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摘要 对整体保温沼气池产气试验开展了1年的试验，结果表明，采用整体保温新模式的沼气池年总产气量为607.2 m3，“四位一体”沼气池年总产气量为443.8 m3，“三位一体”沼气池年总产气量为368.4 m3。同时，研究棚温、地温对池温的影响，为沼气池的建设运行提供参考。
关键词 沼气池；整体保温；产气量；温度；高寒地区
中图分类号 S216.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）01-0214-01
从1979年开始，宁夏回族自治区固原市开始示范推广沼气技术，截至2014年底，全市建设户用沼气池76 384户，其中，“一池三改”国债项目沼气户占绝大多数（占94.26%，72 000户），其次是“三位一体”户（占5.02%，3 840户），再次是“四位一体”户（占0.71%，544户）。但是绝大部分农户在冬季难以使用，因为沼气池冬季气候寒冷，持续时间长，温度过低，导致产气量不足。因此，特开展相关试验，以期探讨解决西北地区冬季沼气使用问题的途径。
1 材料与方法
1.1 试验概况
试验地设在宁夏回族自治区隆德县一纯回族聚居村，海拔1 960～2 040 m，2月0.8 m处地温为-0.5 ℃，10月至翌年4月平均气温为-1.6 ℃。供试沼气池为8 m3，2010年6月下旬建成，7月下旬装料封池后正常产气投入使用。
1.2 试验设计
试验设3个处理，分别为“三位一体”沼气池整体保温新模式，即采用导热系数为0.047 W/m·K的聚乙烯泡沫塑料板作保温材料（A）；“四位一体”沼气池对照（CK1）；“三位一体”沼气池对照（CK2）。每个处理设2户，取数据平均值。
1.3 沼气池建设
结合当地自然环境条件，按国标8 m3水压式沼气池标准，选用“三位一体”模式建池。沼气池上部增设自破壳装制，底部设置活塞式抽渣装置。建池后，按座北向南方向建36 m2的养殖棚，角度偏东、西控制在15°以内。沼气池深度为2.6 m，基坑直径2.9 m，底部进行保温处理（厚度10 cm）。选用525早强水泥，石子粗骨料粒径在1 cm以内，混凝土标号为C20，即配搅拌现浇。实行池体整体保温，厚度10 cm，实行砖模施工，严格进行防水硬化处理。按“五层”作法对沼气池内表进行施工，并用高分子密封胶泥浆刷3遍。试压于沼气池混凝土达到70%以上强度时进行，以100 cm水柱压力试压24 h，稳定观察压降在3%以内。按《农村家用沼气管路施工安装操作规程》安装灶具，输气管道为焊接复合铝塑管，沼气灶具为招标绿百合产品[1-3]。
1.4 发酵工艺
为使发酵原料入池后于48 h内产气，且满足农户3～5 d内使用沼气的需求，需要对原料采取10～15 d的池外厌氧发酵预处理。通常原料的装料量为4～5 m3，浓度一般在8%～13%之间，pH值范围为6.5～7.5，无需任何接种物。进行常温半连续发酵，要求每天进料1～2次，逐日清扫畜禽圈舍，出料间隔时间为5～10 d，每次出料约100 kg。
1.5 测定项目与内容
每天8：00用水银温度计测量沼气池池温和地温；每天20：00用流量计进行沼气池产气量测试，并进行记录。
2 结果与分析
2.1 不同处理对沼气池产气量的影响
在试验开展1年后，对不同处理沼气池的产气量进行对比分析，其结果见图1。可以看出，处理A、CK1、CK2的总产气量分别为607.2、443.8、368.4 m3。因此，与CK1（“四位一体”沼气池）、CK2（“三位一體”沼气池）相比，处理A（“三位一体”沼气池整体保温新模式）的产气量分别增加163.4、238.8 m3。
通过平均日产气量对比分析，试验池产气量稳定；在冬季最寒冷的1月、2月最低产气量为1.48 m3/d，能满足农户日常使用沼气。CK1在冬季最寒冷1—2月最低产气量为0.56 m3/d，不能满足农户日常使用沼气。CK2在冬季1—2月产气量最低为0.24 m3/d，农户无法每天使用沼气[4-6]。
