新型半地埋式三合一沼氣池應用與研究

周祖榮

(浙江省溫州市農(nóng)村能源辦公室, 浙江 溫州 325009)

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新型半地埋式三合一沼氣池應用與研究

周祖榮

(浙江省溫州市農(nóng)村能源辦公室, 浙江 溫州 325009)

文章研究設計了一種集沼氣池、儲氣柜、電動攪拌為一體的三合一半地埋式沼氣池。該沼氣池克服了以往沼氣池與儲氣柜分體建筑、占地面積大、工程造價高的難題，同時解決無動力地埋式沼氣池液面容易形成浮渣結殼而降低產(chǎn)氣的問題。該三合一地埋式沼氣池造價低,既防止了沼氣池浮渣結殼，又提高產(chǎn)氣量，同時節(jié)省用地面積，在工程造價上比同類型沼氣池降低一半左右。

三合一地埋式沼氣池； 電動攪拌； 活動儲氣柜； 節(jié)省用地面積

溫州市地處浙江省東南沿海，年平均氣溫17.3℃～19.4℃，是一個非常適合建沼氣池的地區(qū)，我市現(xiàn)有地埋式沼氣池1.5萬多處。筆者在30多年的沼氣池建設管理工作中分析總結了各種地埋式沼氣池存在難以長效運行的現(xiàn)象，并研究設計了一種造價低、性能高的新型半地埋式三合一沼氣池。以期為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化充分利用，促進農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)發(fā)展，保護農(nóng)業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供行之有效的科學依據(jù)。

1 地埋式沼氣池的現(xiàn)狀與問題

1.1 易生浮渣結殼，構成安全隱患

地埋式沼氣池在使用3～5年后一般都會在液平面上形成10～20 cm厚的浮渣硬殼，如果發(fā)展下去浮渣硬殼會變得越來越厚，同時還會影響產(chǎn)氣、儲氣、用氣，給用戶帶來安全隱患。

1.2 沉渣堆積，無法正常運行

地埋式沼氣池一般需要定時抽渣，而抽渣工作耗時、耗力、耗錢，且又臟又臭，更難以解決的還是抽出來的沉渣無處消納，致使許多沼氣池業(yè)主不得不放棄維護，導致沼氣池無法正常運行，任由污水直進直出，最終污染周邊環(huán)境、污染地表水源。

1.3 夏季儲氣室容積不足，冬季產(chǎn)氣少

地埋式沼氣池儲氣室一般都較小，夏季氣溫高、產(chǎn)氣多，儲氣室容積不足，沼氣大部分直排大氣層，除能源浪費外還會對大氣環(huán)境造成二次污染。冬季氣溫低、產(chǎn)氣少，但儲氣不足，嚴重影響居民用氣，實用價值降低，而另外建造儲氣柜又會增加工程投資，增加用地面積，造成業(yè)主負擔。

2 新型半地埋式三合一沼氣池

為了克服現(xiàn)有地埋式沼氣池易產(chǎn)生浮渣結殼，沉渣堆積和產(chǎn)用氣矛盾等問題，筆者研究設計了一種造價低、性能高的新型半地埋式三合一沼氣池。

該沼氣池在普通地埋式沼氣池的頂部加建活動式儲氣罩，在沼氣池內中心位置安裝電動葉輪定時攪拌，改沼氣池靜態(tài)料液為有規(guī)律的動態(tài)料液，防止浮渣結殼，同時進料管底部設抽渣口以便及時抽渣，防止沉渣堵塞，方便春夏季有機肥還田利用。配置了活動式儲氣罩的沼氣池具有產(chǎn)氣率高、占地省、費用低等優(yōu)點，解決了因儲氣室容積不足造成的冬季用氣不夠、夏季沼氣浪費的問題。同時也減少了沉渣的形成，避免了清渣帶來的費用高、沉渣無法消納、隨意堆放、影響周邊環(huán)境、污染地表水源，造成環(huán)境二次污染的難題。

3 工藝流程及其結構

3.1 工藝說明及原理

如圖1所示，半地埋式三合一沼氣池，主要包括地埋式沼氣池和活動氣罩2部分。進水口和抽渣口公用，方便抽渣、后續(xù)維護和有機肥還田利用，出水口底部有一根長110 mm的管子與沼氣池上部10 mm處倒置相連用以防止浮渣流出，在沼氣池周圍有一圈水封槽，水封槽邊沿是龍門架，龍門架內側和水封槽中放置活動氣罩，氣罩上方放置配重塊用于調整氣壓，在氣罩中央安裝限壓閥以確保沼氣池安全運行，水封槽注滿水形成一個密閉的活動儲氣室。夏季產(chǎn)氣多用不完時可以存儲在活動儲氣室中，減少排空污染大氣。沼氣池中央安裝電動攪拌機定時攪拌，防止浮渣結殼和沉渣堵塞管道，同時提高產(chǎn)氣量和去污能力。

圖1 新型半地埋式三合一沼氣池

進料口將污水流進沼氣池，在沼氣池中滯留一定時間，在密閉厭氧的環(huán)境中產(chǎn)生沼氣和沼液，達到去除污染變廢為寶、循環(huán)利用。當沼液超越水平面時從出料口流出，冬季用氣不夠，可以從活動儲氣室中得到補充一舉多得。

