[科普中国]-沼气净化系统

生物质能是以生物质为载体，有生物质产生的能量。生物质能是非常重要的可存储和运输的可再生能源。沼气还可以用于农业生产中，如温室保温、烘烤农产品、储备粮食、水果保鲜等。对于小区级别的，沼气可发电做机械动力，大、中型沼气工程生产的沼气可用来发电、烧锅炉、加工食品、采暖等。沼气净化系统就是一个专门制成可用沼气的系统1。

概述沼气是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，其次还含有二氧化碳、硫化氢、饱和水蒸气、高碳烃等（从乙烷C2H6到庚烷C7H16）；有时还含有一氧化碳、氮气、氦气、氢气、硅氧烷、卤代烃及固体颗粒物等杂质。
由于沼气含有以上杂质且沼气的流量、压力、温度、浓度等都很不稳定，直接用于燃气发电势必造成燃气发电机的设备腐蚀、研磨等问题，从而严重缩短燃气发电机的寿命，所以在利用之前，必须对沼气进行净化处理以解决上述问题。
沼气净化系统由贮气袋、过滤器、脱水器、脱硫塔、精滤器、阻火器等组成1。

起源世界上第一个沼气发生器（又称自动净化器）是由法国L.穆拉于1860年将简易沉淀池改进而成的。现在己发展成为现在的沼气净化系统。1925年在德国、1926年在美国分别建造了备有加热设施及集气装置的消化池，这是现代大、中型沼气发生装置的原型。

第二次世界大战后，沼气发酵技术曾在西欧一些国家得到发展，但由于廉价的石油大量涌入市场而受到影响。后随着世界性能源危机的出现，沼气又重新引起人们重视。1955年新的沼气发酵工艺流程——高速率厌氧消化工艺产生。它突破了传统的工艺流程，使单位池容积产气量(即产气率)在中温下由每天1立方米容积产生0.7～1.5立方米沼气,提高到4～8立方米沼气，滞留时间由15天或更长的时间缩短到几天甚至几个小时。

中国于20世纪20年代初期由罗国瑞在广东省潮梅地区建成了第一个沼气池,随之成立了中华国瑞瓦斯总行,以推广沼气技术。1985年中国农村户用沼气池的数量达 500万个。目前中国高速率厌氧消化工艺生产性试验装置已在糖厂和酒厂正常运行。

构架简介1、进料口和进料管
进料口位于畜禽舍地面下，由设在地下的进料管与发酵间连通。进料口将厕所、畜禽粪便污水通过进料管流入沼气池发酵间。
进料管内径一般为200-300mm，采取直管斜插于池墙中部或直插与池顶部的方式与发酵间连通，目的是保持进料顺畅、搅拌方便、施工方便。
2、发酵间和储气室
是沼气池的主体，可分为发酵间和储气室。发酵原料在发酵间进行发酵，产生的沼气溢出水面进入上部的削球形储气室储存。因此，要求发酵间不漏水，储气室不漏气。
3、水压间（出料间）
主要功能是为储存沼气、维持正常气压和便于出料而设置的，其容积由沼气池产气量来决定，一般为沼气池24小时所产沼气的一半。水压间与发酵间的连接，随着出料方式的不同而存在两种方式：
①当满足沉降、杀灭寄生虫卵的需要，采取中层出料时，水压间通过安装于其中部的出料管与发酵间连接。
②为便于出料、免除一年一度的大换料，采取底层出料时，水压间通过其下部的出料口与发酵间直接相通。
4、活动盖
设计在池盖的顶部，呈瓶塞状，上大下小。活动盖可以按需要开启或关闭，是一个装配式的部件。其功能主要有：
（1）在进行沼气池的维修和清除沉渣时，打开活动盖可以排除池内残存有害气体，并利于通风、采光，使操作安全。
（2）当遇到导气管堵塞、气压表失灵等特殊情况，造成池内气压过大时，活动盖即被冲开，从而降低池内气压，使池体得到保护。
（3）当池内发酵表面严重结壳，影响产气时，可以打开活动盖，破碎浮渣层，搅动料液。
5、导气管
固定在沼气池拱顶最高处或活动盖上的一根内径1.2cm，长25-30cm左右的铜管、钢管或PVC硬塑管等，下端与储气室相通，上端连接输气管道，将沼气输送至农户，用于炊事与照明。

