摘　要：在對以不飽和聚酯樹脂和玻璃纖維布為關鍵制作材料的8 m³。農村戶用玻璃鋼沼氣池的結構設計、性能參數、加工工藝等質量性能進行測試的基礎上，以混凝土沼氣池為對照，對其產氣效果進行了初步研究。結果表明，沼氣池的玻璃鋼平均產氣可達0.442 L?L^-1?d^-1，而混凝土的只有0.299 L?L^-1?d^-1，前者比后者提高了47.8％；沼氣中甲烷的平均體積分數，玻璃鋼的可達0.496 L?L^-1，而混凝土的只有0.430 L?L^-1，前者比后者提高15.3％。
關鍵詞：玻璃鋼；沼氣池；質量性能；產氣效果

　　沼氣是可再生能源中的一種生物能源，是有機物質在厭氧條件下，經過多種厭氧微生物分解轉化而產生的可以燃燒的以甲烷為主要成分的混合氣體，是一種高品質清潔能源。它不僅能解決農村能源緊缺問題，而且還能解決農村糞污染問題，是實現農業有機廢棄物無害化、減量化、資源化處理的一條很好的途徑。沼氣具有不可比擬的優越性，特別是在廣大農村，這些優越性就更為顯著。
　　農村戶用沼氣技術的推廣與應用，無論技術方面，還是數量方面，在國際均占地位。目前推廣的沼氣池主要是以混凝土沼氣池結構為主，存在建池周期長，建池質量難以保證，沼氣池的產氣率和原料利用率較低，冬天難以實現沼氣池的正常產氣，綜合性能較低等諸多問題。20世紀80年代以來，先后開發出許多農村或半農村的沼氣池，如聚乙烯紅泥塑料沼氣池、半硬塑沼氣池、鐵罐沼氣池、玻璃鋼沼氣池、GRC建材工廠化沼氣池、鋼絲網水泥預制沼氣池等。通過對這些農村沼氣池的使用，群眾普遍反映采用玻璃鋼建造的沼氣池具有強度高、耐酸堿、抗老化、質量輕、無滲透、施工簡單、保溫性能好等優點。玻璃鋼沼氣池是一種工廠化生產的新型沼氣池，其開發和應用是一項以玻璃鋼組成材料與配方研究技術為載體、以沼氣技術應用研究為主體的多學科技術的綜合項目，易于形成商品，容易推廣。因此，農村戶用玻璃鋼沼氣池的開發及應用對農村沼氣技術的發展具有重大意義，它可使沼氣池建池速度加快，減少人力、物力和資金的投入，并且有利于與市場經濟體制相接軌，有利于沼氣產業的形成和發展。

1　材料與方法

1.1　試驗總體概況
　　2009―07―27―09-30對與西安市臨潼區團結新能源科技開發有限公司合作研制生產的8 m3農村戶用玻璃鋼沼氣池的加工工藝及質量性能進行了測定，同時以西安市臨潼區何寨鎮何寨村三戶混凝土沼氣池為對照，對西安市臨潼區新豐鎮
駱張組村三戶玻璃鋼沼氣池的運行效果進行了30多天的跟蹤試驗。
1.2　試驗設計
　　影響沼氣發酵的因素主要有溫度、原料、濃度、接種物、攪拌及酸堿度等，本文是在2種類型沼氣池的發酵原料、濃度、接種物、攪拌及酸堿度基本一致的情況下，主要對氣溫(日平均氣溫)、兩種沼氣池的池溫、產氣率及甲烷體積分數進行了測定。采用單因素三水平試驗方法，試驗設3次重復。兩種類型沼氣池同時啟動，一次性投入池容90的發酵原料，原料的比例為m(沼渣或污泥)：m(人畜糞便)：m(水)=1:2:5，質量濃度0.06 kg?L^-1，水溫30℃，pH7.0左右，每隔3 d加入500 L質量濃度0.06 kg?L^-1的豬糞。以2種類型沼氣池啟動5 d正常產氣開始記錄數據。
1.3　試驗測定項目及方法
1.3.1　技術與強度指標 與農業部沼氣產品及設備質量監督檢驗中心一起，對該玻璃鋼沼氣池的技術與強度指標進行了測定，測試樣品為50cm×50 cm 兩塊、25 cm ×3 cm 五塊、25 cm ×2cm五塊、25 cm×1.5 cm五塊。其中罐體組合高度、罐體大直徑、壁厚及罐體荷載強度在生產現場測定，在測定罐體荷載強度時，其加載物為沙袋，玻璃鋼沼氣池半埋于地下，狀態為空池，荷載力按19.0 kN?m-2，加載時間為4 h。所用儀器主要有U型壓力表、鋼卷尺、電子秤、游標卡尺等。
1.3.2　沼氣中甲烷體積分數 用奧氏氣體分析儀進行現場分析，其原理是利用不同的溶液來相繼吸收氣體試樣中的不同組分，用氫氧化鈉吸收試樣中的二氧化碳，用焦沒食子酸鉀溶液吸收試樣中的氧氣，用氨性氯化亞銅溶液吸收試樣中的一氧化碳等，除去甲烷氣體以外的其他組分(CO₂，CO，O₂等)，剩下就是甲烷氣體。
1.3.3　沼氣池池溫 沼氣池池溫測定采用水銀玻璃溫度計伸入沼氣池水壓間液面下1000 mm處測量，氣溫測量采用現場懸掛氣溫溫度計測量，計算日平均溫度。
1.3.4　沼氣池產氣率 試驗用戶在廚房管道安裝脫硫裝置后分別安裝沼氣計量表。沼氣除了用于一日三餐外，多余沼氣還可用于燒水等，確保沼氣當天可以用完，減小試驗誤差，根據產氣量計算產氣率。

