右(不能过高)。
该池型有如下特点:
(1)在进料口咽喉部位设滤料盘。
(2)原料进入池内由布料器进行半控或全控式布料,形成多路曲流,增加新料扩散面,充分发挥池容负载能力,提高了池容产气率。
⑶池底由进料口向出料口倾斜。
(4)扩大池墙出口,并在内部设隔板,塞流固菌。
(5)池拱中央、天窗盖下部吊笼,输送沼气入气箱。
同时,利用内部气压、气流产生拌作用,缓解上部料液结壳。
(6)把池底最低点放在水压间底部。
在倾斜池底作用下,发酵液可形成一定的流动推力,实现进出料自流,可以不打开天窗盖把全部料液由水压间取出。
223其他各种变型的水压式沼气池
除了上述两种变型的水压式沼气池外,各地还根据各自的具体使用情况,设计了多种其
他变型的水压式沼气池型。
如:
为了减少占地面积、节省建池造价、防止进出料液相混合、
增加池拱顶气密封性能的双管顶返水水压式沼气池(见图2.6);
为了便于出料的大揭盖水压
式沼气池(见图2.7)和便于底层出料的圆筒形水压式沼气池(见图2.8);
为了多利用秸草类发
酵原料而采用的弧形隔板、干湿发酵水压式沼气池(见图2.9)。
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图2.6双管顶返水水压式沼气池简图
1.进料管2.发酵池3.出料联通管4.活动盖5.导气管6.水压间
牛1
图2.7大揭盖水压式沼气池简图
1.大直径活动盖2.蓄水池盖板3.导气管
图2.8圆筒形水压式沼气池简图(单位:
图2.9干、湿发酵水压式沼气池简图
1.湿发酵区2.干发酵区
2.2.4无活动盖底层出料水压式沼气池
无活动盖底层出料水压式沼气池是一种变型的水压式沼气池。
该池型将水压式沼气池活
动盖取消,把沼气池拱盖封死,只留导气管,并且加大水压间容积,这样可避免因沼气池活动盖密封不严带来的问题,在我国北方农村,与模式”配套新建的沼气池提倡采用这种
池型。
本书将介绍该种沼气池的建造技术。
无活动盖底层出料水压式沼气池的构造如图2.10
所示。
沼气池为圆柱形,斜坡池底。
它由发酵间、贮气间、进料口、出料口、水压间、导气管等组成。
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图2.10底层出料水压式沼气池构造
1.发酵间2.贮气间3.进料口4.出料口、水压间5.导气管6.出料口通道
(1)进料口与进料管进料口与进料管分别设在猪舍地面和地下。
厕所、猪舍及收集的
人畜粪便,由进料口通过进料管注入沼气池发酵间。
(2)出料口与水压间出料口与水压间设在与池体相连的日光温室内。
其目的是便于蔬
菜生产施用沼气肥,同时出料口随时放出二氧化碳进入日光温室内促进蔬菜生长。
水压间的下端通过出料通道与发酵间相通。
出料口要设置盖板,以防人、畜误入池内。
(3)池底池底呈锅底形状,在池底中心至水压间底部之间,建一U型槽,下返坡度5%,
便于底层出料。
(4)工作原理①未产气时,进料管、发酵间、水压间的料液在同一水
平面上。
②产气时,经微生物发酵分解而产生的沼气上升到贮气间,由于贮气间密封不漏
气,沼气不断积聚,便产生压力。
当沼气压力超过大气压力时,便把沼气池内的料液压出,进料管和水压间内水位上升,发酵间水压下降,产生了水位差,由于水压气而使贮气间内的沼气保持一定的压力。
③用气时,沼气从导气管输出,水压间的水流回发酵间,即水压
间水位下降,发酵间水位上升。
依靠水压间水位的自动升降,使贮气间的沼气压力能自动
调节,保持燃烧设备火力的稳定。
④产气太少时,如果发酵间产生的沼气跟不上用气需要,
则发酵间水位将逐渐与水压间水位相平,最后压差消失,沼气停止输出。
2.3沼气池的设计
2.3.1沼气池的设计原理
建造模式”中的沼气池,首先要做好设计工作。
总结多年来科学实验和生产实践的经验,设计与模式配套的沼气池必须坚持下列原则:
(1)必须坚持四结合”原则四结合”是指沼气池与畜圈、厕所、日光温室相连,使人畜粪便不断进入沼气池内,保证正常产气、持续产气,并有利于粪便管理,改善环境卫生,沼
液可方便地运送到日光温室蔬菜地里作肥料使用。
