沼氣池的構造原理(附設計圖紙)

1、2沼氣池的建造技術沼氣的基本知識2.1.1沼氣是有機物質在厭氧環(huán)境中在一定的溫度、濕度、酸堿度的條件下，通過微生物發(fā)酵作 用，產生的一種可燃氣體。由于這種氣體最初是在沼澤、湖泊、池塘中發(fā)現的，所以人們叫它沼氣。沼氣含有多種氣體，主要成分是甲烷（CH 4）。沼氣細菌分解有機物，產生沼氣的過程，叫沼氣發(fā)酵。根據沼氣發(fā)酵過程中各類細菌的作用，沼氣細菌可以分為兩大類。第一類細菌叫做分解 菌，它的作用是將復雜的有機物分解成簡單的有機物和二氧化碳（2）等。它們當中有專門分解纖維素的，叫纖維分解菌；有專門分解蛋白質的，叫蛋白分解菌；有專門分解脂肪 的，叫脂肪分解菌；第二類細菌叫含甲烷細菌，通常叫甲烷菌，它的

2、作用是把 簡單的有機物及二氧化碳氧化或還原成甲烷。因此，有機物變成沼氣的過程，就好比工 廠 里生產一種產品的 兩道工序：首先是分解細菌將糞便、秸稈、雜草等復雜的有機物加工成半成品一一結構簡單的化合物；再就是在 甲烷細菌的作用下，將簡單的化合物加工成產品2.1.2沼氣是一種混合氣體，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氫（H 2S）、氮及其他一些成分。沼氣的組成中，可燃成分包括甲烷、硫化氫、一氧化碳和重怪等氣體；不可燃成分包括二氧化碳、 氮和氨等氣體。在沼氣成分中甲烷含量為55%70%、二氧化碳含量為28%44%、硫化氫平均含量為0.034%。2.1.3沼氣是一種無色、有味、有毒、有臭的氣體

3、，它的主要成分甲烷在常溫下是一種無色、無味、無臭、無毒的氣體。甲烷分子式是CH4，是一個碳原子與四個氫原子所結合的簡單碳氫化合物。甲烷對空氣的重量比是0.54，比空氣約輕一半。甲烷溶解度很少，在20oC、0.1千帕時，IOO單 位體積的水，只能溶解3甲烷是簡單的有機化合物，是優(yōu)質的氣體燃料。燃燒時呈藍色火焰，最高溫度可達1 ?400? C左右。純甲烷每立方米發(fā)熱量為36.8千焦。沼氣每立方米的發(fā)熱量約23.4千焦，相當于0.55千克柴 油或0.8千克煤炭充分燃燒后放出的熱量。從熱效率分析，每立方米沼 氣所能利用的熱量，相當于燃燒3.032.2家用沼氣池的類型隨著我國沼氣科學技術的發(fā)展和農村家用

4、沼氣的推廣，根據當地使用要求和氣溫、地質 等條件，家用沼氣池有固定拱蓋的水壓式池、大揭蓋水壓式池、吊管式水壓式池、曲流布料水壓式池、頂返水水 壓式池、分離浮罩式池、半塑式池、全塑式池和罐式池。形式雖然多種多樣，但是歸總起來大體由水壓式沼氣池、 浮罩式沼氣池、半塑式沼氣池和罐式沼氣池四種基本類型變化形成的。與四位一體生態(tài)型大棚模式配套的沼氣池一 般為水壓式沼氣池，它又有幾種不同形式。2.2.1定拱蓋水壓式沼氣池有圓筒形（見圖2.1）、球形（見圖2.2）和橢球形（見圖2.3）三種池型。這種 池型的池體上部氣室完全封閉，隨著沼氣的不斷產生，沼氣壓力相應提高。這個 不斷增高的 氣壓，迫使 沼氣池內的一

5、部分料液進到與池體相通的水壓間內，使得水壓間內的液面升高。這樣一來，水壓間的液面跟沼氣池 體內的液面就產生了一個水位差，這個水位差就叫做“水壓,（也就是U形管沼氣壓力表顯示的數值）。用氣 時，沼氣開尖打開，沼氣在水壓下排出；當沼氣減少時，水壓間的料液又返回池體內，使得水位差不斷下降，導致 沼氣壓力也隨之相應降 低。這種利用部分料液來回串動，引起水壓反復變化來貯存和排放 沼氣的池型，就稱 之為水壓式沼氣池。圖 2.1 8-taas#圓筒形水壓式沼氣池型（單位：毫 米）需水圈獗酵間(單位：毫米)是在總結“三結合,、“圓、小、淺圖2.3橢球形水壓式沼氣構造簡圖水壓式沼氣池，是我國推廣最早、數量最多的

