北方沼氣池越冬技術(shù)的分析與探討

袁長波，姚利，劉英，李彥，劉兆輝，王艷芹，張昌愛

（山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，山東濟(jì)南　250100）

　　摘要：在對北方沼氣池傳統(tǒng)越冬技術(shù)研究與分析的基礎(chǔ)上，探討和發(fā)明了一種新型耐低溫沼氣池技術(shù)，并進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究。通過與傳統(tǒng)沼氣池冬季產(chǎn)氣量對比試驗(yàn)，結(jié)果表明：采用耐低溫技術(shù)沼氣池的產(chǎn)氣量可比常規(guī)保溫沼氣池提高3倍左右，耐低溫沼氣池冬季平均日產(chǎn)氣量為0.523m3，完全可以保證沼氣池冬季的正常產(chǎn)氣，解決了北方沼氣池冬季無法正常運(yùn)行的技術(shù)問題。

　　0引言

　　近些年，由于國家的大力投入和支持，以及沼氣科學(xué)技術(shù)的不斷研發(fā)，農(nóng)村沼氣池的建設(shè)日新月異，群眾的認(rèn)可程度不斷提高。但我們通過對山東、河北、北京、天津等地區(qū)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)北方地區(qū)沼氣池應(yīng)用普遍存在冬季產(chǎn)氣量低或不產(chǎn)氣的現(xiàn)象，沼氣池越冬問題已成為制約北方沼氣發(fā)展的一個瓶頸，是我國沼氣行業(yè)亟待解決的重要問題[1]。

　　1傳統(tǒng)保溫技術(shù)與保溫方法分析

　　1.1覆蓋柴草、稻草保護(hù)池溫

　　最常用的傳統(tǒng)沼氣池保溫方法是在池體外圍大于池體直徑1.5m范圍內(nèi)，覆蓋70～80cm厚的稻草、豆稈、玉米葉或其它柴草，防止雨雪和冷空氣侵入，提高防寒效果；還可在覆蓋物上面壓上20～30cm厚的干土，并在池體覆蓋物上面用塑料地膜進(jìn)行防水保溫[2]。同時(shí)，將沼氣池的進(jìn)出料口用塑料布包上，早晚加蓋稻草，防止進(jìn)出料口散失熱量。

　　優(yōu)點(diǎn)：傳統(tǒng)保溫方法，易于就地取材，基本不需要投資，操作簡單易于實(shí)施。

　　缺點(diǎn)：保溫效果不甚理想，僅僅部分阻止了沼氣池頂部的熱量散失，對于池墻與池底基本起不到保溫作用，而且對于地下水位較高的地區(qū)，池墻與池底被地下水包圍著，熱量損失很大，因此，保溫效果不太好。

　　1.2加設(shè)暖棚和暖圈

　　設(shè)置暖棚與暖圈，利用太陽能，提高池體溫度。常見的有“三位一體”、“四位一體”等沼氣池模式，采用該模式一方面能夠促進(jìn)畜禽的生長，另一方面有利于沼氣池的安全越冬。

　　具體方法：依照溫室暖房的建造模式在沼氣池的上面建造塑料溫室暖棚（暖圈），建造面積不宜過小，以便充分接收太陽能，使其棚內(nèi)溫度增高、熱量增大，有利于沼氣池的防寒保溫。

　　優(yōu)點(diǎn)：保溫材料簡單易得，便于實(shí)施操作；在白天日照充足的條件下，棚內(nèi)溫度增高迅速，不僅可以給沼氣池保溫，還可以起到升溫的作用；增加了池體溫度，有利于提高產(chǎn)氣率，可與溫室種植等相結(jié)合，應(yīng)用廣泛。

　　缺點(diǎn)：暖棚等設(shè)施性建設(shè)成本較高，一般農(nóng)戶無力承受，相對投資較大；僅阻止了沼氣池頂層的熱量與冷空氣的熱交換，而對于池墻與池底基本起不到保溫作用；對于地下水位較高的地區(qū)，池墻與池底被地下水包圍著，熱量損失仍很大，因此這種方法保溫效果仍較差。