(2)坚持圆、小、浅”的原则圆、小、浅”是指池型以圆柱形为主,池容6〜12立方米,池深2米左右,圆形沼气池具有以下优点:
第一,根据几何学原理,相同容积的沼气池,圆形比方形或长方形的表面积小,比较省料。
第二,密闭性好,且较牢固。
圆形池内部结构合理,池壁没有直角,容易解决密闭问题,而且四周受力均匀,池体较牢固。
第三,我国北方
气温较低,圆形池置于地下,有利于冬季保温和安全越冬。
第四,适于推广。
无论南方、北方,建造圆形沼气池都有利于保证建池质量,做到建造一个,成功一个,使用一个,巩固一
个,积极稳步地普及推广。
小,是指主池容积不宜过大。
浅,是为了减少挖土深度,也便于
避开地下水,同时发酵液的表面积相对扩大,有利于产气,也便于出料。
(3)坚持直管进料,进料口加算子、出料口加盖的原则直管进料的目的是使进料流畅,
也便于搅拌。
进料口加算子是防止猪陷入沼气池进料管中。
出料口加盖是为了保持环境卫
生,消灭蚊蝇孳生场所和防止人、畜掉进池内。
2.3.2沼气池的设计依据
设计与模式”配套的沼气池,制定建池施工方案,必须考虑下列因素:
(1)选择池基应考虑土质建造沼气池,选择地基很重要,这是关系到建池质量和池子
寿命的问题,必须认真对待。
由于沼气池是埋在地下的建筑物,因此,与土质的好坏关系
很大。
土质不同,其密度不同,坚实度也不一样,容许的承载力就有差异。
而且同一个地方,土层也不尽相同。
如果土层松软或沙性土或地下水位较高的烂泥土,池基承载力不大,在此
处建池,承受不了,必然引起池体沉降或不均匀沉降,造成池体破裂,漏水漏气。
一般自
然土层,每平方米容许承载力都超过10吨以上,在这样的自然土层上建造沼气池,是没有什
么问题的。
因此,池基应该选择在土质坚实、地下水位较低,土层底部没有地道、地窖、渗
井、泉眼、虚土等隐患之处;
而且池子与树木、竹林或池塘要有一定距离,以免树根、竹根
扎入池内或池塘涨水时影响池体,造成池子漏水漏气;
北方干旱地区还应考虑池子离水源和
用户都要近些,若池子离用户较远,不但管理(如加水、加料等)不方便,输送沼气的管道
也要很长,这样会影响沼气的压力,燃烧效果不好。
此外,还要尽可能选择背风向阳处建
池。
(2)设计池子应考虑荷载确定荷载是沼气池设计中一项很重要的环节。
所谓荷载,是
指单位面积上所承受的重量。
如果荷载确定过大,设计的沼气池结构截面必然过大,结果用料过多,造成浪费;
如果荷载确定过小,设计的强度不足,就容易造成池体破裂。
荷载
的计算标准一般为:
池身自重(按混凝土量计算)每立方米为2.5吨左右,拱顶覆土每立方米为2吨左右,池内发酵原料每立方米容积为1.2吨左右,沼气池产气后池内每平方米受压
为1吨左右。
此外,经常出现在池顶的人、畜等压力以最大量考虑为1吨左右。
所以,地
基和承载力至少不能小于每平方米8吨。
(3)设计池子应考虑拱盖的矢跨比和池墙的质量建造沼气池,一般都用脆性材料,受压性能较好,抗拉性能较差。
根据削球形拱盖的内力
计算,当池盖矢跨比在1:
5.35时,是池盖的环向内力变成拉力的分界线;
大于这个分界线,若不配以钢筋,池盖则可能破裂,因此,在设计削球形池拱盖时矢跨比(即矢高与直径
之比。
矢高指拱脚至拱顶的垂直距离)一般在1:
4〜1:
6之间;
在设计反削球形池底时矢跨
比为1:
8左右(具体的比例还应根据池子大小、拱盖跨度及施工条件等决定)。
注意在砌拱
盖前要砌好拱盖的蹬脚,蹬脚要牢固,使之能承受拱盖自重、覆土和其他荷载(如畜圈、厕
所等)的水平推力(一般说来,一个直径为5米,矢跨比为1:
5,厚度为10厘米的混凝土拱盖,其边缘最大拉力约为10吨),以免出现裂缝和下塌的危险;
其次,池墙质量必须牢固。
池墙基础(环形基础)的宽度不得小于40厘米(这是工程构造上的最小尺寸),基础厚度不得小于25厘米。
一般基础宽度与厚度之比,应在1:
(1.5〜2)范围内为好。
2.3.3沼气池容积的计算
建造沼气池,事先要进行池子容积的计算,就是说计划建多大的池子为好。
计算容积的
大小原则上应根据用途和用量来确定。
池子太小,产气就少,不能保证生产、生活的需要;
