沼气池引射循环系统优势与构建
马翠忠 周正颖
摘 ?要：集化粪池、垃圾池、沼气池于一体，以污水、垃圾处理为重点，是新农村建设的必备装置。沼气的生产与储存在空间上分离，发酵池无气室、不结壳、无气密性要求、不存在漏气故障，使用寿命长，储气罐压力稳定。长方形替代圆形以适应有限的空间，平顶替代拱顶以降低施工难度。上下格化粪池产生的沼气可以回收利用，减少了大气污染。自动循环系统方便管理，产气率高。
关键词：长方形;沼气池;垃圾处理;两步发酵;引射循环;上下格;化粪池
中图分类号：S216.4 ? ? ? ? ? ? 文献标志码：A
圆筒形水压式沼气池在我国应用已有半个多世纪，有许多优点，但也有4个弊端。1）施工难度较大，需要专业技术人员进行建造，施工人员需要经过培训并获取资格证书、持证上岗。2）故障率高。混凝土是非气密性材料，需要进行多遍密封作业才能勉强不漏气，加上水压式沼气池设计压力较高，更增加了漏气的风险，一旦漏气将导致沼气池停用甚至报废。3）不适应秸秆原料，出料难，同样也不适宜处理生活垃圾。4）建造工序多，工序之间需要停工等待，多次施工，工期长。另外，由于大多数农户住宅前只有1 m～2 m的空地，没有足够的空间建造圆形沼气池。
材料的性能与功能匹配是选材的基本原则，利用混凝土容器储存沼气是不适宜的，与其采取复杂的工艺弥补性能的不足，不如选择性能匹配的材料。将沼气的生产与储存在空间上分离，采用气密性能好的材料制作储气罐才是最佳选择。
1 长方形沼气池的构造
沼气池由发酵池（图1）和湿式储气罐（图2）构成，属于国标中的分离储气浮罩沼气池。
发酵池为长方形，典型尺寸3×1×2m3，池底为现浇混凝土，池墙为预制空心砖砌筑，池墙的一端为斜面，作为垃圾的入口。预制混凝土板砌筑在池墙中部，将发酵池分为上下2个部分，上部为固体垃圾酸化池，下部为厌氧发酵间，与便池相连，污水管连接便池，污水经便池进入厌氧间。
厌氧间盖板底面四周凸起，用于阻挡沼气外溢，沼气从盖板中间孔溢出进入集气罩，集气罩用塑料盆代替，用绳索固定于盖板上，集气罩下部放置细滤网（防蚊蝇网）阻挡浮渣，防止管道堵塞。
挡料管放置于出料孔上部。1） 阻挡垃圾进入厌氧间。2）防止出料孔堵塞，保持循环水路畅通。垃圾堆积达到挡料管高度时应及时出料，出料时移开档料管，使酸化池内固液分离，方便清理。
引射器用PVC三通制作，出水管与便池相连，所在区域用粗滤网（孔径1 cm左右）与酸化池隔离。
湿式储气罐由蓄水池和储气罐组成，蓄水池为砖混结构，φ1.2m×H1.2m;储气罐为钢结构，φ1m×H1m，平顶内设加强筋，外部均布4个圆钢导向杆，环氧树脂漆防腐处理，工作压力2 kPa，下部为混凝土预制配重环。罐体重心在下部，自动保持直立状态，导向杆用于防止罐体与水池摩擦，保护防腐涂层。
配重计算：罐体+配重-浮力=罐体截面积0.785 m2×压力200 kg/m2=157 kg。罐体按3 mm钢板计算自重92 kg，配重在水中的重量应为65 kg，体积=重量/（混凝土密度-水密度）=0.046 m3，外径φ110 cm，厚度按10 cm计算，内径φ79 cm。
2 发酵工艺
沼气池采用两步发酵工艺，以垃圾、污水处理为重点，不再以单纯获取能源为目的。
粪便、污水（不包括洗浴污水）进入厌氧发酵间，厌氧间为非密闭空间，产生的沼气随时溢出，暂存在集气罩内。固体悬浮物全部集中在厌氧间盖板下，长期浸泡于水中，水解后下沉，不会出现浮渣结壳现象。
餐厨垃圾、果皮果核、打扫庭院的杂草、树叶包括尘土、炉灰渣等进入酸化池，可降解物质经水解、酸化后，酸化液由引射循环系统输送进入厌氧间继续发酵。
酸化池水位应高于引射器出水口20 cm，利用水封以保持储气罐压力。
新建沼气池启动时应用新鲜的猪、牛粪便，在池内堆沤发酵，以便快速产气，切忌使用存放时间过长的原料或碳氮比低的鸡粪等原料。
