沼氣池引射循環系統優勢與構建

馬翠忠 周正穎

摘 ?要：集化糞池、垃圾池、沼氣池于一體，以污水、垃圾處理為重點，是新農村建設的必備裝置。沼氣的生產與儲存在空間上分離，發酵池無氣室、不結殼、無氣密性要求、不存在漏氣故障，使用壽命長，儲氣罐壓力穩定。長方形替代圓形以適應有限的空間，平頂替代拱頂以降低施工難度。上下格化糞池產生的沼氣可以回收利用，減少了大氣污染。自動循環系統方便管理，產氣率高。

關鍵詞：長方形;沼氣池;垃圾處理;兩步發酵;引射循環;上下格;化糞池

中圖分類號：S216.4 ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

圓筒形水壓式沼氣池在我國應用已有半個多世紀，有許多優點，但也有4個弊端。1）施工難度較大，需要專業技術人員進行建造，施工人員需要經過培訓并獲取資格證書、持證上崗。2）故障率高。混凝土是非氣密性材料，需要進行多遍密封作業才能勉強不漏氣，加上水壓式沼氣池設計壓力較高，更增加了漏氣的風險，一旦漏氣將導致沼氣池停用甚至報廢。3）不適應秸稈原料，出料難，同樣也不適宜處理生活垃圾。4）建造工序多，工序之間需要停工等待，多次施工，工期長。另外，由于大多數農戶住宅前只有1 m～2 m的空地，沒有足夠的空間建造圓形沼氣池。

材料的性能與功能匹配是選材的基本原則，利用混凝土容器儲存沼氣是不適宜的，與其采取復雜的工藝彌補性能的不足，不如選擇性能匹配的材料。將沼氣的生產與儲存在空間上分離，采用氣密性能好的材料制作儲氣罐才是最佳選擇。

1 長方形沼氣池的構造

沼氣池由發酵池（圖1）和濕式儲氣罐（圖2）構成，屬于國標中的分離儲氣浮罩沼氣池。

發酵池為長方形，典型尺寸3×1×2m3，池底為現澆混凝土，池墻為預制空心磚砌筑，池墻的一端為斜面，作為垃圾的入口。預制混凝土板砌筑在池墻中部，將發酵池分為上下2個部分，上部為固體垃圾酸化池，下部為厭氧發酵間，與便池相連，污水管連接便池，污水經便池進入厭氧間。

厭氧間蓋板底面四周凸起，用于阻擋沼氣外溢，沼氣從蓋板中間孔溢出進入集氣罩，集氣罩用塑料盆代替，用繩索固定于蓋板上，集氣罩下部放置細濾網（防蚊蠅網）阻擋浮渣，防止管道堵塞。

擋料管放置于出料孔上部。1） 阻擋垃圾進入厭氧間。2）防止出料孔堵塞，保持循環水路暢通。垃圾堆積達到擋料管高度時應及時出料，出料時移開檔料管，使酸化池內固液分離，方便清理。

引射器用PVC三通制作，出水管與便池相連，所在區域用粗濾網（孔徑1 cm左右）與酸化池隔離。

濕式儲氣罐由蓄水池和儲氣罐組成，蓄水池為磚混結構，φ1.2m×H1.2m;儲氣罐為鋼結構，φ1m×H1m，平頂內設加強筋，外部均布4個圓鋼導向桿，環氧樹脂漆防腐處理，工作壓力2 kPa，下部為混凝土預制配重環。罐體重心在下部，自動保持直立狀態，導向桿用于防止罐體與水池摩擦，保護防腐涂層。

配重計算：罐體+配重-浮力=罐體截面積0.785 m2×壓力200 kg/m2=157 kg。罐體按3 mm鋼板計算自重92 kg，配重在水中的重量應為65 kg，體積=重量/（混凝土密度-水密度）=0.046 m3，外徑φ110 cm，厚度按10 cm計算，內徑φ79 cm。

2 發酵工藝

沼氣池采用兩步發酵工藝，以垃圾、污水處理為重點，不再以單純獲取能源為目的。

糞便、污水（不包括洗浴污水）進入厭氧發酵間，厭氧間為非密閉空間，產生的沼氣隨時溢出，暫存在集氣罩內。固體懸浮物全部集中在厭氧間蓋板下，長期浸泡于水中，水解后下沉，不會出現浮渣結殼現象。

