沼气池运行管理及安全知识

沼气池运行管理及安全知识我国经济和社会发展“十一五”规划和今年中共中央关于社会主义新农村建设的决定都将农村沼气建设列为了一项重要内容，作为推动农村经济可持续发展，解决农村面源污染的重要措施，各级党委、政府安排了大量资金支持农村沼气建设，农民建沼气池的积极性也非常高。要充分发挥农村沼气的作用，除了科学设计，严格施工，为农户提供合格的沼气池之外，还要科学管理、安全管理，这样才能实现沼气建设的能源效益、生态效益和社会效益。为了让广大群众做到科学管理、安全使用，我们给大家介绍一些相关的知识，供大家在今后沼气建设和管理工作中应用。一、沼气产生的基本知识1、什么是沼气？沼气是大自然的产物，是有机物（如粪便、秸杆等）在厌氧环境下，经多种类群的微生物共同作用产生的一种可燃性气体，因为最先在沼泽中发现，故取名为沼气。沼气可分天然沼气和人工沼气两大类，人工沼气属于二次能源。2、沼气的性质。沼气是一种无色的气体，主要成分是甲烷，约占55-70%，其次是二氧化碳，约占25-40%，还有少量的硫化氢、氮气、氢气、一氧化碳、氧气等，由于沼气中有少量的硫化氢，所以有轻微的臭鸡蛋味，一经燃烧，该气味便消除。沼气的热值为21520千焦/立方米，燃点814，爆炸范围（与空气混合体积%）8.8-24.4。3、一立方米沼气的作用。当沼气中甲烷含量为60%时，其热值为21520千焦/立方米，当沼气中甲烷含量为70%时，其热值为25111千焦/立方米。若用它来发电，可产生电力1.6kw。其有效热值相当于2.18公斤原煤，或3.42公斤薪柴，或4.50公斤秸杆，基本上可满足一户三口之家的炊事用能。4、一口人、一头猪的粪便能产生多少沼气？农村户用沼气池大多是用人、猪粪便来产生沼气，据测定，一个成年人，每天可排粪约0.7kg，尿1.3kg，一头50公斤左右的猪，每天排粪约3公斤，尿4公斤，人粪便的总有机物量为0.132kg，猪粪便中的总有机物量约为0.542kg，按每公斤有机干物产气量0.4立方米计算，则一个成年人每天的粪尿可产生沼气0.05立方米左右，一头猪每天的粪便可产生沼气约为0.20立方米左右。5、农户每天要用1立方米沼气，需要多少人、畜粪便？通常情况下，产生1立方米沼气需要2.5kg干物质，2.5kg干物质相当于15kg鲜粪。按此推算，产生1立方米沼气，就需要3口人和4头猪的粪便。因为农村沼气池是自然温度发酵，气温高，沼气发酵料温度高，微生物分解消化作用强，对原料的利用率高，产生的沼气也越多，相反，气温低、料温低，沼气微生物分解消化能力弱，对原料的利用率低，产生的沼气也会少一些。农村沼气池夏秋季节产气多，冬季和初春产气少，就是这个道理。6、沼气池怎样才能快产气、多产气？新建成的沼气池或彻底大换料的沼气池要快产气，必须坚持做到以下四条：（1）多投加接种物。接种物就是含甲烷菌较多的活性污泥，最好是产生沼气较好的沼气池的中、下层浓料液，接种物加入量应占沼气池总容积的20%以上；（2）应加入经堆沤酸化的容易被沼气微生物分解的原料；（3）选择气温较高的时段（最好是晴天的下午）投料；（4）补充的水份最好是水温较高的污水。要使沼气池多产生沼气，必须坚持做到以下三条：（1）按时、定量加入沼气发酵原料；（2）经常地出一部分发酵料液；（3）经常搅动沼气池内料液。方法是从出料间挑一部分料液倒入进料口，使沼气发酵微生物与新进原料充分混合。7、哪些原料可以进入沼气池？哪些物质不能进入沼气池？广大农村中发酵原料能进入沼气池的有：人畜粪便，未被农药污染的农作物秸杆、青草和厨房剩余物等。其中人畜粪便、堆沤后的青草是速效性发酵原料，干秸杆、树叶等属于迟效性发酵原料。农村沼气池要保证产气多、产气快、产气持久，最好是采用人畜粪便和秸杆的混合原料。