6、池型,活動蓋,、“直管進料,“中層出料結 ,等群眾建池的基礎上，加以綜合提高而形人畜成的合”就是廁所、豬圈和沼氣池連成一體，小、糞便可以直接打掃到沼氣池里進行發(fā)酵?！皥A、淺,就是池體圓、體積小、埋深淺?；顒由w,就是沼氣池頂加活動蓋板。池體結構受力性能良好，而且充分利用土壤的承載能力，所以省工省料，成本比較低。(2)(3)沼氣池周圍都與土壤接觸，對池體保溫有一定的作用。由于氣壓反復變化，而且一般在416千帕(即40160厘米水柱)壓力之間變化。這 對池由于沒有攪拌裝置，池內浮渣容易結殼，又難于破碎，所以發(fā)酵原料的利用率不高，池容產氣率(即每立方米池容積一晝夜的產氣量)偏低，一般產氣率每天僅為0.

7、15米3 /米3左右。由于活動蓋直徑不能加大，對發(fā)酵原料以秸稈為主的沼氣池來說，大出料工作比較困難2.2.2病態(tài)池圖2.4中心吊管式沼氣池(1)中心吊管式沼氣池(見圖2.4)將活動蓋改為鋼絲網水泥進、出料吊管，使其有一管三用的功能(代替進料 管、出料管和活動蓋)，簡化了結構，降低了建池成本，又因料液使沼氣池拱蓋經常處于潮濕狀態(tài)，有利于其氣密 性能的提高。而且，出料方便，便于人工攪拌。但是，新鮮的原料常和發(fā)酵后的舊料液混在一起，原料的利用率有 所下降。圖2.5曲流布料水壓式沼氣池剖面圖(單位：毫米)(2)曲流布料水壓式沼氣池(見圖25)該池型是由昆明市農村能源環(huán)保辦公室于1984年設計成功的一種

8、新 池型。它的發(fā)酵原料不用秸稈，全部采用人、畜、禽糞便。原料的含水量在95%左右(不能過高)(1)原料進入池內由布料器進行半控或全控式布料，形成多路曲流，增加新料擴散面，充分(3)擴大池墻出口，并在內部設隔板，塞流固菌。緩解上部料液池拱中央、天窗蓋下部吊籠，輸送沼氣入氣箱。同時，利用內部氣壓、氣流產生攪拌作用， 結殼。（6）把池底最低點放在水壓間底部。在傾斜池底作用下，發(fā)酵液可形成一定的流動推力，實除了上述兩種變型的水壓式沼氣池外，各地還根據各自的具體使用情況，設計了多種其他變型的水壓式沼氣池型。如：為了減少占地面積、節(jié)省建池造價、防止進 出料液相混合、增加池拱頂氣密封性能的雙管頂返水水壓式沼

9、氣池（見圖2.6）；為了便于出料的大揭蓋水壓 式沼氣池（見圖2.7）和便于底層出料的圓筒形水壓式沼氣池（見圖2.8）；為了多利用秸草類發(fā)酵 原料而采用的弧形隔板、干濕發(fā)酵水壓式沼氣池（見圖2.9）。圖2.6雙管頂返水水壓式沼氣池簡圖1.進料管2.發(fā)酵池3. 4.活動蓋5.導氣管6.水壓間圖2.71大直徑活動蓋2.蓄水池蓋板3.導氣管圖2.8圓筒形水壓式沼氣池簡圖（單位：毫米）圖2.91 濕發(fā)酵區(qū)2.干發(fā)酵區(qū)2.2.4無活動蓋底層出料水壓式沼氣池是一種變型的水壓式沼氣池。該池型將水壓式沼氣池活 動蓋取消，把沼氣池拱 蓋封死，只留導氣管，并且加大水壓間容積，這樣可避免因沼氣池活動蓋 密封不嚴帶來的

