玻璃钢椭球形保温沼气池作用原理

一、玻璃钢椭球形保温沼气池的特点

产生沼气必须四个条件，缺一不可：温度、厌氧环境、适合厌氧菌消化的有机物、接种物。人工制取沼气制造发生器应遵循这四个条件和密封性开发才能保证产气，贮气正常，方便使用。

A、保温性能好是人工低成本制取沼气最难达到的条件。

沼气菌生存的温度为8℃-65℃（8℃-30℃称为常温发酵；31℃-45℃称为中温发酵；46℃-65℃称为高温发酵）。在此范围内，温度越高，产气量越大（温度每升高10度，产气量增加1-2倍）。农村户用沼气池是常温发酵装置，要保证全年产气，制造发生器的材料和工艺必须考虑保温问题。

冬季当气温为2度时，地下0.3M处温度（简称地表温）在6℃左右；地下1M处温度在12℃左右；地下2M处温度（简称地温）在13℃左右。中国农村沼气池大多为地埋式的，受经济条件和运行成本影响不可能增加增温装置，因此农村户用沼气池池温与气温、地温有密切关系。直接影响池温的不是气温而是地温，地温又随气温而变化，离地面越近温度变化越大，越接近气温；离地表面越深则温度变化越小，与气温差异越大。夏天离地面越近温度就越高，相反，冬天离地面越近温度越低 。但深度在1米以下时温度变化缓慢，几乎不受气温变化的影响（发生器0平面最好在地下1米以下，适当的埋入深度当气温低时有利于稳定池温。）。测量数据表明：由于厌氧发酵是放热反应，埋入地下的发生器池温比地温高。如果发生器材料导热系数低，保温性能好，不使池内向池外大量传热，就能保留和积聚厌氧发酵释放的热量从而提高池温。

水是热的良导体，其比热容最大（4.19X103J/Kg·℃），同单位质量吸收的热量最多，所以呈流动状态的水在有温差时传热很快，吸收和放出的热量也大。进入冬季，地层水向下走，地层是干燥的，有利于保护地温。如果发生器材料吸水率太高，池内水将向池外慢慢渗透，润湿池体周围土壤，而土壤中的水分又通过毛细作用向周围扩散，直至传至地表。气温低时，池温、地温、地表温、气温是依次下降的，这时水起到了热传导的作用，逐步降低地温，最终降低池温。所以制造发生器的材料应充分考虑保池温和地温，材料不但保温性要好，其吸水率越低越好，吸水率高不利于池体周围环境保温。

混凝土的导热系数是5.44kj/m.h.℃，玻璃钢的导热系数是1.42kj/m.h. ℃，玻璃钢椭球形保温沼气池通过制作中间蜂窝状夹层（真空保温瓶原理），蜂窝内封闭了空气，其导热系数只有0.59kj/m.h. ℃，通过制作工艺改进，提高了玻璃钢保温性；因材料吸水率低，仅0.32%，不会因吸水导致池体周围土壤润湿，地层向地表传热引起地温、池温大幅下降。通过北方寒冷地区6年多的使用效果表明，当气温降至零下30℃时，依然能产气，在于其中间蜂窝状夹层保温设计和使用吸水率极低的玻璃钢材料。南方过冬产气不用担心。

实际上南方和北方的地温差距不会很大，只是北方由于气温太低，存在冻土层，同等地温条件要向下延伸。所以北方的池体埋置深度要大于南方。进出料口的保温要求比南方高。

B、创造厌氧环境和达到高密封性是制造厌氧发生器对材料的基本要求。

1、长期强度高、韧性好

强度是制取发生器的起码条件，发生器启动后是一个动态的过程，即有外压，又有内压，并且内、外压的合力时刻变化，所以制取发生器的材料不但要求强度高，而且对机械强度变化的疲劳性也要优良，也就是其韧性一定要好，并且要有持续性。

玻璃钢材料于上世纪三、四十年代，由美国最先研制成功，当时使用在军工和航天上，后来才发展到民用工业。被广泛用于火箭、导弹、航空、造船、汽车、建筑、化工、电器以及一般民用。

玻璃钢椭球形保温沼气池在普通玻璃钢的基础上，利用高活性，多孔工业废渣（该材料属玻璃体，随时间推移强度不断上涨，通过使用该材料降低了玻璃钢成本，提高了强度）与不饱和树脂（玻璃钢黏结材料）复合制取蜂窝状夹层，提高了材料强度，以下是壁厚6mm检测结果。

