1、在沼气成分中甲烷含量为55%70%、二氧化碳含量为28%44%、硫化氢平均含量为0.034%。1.3 沼气的理化性质 沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，它的主要成分甲烷在常温下是一种无色、无味、无臭、无毒的气体。甲烷分子式是CH4，是一个碳原子与四个氢原子所结合的简单碳氢化合物。甲烷对空气的重量比是0.54，比空气约轻一半。甲烷溶解度很少，在20、0.1千帕时，100单位体积的水，只能溶解3个单位体积的甲烷。甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达1400 左右。纯甲烷每立方米发热量为36.8千焦。沼气每立方米的发热量约23.4千焦，相当于 0.55千克柴
2、油或0.8千克煤炭充分燃烧后放出的热量。从热效率分析，每立方米沼气所能利用的热量，相当于燃烧3.03千克煤所能利用的热量。二、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、变型的水压式沼气池。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2.12）和椭球形（见图2.13） 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
3、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。图2.1A 8立方米圆筒形水压式沼气池型（单位：毫米）图2.1B 球形水压式沼气池构造简图图2.1C 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。
4、“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。2.2 变型的水压式沼气池 图2.21 中心吊管式沼气池中心吊管式沼气池（见图2.2A） 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2.2B 曲流布料水压式沼气池剖面图（单位：曲流布料水压式沼气池（见图2.2B
5、） 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）。三、沼气池的设计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：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。坚持“圆、小、浅”的原则 “圆、小、浅”是指池型以圆柱形为主，池容612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
6、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。坚持直管进料，进料口加箅子、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。进料口加箅子是防止猪陷入沼气池进料管
7、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。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：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
8、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。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，
9、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。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15.35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
10、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1416之间；在设计反削球形池底时矢跨比为18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15，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:（1.52）范围内为好。3.3 沼气池容积
11、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1.52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）
12、。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810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610头，日光温室面积在100150平方米，可建6、8、10立方米的沼气池为宜。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，养猪头数可增加，沼气池容积大一些为好，但这不是绝对的，因为若沼气池
13、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。四、沼气池的建造 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13厘米）0.6立方米、红砖 600块、陶瓷管（直径2030厘米）12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%。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4.2是三种“模式”总体放线布置图，供放线时参考。以图4.2中A图为例说明放线要点：划出总体平面。划出温室、猪舍面积，猪舍在东
14、侧或西侧。划出“模式”宽度中心线。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。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6.猪舍 7.模式宽度中心线 8.内山墙6.猪舍东西宽度中心线 7.猪舍 图4.2不同“模式”总体放线布置图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
15、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4.3所示。表4.3 610立方米沼气池结构规格标准容积/立方米内直径/米池墙高/米池顶矢高/米池顶曲率半径/米水压间深/米直径/米68102.402.703.001.000.480.540.601.741.962.182.102.280.901.10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
16、，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、引、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
17、区可建圆球形池或提高池身，建成半地下池。“引”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
18、底以下可不加垫层及排水措施。4.4 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0.65，砂子中泥土含量3%，云母含量0.5%，碎石中最大粒径3厘米，泥土含量2%。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：4.4.1砌筑出料口通道。出料口通道如图4.41所示。出料口通道用红砖及砂灰砌筑，水泥:砂子12.5。为了便于施工及出料，其通道口宽50厘米，高
19、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。4.4.2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133，池墙高1米，厚0.05米。图4.4.1 出料口通道（单位：4.4.3池拱盖的施工。目前，“模式
20、”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250300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 ，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12水泥砂灰图4.4.3.A 池拱盖施工图砌筑，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35圈，拱盖外壁用13水泥砂灰抹严抹实，拱角处第1圈砖上层抹灰时，厚度
21、要达到3050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4.4.3.A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，13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910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500700毫米长铁筋摆放成字型，抹灰要加厚加固，以防沼气池运
22、行时压力过大涨坏气箱。在导气管周围，砌一个深200300毫米，边长180200毫米的方型围护墙，在输气管引出方向预留出缺口。猪舍地面以下可砌暗沟或放一个内径为2050毫米铁管或塑料护管，以便引出输气管。导气管上面盖上活动盖板，防止输气管被猪啃坏。活动盖板规格240毫米240毫米，厚度为5060毫米，可用2块红砖代替，如图4.4.3.B所示。图4.4.3.B 导气管安装位置示意图4.4.4池底施工。池底先铺一层碎石，用14的水泥砂浆将碎石缝隙灌满，然后再用水泥、砂子、碎石以133的混凝土浇筑池底，厚度要达到812厘米。4.4.5沼气池池体内部密封。由砖和混凝土组合建造的沼气池只靠结构层还不能满足
23、防渗漏求 ，必须对池体进行密封处理才能不漏气、不漏水。沼气池密封层采用7层做法和3层做法两种 ，贮气室及池内进料管部分采用7层做法；池底、池墙、水压间、出料口通道等采用3层做法。其7层做法第1层用450水泥砂灰刷浆，灰水0.31；第2层抹水泥砂子12.5的水泥砂灰，厚度为0.81厘米；第3层抹0.1厘米厚素灰；第4层抹水泥砂子12的水泥砂灰，厚度为0.4厘米；第5层抹0.1厘米厚的素灰；第6层用11的细砂灰抹0.3 0.4厘米；第7层刷素灰浆3遍。而3层做法是第1层与7层做法中的第2层一起做；第2层与7层做法中的第6层一起做；第3层与7层做法中的第7层一起做。4.4.6养护。用混凝土浇筑的每个
24、部位，都要进行养护，要求在平均气温大于5条件下自然养护，外露混凝土应加盖草帘浇水养护，养护时间为710天。春、秋要注意早晚防冻。为达到养护目的，在沼气池密封处理以后要把出料口、进料口、池顶口用薄膜盖严。自然养护期达到后经检查试压就可以投料使用。建池完工24小时后如果下雨应及时向池内加水，加水量应是池内装料容积的一半，以防地下水位上涨鼓坏池体。4.4.7检查验收。新建沼气池和大换料后保养维护的旧池，必须经过检查验收合格，方可投料使用。其检验方法分为两种：直接检查法 必须全池强度养护达到70%以上才能进行，用手指或小木棒叩击无翘壳空响。全池内壁无渗水痕迹，无裂缝、砂眼、孔隙等肉眼可见的缺陷；池外输
25、气管线、开关等配套设施安装齐全牢固。试压检查法 在直接检查完好的基础上，推荐采用气压检验为主，水压法检验为辅，亦可混合使用。一般作法是装水至进、出料管上端20厘米高度，观测12小时，水位降低无明显变化，视为不漏水；再用打气筒（机）充气（或灌水增压），使压力表达到设计压力的50%，观察24小时，若压力不降低，继续打气至设计压力，再观测24小时，压力降低值在设计压力的3% 以内，视为不漏气。亦可采用空池封闭进出料口、直接充气试压的方法，要求同上。试压中最好将输气管路全部接通，分别检查有否渗漏现象。检查中如有漏水、漏气者，须查明部位、原因。经修补使强度达到要求后，再经复验合格，方可投料使用。但使用前，必须将多余的水抽去。未经复验合格者，不得勉强使用。结论通过对沼气池的设计，通过对不同沼气池类型的分析，沼气池的建造要根据当地使用要求和气温、地质条件、设计图纸的确定、施工技术等等方面的综合考虑，经过方案的对比分析，选择了最佳方案，是对所学知识的灵活运用的最好体现，锻炼了独立思考问题、分析问题、解决问题的能力，最后取得了理想的效果。