10、問題，在我國北方農村，與“模式”配套新建的沼氣池提倡采用這種池型。本書將介紹該種沼氣池的建造技術。無活動蓋底層出料水壓式沼氣池的構造如圖210所示。沼氣池為圓柱 形，斜坡池底。它由發(fā)酵間、貯氣間、進料口、出料口、水壓間、導 氣管等2LA圖 2.106出料口通道1.發(fā)酵間2.貯氣間3.4.出料口、水壓間5.導氣管進料口與進料管 進料口與進料管分別設在豬舍地面和地下。廁所、豬舍及收集的人畜出料口與水壓間出料口與水壓間設在與池體相連的日光溫室內。其目的是便于蔬菜生產施用沼氣肥，同時 出料口隨時放出二氧化碳進入日光溫室內促進蔬菜生長。水壓間的下 端池底池底呈鍋底形狀，在池底中心至水壓間底部之間，建一

11、U型槽，下返坡度5%，便于(4)工作原理未產氣時，進料管、發(fā)酵間、水壓間的料液在同一水 平面上。產氣時，經微生物發(fā)酵分解而產生的沼氣上升到貯氣間，由于貯氣間密封不漏氣，沼氣不斷積聚，便產生壓 力。當沼氣壓力超過大氣壓力時，便把沼氣池內的料液壓出，進料管和水壓間內水位上升，發(fā)酵間水壓下降，產生 了水位差，由于水壓氣而使貯氣間內的沼氣保持一定的壓力。用氣時，沼氣從導氣管輸出，水壓間的水流回發(fā)酵間，即水壓間水位下降,發(fā)酵間水位上調 升依靠水壓間水位的自動升降使貯氣間的沼氣壓力能自動節(jié)，保持燃燒設備火力的穩(wěn)定產氣太少時如果發(fā)酵間產生的沼氣跟不上用氣需要則發(fā)酵間水位八將逐漸與水壓2.32.3.1建造“模

12、式”中的沼氣池，首先要做好設計工作?？偨Y多年來科學實驗和生產實踐的經必須堅持“四結合”原則“四結合”是指沼氣池與畜圈、廁所、日光溫室相連，使人畜糞便不斷進入 沼氣池內，保證正常產氣、持續(xù)產氣，并有利于糞便管理，改善環(huán)境衛(wèi)生，沼 液可方便地運送到日光溫室蔬菜地里作 肥料使用。堅持“圓、小、淺”的原則“圓、小、淺”是指池型以圓柱形為主，池容612立方米，池深2米 左右，圓形沼氣池具有以下優(yōu)點：第一，根據幾何學原理，相同容積的沼氣池，圓形比方形或長方形的表面積小，比較省料。第二，密閉性好，且較牢固。圓形池內部結構合理，池壁沒有直角，容易解決密閉問題，而且四 周受力均勻，池體較牢固。第三，我國北方氣溫

13、較低，圓形池置于地下，有利于冬季保溫和安全越冬。第四，適于推 。無論南方、北方，建造圓形沼氣池都有利于保證建池質量，做到建造一個，成功一個，使用一個，鞏固一 個，積極穩(wěn)步地普及推廣。小，是指主池容積不宜過大。淺，是為了減少挖土深度，也便 于堅持直管進料，進料口加算子、出料口加蓋的原則直管進料的目的是使進料流暢，也便于攪拌。進料口加 算子是防止豬陷入沼氣池進料管中。出料口加蓋是為了保持環(huán)境衛(wèi)生，2.3.2設計與“模式”選擇池基應考慮土質建造沼氣池，選擇地基很重要，這是矢系到建池質量和池子壽命的問題，必須認真對 待。由于沼氣池是埋在地下的建筑物，因此，與土質的好壞尖系很大。土質不同，其密度不同，堅

14、實度也不一樣， 容許的承載力就有差異。而且同一個地方，土層也不盡相同。如果土層松軟或沙性土或地下水位較高的爛泥土，池 基承載力不大，在此 處建池，承受不了，必然引起池體沉降或不均勻沉降，造成池體破裂，漏水漏氣。一般自然土 層，每平方米容許承載力都超過10噸以上，在這樣的自然土層上建造沼氣池，是沒有 什 么問題的。因此，池基應 該選擇在土質堅實、地下水位較低，土層底部沒有地道、地窖、滲虛土等隱患之處；而且池子與樹木、竹林或 池塘要有一定距離，以免樹根、竹根扎入池內或池塘漲水時影響池體，造成池子漏水漏氣；北方干旱地區(qū)還應考井、泉眼、慮池子離水源和用戶都要近些，若池子離用戶較遠，不但管理(如加水、加