检 测 项 目  单 位  国家标准  检测结果

表面巴氏硬度： MPa    ≥40        42

弯 曲 强 度 ： MPa    ≥100       210

弯曲弹性模量： GPa    ≥8         8.1

树脂重量含量：  %     ≥45        70

球形设计，弯曲强度高，埋入地下，上层覆土厚度1m也不会塌陷。

《农民日报》2008年7月31日报道说，汶川大地震50万沼气池遭不同程度破坏。沼气研究所调查显示，四川彭州市全市12000口沼气池，其中玻璃钢5000口，玻璃钢沼气池池体基本完好，这表明玻璃钢的韧性相当好，脆性不大。

2、密封性强

沼气是CH4、CO2、H2S等的混合气体，其主要物质CH4分子直径4×10-9m，因此，产气，贮气装置要保证接近100%的气密性，材料的分子孔隙要小于CH4分子直径。沼气是在液体中产生的，液体是产沼气菌种生存的环境，同时也是提供营养的载体，因此水密性是保证长期产气的必要条件。

玻璃钢椭球形沼气池由三层组成，内层：密封层，大于1.2mm；中层：结构保温层，大于4mm；外层：保护层，大于0.5mm。内层由不饱和树脂和优质玻璃纤维多层黏结而成，夹有胶衣树脂密封层，多层错位，杜绝了孔隙的产生。不饱和树脂分子直径为1*10-10m，比沼气CH4分子小40倍。既然气体不会泄漏，水更不会渗漏了。

工厂化生产的玻璃钢沼气池可检测渗漏出厂，保证产品的密封性达到100%。

3、耐蚀性优良

产沼气的最佳PH值为6.5-7.5，正常产气的沼液在弱酸和弱碱中波动。由于产沼气的过程是一个动态过程，随原料加入多少、种类不同、温度影响、管理好坏，酸化和碱化的情况可能交替发生，对制造发生器的材料要求既要耐酸又要耐碱。同时，虽然水是中性物质，由于它是优质的溶剂，能溶解许多有机物和无机物，因此，制造发生器的材料应对水有较好的抗蚀性。

玻璃钢已被广泛应用于酸碱中和容器，酸碱贮灌，贮水塔等，多年使用证明该材料耐酸、耐碱、耐水，以下是检测指标。

PH5  72小时，耐酸合格。        PH8  72小时，耐碱合格。     80℃水温24小时，耐水合格。    吸水率：0.32%。

4、抗热胀冷缩性好

我们生存的环境温差大，制取沼气也是放热反应，热胀冷缩系数大的物质显然不是制取发生器的好材料。选用材料时一定要选择韧性好、脆性小的物质，才能有效的抗击热胀冷缩引起的胀裂和拉裂等问题。

玻璃钢椭球形保温沼气池各部件均用不饱和树脂粘结，膨胀系数一致，其良好的韧性可抵抗热胀冷缩带来的机械疲劳影响，不会开裂。

5、寿命长

寿命一般由强度和韧性，耐蚀性，抗热胀冷缩性和抗老化能力决定。

玻璃钢椭球形保温沼气池利用玻璃钢材料通过复合改性达到了增强，耐压，耐蚀、抗膨胀和收缩的目的，所用材料抗老化能力强，加之埋入地下厌氧使用，寿命应该不低。从该技术发明安装的第一个沼气池到现在已正常使用6年，并且还在使用。玻璃钢其它制品寿命长的达到了30年，我们日常使用的雨阳罩虽然很薄，但有的用了10多年，还在继续使用。

C、成品使用性能是产品延续的动力

1、池体轻巧，便于运输，安装方便，不怕地下水

池体分为四件组成，8m3池总重为200kg左右。运输时可叠装，不论有无地下水，安装只需半天-一天，农户不必找很多帮工和安排费用高昂的伙食，安装完毕，如果启动条件允许，封池第三天就能产气点火。

2、设计合理，产气多供气足

依据GB/T4750-2002“椭球形沼气池国家标准”借鉴西北农林大学教授著名沼气专家邱凌先生的沼气发酵经验设计。产品符合NY/T1699-2009《玻璃纤维增强塑料户用沼气池技术条件》。椭球形设计，发酵面积大，使用循环化酵，通过进出料口差位设计和产气、用气气动作用自动搅拌、自动旋流、自动浮渣（浮渣在出料口浮出，池内不会结壳），没有发酵盲区。还可根据要求设计多种形式池型：水压式、浮罩式等。