农村沼气池发酵产生沼气是一个微生物生命代谢过程，因此有些物质是不能进入沼气池的，如杀虫剂、灭菌剂或刚喷洒过农药的粪便或秸杆等，有些植物有杀菌作用，也不准进入沼气池，如桃叶、马桑叶、大蒜苗、黄苓、马钱子等。农村中还有些物质，也不要进入沼气池，如油枯、磷肥、油菜籽壳以及过多地加入鸡粪等，因为这些物质中含磷丰富，在厌氧条件下，产生磷化氢，当磷化氢的含量达到0.56-0.84mg/L时，只要半小时就会使人中毒死亡。二、农村沼气池的日常管理农村沼气池的日常管理是获取沼气池最大效益的重要措施。农村沼气池的日常管理应遵循以下要求：1、启动投料沼气池建成经试水试气确定合格后，就要开始投料启动，鉴于农村沼气建设的特点，一般都采用“高菌种、低浓度”启动工艺。所谓“高菌种”就是在初次投料时，将接种物投足（达总容积的20%以上），所谓“低浓度”就是起始时发酵原料不宜一次加得过多，原料太多，容易酸化，即使产气，也是气中二氧化碳含量高，没多大用处。以8立方米沼气池为例，启动投料时，应一次性加入活性污泥2.0立方米以上，加入500-600公斤猪粪，再加入3立方米左右的污水就可以了，只要以后每天将人、畜粪定时加入，该池就会很快产气，并且产生的沼气中，甲烷含量可以达到60%左右，达到理想的燃烧效果。2、日常管理沼气池启动投料正常产生沼气后，就进入沼气池的日常管理，重点是做到“四勤”，即勤进料、勤搅拌、勤出料、勤检查。勤进料。就是坚持每天将猪圈的猪粪定时加入沼气池。勤进料才能保证沼气池产生沼气的有机物原料，若进料间隙时间太长，沼气池的产气量会下降，若长期不进料而一次又进得较多，既可能造成发酵液酸化，产生沼气中甲烷含量低、热值不高，同时又造成原料不能被充分利用。勤搅拌。要使沼气池正常发酵产生量多质优的沼气，就必须做到入池原料与产甲烷微生物混合均匀，沼气池要搅拌就是满足新进料与产甲烷微生物混合均匀的条件，大型沼气工程均设置有搅拌设备，但农村户用沼气池因受投资的限制，没安装搅拌设备，在通常情况下，农村沼气池的搅拌靠在出料间挑发酵液往进料口迅速倒入的方法，只要坚持经常这样做，可以达到搅拌的目的。搅拌可以较好地提高原料利用率和沼气中甲烷的含量。勤出料。“三结合”沼气池，天天有人畜粪便和猪圈清洗用水进入，若不定期出料，既会占据沼气池的气箱，还会造成发酵后的沉渣堆积，使沼气池有效容积变小，缩短新进料在沼气池内的停留时间，降低沼气的产气效果。农村户用沼气池平时出料每月约1立方米左右，每年大出料一次为宜。勤检查。经常检查沼气池发酵是否正常，经常检查输气管路和接件是否漏气；经常检查沼气阀门是否完好；经常检查灶具是否清洁，孔眼是否堵塞等。若发现问题，及时进行处理，以保证正常使用。三、农村户用沼气池常见故障及处理方法农村沼气池修在千家万户，用户管理水平千差万别，用于沼气池发酵的原料差异很大，因此，在实际工作中，发生一些技术故障是不奇怪的，并且也是可以处理的。农村沼气池的故障，主要表现在三个方面：一是因修建质量不合格造成的漏水、漏气；二是因投料、管理不科学造成的发酵受阻；三是因配件材质质量不好或安装不规范造成的使用病态。产生第一种病态是沼气发酵装置的问题；产生第二种病态是发酵过程中酸化与产甲烷化不平衡的问题；产生第三种病态是配件选择及安装的问题。我们只要从建池的设计开始，按有关规范、规程严格把关，这些问题是可以避免的。下面结合我们的实践，分别阐述一些常见故障的产生原因以及处理办法，供大家今后参考。1、漏气的主要部位及维修方法（1）沼气池漏水、漏气的主要部位a、沼气池漏水的主要部位a.1.有地下水的地方建池时预留的抽（舀）水孔；a.2.池底板与池墙交接处；a.3.进料管的下部；b沼气池漏气的主要部位b.1.球形拱盖与池墙交接处；b.2.