新型半地埋式三合一沼气池应用与研究

周祖荣

(浙江省温州市农村能源办公室, 浙江 温州 325009)



新型半地埋式三合一沼气池应用与研究

周祖荣

(浙江省温州市农村能源办公室, 浙江 温州 325009)

文章研究设计了一种集沼气池、储气柜、电动搅拌为一体的三合一半地埋式沼气池。该沼气池克服了以往沼气池与储气柜分体建筑、占地面积大、工程造价高的难题，同时解决无动力地埋式沼气池液面容易形成浮渣结壳而降低产气的问题。该三合一地埋式沼气池造价低,既防止了沼气池浮渣结壳，又提高产气量，同时节省用地面积，在工程造价上比同类型沼气池降低一半左右。

三合一地埋式沼气池； 电动搅拌； 活动储气柜； 节省用地面积

温州市地处浙江省东南沿海，年平均气温17.3℃～19.4℃，是一个非常适合建沼气池的地区，我市现有地埋式沼气池1.5万多处。笔者在30多年的沼气池建设管理工作中分析总结了各种地埋式沼气池存在难以长效运行的现象，并研究设计了一种造价低、性能高的新型半地埋式三合一沼气池。以期为实现农业废弃物的资源化充分利用，促进农业生态良性循环发展，保护农业生态可持续发展提供行之有效的科学依据。

1 地埋式沼气池的现状与问题

1.1 易生浮渣结壳，构成安全隐患

地埋式沼气池在使用3～5年后一般都会在液平面上形成10～20 cm厚的浮渣硬壳，如果发展下去浮渣硬壳会变得越来越厚，同时还会影响产气、储气、用气，给用户带来安全隐患。

1.2 沉渣堆积，无法正常运行

地埋式沼气池一般需要定时抽渣，而抽渣工作耗时、耗力、耗钱，且又脏又臭，更难以解决的还是抽出来的沉渣无处消纳，致使许多沼气池业主不得不放弃维护，导致沼气池无法正常运行，任由污水直进直出，最终污染周边环境、污染地表水源。

1.3 夏季储气室容积不足，冬季产气少

地埋式沼气池储气室一般都较小，夏季气温高、产气多，储气室容积不足，沼气大部分直排大气层，除能源浪费外还会对大气环境造成二次污染。冬季气温低、产气少，但储气不足，严重影响居民用气，实用价值降低，而另外建造储气柜又会增加工程投资，增加用地面积，造成业主负担。

2 新型半地埋式三合一沼气池

为了克服现有地埋式沼气池易产生浮渣结壳，沉渣堆积和产用气矛盾等问题，笔者研究设计了一种造价低、性能高的新型半地埋式三合一沼气池。

该沼气池在普通地埋式沼气池的顶部加建活动式储气罩，在沼气池内中心位置安装电动叶轮定时搅拌，改沼气池静态料液为有规律的动态料液，防止浮渣结壳，同时进料管底部设抽渣口以便及时抽渣，防止沉渣堵塞，方便春夏季有机肥还田利用。配置了活动式储气罩的沼气池具有产气率高、占地省、费用低等优点，解决了因储气室容积不足造成的冬季用气不够、夏季沼气浪费的问题。同时也减少了沉渣的形成，避免了清渣带来的费用高、沉渣无法消纳、随意堆放、影响周边环境、污染地表水源，造成环境二次污染的难题。

3 工艺流程及其结构

3.1 工艺说明及原理

如图1所示，半地埋式三合一沼气池，主要包括地埋式沼气池和活动气罩2部分。进水口和抽渣口公用，方便抽渣、后续维护和有机肥还田利用，出水口底部有一根长110 mm的管子与沼气池上部10 mm处倒置相连用以防止浮渣流出，在沼气池周围有一圈水封槽，水封槽边沿是龙门架，龙门架内侧和水封槽中放置活动气罩，气罩上方放置配重块用于调整气压，在气罩中央安装限压阀以确保沼气池安全运行，水封槽注满水形成一个密闭的活动储气室。夏季产气多用不完时可以存储在活动储气室中，减少排空污染大气。沼气池中央安装电动搅拌机定时搅拌，防止浮渣结壳和沉渣堵塞管道，同时提高产气量和去污能力。

图1 新型半地埋式三合一沼气池

进料口将污水流进沼气池，在沼气池中滞留一定时间，在密闭厌氧的环境中产生沼气和沼液，达到去除污染变废为宝、循环利用。当沼液超越水平面时从出料口流出，冬季用气不够，可以从活动储气室中得到补充一举多得。