池子太大,往往由于发酵原料不足或管理跟不上去等原因,造成产气率不高。
目前,我国农村沼气池产气率普遍不够稳定,夏天一昼夜每立方米池容约可产气0.15立方米,冬季约
可产气0.1立方米左右,一般农村五口人的家庭,每天煮饭、烧水约需用气1.5立方米(每
人每天生活所需的实际耗气量约为0.2立方米,最多不超过0.3立方米)。
同时,应考虑生产用肥。
因此,农村建池,每人平均按1.5〜2立方米的有效容积计算较为适宜(有效容积
一般指发酵间和贮气箱的总容积)。
根据这个标准建池,人口多的家庭,平均有效容积少一点,人口少的家庭,平均有效容积多一点;
北方地区一般气温较低,可多一点,南方地区一般气温较高,可少一点。
如一个五口人的家庭,建造一个8〜10立方米的沼气池,管理得
好,所产沼气基本上能满足一家人一年四季煮饭、烧水或点灯的需要,在北方即使在冬季气温较低,产气量有所减少的情况下,仍可供煮两餐饭或烧开水用。
所以一般家庭养猪存栏
6〜10头,日光温室面积在100〜150米2,可建6、8、10米3的沼气池为宜。
对于建在野外的四位一体生态型大棚模式,一般模式”面积为667平方米(1亩)左右,这时,养猪头
数可增力口,沼气池容积大一些为好,但这不是绝对的,因为若沼气池容积满足不了炊事用能及蔬菜生产用肥的需要,可由外界补充能源及肥料,从而使模式”正常运行。
2.4沼气池的施工技术
2.4.1备料
建一个8立方米的沼气池需要水泥1吨、砂子2立方米、碎石(规格1〜3厘米)0.6立方
米、红砖600块、陶瓷管(直径20〜30厘米)1〜2根、钢筋(直径14毫米)1.2米。
如果建10立方米沼气池,其水泥、砖、砂再增加10%,若建6立方米沼气池,则水泥、砖、砂比8立方米沼气池用量要减少10%。
2.4.2放线
放线挖坑是保证建池质量的第一关,必须按规定尺寸施工。
图2.11是三种模式”总体
放线布置图,供放线时参考。
以图2.11中A图为例说明放线要点:
①划出总体平面。
②划
出温室、猪舍面积,猪舍在东侧或西侧。
③划出模式”宽度中心线。
④以O为起点,在猪
舍内侧找出池的中心点O,以O为圆心,以池的半径加6厘米为半径划圆,确定池的位置。
⑤确定进料口、出料口位置。
要在模式”宽度中心线上确定为进料口中心点和位于日光温
室内的出料口中心点,用白灰做好标记。
1.厕所2.进料口3.沼气池4.出料口5.日光温室
6.模式宽度中心线7.猪舍8.内山墙
1.1.厕所2.进料口3.沼气池4.出料口5•日光温室
6.猪舍7.模式宽度中心线8.内山墙
1.
厕所2.进料口3.沼气池4.出料口5.日光温室
6.猪舍东西宽度中心线7.猪舍
图2.11不同“模式”总体放线布置图
2.4.3池坑开挖
在模式”内建沼气池均采用地下埋式,沼气池土方工程采用大开挖的施工工艺。
首先,应确定好正负零的高度。
池坑深度按设计图确定,即沼气池的池顶与出料口保持在一个水平面上,并高出猪舍地面10厘米。
进料口超高地面2厘米,如果挖得过深使沼气池低于地平面,影响配套使用,挖得过浅使沼气池突出地面,给养猪和日光温室施肥造成困难。
具体尺寸如表2.1所示。
表2.16〜10米3沼气池结构规格标准
容积/米3
内直径/
池墙咼/
池顶矢咼
池顶曲率
米
/米
半径/米
深/米
直径/米
6
2.40
1.00
0.48
1.74
2.10
0.90
8
2.70
0.54
1.96
2.18
10
3.00
0.60
2.28
1.10
为了便于安放建池模具或利用砖模浇筑池体,减少材料损耗,池坑要规圆上下垂直。
对
于土质良好的地区坑壁可挖直,取土时由中间向四周开挖,开挖至坑壁时留有一定余地,然
后按定位桩找出中心点,并钉一固定的木桩,用一条绳的一端固定在中心点的木桩上,绳的
另一端拴上一把小把锄,使锄刀到中心点的长度等于池的半径加上墙厚度6厘米划圆,刮
掉阻碍通道的砂土,边挖边修整池坑,直到设计深度为止。
池坑挖好后马上将池底修成锅底形状;
由锅底中心至水压间底部挖一条U形浅槽,下返坡度5%。
对于土质松散的地方,
地面以下80厘米应放坡取土,坡度大小要看土质松散程度而定,以坑壁不坍塌为原则,同时挖好进、出料口坑。