安装导气管（瓶）的地方；b.3.球形拱盖；（2）沼气池漏水、漏气部位的维修a.沼气池漏水部位的维修a.1.抽（舀）水预留孔漏水维修，若发现堵水孔边缘漏水，可用钻子将漏水缝钻大，深度应至土层，先用粘黄泥加旧绵花拌合均匀，以手捣成团，落地开发的泥团，用力扎紧，再用配制的膨胀细石混凝土浇筑，砼上面盖上砂、泥加压，漏水现象可以解决，有条件的地方可以用商品堵漏剂（粉剂）堵漏，更快、更好。a.2.砼底板与池墙交接处漏水维修，方法同前；a.3.进料管下部漏水维修，方法同前；b.沼气池漏气部位的维修b.1.球形盖与池墙交接处漏气，洗刷干净后，刷素水泥浆一次，若发现明显的砂眼和裂缝应用水泥砂浆装填，然后再刷素水泥浆和涂料；b.2.安装导气管部位漏气，目前农村沼气池的导气管大多采用无底玻璃瓶，20UPVC给水管或者金属管等三种材料，无底玻璃瓶光滑、20UPVC给水管光滑并且密封面积小、金属管极易锈蚀，容易发生漏气，但又没有其它材料代替。无底玻璃瓶四周漏气处理，若玻璃瓶已破损，应该重新更换，新安装的玻璃瓶应外部清洁干净，最好用砂轮磨砂，内外均用水泥砂浆抹光；20UPVC硬质塑料管四周漏气，应将砼或砖拱凿一圈，洗净后再重新用高标号砂浆（注意水灰比不宜过大）重新填补，有条件的可在补水泥砂浆前用沥青麻丝扎一圈，效果更好。b.3.球形拱盖漏气。将球形拱盖洗净，检查是否有大面积灰浆层翘壳，若有此现象发生，应剃掉，重新粉刷，若无翘壳而发生散漏，则将表面洗净后，重新刷素水泥浆和涂料。特别提醒，刷素水泥浆必须要严格控制水灰比。2、发酵原料和发酵工艺病态及处理方法（1）发酵原料和发酵工艺常见病态a.新池子加料很久不产气或产生沼气点不着火；b.发酵原料很多，但产气不足；c.原来产气很好，突然不产气了，检查沼气池又不漏气；d.沼气压力表上的压力很大，但是沼气火力不足。（2）故障原因及处理方法a.发生新池子加料很久了，但是不产气或产生的沼气点不着火的主要原因是：投料季节气温太低，加入沼气池的水过凉，造成发酵温度很低；发酵料液缺乏产甲烷菌；发酵原料酸性物质太多，PH值太低；加料时混进了有害物质等。处理方法是：出去一部分发酵液，重新加入水温较高的污水；增加接种物数量；若确定是被有害物质破坏，必须重新投料；若发酵液太浓，应出去一部分发酵原料，加入污水和接种物。b.发生发酵原料很多，但产气不足的主要原因是：浮渣太厚，沼气从进、出料口跑了，缺乏分解菌和产甲烷菌；发酵浓度超过了工艺的负荷要求，抑制微生物流动。处理办法是：打开活动盖，取出浮渣；停止进料，降低发酵浓度；补充接种物。c.发生原来产气很好，突然不产气了，但经检查沼气池又不漏气。其主要原因是：由于进料太多，带进了大量的氧气；进料时混入了农药等杀菌、杀虫剂或刚打过农药的原料。处理办法是:若是因为进料过多，带进了大量的氧气，过一段时间会自动恢复，期间应该暂停进料；加入接种物，让发酵过程重新启动；若确定为杀菌、杀虫剂或农药破坏造成的，唯一的办法是全部更换发酵原料，甚至还要对沼气池内壁进行清洗，然后进行重新投料启动。d.发生沼气压力表上的压力很大，但沼气火力不足的现象。其原因是沼气中甲烷含量太低，所产沼气中C02含量过高。处理办法是：暂停短时间的进料，尽快补充甲烷菌比较丰富的接种物，并适当的进行搅拌。3、配套安装不规范造成的故障及维修办法（1）常见的因配套安装不规范造成的故障a.关闭阀门时，压力表上反映压力很高，但打开阀门，突然下降很多；b.用气时，压力表压力忽高忽低，很不稳定；（2）故障原因及处理方法a.发生关闭阀门时，压力表上反映压力很高，但打开阀门，突然下降很多的现象。其主要原因是输气管内径过小；转角处弯曲造成变径趋小；输气管路过长；导气管或输气管道有异物堵塞等。