3.2 工藝特點

該半地埋式三合一沼氣池，利用電動攪拌機原理使生物菌既能在靜態(tài)料液中快速繁殖生長又能在動態(tài)料液中防止浮渣結殼，具有高去污能力、高產(chǎn)氣能力和高儲氣容量等優(yōu)點，在增加了儲氣室容量的同時不需另建儲氣室，因此不用另外多增加用地面積，比分別建沼氣池和儲氣柜造價減少50%，免除了清渣所需的大量費用，解決了清除出來的底渣無處消納，易造成二次環(huán)境污染的難題。

3.3 電控結構

在電控齒輪箱里面安裝30瓦小功率濕式單相交流電動機一臺，轉速每分鐘1500轉，經(jīng)過1∶100減速至轉速每分鐘15轉。齒輪二級減速器1套，時間控制開關1個，單相交流開關繼電器1個，及若干個軸承組成。

3.4 攪拌時間控制

以畜禽養(yǎng)殖場沼氣池為例，根據(jù)畜禽生產(chǎn)作息規(guī)律，結合沼氣池生物繁殖原理和環(huán)保達標排放要求，定時器控制攪拌時間在22點至第2天早上5點為最佳，天亮前2小時停止攪拌讓料液沉淀、變清，使上清液溢流排放達到處理效果。

3.5 進出料時間控制

根據(jù)自流式沼氣池運行規(guī)律(一邊進料、一邊出水)早上5點停止攪拌讓沼氣池內沼液靜止沉淀1～2小時，到7點以后生產(chǎn)、生活開始轉入高峰期，進出料也隨之進入高峰期，此時可以明顯地觀察到上清液的出水效果。

3.6 沼氣池運行控制

沼氣池的運行控制應根據(jù)原料來源不同制定不同的控制方案，主要原料來源分畜禽養(yǎng)殖場排泄物、生活污水、餐飲廢水和工業(yè)有機廢水等。業(yè)主要根據(jù)自己實際污水情況選擇進料時間、流量等符合本行業(yè)要求的沼氣池工藝運行方案，再結合設計要求做到干濕分離、雨污分離，嚴格控制沼氣池的日常運行。

4 效益分析

4.1 生態(tài)環(huán)境效益

傳統(tǒng)地埋式沼氣池建池投資大，管理麻煩、清渣費用高、淤泥無處傾倒、易給環(huán)境造成二次污染，浮渣易結殼、沉渣易堵塞、故障率高。安裝半地埋式三合一沼氣池，能一次性解決上述問題，大大提高了業(yè)主建沼氣池的積極性。

4.2 經(jīng)濟效益

根據(jù)溫州各個地區(qū)的人工費、材料信息情況來看傳統(tǒng)地埋式沼氣池的普通單方平均造價在1000元左右。如建一座50 m3的沼氣池增加活動儲氣柜后，約增加投資2萬元，但是每年至少可減少1萬元的清渣費，同時增加了7300元清潔能源效益。一個鋼筋混凝土結構的地埋式沼氣池平均壽命在20～30年左右，從長遠科學的角度考慮是非常劃算的。表1例舉了容積為50 m3的地埋式沼氣池投資運行成本測算情況。

4.3 應用效益

以50 m3沼氣池為例，每年節(jié)省清渣費1萬余元，增收清潔能源費7300元，不包括減少運輸費、堆放費、人工費等。全年累計節(jié)省支出1.73萬元以上(見表2)。

4.4 社會效益

根據(jù)我國2014年初統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前我國已建沼氣池4000萬戶，到2015年預計達5000萬戶。其中地埋式沼氣池總體數(shù)量占比達90%以上。因此安裝半地埋式三合一沼氣池對地埋式沼氣池進行改造是一項一舉多得的民生工程，該項目的成功對地埋式沼氣池的技術推廣提升，后續(xù)管理及環(huán)境保護都具有重要的現(xiàn)實意義。

表1 50 m3沼氣池工程投資成本明細表

表2 50 m3沼氣池投資回收明細表

注：1)運行費包括清渣費、運輸費、堆放費、人工費、電費等。2)沼氣效益計算方法：每m31元，平均每天20 m3，一年365×20×1=7300元。3)沼氣池投資壽命周期平均按25年計。

5 結論

筆者通過對半地埋式三合一沼氣池的工藝流程及其結構的系統(tǒng)介紹，對各種效益進行了具體分析，認為該沼氣池解決了地埋式沼氣池浮渣結殼、沉淀堵塞、儲氣室容積小，因清渣所產(chǎn)生的費用高、沉渣無處傾倒、夏季產(chǎn)氣多用不完排空污染大氣，冬季產(chǎn)氣不足影響村民生活等疑難問題，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化充分利用，促進了農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)發(fā)展，為保護農(nóng)村生態(tài)環(huán)境農(nóng)業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供了行之有效的科學依據(jù)。

2015-06-18

周祖榮(1957-)，男，工程師，主要從事農(nóng)村能源建設工作，E-mail: 385204495@qq.com

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1000-1166(2016)04-0074-03