3.2 工艺特点

该半地埋式三合一沼气池，利用电动搅拌机原理使生物菌既能在静态料液中快速繁殖生长又能在动态料液中防止浮渣结壳，具有高去污能力、高产气能力和高储气容量等优点，在增加了储气室容量的同时不需另建储气室，因此不用另外多增加用地面积，比分别建沼气池和储气柜造价减少50%，免除了清渣所需的大量费用，解决了清除出来的底渣无处消纳，易造成二次环境污染的难题。

3.3 电控结构

在电控齿轮箱里面安装30瓦小功率湿式单相交流电动机一台，转速每分钟1500转，经过1∶100减速至转速每分钟15转。齿轮二级减速器1套，时间控制开关1个，单相交流开关继电器1个，及若干个轴承组成。

3.4 搅拌时间控制

以畜禽养殖场沼气池为例，根据畜禽生产作息规律，结合沼气池生物繁殖原理和环保达标排放要求，定时器控制搅拌时间在22点至第2天早上5点为最佳，天亮前2小时停止搅拌让料液沉淀、变清，使上清液溢流排放达到处理效果。

3.5 进出料时间控制

根据自流式沼气池运行规律(一边进料、一边出水)早上5点停止搅拌让沼气池内沼液静止沉淀1～2小时，到7点以后生产、生活开始转入高峰期，进出料也随之进入高峰期，此时可以明显地观察到上清液的出水效果。

3.6 沼气池运行控制

沼气池的运行控制应根据原料来源不同制定不同的控制方案，主要原料来源分畜禽养殖场排泄物、生活污水、餐饮废水和工业有机废水等。业主要根据自己实际污水情况选择进料时间、流量等符合本行业要求的沼气池工艺运行方案，再结合设计要求做到干湿分离、雨污分离，严格控制沼气池的日常运行。

4 效益分析

4.1 生态环境效益

传统地埋式沼气池建池投资大，管理麻烦、清渣费用高、淤泥无处倾倒、易给环境造成二次污染，浮渣易结壳、沉渣易堵塞、故障率高。安装半地埋式三合一沼气池，能一次性解决上述问题，大大提高了业主建沼气池的积极性。

4.2 经济效益

根据温州各个地区的人工费、材料信息情况来看传统地埋式沼气池的普通单方平均造价在1000元左右。如建一座50 m3的沼气池增加活动储气柜后，约增加投资2万元，但是每年至少可减少1万元的清渣费，同时增加了7300元清洁能源效益。一个钢筋混凝土结构的地埋式沼气池平均寿命在20～30年左右，从长远科学的角度考虑是非常划算的。表1例举了容积为50 m3的地埋式沼气池投资运行成本测算情况。

4.3 应用效益

以50 m3沼气池为例，每年节省清渣费1万余元，增收清洁能源费7300元，不包括减少运输费、堆放费、人工费等。全年累计节省支出1.73万元以上(见表2)。

4.4 社会效益

根据我国2014年初统计数据显示，目前我国已建沼气池4000万户，到2015年预计达5000万户。其中地埋式沼气池总体数量占比达90%以上。因此安装半地埋式三合一沼气池对地埋式沼气池进行改造是一项一举多得的民生工程，该项目的成功对地埋式沼气池的技术推广提升，后续管理及环境保护都具有重要的现实意义。

表1 50 m3沼气池工程投资成本明细表

表2 50 m3沼气池投资回收明细表

注：1)运行费包括清渣费、运输费、堆放费、人工费、电费等。2)沼气效益计算方法：每m31元，平均每天20 m3，一年365×20×1=7300元。3)沼气池投资寿命周期平均按25年计。

5 结论

笔者通过对半地埋式三合一沼气池的工艺流程及其结构的系统介绍，对各种效益进行了具体分析，认为该沼气池解决了地埋式沼气池浮渣结壳、沉淀堵塞、储气室容积小，因清渣所产生的费用高、沉渣无处倾倒、夏季产气多用不完排空污染大气，冬季产气不足影响村民生活等疑难问题，实现了农业废弃物的资源化充分利用，促进了农业生态良性循环发展，为保护农村生态环境农业生态可持续发展提供了行之有效的科学依据。

2015-06-18

周祖荣(1957-)，男，工程师，主要从事农村能源建设工作，E-mail: 385204495@qq.com

S216.4

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1000-1166(2016)04-0074-03