袁长波,姚利,刘英,李彦,刘兆辉,王艳芹,张昌爱
(山东省农业科学院土壤肥料研究所,山东济南 250100)
摘要:在对北方沼气池传统越冬技术研究与分析的基础上,探讨和发明了一种新型耐低温沼气池技术,并进行了一系列试验研究。通过与传统沼气池冬季产气量对比试验,结果表明:采用耐低温技术沼气池的产气量可比常规保温沼气池提高3倍左右,耐低温沼气池冬季平均日产气量为0.523m3,完全可以保证沼气池冬季的正常产气,解决了北方沼气池冬季无法正常运行的技术问题。
0引言
近些年,由于国家的大力投入和支持,以及沼气科学技术的不断研发,农村沼气池的建设日新月异,群众的认可程度不断提高。但我们通过对山东、河北、北京、天津等地区的调研,发现北方地区沼气池应用普遍存在冬季产气量低或不产气的现象,沼气池越冬问题已成为制约北方沼气发展的一个瓶颈,是我国沼气行业亟待解决的重要问题[1]。
1传统保温技术与保温方法分析
1.1覆盖柴草、稻草保护池温
最常用的传统沼气池保温方法是在池体外围大于池体直径1.5m范围内,覆盖70~80cm厚的稻草、豆秆、玉米叶或其它柴草,防止雨雪和冷空气侵入,提高防寒效果;还可在覆盖物上面压上20~30cm厚的干土,并在池体覆盖物上面用塑料地膜进行防水保温[2]。同时,将沼气池的进出料口用塑料布包上,早晚加盖稻草,防止进出料口散失热量。
优点:传统保温方法,易于就地取材,基本不需要投资,操作简单易于实施。
缺点:保温效果不甚理想,仅仅部分阻止了沼气池顶部的热量散失,对于池墙与池底基本起不到保温作用,而且对于地下水位较高的地区,池墙与池底被地下水包围着,热量损失很大,因此,保温效果不太好。
1.2加设暖棚和暖圈
设置暖棚与暖圈,利用太阳能,提高池体温度。常见的有“三位一体”、“四位一体”等沼气池模式,采用该模式一方面能够促进畜禽的生长,另一方面有利于沼气池的安全越冬。
具体方法:依照温室暖房的建造模式在沼气池的上面建造塑料温室暖棚(暖圈),建造面积不宜过小,以便充分接收太阳能,使其棚内温度增高、热量增大,有利于沼气池的防寒保温。
优点:保温材料简单易得,便于实施操作;在白天日照充足的条件下,棚内温度增高迅速,不仅可以给沼气池保温,还可以起到升温的作用;增加了池体温度,有利于提高产气率,可与温室种植等相结合,应用广泛。
缺点:暖棚等设施性建设成本较高,一般农户无力承受,相对投资较大;仅阻止了沼气池顶层的热量与冷空气的热交换,而对于池墙与池底基本起不到保温作用;对于地下水位较高的地区,池墙与池底被地下水包围着,热量损失仍很大,因此这种方法保温效果仍较差。
1.3利用生物能传导,增加池温
根据微生物发酵生热的原理,借鉴冬季高温造肥的方法,将沼气池池体周围挖0.8m宽,1.2~1.5m深的环型沟,填入马粪、格荛等,使有机质快速发酵,产生大量热量,每隔40~50d将环型沟内一部分陈料取出,然后再投入一部分新料,使之继续发酵产热,增加地温。也可用粉碎的青饲料培入环型沟中,踩实后覆土30~40cm,防止雨雪融化流入沟中,通过增加地温的方式来减少池体热量损失,提高产气率[3]。
优点:保温材料简单易得,基本不需要投资;操作容易、便于实施。对减少沼气池的热量损失有一定的帮助。
缺点:需要多次更换热性原料,在换料的同时,又损失了一些热量;池底热量交换基本起不到保温作用;对于地下水位较高的地区,池墙与池底被地下水包围着,热量损失大,保温效果不太好。
2新型保温技术与保温方法分析
通过调查与分析,我们设计了一种新型保温技术方案:采用珍珠岩、聚苯颗粒、泡沫加气混凝土、炉灰渣、锯末等作为保温材料,以阻止池体与周围冷空气进行热交换,减少热量损失,本技术已获国家专利(专利号:ZL200720025369.3)。
2.1耐低温沼气池的主要做法及要求
(1)沼气池墙体建造为双层夹心砖墙,内部砌体厚为120mm,外墙厚为53mm。
(2)夹芯层填充珍珠岩、聚苯颗粒、泡沫加气混凝土等保温材料,夹层厚度为60~100mm。
(3)在墙体最下2~3层砖砌体内放置直径6.5mm的通长钢筋,以保证池底墙体的承载能力。
(4)在夹芯墙的顶部设置钢筋混凝土圈梁,池拱上的荷载通过圈梁传给池墙及周围地基。
(5)如遇地下水位高,池底防水层应做在砂石垫层上,防水面积为整个池底;池墙防水层做在外砌体内表面,池墙防水层的高度应高于最高水位10cm以上。
2.2耐低温沼气池的技术优点
耐低温沼气池的技术优点:①阻断了沼气池热量与外界冷空气的热交换;②克服了由于地下水而产生的热量损失;③保温材料一次性投资,可以根据不同地区的温度要求,选择不同的保温材料及建造相应的池墙厚度,可相对降低成本。
3试验结果与分析
3.1试验设计
2008年10月,我们在山东省农科院沼气试验基地,建设6座池容为10m3的试验用沼气池,其中包括3个耐低温沼气池、3个常规沼气池(池顶覆盖秸秆保温),并分别进行产气量与池内温度的对比试验,发酵原料均为相同量的奶牛粪便,测量工具为6个气体流量计、一个探针式温度计,试验时间为2008年11月6日至2009年2月15日。
3.2试验结果与分析
图1为试验测得的气温与料液温度值。
从图1不难看出,气温变化对采取常规保温措施的对照池影响相对较大,而对耐低温沼气池的料液温度影响相对较小,耐低温沼气池的料液温度比对照池料液温度平均高出3℃左右,耐低温沼气池料液温度在14℃左右,基本保证了北方地区冬季沼气池料液发酵所需温度。
图2为耐低温沼气池与对照池月均产气量。
参考文献:
[1]熊承永.我国沼气近期科研情况和发展趋势[J].中国沼气,1998,16(4):45-48.
[2]冯丽,李秀杰,张凤荣.北方寒地户用沼气技术应用存在的问题及对策[J].中国西部科技,2005(7):33-35.
[3]周孟津.沼气生产利用技术[M].北京:中国农业大学出版社,1999.
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