2　結果與分析

2.1　性能指標
2.1.1　技術指標 由表1可知，該玻璃鋼沼氣池的外觀質量、罐體組合高度、罐體大直徑、壁厚及原材料的化學性能均符合國標玻璃鋼沼氣池的要求。顏色為淡綠色，表面光滑、平整，無纖維裸露，厚度均勻，無分層。罐體組合后大高度為2315 mm，大直徑為2663 mm。原材料在0.05 L?L^-1的鹽酸、0.2 kg?L^-1氫氧化鈣及-30℃的條件下，24 h內表面無變形、無開裂、無脫落、無穿孔等現象。
　　該玻璃鋼沼氣池的加工制作過程嚴格按照設計要求制作，其罐體組合高度、罐體大直徑、壁厚都在設計要求范圍之內，均符合標準的要求。玻璃鋼是很好的耐腐材料，能抵抗各種酸、堿溶液的腐蝕，同時玻璃鋼還具有很好延展性，抗凍 性能也較強。

2.1.2　強度指標 由表2可知，該玻璃鋼沼氣池結構層彎曲強度、結構層彈性模量、表面巴氏硬度、樹脂含鼙、吸水率及罐體荷載強度均符合國標玻璃鋼沼氣池的要求。罐體荷載強度測試后玻璃鋼沼氣池完好無損，在水密封狀態加壓8 kPa，保持24 h，U型壓力表變化小于3％。
　　該玻璃鋼沼氣池強度高，韌性好，質量穩定可靠．各項強度指標均符合國標沼氣池的要求。玻璃鋼沼氣池多埋于地下或半地下使用，難免會受到土層及其他物體對 岜的擠壓，因此玻璃鋼沼氣池原材料強度指標的大小就成為衡量玻璃鋼沼氣池性能好壞的一個重要參數。
2.2　實際運行效果
2.2.1　甲烷體積分數 由表3可知．所產沼氣中的甲烷體積分數，玻璃鋼沼氣池平均為0.496 L?L^-1，混凝土沼氣池平均為0.430 L?L^-1，前者比后者提高了15.3 ％，經均數差異顯著性檢驗，差異極顯著(P<0.01)，說明玻璃鋼沼氣池所產沼氣中的甲烷體積分數要明顯高于混凝 沼氣池的。
　　混凝土沼氣池由于施工周期長，施工人員技術水平差異較大，質量難以得到保證，容易發生漏氣現象。沼氣發酵微生物主要由嚴格厭氧菌和部分兼性厭氧微生物組成，如果沼氣池密封小嚴，微生物的生長代謝就會被抑制，甚至死亡。而 混凝土沼氣池凝固后，其空隙為5×10^-8m，甲烷分子直徑為4×10^-9m，其空隙直徑比甲烷分子直徑大12.5倍，因而甲烷分子容易從混凝土結構中滲漏。而且玻璃鋼沼氣池導熱系數低．保溫性能好，微生物生長繁殖較快，因而甲烷體積分數相對也較高。