餐廚垃圾、果皮果核、打掃庭院的雜草、樹葉包括塵土、爐灰渣等進入酸化池，可降解物質經水解、酸化后，酸化液由引射循環系統輸送進入厭氧間繼續發酵。

酸化池水位應高于引射器出水口20 cm，利用水封以保持儲氣罐壓力。

新建沼氣池啟動時應用新鮮的豬、牛糞便，在池內堆漚發酵，以便快速產氣，切忌使用存放時間過長的原料或碳氮比低的雞糞等原料。

當獲取啟動原料有困難時，也可不投放任何原料，按比例加入接種物，加水后直接使用。此時沼氣產量較少，可用污水泵帶動引射器沖廁。

冬季應采取保溫措施，確保沖廁管道暢通。也可提高溢流水位，讓沖廁管道淹沒在冰凍層以下。

3 引射循環系統

引射循環系統如圖3所示，根據不同情況，有3種循環方式。

3.1 自動循環

集氣罩、“U”形管、引射器共同構成間歇式引射循環系統，隨著沼氣的積累，集氣罩內的水位逐漸下降，當水位低于“U”形管的最低點時，沼氣從“U”形管排出，帶動引射器工作，將酸化液送入厭氧間，同時對便池進行沖洗。隨著沼氣的排出，集氣罩內的水位逐漸上升，當水位到達“U”形管的端口時，污水進入“U”形管，阻斷沼氣通道，引射器停止工作。

3.2 手動循環

打開沖廁開關，集氣罩中的沼氣立即排出，帶動引射器工作，沖洗便池。

3.3 水泵循環

冬季或產氣較少時可用污水泵帶動引射器工作進行沖廁。引射器可以使循環流量增加到水泵流量的數倍，可以選擇流量較小的水泵。

4 長方形沼氣池的特點

長方形沼氣池的特點如下。1）結構簡單，技術門檻低，普通建筑工人即可完成作業。2）用工少，工期短。預制件工廠化生產，現場施工一個工作日即可完成。不含土方開挖工程量，工期由原來的10天以上縮短為1天，用工由原來的8個減少為2個。3）可以處理生活垃圾。酸化池容積大，使用時間長，垃圾分解徹底，深度淺且廣口的酸化池出料容易。可大大減少垃圾集中外運量，又獲得了有機肥。4）自動循環，管理方便。5）沼液沖廁，節約用水，減少排放。6）厭氧間無氣室，不承壓，不存在漏氣故障，使用壽命長。儲氣罐壓力穩定，存量一目了然。7）使用安全。平時應蓋好頂蓋板，防止人畜掉入池內;人員進入發酵池后不存在缺氧情況，無人身安全隱患;儲氣罐在水中，空氣被排空，沼氣中不會混入空氣，無爆炸危險。

5 上下格化糞池

傳統化糞池的每一格為水平排列，該設計為上下結構（圖4），上格為沉淀池，下格與空氣完全隔離，為厭氧發酵間。

污水直接進入下格的厭氧環境，滯留時間長，蟲卵殺滅效果好。固體懸浮物被攔截在厭氧間蓋板以下浸泡在水中，水解后下沉，不會浮出水面。污泥存儲空間大，不會造成堵塞。上格沉淀池面積大，抗沖擊能力強，出水路徑長、流速慢，沉淀池中污泥含量少，氣體產生少，沉淀效果好。

厭氧間前部的進水管深入中間位置，使污水直接進入富含厭氧污泥的區域，反應速度快。間歇式引射內循環系統對中部的厭氧污泥自動攪拌，使污水與厭氧菌混合均勻，反應完全。后部為沉淀區，降低了出水中污泥含量。

化糞池啟用前要加入足量的接種物，產生的沼氣回收利用，以減少對大氣的污染，居民小區內的多個化糞池可以共用一個儲氣罐。出料時當上格中的污水全部回流到下格時即停止，以保留充足的活性污泥。

6 在養殖污水處理上的應用

以“一圈一池，糞不出圈，就地處理，集中利用”為指針，以上下格化糞池為基礎，為圈內的每一條下水道分別設置一個引射器，利用手動循環沖洗下水道。與傳統水壓式沼氣池相比，成本降低，可靠性提高。

沼液沖洗圈舍雖然可以節水減排，但會積累氨氮，抑制厭氧菌活性，降低沼氣產量，在水資源不是特別貧乏的地區，不建議采用。一例沼氣工程，沼液全部回流，一年后反應幾乎完全停止，教訓深刻。

參考文獻

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[3]馬翠忠.脈沖引射內循環厭氧反應器[P].中國專利：ZL 2010 1 0581566.X，2013-03-06.

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