如有地下水出现,池底要挖集水坑,以便排水。
建池时遇到地下水,可采用避、弓I、堵”的办法来解决。
避”就是避开地下水,尽量不
在多雨季节施工,选择地下水位较低、地势较高的地方建池,水网地区可建圆球形池或提高池身,建成半地下池。
弓”就是引开地下水,施工前挖排水沟,尽量将水引走。
池墙渗
水,可将竹管插入渗水处或在池壁上凿星(“Y”形小沟,使水集中从沟内流至池底。
对于池
底渗水,可采用十字沟或环形沟集水,并在池底中央挖一较深小井,使水流入井内汲走,待工程告一段落无渗水排出时再填此井。
堵”就是堵住地下水,对池内个别小泉眼,可用
砖头、小石块塞紧。
若大面积渗水,可采用水玻璃药液防渗剂掺入水泥进行粉刷,快速凝固,堵塞有效。
同时,在土质差、地下水位高处建池,池底下面还必须设置沙卵石垫层,其垫层的施工可先铺砌卵石,再用水沉法使沙子挤满卵石空隙,起到确保建池质量的作用。
如建池场地确无地下水,池底以下可不加垫层及排水措施。
244利用混凝土浇筑6、8、10立方米沼气池的现场施工
四位一体生态型大棚模式中的沼气池,一般采用组合式建池。
所谓组合式建池就是池底、
池墙、水压间下部采用混凝土整体现浇,池拱盖及水压间上部采用砖砌。
在现浇拌制混凝土时,必须控制水灰比w0.65,砂子中泥土含量w3%,云母含量w0.5%,碎石中最大粒径<
3厘米,泥土含量w2%。
混凝土浇筑工序必须连续进行,间断时间不得超过1小时,浇
筑时必须振捣密实,防止出现蜂窝麻面现象。
施工顺序如下:
(1)砌筑出料口通道出料口通道如图2.12所示。
出料口通道用红砖及砂灰砌筑,水泥:
砂子=1:
2.5。
为了便于施工及出料,其通道口宽50厘米,高70厘米,顶部起拱,但上口距池上拱角不得小于35厘米,防止产气多时水面下返而跑气。
(2)池墙及水压间下部的浇筑池墙及水压间下部的浇筑可采用钢模、木模及砖模,一
般上述模具为内模,而以池壁为外模。
由于钢模造价高,很少采用,而木模和砖模用的较多。
若一个村里建多个沼气池,采用木模较方便,若只建一个,则采用砖模为宜。
采用砖模的一般砌法是:
先把砖用水浸湿,防止拆模困难。
每块砖横向砌筑,每层砖砖缝错开,不用带泥口或灰口,做到砌一层砖用混凝土浇筑一层,振捣密实后再砌第二层。
混凝土配合重量比为水泥:
砂子:
碎石=1:
3:
3,池墙高1米,厚0.05米。
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图2.12
(3)池拱盖的施工目前,模式”中的沼气池拱盖用砖砌,模式”中的沼气池一般采用直
管进料,在砌筑池拱盖前要安装好进料管,一般利用直径200毫米、长600毫米左右的陶瓷
砌,进料管周围要用水泥加固。
砌筑拱盖的砖,要选择质量好的,先用水浸湿,保持外湿内干,用1:
2水泥砂灰
图2.13池拱盖施工图
管,管内穿绳拴挂在地面的木桩上,进料管喇叭口朝上,上下垂直,紧贴池壁固定好。
插入池内深度拱角250〜300毫米为宜。
砌筑拱盖可用铁钩或挂绳法固定砖,先由进料管处开始
砌筑,砂灰和易性要好,灰口饱满,砖与砖要顶紧,每砌筑一圈,要用小石片嵌牢,边砌筑
边注意拱盖弧度,每砌筑3〜5圈,拱盖外壁用1:
3水泥砂灰抹严抹实,拱角处第1圈砖
上层抹灰时,厚度要达到30〜50毫米,用以代替圈梁。
随砌随抹灰,随即由外向内均匀地
回填土。
回填土前,进料管上部也要砌几层砖,防止回填土由进料管进入池内,进料口宽以
240毫米为宜,长度因户而异。
注意第一次回填土约60%即可,防止塌方,其余土量在次日池内密封前回填一部分,整体池完工10天后可全部回填完。
池拱盖施工图如图2.13所
示。
在砌筑池拱盖的同时,应把水压间的上部砌好。
水压间上半部用1/4砖立砌,1:
3水
泥砂灰浇筑。
当砌筑池拱盖要封口时,在拱顶正中央安放直径为9〜10毫米的铜导气管,插入深度以
池内密封层完工后露出10毫米左右为宜,拱顶中央用4条500〜700毫米长铁筋摆放成#
字型,抹灰要加厚加固
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