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(yīng)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(shè)計(jì)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(jià)高的難題，同時(shí)解決無動力地埋式沼氣池液面容易形成浮渣結(jié)殼而降低產(chǎn)氣的問題。該三合一地埋式沼氣池造價(jià)低,既防止了沼氣池浮渣結(jié)殼，又提高產(chǎn)氣量，同時(shí)節(jié)省用地面積，在工程造價(jià)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(gè)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(shè)管理工作中分析總結(jié)了各種地埋式沼氣池存在難以長效運(yùn)行的現(xiàn)象，并研究設(shè)計(jì)了一種造價(jià)低、性能高的新型半地埋式三合一沼氣池。以期為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化充分利用，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)發(fā)展，保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供行之有效的科學(xué)依據(jù)。

1 地埋式沼氣池的現(xiàn)狀與問題

1.1 易生浮渣結(jié)殼，構(gòu)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(shí)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(yùn)行

地埋式沼氣池一般需要定時(shí)抽渣，而抽渣工作耗時(shí)、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(hù)，導(dǎo)致沼氣池?zé)o法正常運(yùn)行，任由污水直進(jìn)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(fèi)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(yán)重影響居民用氣，實(shí)用價(jià)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(fù)擔(dān)。

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(jié)殼，沉渣堆積和產(chǎn)用氣矛盾等問題，筆者研究設(shè)計(jì)了一種造價(jià)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(nèi)中心位置安裝電動葉輪定時(shí)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(jié)殼，同時(shí)進(jìn)料管底部設(shè)抽渣口以便及時(shí)抽渣，防止沉渣堵塞，方便春夏季有機(jī)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(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，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(fèi)的問題。同時(shí)也減少了沉渣的形成，避免了清渣帶來的費(fèi)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(jié)構(gòu)

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(jìn)水口和抽渣口公用，方便抽渣、后續(xù)維護(hù)和有機(jī)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(nèi)側(cè)和水封槽中放置活動氣罩，氣罩上方放置配重塊用于調(diào)整氣壓，在氣罩中央安裝限壓閥以確保沼氣池安全運(yùn)行，水封槽注滿水形成一個(gè)密閉的活動儲氣室。夏季產(chǎn)氣多用不完時(shí)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(jī)定時(shí)攪拌，防止浮渣結(jié)殼和沉渣堵塞管道，同時(shí)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(jìn)料口將污水流進(jìn)沼氣池，在沼氣池中滯留一定時(shí)間，在密閉厭氧的環(huán)境中產(chǎn)生沼氣和沼液，達(dá)到去除污染變廢為寶、循環(huán)利用。當(dāng)沼液超越水平面時(shí)從出料口流出，冬季用氣不夠，可以從活動儲氣室中得到補(bǔ)充一舉多得。

3.2 工藝特點(diǎn)

該半地埋式三合一沼氣池，利用電動攪拌機(jī)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(jié)殼，具有高去污能力、高產(chǎn)氣能力和高儲氣容量等優(yōu)點(diǎn)，在增加了儲氣室容量的同時(shí)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(jià)減少50%，免除了清渣所需的大量費(fèi)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(jié)構(gòu)

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

3.4 攪拌時(shí)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(jié)合沼氣池生物繁殖原理和環(huán)保達(dá)標(biāo)排放要求，定時(shí)器控制攪拌時(shí)間在22點(diǎn)至第2天早上5點(diǎn)為最佳，天亮前2小時(shí)停止攪拌讓料液沉淀、變清，使上清液溢流排放達(dá)到處理效果。

3.5 進(jìn)出料時(shí)間控制

根據(jù)自流式沼氣池運(yùn)行規(guī)律(一邊進(jìn)料、一邊出水)早上5點(diǎn)停止攪拌讓沼氣池內(nèi)沼液靜止沉淀1～2小時(shí)，到7點(diǎn)以后生產(chǎn)、生活開始轉(zhuǎn)入高峰期，進(jìn)出料也隨之進(jìn)入高峰期，此時(shí)可以明顯地觀察到上清液的出水效果。

3.6 沼氣池運(yùn)行控制

沼氣池的運(yùn)行控制應(yīng)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(jī)廢水等。業(yè)主要根據(jù)自己實(shí)際污水情況選擇進(jìn)料時(shí)間、流量等符合本行業(yè)要求的沼氣池工藝運(yùn)行方案，再結(jié)合設(shè)計(jì)要求做到干濕分離、雨污分離，嚴(yán)格控制沼氣池的日常運(yùn)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(fèi)用高、淤泥無處傾倒、易給環(huán)境造成二次污染，浮渣易結(jié)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(jì)效益

根據(jù)溫州各個(gè)地區(qū)的人工費(fèi)、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(jià)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(fèi)，同時(shí)增加了7300元清潔能源效益。一個(gè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的地埋式沼氣池平均壽命在20～30年左右，從長遠(yuǎn)科學(xué)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(yùn)行成本測算情況。

4.3 應(yīng)用效益

以50 m3沼氣池為例，每年節(jié)省清渣費(fèi)1萬余元，增收清潔能源費(fèi)7300元，不包括減少運(yùn)輸費(fèi)、堆放費(fèi)、人工費(fèi)等。全年累計(jì)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(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前我國已建沼氣池4000萬戶，到2015年預(yù)計(jì)達(dá)5000萬戶。其中地埋式沼氣池總體數(shù)量占比達(dá)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(jìn)行改造是一項(xiàng)一舉多得的民生工程，該項(xiàng)目的成功對地埋式沼氣池的技術(shù)推廣提升，后續(xù)管理及環(huán)境保護(hù)都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

表1 50 m3沼氣池工程投資成本明細(xì)表

表2 50 m3沼氣池投資回收明細(xì)表

注：1)運(yùn)行費(fèi)包括清渣費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、堆放費(fèi)、人工費(fèi)、電費(fèi)等。2)沼氣效益計(jì)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(jì)。

5 結(jié)論

筆者通過對半地埋式三合一沼氣池的工藝流程及其結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)介紹，對各種效益進(jìn)行了具體分析，認(rèn)為該沼氣池解決了地埋式沼氣池浮渣結(jié)殼、沉淀堵塞、儲氣室容積小，因清渣所產(chǎn)生的費(fèi)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(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化充分利用，促進(jìn)了農(nóng)業(yè)生態(tài)良性循環(huán)發(fā)展，為保護(hù)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(xué)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(shè)工作，E-mail: 385204495@qq.com

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