戶用沼氣池防浮渣罩破殼裝置

黃崇林

（廣西壯族自治區(qū)融水縣農(nóng)村能源辦公室，廣西 柳州545300）

1 引言

長期以來，農(nóng)村戶用沼氣池以家畜糞便為主要原料來源，農(nóng)村家庭基本都飼養(yǎng)有生豬，沼氣池原料供給充足，沼氣建設(shè)快速發(fā)展。但隨著養(yǎng)豬成本的提高，以及農(nóng)村主要勞動力外出務(wù)工，家庭飼養(yǎng)業(yè)銳減，使家畜糞便原料來源嚴(yán)重不足，造成沼氣池使用率逐年下降。近年來，戶用沼氣池逐步減少對家畜糞便的依賴，轉(zhuǎn)變以秸稈原料為主，秸稈作物在農(nóng)村相當(dāng)豐富，如北方的玉米稈、南方的甘蔗葉等都是優(yōu)質(zhì)原料。秸稈原料替代傳統(tǒng)的家畜糞便原料投入沼氣池，是農(nóng)村戶用沼氣池發(fā)展的必然趨勢。但秸稈原料投入沼氣池存在著容易結(jié)殼的問題。

沼氣池結(jié)殼是指沼氣池運(yùn)行一階段后，部分質(zhì)量較輕的發(fā)酵原料在浮力和沼氣上升力的作用下上浮，在液面上逐漸集聚形成浮渣，在沒有外力的干擾下，位于液面之上的浮渣在厭氧的貯氣室中因缺水干縮而逐步形成堅硬的結(jié)殼層，隨著浮渣的不斷增加進(jìn)而出現(xiàn)完全覆蓋沼氣池液面的連片結(jié)殼現(xiàn)象［1］。沼氣結(jié)殼的形成導(dǎo)致沼氣池內(nèi)產(chǎn)生的沼氣集聚受阻，沼氣很難聚集入貯氣室，造成貯氣空間減小，原料利用率降低，產(chǎn)氣量減少，直到無氣可用，結(jié)殼嚴(yán)重時，往往會使一座好端端的沼氣池變成廢池［2］。如何有效解決結(jié)殼問題，是沼氣建設(shè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。據(jù)融水縣農(nóng)村能源辦對全縣所建的4萬多座戶用沼氣池調(diào)查統(tǒng)計，沼氣池正常使用率為35%，間歇使用為16.8%，停用為40.8%，報 廢 為7.4%［3］，在停用的沼氣池中，原料結(jié)殼是主要停用原因。

2012年，融水縣農(nóng)村能源辦在融水縣融水鎮(zhèn)古鼎村山安屯開展沼氣池“全托管”服務(wù)模式，對近40座沼氣池投入秸稈原料進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，使用的秸稈原料為甘蔗葉，首先用鍘割機(jī)把蔗葉鍘碎，然后放入預(yù)處理池進(jìn)行堆漚預(yù)處理，最后投入沼氣池。整個實(shí)驗(yàn)過程最大的障礙就是浮渣結(jié)殼，所有的沼氣池內(nèi)都上浮滿了蔗葉原料，為了不使實(shí)驗(yàn)失敗，經(jīng)反復(fù)的觀察和采用多種材料進(jìn)行對比破殼實(shí)驗(yàn)，最終制作出了一種能夠防止浮渣整塊板結(jié)的破殼裝置，有效地解決了沼氣池投入秸稈原料浮渣結(jié)殼的問題。

2 沼氣破殼技術(shù)的分析

對現(xiàn)有的沼氣池破殼技術(shù)進(jìn)行分析來看，如常用的休息破殼法、打壓破殼法、攪拌破殼法及浸泡破殼法等［4］，以往的破殼方法由于是被動破殼，在破殼的過程中相對繁瑣，并且破得一段時間后又會重新結(jié)殼，在農(nóng)村粗獷的沼氣管理方式中難以推廣開來。而防浮渣罩破殼裝置是主動破殼，在沼氣池形成結(jié)殼前，采用水渣隔離方法，保障沼氣池正常產(chǎn)氣的一種破殼方法，即是在沼氣池原料間內(nèi)的結(jié)殼層隔離出一個液體和氣體可以通行的不結(jié)殼通道，讓原料間底部發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣能通過這個通道進(jìn)入貯氣室，保障沼氣池能產(chǎn)氣、貯氣和用氣。這個重要的通道就是防浮渣罩破殼裝置。