现状据估计，在英国，利用人和动物的各种有机废物，通过微生物厌氧消化所产生的甲烷，可以替代整个英国25%的煤气消耗量。苏格兰已设计出一种小型甲烷发动机，可供村庄、农场或家庭使用。
美国一牧场兴建了一座工厂，主体是一个宽30米、长213米的密封池组成的中烷发酵结构，它的任务是把牧场厩肥和其他有机废物，由微生物转变成甲烷、二氧化碳和干燥肥料。这座工厂每天可处理1650吨厩肥，每日可为牧场提供11.3万立方米的甲烷，足够1万户家庭使用。目前美国已拥有24处利用微生物发酵的能量转化工程。从世界范围看，利用各种微生物协同作用生产甲烷的研究和应用，正处于方兴未艾的阶段。
近年来，我国沼气事业获得了迅速的发展，沼气池总数已达到1000多万个。在四川、浙江、江苏、广东、上海等省市农村，有些地方除用沼气煮饭、点灯外，还办起了小型沼气发电站，利用沼气能源作动力进行脱粒、加工食料、饲料和制茶等，闯出了用“土”办法解决农村电力问题的新路子。

运行1、该工程实行专人负责制，工程的建设、安装、调试运行到维护、管理，专人负责，一跟到底。

2、严格按配料比选料入池，料液浓度控制在6%-8%，PH值控制在6.8-7.4，每隔10天向沼气池内补充总容积1%左右的纯净牛羊粪，原料温度低于8℃时严禁入池。

3、严禁农药、杀虫剂、抗菌素等对沼气微生物有毒有害的物质进入沼气发酵装置。严禁加入过多的酸性物质，如醋糟、果渣或青草等，以防料液pH值下降过多，抑制沼气的产生。严禁使用过多的碱性物质，如石灰或石灰水等，以防料液pH值升高到8以上，而引起碱中毒。

4、每周清理一次前处理池中汇集的杂物，每月清理一次前处理池中的沉淀物，牛羊粪进池前先除杂草，每隔10天将贮肥池中的沼液施入学校菜地或果园。

5、沼液冲厕春夏秋三季每天四次，冬季每天二次，辅助人工清理，以保持便糟不围积粪便，地面干净整洁。

6、沼液回流搅拌系统每隔一天搅拌1次，每次搅拌3-5分钟，每月通过回流搅拌污物泵出料一次，出料时，应根据料液浓度调节泵的水位深度。泵潜入水下不超过0.5米。

7、沼液冲厕和回流搅拌泵潜入水深不超过3米，离水在0.5米以上，不得陷入泥中，不得露出水面，在运行过程中，不得随意拉动电缆，更不可作为起吊之用，以免因电缆损坏发生触电事故，如需调整泵的位置或有触及泵的动作必须先切断电源。

安全1．沼气系统管理人员必须严格按照安全运行规程进行安全生产，重视沼气的危险性，严格按照沼气设备产品说明书的规定进行管理及维护，保证沼气设备的正常运行。

2．沼气系统区域内一律禁止明火，严禁吸烟，严禁铁器工具撞击或电焊、气割等操作。严禁在导气管上试火，以防回火引起沼气系统发生爆炸。

3．沼气系统区域内，严禁小孩及闲杂人员进入，严禁打火机等危险物品的带入。

4．沼气系统管理人员检修时，严格按照安全维修操作规程进行。先间断放空，再强制通风，再进行动物试验，有至少三人在场时方可施工。

5．定期检查沼气管路系统及设备的严密性，如发现泄漏，应迅速停气修复。检修完毕的管路系统或贮存设备，重新使用时必须进行气密性试验，爆炸试验合格后方可使用。

6．沼气贮存设备因故需放空时，应间断释放，严禁将贮存的沼气一次性排入大气。

检修1．将导气管与输气管分离，排完沼气后，再打开天窗盖。

2．操作人员在池外用泥浆泵或手动抽料器将池内料液尽量出净，用鼓风机向池内强制通风30分钟，以便尽快更新池内空气。

3．天窗盖打开两天后，把兔子、鸡、鸭、猫等小动物装在笼中吊入池内，观察30分钟左右，若动物活动正常，人方可下池。否则，严禁下池，以免发生窒息、中毒事故。

4．下池人员，腋下系上结实的安全绳，池外必须要有两人以上防护。严禁在无人看护的情况下单人下池操作。

5．揭开活动盖时，不得在池口周围点明火照明或吸烟，下池人员只能用手电照明，严禁用明火照明或吸烟。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学