2.2.2　氣溫變化對沼氣池池溫的影響 由圖1可知，高日平均氣溫為24.80℃ ，低日平均氣溫為14.10℃ ，變異系數(CV)為13.506 ，變化幅度較大，試驗組高池溫為21.60℃ ，低池溫為18.27℃，變異系數(CV)為4.413％，變化幅度較小。對照組高池溫為23.20℃ ，低池溫為15.34℃，變異系數(CV)為10.076％，變化幅度相對也較大，由此可知，氣溫的變化短期內對玻璃鋼沼氣池的影響較小，而對混凝土沼氣池的影響較大。

　　玻璃鋼沼氣池的加工材料具有良好的絕熱性能，池體保溫性能好，導熱系數低，不容易受外界環境溫度的影響，同時也避免了池內熱量的迅速擴散，而且沼氣池每次進料量較少，對池溫的影響也較小。玻璃鋼的導熱系數是1.42 kJ?m^-1?h^-1?℃^-1)，混凝土的導熱系數是5.44 kJ?m^-1? h^-1?℃^-1)，是玻璃鋼沼氣池導熱系數的3.83倍，容易受外界環境溫度的變化而變化，變化幅度較大。
2.2.3　氣溫變化對沼氣池產氣率的影響 由圖2可知，試驗組沼氣池的平均產氣率為0.442 L?L^-1?d^-1，對照組沼氣池的平均產氣率為0.299L?L^-1?d^-1，前者比后者提高了47.8％，經均數差異顯著性檢驗，差異極顯著(P＜0.01)，說明玻璃鋼沼氣池的產氣率顯著高于混凝土沼氣池的產氣率，氣溫的變化短期內對玻璃鋼沼氣池產氣率的影響不大，而對混凝土沼氣池產氣率的影響較大。
　　玻璃鋼池氣池密封性能好、產氣率高，耐腐蝕，同時還具有一定的彈性，抗擠壓、沖擊能力強，產氣量相對比較穩定，產氣率隨氣溫變化不明顯。混凝土沼氣池因建池時間長、結構復雜等特點，使其在施工及運行過程中難免產生裂縫、滲漏、沖磨破壞等，致使沼氣池漏水、漏氣，產氣量較少且不穩定，容易受外界環境溫度的影響而發生變化。

3　小結

3.1　玻璃鋼沼氣池具有玻璃鋼材料導熱系數低、絕熱性能好、保溫性能好、密封性能和承載能力強等特點，產氣量常年高于混凝土沼氣池，產氣均衡、穩定。通過一個多月的實際運行，8 m³農村戶用玻璃鋼沼氣池平均每天產氣量為3533 L，甲烷體積分數為0.496 L?L^-1，完全可以滿足農戶的生活用能。玻璃鋼沼氣池的發酵工藝科學、合理，能有效地提高發酵原料的利用率，可以實現自動進出料，管理方便。
3.2　球型玻璃鋼沼氣池與圓筒形沼氣池、扁橢圓球形沼氣池相比，直徑小，截面積也小，池體深。根據沼氣池的氣壓與發酵間截面積和產氣量成反比，即池子越深，料液深度就越深，料液特別是活性層的壓力就越大，影響沼氣池的產氣量。因此，建議玻璃鋼沼氣池的池型可以選用國標圓筒形或扁橢圓球形沼氣池。
3.3　玻璃鋼沼氣池的出料口通常設在池體的上半部分，這樣新進原料易混流入出料口位置，原料未經發酵或發酵不充分，出料時，易將有生命的細菌蟲卵帶出，不僅降低了原料的利用效率，而且沼肥也未能達到標準要求。因此，建議玻璃鋼沼氣池的出料口應盡量設在池體的下部為好。
3.4　傳統的混凝土沼氣池已在人們的頭腦中根深蒂固，因此，玻璃鋼沼氣池的大面積推廣不僅取決于它的成本造價，而且要讓農戶深刻理解了使用它的好處，為了促進農村玻璃鋼沼氣池的應用與推廣，一方面是要搞好宣傳工作．另一方面是要改善制作工藝，尋求性價比較高的原材料，改進發酵工藝，提高沼氣池的產氣率與原料的利用率。
3.5　本試驗是在其影響因素基本一致的情況下，對沼氣池所產沼氣中甲烷體積分數、沼氣池池溫及產氣率進行研究，對于在其他因素影響下沼氣池的產氣量有何變化還需進一步研究，同時對于玻璃鋼沼氣池、廁所、豬圈三結合模式的構建還需進一步探討。