户用沼气池防浮渣罩破壳装置

2015-03-31黄崇林

绿色科技 2015年1期

黄崇林

（广西壮族自治区融水县农村能源办公室，广西柳州545300）

1 引言

长期以来，农村户用沼气池以家畜粪便为主要原料来源，农村家庭基本都饲养有生猪，沼气池原料供给充足，沼气建设快速发展。但随着养猪成本的提高，以及农村主要劳动力外出务工，家庭饲养业锐减，使家畜粪便原料来源严重不足，造成沼气池使用率逐年下降。近年来，户用沼气池逐步减少对家畜粪便的依赖，转变以秸秆原料为主，秸秆作物在农村相当丰富，如北方的玉米秆、南方的甘蔗叶等都是优质原料。秸秆原料替代传统的家畜粪便原料投入沼气池，是农村户用沼气池发展的必然趋势。但秸秆原料投入沼气池存在着容易结壳的问题。

沼气池结壳是指沼气池运行一阶段后，部分质量较轻的发酵原料在浮力和沼气上升力的作用下上浮，在液面上逐渐集聚形成浮渣，在没有外力的干扰下，位于液面之上的浮渣在厌氧的贮气室中因缺水干缩而逐步形成坚硬的结壳层，随着浮渣的不断增加进而出现完全覆盖沼气池液面的连片结壳现象［1］。沼气结壳的形成导致沼气池内产生的沼气集聚受阻，沼气很难聚集入贮气室，造成贮气空间减小，原料利用率降低，产气量减少，直到无气可用，结壳严重时，往往会使一座好端端的沼气池变成废池［2］。如何有效解决结壳问题，是沼气建设持续发展的关键。据融水县农村能源办对全县所建的4万多座户用沼气池调查统计，沼气池正常使用率为35%，间歇使用为16.8%，停用为40.8%，报废为7.4%［3］，在停用的沼气池中，原料结壳是主要停用原因。

2012年，融水县农村能源办在融水县融水镇古鼎村山安屯开展沼气池“全托管”服务模式，对近40座沼气池投入秸秆原料进行发酵实验，使用的秸秆原料为甘蔗叶，首先用铡割机把蔗叶铡碎，然后放入预处理池进行堆沤预处理，最后投入沼气池。整个实验过程最大的障碍就是浮渣结壳，所有的沼气池内都上浮满了蔗叶原料，为了不使实验失败，经反复的观察和采用多种材料进行对比破壳实验，最终制作出了一种能够防止浮渣整块板结的破壳装置，有效地解决了沼气池投入秸秆原料浮渣结壳的问题。

2 沼气破壳技术的分析

对现有的沼气池破壳技术进行分析来看，如常用的休息破壳法、打压破壳法、搅拌破壳法及浸泡破壳法等［4］，以往的破壳方法由于是被动破壳，在破壳的过程中相对繁琐，并且破得一段时间后又会重新结壳，在农村粗犷的沼气管理方式中难以推广开来。而防浮渣罩破壳装置是主动破壳，在沼气池形成结壳前，采用水渣隔离方法，保障沼气池正常产气的一种破壳方法，即是在沼气池原料间内的结壳层隔离出一个液体和气体可以通行的不结壳通道，让原料间底部发酵产生的沼气能通过这个通道进入贮气室，保障沼气池能产气、贮气和用气。这个重要的通道就是防浮渣罩破壳装置。

3 防浮渣罩的应用分析

3.1 防浮渣罩的设计

防浮渣罩参考的是农村主要推广使用的6m3和8m3水压式沼气池的工作原理和参数设计。沼气池防浮渣罩呈有底无盖圆桶状，直径55～60cm，高100～120cm，桶体和底部以竹材编织成框架结构，纵横交织的竹材间距为10cm，以编织成圆柱形并牢固扎实为标准。桶体外部和底部覆盖镀锌铁丝网，铁丝网网眼规格为1.2cm×1.2cm。简单描述为：圆竹篓外包一圈铁丝网。