15、料等)不方便，輸送沼氣的管道也要很 長，這樣 會影響沼氣的壓力，燃燒效果不好。此外，還要盡可能選擇背風向陽處建設計池子應考慮荷載確定荷載是沼氣池設計中一項很重要的環(huán)節(jié)。所謂荷載，是指單位面積上所承受的重量。 如果荷載確定過大，設計的沼氣池結構截面必然過大，結果用料過多，造成浪費；如果荷載確定過小，設計的強度不 足，就容易造成池體破裂。荷載的計算標 準一般為：池身自重（按混凝土量計算）每立方米為2.5噸左右，拱頂覆土每立方米為2噸左右， 池內發(fā)酵原料每立方米容積為1.2噸左右，沼氣池產氣后池內每平方米受壓為1噸左右此外，經常出現在池頂的 人=畜等壓力以最大量考慮為1噸左右。所以，地基和承載力至少

16、不能小于每平方米8（3）設計池子應考慮拱蓋的矢跨比和池墻的質量建造沼氣池，一般都用脆性材料，受能較好5抗拉性能較差。根據削球形拱蓋的內力的 壓性計算，當池蓋矢跨比在1 : 5.35時，是池蓋環(huán)向內力變成拉力的分界線；大于這個分界在設計線，若不配以鋼筋，池蓋則可能破裂，因此，之比。削球形池拱蓋時矢跨比（即矢矢高指拱腳至拱頂的垂直距離）一般在高與直徑比為1： 8左右（具體的比例還應根據池子大小、蓋1 ： 41 ： 6之間；在設計反削球形池底時矢跨拱蓋跨 前要砌好拱蓋的蹬腳，蹬腳要牢固，使之能承所等）度及施工條件等決定）。注意在砌拱受拱蓋自重、覆土和 的水平推力（一般說來5 一個直徑為其他荷載（如畜

17、圈=廁蓋，其邊緣最大拉力約為10噸），以免出現裂縫和下塌的危險；其次，池墻質量必須牢固池墻基礎（環(huán)形基礎）的寬度不得小于40厘米（這是工程構造上的最小尺寸于25厘米。一般基礎寬度與厚度之比，應在1: （1.52）,基礎厚度不得小2.3.3建造沼氣池，事先要進行池子容積的計算，就是說計劃建多大的池子為好。計算容積的大小原則上應根據 用途和用量來確定。池子太小，產氣就少，不能保證生產生活的需要；池子太大，往往由于發(fā)酵原料不足或管理跟不上去等原因，造成產氣率不高。目前，我國農村沼氣池產氣率普遍不夠穩(wěn)定，夏天一晝夜每立方米池容約可產氣0.15立方米，冬季約可產氣0 .1立方米左右，一般農村五口人的家庭

18、，每天煮飯、燒水約需用氣15立方 米（每人每天生活所需的實際耗氣量約為0.2立方米，最多不超過0.3立方米）。同時，應考慮生產用肥。因此，農村建池，每人平均按1.52立方米的有效容積計算較為適宜（有效容積一般指發(fā)酵間和 貯氣箱的總容積）。根據這個標準建池，人口多的家庭，平均有效容積少一點，人口少的家 庭，平均有效容積多一點；北方地區(qū)一般氣溫較低，可多一點，南方地區(qū)一般氣溫較高，可少一點。如一個五口 人的家庭，建造一個810立方米的沼氣池，管理得好，所產 沼氣基本上能滿足一家人一年四季煮飯、燒水或 點燈的需要，在北方即使在冬季氣溫較低，產氣量有所減少的情況下，仍可供煮兩餐飯或燒開水用。所以一般家