3 防浮渣罩的應(yīng)用分析

3.1 防浮渣罩的設(shè)計

防浮渣罩參考的是農(nóng)村主要推廣使用的6m3和8m3水壓式沼氣池的工作原理和參數(shù)設(shè)計。沼氣池防浮渣罩呈有底無蓋圓桶狀，直徑55～60cm，高100～120cm，桶體和底部以竹材編織成框架結(jié)構(gòu)，縱橫交織的竹材間距為10cm，以編織成圓柱形并牢固扎實(shí)為標(biāo)準(zhǔn)。桶體外部和底部覆蓋鍍鋅鐵絲網(wǎng)，鐵絲網(wǎng)網(wǎng)眼規(guī)格為1.2cm×1.2cm。簡單描述為：圓竹簍外包一圈鐵絲網(wǎng)。

3.2 防浮渣罩的破殼原理

防浮渣罩主要用于水壓式沼氣池，水壓式沼氣池的工作原理是：產(chǎn)氣時，沼氣壓迫發(fā)酵液進(jìn)入出料間，出現(xiàn)液面差，產(chǎn)生靜壓強(qiáng)；用氣時，由于液面差產(chǎn)生的靜壓強(qiáng)使出料間的發(fā)酵液返回發(fā)酵池進(jìn)入貯氣室，把沼氣壓出來［5］，概括為：氣壓水，水送氣。防浮渣罩正是利用沼氣池的工作原理采用水渣隔離的方法來破殼的。防浮渣罩安裝于沼氣池發(fā)酵間內(nèi)，當(dāng)池內(nèi)浮渣出現(xiàn)結(jié)殼時，防浮渣罩采用網(wǎng)眼設(shè)計，直接把秸稈浮渣阻隔在罩外，沼氣和沼液能出入罩內(nèi)，罩內(nèi)沒有結(jié)殼現(xiàn)象。當(dāng)沼氣池產(chǎn)氣時，沼氣通過防浮渣罩這個通道進(jìn)入貯氣室，貯氣室內(nèi)的沼氣聚集過多后，又從上部壓迫防浮渣罩內(nèi)液面及罩外結(jié)殼層，使池內(nèi)液體流到出料間，池內(nèi)液面下降，浮渣結(jié)殼層也跟著下降，貯氣室空間變大，貯氣量增加；用氣時，由于出料間與發(fā)酵間的液面差產(chǎn)生靜壓強(qiáng)，出料間液體在重力作用下回流入池內(nèi)，沼液又從下部壓迫防浮渣罩內(nèi)液面及罩外結(jié)殼層，使貯氣室內(nèi)沼氣進(jìn)入輸氣管，輸送到用氣設(shè)備。

3.3 防浮渣罩的制作與安裝

3.3.1 防浮渣罩制作

防浮渣罩以竹材和鍍鋅鐵絲網(wǎng)為材料，經(jīng)手工編織加工完成。首先是把竹材加工成竹篾，然后手工編織竹篾成為設(shè)計規(guī)格的竹簍，最后在竹簍外部和底部鋪蓋鍍鋅鐵絲網(wǎng)并捆扎牢固。

3.3.2 防浮渣罩的安裝

防浮渣罩是在沼氣池投料后，封池之前安裝，把防浮渣罩從沼氣池頂部天窗口放入，罩口朝上安放在池內(nèi)中心部位，高度位于氣壓蓋底到發(fā)酵間的中上部位置，定位好后用繩索和木條固定住防浮渣罩，確保防浮渣罩緊貼在氣壓蓋底不會掉入池內(nèi)。