当获取启动原料有困难时，也可不投放任何原料，按比例加入接种物，加水后直接使用。此时沼气产量较少，可用污水泵带动引射器冲厕。
冬季应采取保温措施，确保冲厕管道畅通。也可提高溢流水位，让冲厕管道淹没在冰冻层以下。
3 引射循环系统
引射循环系统如图3所示，根据不同情况，有3种循环方式。
3.1 自动循环
集气罩、“U”形管、引射器共同构成间歇式引射循环系统，随着沼气的积累，集气罩内的水位逐渐下降，当水位低于“U”形管的最低点时，沼气从“U”形管排出，带动引射器工作，将酸化液送入厌氧间，同时对便池进行冲洗。随着沼气的排出，集气罩内的水位逐渐上升，当水位到达“U”形管的端口时，污水进入“U”形管，阻断沼气通道，引射器停止工作。
3.2 手动循环
打开冲厕开关，集气罩中的沼气立即排出，带动引射器工作，冲洗便池。
3.3 水泵循环
冬季或产气较少时可用污水泵带动引射器工作进行冲厕。引射器可以使循环流量增加到水泵流量的数倍，可以选择流量较小的水泵。
4 长方形沼气池的特点
长方形沼气池的特点如下。1）结构简单，技术门槛低，普通建筑工人即可完成作业。2）用工少，工期短。预制件工厂化生产，现场施工一个工作日即可完成。不含土方开挖工程量，工期由原来的10天以上缩短为1天，用工由原来的8个减少为2个。3）可以处理生活垃圾。酸化池容积大，使用时间长，垃圾分解彻底，深度浅且广口的酸化池出料容易。可大大减少垃圾集中外运量，又获得了有机肥。4）自动循环，管理方便。5）沼液冲厕，节约用水，减少排放。6）厌氧间无气室，不承压，不存在漏气故障，使用寿命长。储气罐压力稳定，存量一目了然。7）使用安全。平時应盖好顶盖板，防止人畜掉入池内;人员进入发酵池后不存在缺氧情况，无人身安全隐患;储气罐在水中，空气被排空，沼气中不会混入空气，无爆炸危险。
5 上下格化粪池
传统化粪池的每一格为水平排列，该设计为上下结构（图4），上格为沉淀池，下格与空气完全隔离，为厌氧发酵间。
污水直接进入下格的厌氧环境，滞留时间长，虫卵杀灭效果好。固体悬浮物被拦截在厌氧间盖板以下浸泡在水中，水解后下沉，不会浮出水面。污泥存储空间大，不会造成堵塞。上格沉淀池面积大，抗冲击能力强，出水路径长、流速慢，沉淀池中污泥含量少，气体产生少，沉淀效果好。
厌氧间前部的进水管深入中间位置，使污水直接进入富含厌氧污泥的区域，反应速度快。间歇式引射内循环系统对中部的厌氧污泥自动搅拌，使污水与厌氧菌混合均匀，反应完全。后部为沉淀区，降低了出水中污泥含量。
化粪池启用前要加入足量的接种物，产生的沼气回收利用，以减少对大气的污染，居民小区内的多个化粪池可以共用一个储气罐。出料时当上格中的污水全部回流到下格时即停止，以保留充足的活性污泥。
6 在养殖污水处理上的应用
以“一圈一池，粪不出圈，就地处理，集中利用”为指针，以上下格化粪池为基础，为圈内的每一条下水道分别设置一个引射器，利用手动循环冲洗下水道。与传统水压式沼气池相比，成本降低，可靠性提高。
沼液冲洗圈舍虽然可以节水减排，但会积累氨氮，抑制厌氧菌活性，降低沼气产量，在水资源不是特别贫乏的地区，不建议采用。一例沼气工程，沼液全部回流，一年后反应几乎完全停止，教训深刻。
参考文献
[1]农业部科技教育司.户用沼气池标准图集：GB/T4750—2002 [S].北京： 中国标准出版社，2003：1.
[2]农业部.户用沼气池设计规范：GB/T4750—2016[S]. 北京： 中国标准出版社，2016：11.
[3]马翠忠.脉冲引射内循环厌氧反应器[P].中国专利：ZL 2010 1 0581566.X，2013-03-06.
[4]马翠忠.分布式养殖污水处理系统[J].中国沼气，2012（2）：29-30.