由于这些原因，造成供气不畅，因此出现了打开阀门，压力突然下降很多的现象。解决办法是：对导气管、输气管进行检查，若导气管过小，应更换，若导气管更换后仍然不见好转，说明是输气管路太长，内径太小所致，建议对过小的输气管进行更换。b.用气时，压力表压力忽高忽低，很不稳定。其主要原因是输气管内最低处有积水堵塞。解决办法是：当沼气用尽后，用气枪在灶前输气管处打气，使凝积水排出；也可用负压法排水，即当池内沼气用尽后，用粪桶在出料间打出发酵液，使池内产生负压，让凝集在输气管内的水被吸入池内，输气管通畅，压力表上忽高忽低的现象即可排除。在沼气管理过程中，可能还会遇到一些特殊的故障，特别是处理大、中型养殖场粪便的沼气工程，在发酵技术上出现故障是比较多的，但大、中型沼气工程都要提供运行调试及常见故障排除方案，只要从启动投料开始，就严格按操作规程去作，应该没有多大的问题。农村沼气池的运行管理，是一项综合性很强的工作，所以，要求从事沼气池管理的技术人员：首先要熟悉相关的技术规范；其次要了解农村沼气池及沼气发酵的特点和相关技术；第三，要深入实际，多调查、多思考、多总结，通过实实在在地去解剖几个出问题的或者使用很好的案例，把这些经验积累起来，知识丰富了，解决问题的能力也提高了，有些问题可以提前预计的，一开始就把方案做好，这些问题也不复存在了，就是出现故障也可以很快分清原因，尽快加以解决。四、沼气安全事故的预防1、农村沼气建设和使用可能出现的安全事故农村沼气池从建设到使用过程中可能会出现一些安全事故，我市从1970年兴起农村沼气建设，至今已有36年，据不完全统计，共发生沼气安全事故七十多起，有70余人被夺去了生命，烧毁房屋近100间，根据我们对这些事故的发生进行了分析，可能发生的沼气安全事故可归纳为以下五类：（1）沼气建设施工过程中因房屋、土坑垮塌造成的安全事故；（2）烧伤或火灾中毒事故；（3）窒息或中毒事故；（4）淹溺事故；（5）沼气池爆炸事故。2、造成上述五类沼气安全事故的主要原因（1）造成在沼气池施工过种中因房屋、土坑垮塌伤亡的原因。a因沼气池建在原有猪圈屋内，未对房屋的瓦片进行拆除，挖沼气池土坑时距墙、柱太近，致使房屋垮塌；b因沼气池开挖较深，又有较高的地下水，坑壁土受水浸蚀，挖坑人员下到坑内舀水，坑壁突然垮塌，将舀水人员压入泥水中造成死亡；c挖神仙土、池坑上沿土方垮塌，将挖坑人员埋入池内；d有个别农户因挖池地点有连山石，私自用炸药碎石，造成破坏建筑物或伤人的事故。（2）造成烧伤或火灾事故的表现和原因沼气是可燃性气体，明火一点就着，因此，违规使用沼气，容易发生烧伤或火灾事故。a用气后未关闭阀门，沼气漫留在室内，进屋用火，点燃沼气，造成火灾，我市新皂镇七十年代一次烧掉七户人家的房屋就是这个原因；b农民进入有发酵原料的沼气池检查，用打火机照明，点燃沼气池内沼气，中江县因此造成下池人员烧伤面达70%；c农户在厨房内的沼气输气管试气，由于压力较大，火苗渍射很远，点燃厨房内物品，引起火灾；d在出料间去点火，引燃在池边堆放的柴堆，造成火灾；（3）窒息或中毒事故因为沼气池内是厌氧环境，没有供人体呼吸的氧气，长期在沼气池内，会造成呼吸困难乏力，若不及时救助，就会造成窒息死亡。a1986年，石板乡九村一农户的猪崽从进料口掉入沼气池，户主在未采取任何防护措施，匆忙从活动盖口下去想把猪崽捞上来，下去后很快昏倒在沼气池内，连续下去两人施救，均因没按规程办，造成一池死亡三人的悲剧。b因沼气池内装入磷矿粉和油菜壳，产生磷化氢，2001年街子乡一年轻人下池出渣，很快在出料口内中毒死亡；（4）淹溺事故出现沼气池淹溺事故多数是停用的远、大、深报废沼气池，这类型的沼气池大多建在房前屋后，长期停用，没有在天窗口、进、出料口加盖，周围又没标志，一不小心就掉入池内，2002年江油兴安乡曾发生一起该类事故，造成一名学生死亡。