19、 庭養(yǎng)豬存欄610頭，日光溫室面野外的四位一體生態(tài)型大數可積在100150米2，可建6=棚8、10米3的沼氣池為宜。對于建在能及蔬菜生產用肥的需為好，但這不是絕對的,因為若沼氣池容積滿足不了炊事用要，可由外界補充能源及肥料，從而使模式模式，一般“模式”面積為積大一些667平方米（1畝）左右，這時，養(yǎng)豬頭沼氣池的施工技術2.4.1建一個8立方米的沼氣池需要水泥1噸、砂子米、紅磚600 2立方米、碎石（規(guī)格13厘米）0.6立方 塊、陶瓷管（直徑2030厘米）12根、鋼筋（直徑14毫米）1.2 7KO如果建10立方米沼氣池 ，其水泥、磚、砂再增加10% ,若建6立方米沼氣池，則水泥、磚、砂比8立方米

20、沼氣池用量 要減少10% 2.4.2放線挖坑是保證建池質量的第一尖，必須按規(guī)定尺寸施工。圖2.11是三種“模式”總體放線布置圖，供 放線時參考。以圖2.中A圖為例說明放線要點：劃出總體平面。劃出溫室、豬舍面積，豬舍在東側或西 側。劃出“模式”寬度中心線。以O為起點，在豬 舍內側找出池的中心點O，以O為圓心，以池的半徑 加6厘米為半徑劃圓，確定池的位置。確定 進料口、出料口位置。要在“模式”寬度中心線上確定為進料口中心點和位于日光溫 室內的出料口中心 點，用白灰做好標記。圖2.11不同“模炎 總體放線布置圖1B并沖舞會顒W厘施施墻鬻料口超1厘米魁般塑過深使沼氣池僞阿面影響配套便胛人丁乙IHgJU

21、LJlu表2.1 610米3沼氣池結構規(guī)格標準A1 廁所2.進料口 3.沼氣池4.5.日光溫室6.模式寬度中心線7.豬舍8. 內LiJ墻1. 1廁所2.進料口 3.沼氣池4. 5.日光溫室6.豬舍7.模式寬度中心線8.內LiJ墻米米/米半徑/米深/米直徑/米62.401.000.481.742.100.9082.701.000.541.962.181.00103.001.000.602.182.281.10條繩的一端為了便于安放建池模具或利用磚模澆筑池體，減少材料損耗，池坑要規(guī)圓上下垂直。對于土質良好的地區(qū) 坑壁可挖直，取土時由中間向四周開挖，開挖至坑壁時留有一定余地，然后按定位樁找出中心點，

22、并釘一固定定在中心點的木樁上，繩的另一端拴上一把小把鋤，使鋤刀到中心點的長度等于池的半徑加上墻厚度6厘米劃圓，刮掉阻礙通道的砂土，邊挖邊修整池坑，直到設計深度為止。池坑挖好后馬上將池底修成鍋底形狀；由鍋底中心至水壓間底部挖一條U形淺槽，下返坡度5%。對于土質松散的地方，地面以下8 O厘米應放坡取土，坡度大小要看土質松散程度而定，以坑壁不坍塌為原則，同建池時遇到地下水，可采用“避、引、堵,的辦法來解決?！氨?就是避開地下水，盡量不在多雨季節(jié) 施工，選擇地下水位較低、地勢較高的地方建池，水網地區(qū)可建圓球形池或提 高池 身，建成半地下池。“引”就 是引開地下水，施工前挖排水溝，盡量將水引走。池墻滲水

23、，可將竹管插入滲水處或在池壁上鑿星(“丫”)形小溝， 使水集中從溝內流至池底。對于池底滲水，可采用十字溝或環(huán)形溝集水，并在池底中央挖一較深小井，使水流入井 內汲走，待工程告一段落無滲水排出時再填此井。堵,就是堵住地下水，對池內個別小泉眼，可用磚頭、小堵塞有效。同時,在土質差、地石塊塞緊。若大面積滲水，可采用水玻璃藥液防滲劑摻入水泥進行粉刷，快速凝下水位高處建池，池底下面還必須設置沙卵石墊層，其墊層 的施工可先鋪砌卵石，再用水沉法使沙子擠滿卵石空隙，起到確保建池質量的作用。如建利用混凝土澆筑6、8、10立方米沼氣池的現場四位一體生態(tài)型大棚模式中的沼氣池，一般采用組合式建 池。所謂組合式建池就是池