2.2 不同处理棚内温度、地温及池温对比
由表1可以看出，温度对沼气池的产气发酵有直接影响，沼气发酵与温度呈正相关，产气量随着温度的升高而增加。将沼气池建在畜棚内，棚内温度的升高会影响沼气池的散热，达不到沼气池的增温效果。阳光对30 cm以下的沼液和土层无增温效果，仅对水压间沼液表面和地表面具有增温作用。
2.3 综合效益分分析
对沼气池进行综合经济效益分析，结果表明，1口8 m3保温沼气池每年的沼气产量可达607.2 m3（折原煤逾2.5 t），（下转第216页）
即每年节约资金950元，2年即可收回建设成本。沼气池副产品——沼液可用于农业生产，如叶面喷施、浸种等，具有防治病虫害和提供养分的功效，沼液应用于农作物种植，每年可以实现节资增效600元。沼液、沼渣还可以用于畜禽养殖，每年实现节资增收710元。同时，每年节约劳动力成本900元（按90个工日进行计算）。综合以上各项，共计增收3 160元。
3 结论与讨论
试验结果表明，整体保温沼气池经1年的计量测试，总产气量为607.2 m3，在1—2月保温沼气池池温最低能保持在17.5 ℃以上，日产气量为1.48 m3/d，能满足农户冬季炊事用能需要，实现了高寒地区全年使用沼气。
4 参考文献
[1] 刘荣厚，郝元元，武丽娟.温度条件对猪粪厌氧发酵沼气产气特性的影响[J].可再生能源，2006（5）：32-35.
[2] 刘荣厚，王远远，孙辰.温度对蔬菜废弃物沼气发酵产气特性的影响[J].农业机械学报，2009（9）：116-121.
[3] 李金平，单少雄，董缇.地上式户用太阳能恒温沼气池产气性能[J].农业工程学报，2015（5）：287-291.
[4] 徐庆贤，官雪芳，林碧芬，等.不同工艺沼气池产气效果比较研究[J].浙江农业学报，2014（1）：194-199.
[5] 花镜，滕子言，陆小华，等.沼液余热回收对高温发酵沼气工程净产气率的影响[J].化工学报，2014（5）：1888-1892.
[6] 王华，杨光，刘小刚，等.温度对沼气菌群产气能力的影响及菌群变化的研究[J].西北农业学报，2008（5）：294-297.
关键词 沼气池；整体保温；产气量；温度；高寒地区
中图分类号 S216.4 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）01-0214-01
从1979年开始，宁夏回族自治区固原市开始示范推广沼气技术，截至2014年底，全市建设户用沼气池76 384户，其中，“一池三改”国债项目沼气户占绝大多数（占94.26%，72 000户），其次是“三位一体”户（占5.02%，3 840户），再次是“四位一体”户（占0.71%，544户）。但是绝大部分农户在冬季难以使用，因为沼气池冬季气候寒冷，持续时间长，温度过低，导致产气量不足。因此，特开展相关试验，以期探讨解决西北地区冬季沼气使用问题的途径。
1 材料与方法
1.1 试验概况
试验地设在宁夏回族自治区隆德县一纯回族聚居村，海拔1 960～2 040 m，2月0.8 m处地温为-0.5 ℃，10月至翌年4月平均气温为-1.6 ℃。供试沼气池为8 m3，2010年6月下旬建成，7月下旬装料封池后正常产气投入使用。
1.2 试验设计
试验设3个处理，分别为“三位一体”沼气池整体保温新模式，即采用导热系数为0.047 W/m·K的聚乙烯泡沫塑料板作保温材料（A）；“四位一体”沼气池对照（CK1）；“三位一体”沼气池对照（CK2）。每个处理设2户，取数据平均值。
1.3 沼气池建设