3.4 防浮渣罩的使用效果與作用

融水縣能源辦在山安屯對近40座沼氣池投入秸稈原料進(jìn)行發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，開始時沒有安裝防浮渣罩，直接把鍘割機(jī)鍘割出3～5cm的甘蔗葉與接種物經(jīng)堆漚后預(yù)處理后入池，并進(jìn)行攪拌使蔗葉全部沉入沼液中，封池，等待發(fā)酵產(chǎn)氣，一星期后，看氣壓表沒有反應(yīng)，又等待了半個月，看氣壓表還是保持在0kPa。打開氣壓蓋找原因，發(fā)現(xiàn)池內(nèi)所有蔗葉都上浮到氣壓蓋口，填滿貯氣室內(nèi)，測量足有40cm厚，已經(jīng)阻擋了沼氣進(jìn)入貯氣室，造成無氣現(xiàn)象。之后對所有沼氣池加裝自制的防浮渣罩，有了防浮渣罩的沼氣池在一星期內(nèi)，最長的在10d內(nèi)都能通過氣壓表觀察到產(chǎn)氣現(xiàn)象并很快得以用氣。由此可見，投入秸稈原料為主的沼氣池若不采取破殼措施則無氣可用，而安裝有防浮渣罩破殼裝置的沼氣池能正常產(chǎn)氣、用氣，從而證明，防浮渣罩破殼裝置，可以有效解決沼氣池浮渣結(jié)殼問題，恢復(fù)沼氣池的正常產(chǎn)氣功能，從而提高農(nóng)村戶用沼氣池的使用率。

防浮渣罩的作用就是保障沼氣池使用過程中“氣壓水，水送氣”的暢通運(yùn)行。防浮渣罩不論是新池還是舊池都能安裝使用，并且一次安裝，長久受益。

3.5 防浮渣罩的缺陷與改造

3.5.1 防浮渣罩的缺陷

以竹材制作的防浮渣罩是初級的手工產(chǎn)品，還存在缺陷。

（1）成本相對偏高。由于是采用手工編織，勞動力成本高，所用竹材和鍍鋅鐵絲網(wǎng)等材料須購買，使成本很難下降。

（2）使用壽命短。鐵絲網(wǎng)長期浸泡于沼液、沼渣中易損壞脫落，失去防浮渣作用。

（3）手工作坊，制作粗糙，無法規(guī)?；a(chǎn)。

3.5.2 防浮渣罩的改造

為了更好的普及和推廣使用防浮渣罩，做成經(jīng)久耐用、輕便美觀、安裝方便、運(yùn)輸便捷的產(chǎn)品，必須對防浮渣罩進(jìn)行改造。

（1）改材料。選用塑料材質(zhì)，塑料成本低、易成型，放入沼氣池內(nèi)經(jīng)得起污水浸泡，不易損壞。

（2）改造型。改造成上寬下窄的空心倒圓臺狀，高度為120cm，上口無蓋，直徑為60cm，下部有底，底部直徑為45cm，空心圓臺側(cè)面體和底部為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)眼呈圓形，直徑為1cm，網(wǎng)眼間距為2cm。上寬下窄的造型一是可起到自動破殼作用，通過產(chǎn)氣和用氣時池內(nèi)液面的上下波，上寬下窄的結(jié)構(gòu)能把結(jié)殼層擠開；二是不占空間，便于運(yùn)輸，可以把多個防浮渣罩相互套裝疊加。

（3）改生產(chǎn)工藝。由手工編織改為機(jī)械設(shè)備一次性壓模成形。

3.6 防浮渣罩的商品化

防浮渣罩必須走商品化道路，一旦形成商品，通過工廠的規(guī)?；a(chǎn)，降低了成本，才能惠及千家萬戶。此外，政府部門也可通過商品采購方式，作為沼氣補(bǔ)助物資發(fā)放給建池農(nóng)戶使用，達(dá)到技術(shù)推廣的目的。

4 結(jié)語

沼氣池防浮渣罩是個看似簡單卻很實(shí)用的裝置，它能防止沼氣池發(fā)酵池內(nèi)原料浮渣板結(jié)，具備破結(jié)殼的功能，對農(nóng)村水壓式沼氣池正常運(yùn)行產(chǎn)氣起到保駕護(hù)航的作用，具有重要的技術(shù)推廣價值。

［1］呂建強(qiáng)，呂 宸，王 連.沼氣池的結(jié)殼及破殼器設(shè)計［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2014（10）：228～231.

［2］鮑安紅.水壓式沼氣產(chǎn)生器的破殼裝置［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2009（4）：212～213.

［3］呂 欣，馮 政，蒙恒彪.活了山安屯的62座沼氣池［N］.廣西日報，2012－6－15（6）.

［4］鮑安紅.水壓式沼氣產(chǎn)生器的破殼裝置［J］.農(nóng)機(jī)化研究，2009（4）：212～213.

［5］白廷弼.水壓式沼氣池基本原理［J］.中國沼氣，1985（4）：20～24.