24、底、池墻、水壓間下部采用混凝土整體現澆，池拱蓋及水壓間上部采用磚砌。在現澆拌 制混凝土時，必須控制水灰比W0.65，砂子中泥土含量W 3%，云母含量W 0.5%，碎石中最大粒徑3厘米，泥土含量W 2%?；炷翝仓ば虮仨氝B續(xù)進行，間斷時間不得超過1小時，澆筑時必須振搗密實，防止出現蜂窩麻面現象。施工順序如下：砌筑出料口通道出料口通道如圖2.12所示。出料口通道用紅磚及砂灰砌筑，水泥：砂子=1 ： 2.5 o為 了便于施工及出料，其通道口寬50厘米，高70厘米，頂部起拱，但上口距池上拱角不得小于35池墻及水壓間下部的澆筑池墻及水壓間下部的澆筑可采用鋼模、木模及磚模，一般上述模具為內模，而 以池壁

25、為外模。由于鋼模造價高，很少采用，而木模和磚模用的較多。若一個村里建多個沼氣池，采用木模較方 便，若只建一個，則采用磚模為宜。采用磚模的一般砌法是：先把磚用水浸濕，防止拆模困難。每塊磚橫向砌筑， 每層磚磚縫錯開，不用帶泥口或灰口，做到砌一層磚用混凝土澆筑一層，振搗密實后再砌第二層?；炷僚浜现亓?比為水泥：砂子：碎石=1 ： 3 ： 3，池墻高1米，厚0.05Il5ff tl：；. 一 “ fvpc.vP.-AA M 圖2.12出料口通道(單位：毫米)池拱蓋的施工目前模式”中的沼氣池拱蓋用磚砌，“模式中的沼氣池一般采用直管進料，在砌 筑池拱蓋前要安裝好進料管，一般利用直徑200毫米長600毫米

26、左右的陶瓷管，管內穿繩拴掛在地面的木樁上，進料管喇叭口朝上，上下垂直，緊貼池壁或掛繩法定磚，先由進料管處開始砌，進料管周圍要用水泥加固。砌筑拱蓋的磚，要選擇質量好的，先用水浸濕，定好。插入 池內深度拱角250300毫米為宜。砌筑拱蓋可用鐵鉤保持外濕內干，用1 ： 2水泥砂灰圖2.13池拱蓋施工圖砌筑，砂灰和易性要好，灰口飽滿，磚與磚要頂緊，每砌筑一圈，要用小石片嵌牢，邊砌筑邊注意拱蓋弧度，每砌筑 35圈，拱蓋外壁用1 : 3水泥砂灰抹嚴抹實，拱角處第1圈磚上層抹灰時，厚度要達到3050毫米，用以代替圈梁。隨砌隨抹灰，隨即由外向內均勻地 回填土?；靥钔燎?， 進料管上部也要砌幾層磚，防止回填土由進

27、料管進入池內，進料口寬以240毫米為宜，長度因戶而異。注意第一次 回填土約60%即可，防止塌方，其余土量在次日池內密封前回填一部分，整體池完工10天后可全部回填完。池 拱蓋施工圖如圖2.13所 示。在砌筑池拱蓋的同時，應把水壓間的上部砌好。水壓間上半部用1/4磚立砌，1 ： 3水 泥砂灰澆筑。當砌筑池拱蓋要封口時，在拱頂正中央安放直徑為910毫米的銅導氣管，插入深度以池內密封層完工后露出10毫米左右為宜，拱頂中央用4條500700毫米長鐵筋擺放成#字型，抹灰要加厚加固，以防沼氣池運行時壓力過大漲壞氣箱。在導氣管周圍，砌一個深200300毫米，邊長 180200毫米的方型圍護墻，在輸氣管引出方向預留出缺口。豬舍地面以下可砌暗溝或放一個內徑為2050毫米 鐵管或塑料護管，以便引出輸氣管。導氣管上面蓋上活動蓋板，防止輸氣管被豬啃壞?；顒由w板規(guī)格240毫米X 240毫米，厚度為5060毫米，可用2塊 紅磚代替如圖2.14所示。圖214導氣管安裝位置示意圖池底施工池底先鋪一層碎石，用1 ： 4的水泥砂漿將碎石縫隙灌滿，然后再用水泥、砂子、碎石以1 ： 3 ： 3的混凝土澆筑池底，厚度要達到8