结合当地自然环境条件，按国标8 m3水压式沼气池标准，选用“三位一体”模式建池。沼气池上部增设自破壳装制，底部设置活塞式抽渣装置。建池后，按座北向南方向建36 m2的养殖棚，角度偏东、西控制在15°以内。沼气池深度为2.6 m，基坑直径2.9 m，底部进行保温处理（厚度10 cm）。选用525早强水泥，石子粗骨料粒径在1 cm以内，混凝土标号为C20，即配搅拌现浇。实行池体整体保温，厚度10 cm，实行砖模施工，严格进行防水硬化处理。按“五层”作法对沼气池内表进行施工，并用高分子密封胶泥浆刷3遍。试压于沼气池混凝土达到70%以上强度时进行，以100 cm水柱压力试压24 h，稳定观察压降在3%以内。按《农村家用沼气管路施工安装操作规程》安装灶具，输气管道为焊接复合铝塑管，沼气灶具为招标绿百合产品[1-3]。
1.4 发酵工艺
为使发酵原料入池后于48 h内产气，且满足农户3～5 d内使用沼气的需求，需要对原料采取10～15 d的池外厌氧发酵预处理。通常原料的装料量为4～5 m3，浓度一般在8%～13%之间，pH值范围为6.5～7.5，无需任何接种物。进行常温半连续发酵，要求每天进料1～2次，逐日清扫畜禽圈舍，出料间隔时间为5～10 d，每次出料约100 kg。
1.5 测定项目与内容
每天8：00用水银温度计测量沼气池池温和地温；每天20：00用流量计进行沼气池产气量测试，并进行记录。
2 结果与分析
2.1 不同处理对沼气池产气量的影响
在试验开展1年后，对不同处理沼气池的产气量进行对比分析，其结果见图1。可以看出，处理A、CK1、CK2的总产气量分别为607.2、443.8、368.4 m3。因此，与CK1（“四位一体”沼气池）、CK2（“三位一體”沼气池）相比，处理A（“三位一体”沼气池整体保温新模式）的产气量分别增加163.4、238.8 m3。
通过平均日产气量对比分析，试验池产气量稳定；在冬季最寒冷的1月、2月最低产气量为1.48 m3/d，能满足农户日常使用沼气。CK1在冬季最寒冷1—2月最低产气量为0.56 m3/d，不能满足农户日常使用沼气。CK2在冬季1—2月产气量最低为0.24 m3/d，农户无法每天使用沼气[4-6]。
2.2 不同处理棚内温度、地温及池温对比
由表1可以看出，温度对沼气池的产气发酵有直接影响，沼气发酵与温度呈正相关，产气量随着温度的升高而增加。将沼气池建在畜棚内，棚内温度的升高会影响沼气池的散热，达不到沼气池的增温效果。阳光对30 cm以下的沼液和土层无增温效果，仅对水压间沼液表面和地表面具有增温作用。
2.3 综合效益分分析
对沼气池进行综合经济效益分析，结果表明，1口8 m3保温沼气池每年的沼气产量可达607.2 m3（折原煤逾2.5 t），（下转第216页）
即每年节约资金950元，2年即可收回建设成本。沼气池副产品——沼液可用于农业生产，如叶面喷施、浸种等，具有防治病虫害和提供养分的功效，沼液应用于农作物种植，每年可以实现节资增效600元。沼液、沼渣还可以用于畜禽养殖，每年实现节资增收710元。同时，每年节约劳动力成本900元（按90个工日进行计算）。综合以上各项，共计增收3 160元。
3 结论与讨论
试验结果表明，整体保温沼气池经1年的计量测试，总产气量为607.2 m3，在1—2月保温沼气池池温最低能保持在17.5 ℃以上，日产气量为1.48 m3/d，能满足农户冬季炊事用能需要，实现了高寒地区全年使用沼气。
4 参考文献
[1] 刘荣厚，郝元元，武丽娟.温度条件对猪粪厌氧发酵沼气产气特性的影响[J].可再生能源，2006（5）：32-35.
[2] 刘荣厚，王远远，孙辰.温度对蔬菜废弃物沼气发酵产气特性的影响[J].农业机械学报，2009（9）：116-121.
[3] 李金平，单少雄，董缇.地上式户用太阳能恒温沼气池产气性能[J].农业工程学报，2015（5）：287-291.
[4] 徐庆贤，官雪芳，林碧芬，等.不同工艺沼气池产气效果比较研究[J].浙江农业学报，2014（1）：194-199.
[5] 花镜，滕子言，陆小华，等.沼液余热回收对高温发酵沼气工程净产气率的影响[J].化工学报，2014（5）：1888-1892.
[6] 王华，杨光，刘小刚，等.温度对沼气菌群产气能力的影响及菌群变化的研究[J].西北农业学报，2008（5）：294-297.