淹溺事故往往与窒息事故相伴发生，沼气池或已报废的远大深沼气池内有未出尽的原料，就是没密封，总还是有沼气产生，池内因缺氧气，开初轻微窒息，造成乏力，若无人在池上救助，倒入粪水中就会淹溺死亡。（5）沼气池爆炸事故沼气池爆炸都是因在导气桩或活动盖口点火试气造成的，我市曾发生两起沼气爆炸事故。a八十年代初，元艺乡六村一妇女，在活动盖的导气桩处点火试气，发生沼气池爆炸，活动盖和该妇女同时炸飞，掉在距该池相邻十余米的瓦房上，造成沼气池炸坏，该妇女当场炸死。b二00一年北川县香泉乡一农户建池后进行猪圈改造，泥工在输气管距沼气池1米左右点火试气，由于刚装少量原料，点火后没发现火苗，结果就离开，刚走出猪圈，轰的一声，沼气池削球盖被炸坏，出料口的粪水震起两米多高，盖板飞出1m多远，所幸没造成人员伤亡。c1999年，我市一环保能源公司在黄许酒精厂处理酒精生产废液能源环保工程，在调试过程中点火试气，造成容积为八百多立方米的大型沼气池爆炸，虽经多次维修，但都无法正常投入使用，造成直接经济损失30多万元。3、沼气安全事故的预防由于农村户用沼气池建设的技术进步，目前推广的户用沼气池都较浅，加之常温发酵，所产沼气也不是很多，从建设到使用应该是比较安全的，只要按相关的操作规程去办，沼气安全事故完全可以避免。下面介绍一些沼气安全操作规程和预防事故的措施。（1）施工安全操作规程和预防事故的措施a防止塌方。采取大开挖池坑时，要根据土质情况进行适当放坡，不准挖神仙土，土质不好的池坑要采取支撑等加固措施，不要在坑沿堆放土方或建池材料；雨季施工一定要采取排水措施；b采取漂砖起拱法施工削球盖，一定要注意砖与砖之间砂浆饱满，砖尖挤拢，最后两块砖之间要用坚硬片石尖紧，若在刚起拱完的球盖上浇筑砼，要从边上均匀地往盖中心依次施工；c严禁挖坑时用炸药炸坑内石头；d用钢模或土模时，要保证支架牢固，拆架时要特别小心；e严禁用焦炭、煤、木柴点火烘烤池壁，以防发生缺氧或煤气中毒；f若沼气池建在猪圈内，挖土坑时，应拆除房上的瓦片，并对墙、柱进行支撑加固处理。（2）为预防火灾和烧伤，应注意四个方面：a点火试气只能在厨房沼气灶具上进行，不准在导气桩出料口点火试气；b入池操作人员，不准用打火机、火柴等点火照明；c若在厨房、猪圈或有沼气输气管通过的室内闻到有臭鸡蛋味，说明有沼气泄漏，此时坚决不准用火，必须立即打开门窗或用扇子扇风，马上检查漏气点并进行及时修复，确认已排除漏气问题，室内空气流通后，才可使用沼气；d一旦室内发生沼气燃烧，应立即关闭沼气池后的旁通阀门，避免沼气燃入池内，发生爆炸事故。（3）预防窒息和中毒事故a凡是要下池（包括发酵间和出料水压间）检查、检修或捞物品，必须要系好安全绳，池上要有专人守护，下池人员稍感不适，就应立即上来在通风阴凉地方休息；b、确实需要进入沼气池检查、检修，应尽量将沼气池内的发酵液用液下污泥（水）泵将发酵液抽掉，为减少池内沉渣量，可在用污水泵抽粪时，将泵出水管倒向进料口，使沉渣冲动，便于污水泵抽提；c若有人要下池或已进入沼气池，应该用电风扇从进料口往发酵间送风，以保持沼气池内通风；d不要向沼气池内投加磷矿粉，过磷酸钙等磷肥，也不要向沼气池内加入较多的油菜籽壳或油枯，避免发生磷化氢中毒事故发生。（4）淹溺事故的预防a沼气池的进、出料口必须有坚实的盖板，进、出料后必须立即盖好；b已经报废的沼气池，不管在房前屋后或院坝内，都应该填掉，若要改作囤水池，应有防护措施，并保持完好。（5）爆炸事故的预防a不准在沼气池导气管、活动盖口点火试气；b不准在沼气池附近堆烧垃圾或其它用火。第 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