玻璃钢椭球形保温沼气池按进出料口差位设计，出料口高于进料口，中间进料，中间出料。通过每天水压气、气压水循环，池内浮渣均在出料口浮出，池内不结壳（已安装使用池可现场参观：进料口是清水，出料口是浓稠的悬浮物）。水压气时，沼液回流池内，回流池内沼液比池内沼液温度低而下沉至池底，池底沉料上浮，打破了池内分层现象，起到搅拌作用，使池底富集的菌种和有机物得到充分接触的机会，放热反应加快，既提高了产气率，又补充了温度散失，实现良性循环。拉开了大出料时间间隔（时间最长的使用五年未大出料清渣）。

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3、综合好处多

安装测试合格，如非人为损坏，基本没有后续维修，降低了使用成本。虽然一瓮蹲势撸褂贸杀炯负趺挥校谧芡蹲噬鲜瞧偷摹?/P>

可实现商品化生产、傻瓜式使用。企业参与，可形成物业化管理。

二、玻璃钢椭球形保温沼气池缺点

1、安装应充分考虑新挖土方填方后夯实，以免未夯实填土下沉造成损伤池体。

2、玻璃钢材料不耐磨，运输和安装过程中应避免与硬物长时间摩擦造成缺陷。填土时，带尖硬物靠近池体有可能刺破池壁。

3、挖坑深度比混凝土池略深，造价比混凝土池略高。

4、使用秸秆类原料在池型设计上需进行深入研究。

三、无机玻璃钢实际是菱镁材料，不是玻璃钢

菱镁材料（主要材料MgCl2和MgO与玻璃纤维复合）叫无机玻璃钢是一种牵强附会。它的初期强度高（可敲打不碎），不耐水，易返卤，易盐析，盛水后很快变软，寿命只有几个月，涂沥青防水寿命也不会超过两年，对玻璃钢材料和新材料推广以及农户使用造成的影响极坏，是国家禁止使用的沼气池材料。

四、8m3池安装使用和测量数据

2009年9月13日：安装完毕，进出料池容积1.8m3，可用于压气体积1.36m3。

2009年9月15日：加料,鲜牛粪约1.7m3,水约5m3，无接种物，强行启动，下午3:00加料完毕，水温26度，池温26度。

放气两次.

2009年9月16日：下午5:00，气压4000Pa，电子打火不成功，手工点火成功，晚餐用沼气做饭。

2009年9月17日：产气量上升，接至邻居家使用，电子打火成功，两家用气，气不够用。

2009年9月21日起：产气够两家使用，没有富余。

2009年10月5日：产气量下降，加入沤制24小时的菜饼10Kg，产气恢复。

2009年10月6日：加入沤制5小时的菜饼55Kg，产气量未变。

2009年10月7日：电子打火不成功，手工点火成功，但燃气不纯，可能是菜饼沤制时间不够导致池内产二氧化碳过多。

2009年10月11日：电子打火成功，恢复正常。

2009年10月13日：凌晨4：00，测试温度：气温：15.3度       池温：26度       2米下地温：18.3度

2009年10月18日：安装沼气专用流量计，起始读数0。池压0Pa。池温:26度、气温16度，加入沤制充分的菜饼68 Kg，PH值：7.0。

2009年10月19日下午6点：池压0Pa，读数3.266，用气3.266 m3。4.5升水由16度加热至100度耗气0.121 m3。

2009年10月20日下午6点：池温:30度、气温21度，池压1.0KPa，读数6.116，用气2.85 m3。凌晨4点到8点左右产气外溢。

2009年10月20日晚上9-10点：烧水15升，用气0.523 m3，读数6.639。

2009年10月21日下午6点：池温:28度、气温17度，池内气压为1.5KPa，读数9.209，用气3.093 m3。晚上9-10点：烧水15升。

2009年10月22日下午6点：池温:27度、气温19度，池内气压为1.5KPa，读数12.393，用气3.154 m3。

2009年11月2日上午11点：池温:26度、气温10度。

根据跟踪，在秋季原料充足条件下，池温比气温高5-15度。长期为9度左右，雨天温差比晴天小。气温19度左右，池温基本在26度左右，8m3池日产气在3立方左右（池容产气率0.375 M3/M3.d）。水压体积设计1.36 m3，如果下午6点到次日凌晨8点不用气，将有4个小时左右产气外溢，日使用沼气最多2.7m3，要保证24小时产气全部使用，凌晨不用气时不外溢，必须加大水压箱或用2 m3浮罩储气。

冬季数据需入冬后跟踪整理。

五、农村户用低成本制取沼气心得

1、池体保温是关键；2、利用地温是起点；3、水气密封保使用；4、合理设计保运行；5、寿命长才有市场。