　　1.3利用生物能傳導(dǎo)，增加池溫

　　根據(jù)微生物發(fā)酵生熱的原理，借鑒冬季高溫造肥的方法，將沼氣池池體周圍挖0.8m寬，1.2～1.5m深的環(huán)型溝，填入馬糞、格蕘等，使有機(jī)質(zhì)快速發(fā)酵，產(chǎn)生大量熱量，每隔40～50d將環(huán)型溝內(nèi)一部分陳料取出，然后再投入一部分新料，使之繼續(xù)發(fā)酵產(chǎn)熱，增加地溫。也可用粉碎的青飼料培入環(huán)型溝中，踩實(shí)后覆土30～40cm，防止雨雪融化流入溝中，通過增加地溫的方式來減少池體熱量損失，提高產(chǎn)氣率[3]。

　　優(yōu)點(diǎn)：保溫材料簡單易得，基本不需要投資；操作容易、便于實(shí)施。對減少沼氣池的熱量損失有一定的幫助。

　　缺點(diǎn)：需要多次更換熱性原料，在換料的同時(shí)，又損失了一些熱量；池底熱量交換基本起不到保溫作用；對于地下水位較高的地區(qū)，池墻與池底被地下水包圍著，熱量損失大，保溫效果不太好。

　　2新型保溫技術(shù)與保溫方法分析

　　通過調(diào)查與分析，我們設(shè)計(jì)了一種新型保溫技術(shù)方案：采用珍珠巖、聚苯顆粒、泡沫加氣混凝土、爐灰渣、鋸末等作為保溫材料，以阻止池體與周圍冷空氣進(jìn)行熱交換，減少熱量損失，本技術(shù)已獲國家專利（專利號：ZL200720025369.3）。

　　2.1耐低溫沼氣池的主要做法及要求

　?。?）沼氣池墻體建造為雙層夾心磚墻，內(nèi)部砌體厚為120mm，外墻厚為53mm。

　?。?）夾芯層填充珍珠巖、聚苯顆粒、泡沫加氣混凝土等保溫材料，夾層厚度為60～100mm。

　　（3）在墻體最下2～3層磚砌體內(nèi)放置直徑6.5mm的通長鋼筋，以保證池底墻體的承載能力。

　　（4）在夾芯墻的頂部設(shè)置鋼筋混凝土圈梁，池拱上的荷載通過圈梁傳給池墻及周圍地基。

　?。?）如遇地下水位高，池底防水層應(yīng)做在砂石墊層上，防水面積為整個池底；池墻防水層做在外砌體內(nèi)表面，池墻防水層的高度應(yīng)高于最高水位10cm以上。

　　2.2耐低溫沼氣池的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

　　耐低溫沼氣池的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：①阻斷了沼氣池?zé)崃颗c外界冷空氣的熱交換；②克服了由于地下水而產(chǎn)生的熱量損失；③保溫材料一次性投資，可以根據(jù)不同地區(qū)的溫度要求，選擇不同的保溫材料及建造相應(yīng)的池墻厚度，可相對降低成本。

　　3試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　3.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　2008年10月，我們在山東省農(nóng)科院沼氣試驗(yàn)基地，建設(shè)6座池容為10m3的試驗(yàn)用沼氣池，其中包括3個耐低溫沼氣池、3個常規(guī)沼氣池（池頂覆蓋秸稈保溫），并分別進(jìn)行產(chǎn)氣量與池內(nèi)溫度的對比試驗(yàn)，發(fā)酵原料均為相同量的奶牛糞便，測量工具為6個氣體流量計(jì)、一個探針式溫度計(jì)，試驗(yàn)時(shí)間為2008年11月6日至2009年2月15日。

　　3.2試驗(yàn)結(jié)果與分析

　　圖1為試驗(yàn)測得的氣溫與料液溫度值。

　　從圖1不難看出，氣溫變化對采取常規(guī)保溫措施的對照池影響相對較大，而對耐低溫沼氣池的料液溫度影響相對較小，耐低溫沼氣池的料液溫度比對照池料液溫度平均高出3℃左右，耐低溫沼氣池料液溫度在14℃左右，基本保證了北方地區(qū)冬季沼氣池料液發(fā)酵所需溫度。

　　圖2為耐低溫沼氣池與對照池月均產(chǎn)氣量。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]熊承永.我國沼氣近期科研情況和發(fā)展趨勢[J].中國沼氣，1998，16（4）：45-48.

　　[2]馮麗，李秀杰，張鳳榮.北方寒地戶用沼氣技術(shù)應(yīng)用存在的問題及對策[J].中國西部科技，2005（7）：33-35.

　　[3]周孟津.沼氣生產(chǎn)利用技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，1999.