3.2 防浮渣罩的破壳原理

防浮渣罩主要用于水压式沼气池，水压式沼气池的工作原理是：产气时，沼气压迫发酵液进入出料间，出现液面差，产生静压强；用气时，由于液面差产生的静压强使出料间的发酵液返回发酵池进入贮气室，把沼气压出来［5］，概括为：气压水，水送气。防浮渣罩正是利用沼气池的工作原理采用水渣隔离的方法来破壳的。防浮渣罩安装于沼气池发酵间内，当池内浮渣出现结壳时，防浮渣罩采用网眼设计，直接把秸秆浮渣阻隔在罩外，沼气和沼液能出入罩内，罩内没有结壳现象。当沼气池产气时，沼气通过防浮渣罩这个通道进入贮气室，贮气室内的沼气聚集过多后，又从上部压迫防浮渣罩内液面及罩外结壳层，使池内液体流到出料间，池内液面下降，浮渣结壳层也跟着下降，贮气室空间变大，贮气量增加；用气时，由于出料间与发酵间的液面差产生静压强，出料间液体在重力作用下回流入池内，沼液又从下部压迫防浮渣罩内液面及罩外结壳层，使贮气室内沼气进入输气管，输送到用气设备。

3.3 防浮渣罩的制作与安装

3.3.1 防浮渣罩制作

防浮渣罩以竹材和镀锌铁丝网为材料，经手工编织加工完成。首先是把竹材加工成竹篾，然后手工编织竹篾成为设计规格的竹篓，最后在竹篓外部和底部铺盖镀锌铁丝网并捆扎牢固。

3.3.2 防浮渣罩的安装

防浮渣罩是在沼气池投料后，封池之前安装，把防浮渣罩从沼气池顶部天窗口放入，罩口朝上安放在池内中心部位，高度位于气压盖底到发酵间的中上部位置，定位好后用绳索和木条固定住防浮渣罩，确保防浮渣罩紧贴在气压盖底不会掉入池内。

3.4 防浮渣罩的使用效果与作用

融水县能源办在山安屯对近40座沼气池投入秸秆原料进行发酵实验，开始时没有安装防浮渣罩，直接把铡割机铡割出3～5cm的甘蔗叶与接种物经堆沤后预处理后入池，并进行搅拌使蔗叶全部沉入沼液中，封池，等待发酵产气，一星期后，看气压表没有反应，又等待了半个月，看气压表还是保持在0kPa。打开气压盖找原因，发现池内所有蔗叶都上浮到气压盖口，填满贮气室内，测量足有40cm厚，已经阻挡了沼气进入贮气室，造成无气现象。之后对所有沼气池加装自制的防浮渣罩，有了防浮渣罩的沼气池在一星期内，最长的在10d内都能通过气压表观察到产气现象并很快得以用气。由此可见，投入秸秆原料为主的沼气池若不采取破壳措施则无气可用，而安装有防浮渣罩破壳装置的沼气池能正常产气、用气，从而证明，防浮渣罩破壳装置，可以有效解决沼气池浮渣结壳问题，恢复沼气池的正常产气功能，从而提高农村户用沼气池的使用率。

防浮渣罩的作用就是保障沼气池使用过程中“气压水，水送气”的畅通运行。防浮渣罩不论是新池还是旧池都能安装使用，并且一次安装，长久受益。

3.5 防浮渣罩的缺陷与改造

3.5.1 防浮渣罩的缺陷

以竹材制作的防浮渣罩是初级的手工产品，还存在缺陷。

（1）成本相对偏高。由于是采用手工编织，劳动力成本高，所用竹材和镀锌铁丝网等材料须购买，使成本很难下降。

（2）使用寿命短。铁丝网长期浸泡于沼液、沼渣中易损坏脱落，失去防浮渣作用。

（3）手工作坊，制作粗糙，无法规模化生产。

3.5.2 防浮渣罩的改造

为了更好的普及和推广使用防浮渣罩，做成经久耐用、轻便美观、安装方便、运输便捷的产品，必须对防浮渣罩进行改造。

（1）改材料。选用塑料材质，塑料成本低、易成型，放入沼气池内经得起污水浸泡，不易损坏。

（2）改造型。改造成上宽下窄的空心倒圆台状，高度为120cm，上口无盖，直径为60cm，下部有底，底部直径为45cm，空心圆台侧面体和底部为网状结构，网眼呈圆形，直径为1cm，网眼间距为2cm。上宽下窄的造型一是可起到自动破壳作用，通过产气和用气时池内液面的上下波，上宽下窄的结构能把结壳层挤开；二是不占空间，便于运输，可以把多个防浮渣罩相互套装叠加。

（3）改生产工艺。由手工编织改为机械设备一次性压模成形。