摘　要：在对以不饱和聚酯树脂和玻璃纤维布为关键制作材料的8 m³。农村户用玻璃钢沼气池的结构设计、性能参数、加工工艺等质量性能进行测试的基础上，以混凝土沼气池为对照，对其产气效果进行了初步研究。结果表明，沼气池的玻璃钢平均产气可达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％；沼气中甲烷的平均体积分数，玻璃钢的可达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％。
关键词：玻璃钢；沼气池；质量性能；产气效果

　　沼气是可再生能源中的一种生物能源，是有机物质在厌氧条件下，经过多种厌氧微生物分解转化而产生的可以燃烧的以甲烷为主要成分的混合气体，是一种高品质清洁能源。它不仅能解决农村能源紧缺问题，而且还能解决农村粪污染问题，是实现农业有机废弃物无害化、减量化、资源化处理的一条很好的途径。沼气具有不可比拟的优越性，特别是在广大农村，这些优越性就更为显著。
　　农村户用沼气技术的推广与应用，无论技术方面，还是数量方面，在国际均占地位。目前推广的沼气池主要是以混凝土沼气池结构为主，存在建池周期长，建池质量难以保证，沼气池的产气率和原料利用率较低，冬天难以实现沼气池的正常产气，综合性能较低等诸多问题。20世纪80年代以来，先后开发出许多农村或半农村的沼气池，如聚乙烯红泥塑料沼气池、半硬塑沼气池、铁罐沼气池、玻璃钢沼气池、GRC建材工厂化沼气池、钢丝网水泥预制沼气池等。通过对这些农村沼气池的使用，群众普遍反映采用玻璃钢建造的沼气池具有强度高、耐酸碱、抗老化、质量轻、无渗透、施工简单、保温性能好等优点。玻璃钢沼气池是一种工厂化生产的新型沼气池，其开发和应用是一项以玻璃钢组成材料与配方研究技术为载体、以沼气技术应用研究为主体的多学科技术的综合项目，易于形成商品，容易推广。因此，农村户用玻璃钢沼气池的开发及应用对农村沼气技术的发展具有重大意义，它可使沼气池建池速度加快，减少人力、物力和资金的投入，并且有利于与市场经济体制相接轨，有利于沼气产业的形成和发展。

1　材料与方法

1.1　试验总体概况
　　2009―07―27―09-30对与西安市临潼区团结新能源科技开发有限公司合作研制生产的8 m3农村户用玻璃钢沼气池的加工工艺及质量性能进行了测定，同时以西安市临潼区何寨镇何寨村三户混凝土沼气池为对照，对西安市临潼区新丰镇
骆张组村三户玻璃钢沼气池的运行效果进行了30多天的跟踪试验。
1.2　试验设计
　　影响沼气发酵的因素主要有温度、原料、浓度、接种物、搅拌及酸碱度等，本文是在2种类型沼气池的发酵原料、浓度、接种物、搅拌及酸碱度基本一致的情况下，主要对气温(日平均气温)、两种沼气池的池温、产气率及甲烷体积分数进行了测定。采用单因素三水平试验方法，试验设3次重复。两种类型沼气池同时启动，一次性投入池容90的发酵原料，原料的比例为m(沼渣或污泥)：m(人畜粪便)：m(水)=1:2:5，质量浓度0.06 kg・L^-1，水温30℃，pH7.0左右，每隔3 d加入500 L质量浓度0.06 kg・L^-1的猪粪。以2种类型沼气池启动5 d正常产气开始记录数据。
1.3　试验测定项目及方法
1.3.1　技术与强度指标 与农业部沼气产品及设备质量监督检验中心一起，对该玻璃钢沼气池的技术与强度指标进行了测定，测试样品为50cm×50 cm 两块、25 cm ×3 cm 五块、25 cm ×2cm五块、25 cm×1.5 cm五块。其中罐体组合高度、罐体大直径、壁厚及罐体荷载强度在生产现场测定，在测定罐体荷载强度时，其加载物为沙袋，玻璃钢沼气池半埋于地下，状态为空池，荷载力按19.0 kN・m-2，加载时间为4 h。所用仪器主要有U型压力表、钢卷尺、电子秤、游标卡尺等。
1.3.2　沼气中甲烷体积分数 用奥氏气体分析仪进行现场分析，其原理是利用不同的溶液来相继吸收气体试样中的不同组分，用氢氧化钠吸收试样中的二氧化碳，用焦没食子酸钾溶液吸收试样中的氧气，用氨性氯化亚铜溶液吸收试样中的一氧化碳等，除去甲烷气体以外的其他组分(CO₂，CO，O₂等)，剩下就是甲烷气体。
1.3.3　沼气池池温 沼气池池温测定采用水银玻璃温度计伸入沼气池水压间液面下1000 mm处测量，气温测量采用现场悬挂气温温度计测量，计算日平均温度。
1.3.4　沼气池产气率 试验用户在厨房管道安装脱硫装置后分别安装沼气计量表。沼气除了用于一日三餐外，多余沼气还可用于烧水等，确保沼气当天可以用完，减小试验误差，根据产气量计算产气率。

2　结果与分析

2.1　性能指标
2.1.1　技术指标 由表1可知，该玻璃钢沼气池的外观质量、罐体组合高度、罐体大直径、壁厚及原材料的化学性能均符合国标玻璃钢沼气池的要求。颜色为淡绿色，表面光滑、平整，无纤维裸露，厚度均匀，无分层。罐体组合后大高度为2315 mm，大直径为2663 mm。原材料在0.05 L・L^-1的盐酸、0.2 kg・L^-1氢氧化钙及-30℃的条件下，24 h内表面无变形、无开裂、无脱落、无穿孔等现象。
　　该玻璃钢沼气池的加工制作过程严格按照设计要求制作，其罐体组合高度、罐体大直径、壁厚都在设计要求范围之内，均符合标准的要求。玻璃钢是很好的耐腐材料，能抵抗各种酸、碱溶液的腐蚀，同时玻璃钢还具有很好延展性，抗冻 性能也较强。

2.1.2　强度指标 由表2可知，该玻璃钢沼气池结构层弯曲强度、结构层弹性模量、表面巴氏硬度、树脂含鼙、吸水率及罐体荷载强度均符合国标玻璃钢沼气池的要求。罐体荷载强度测试后玻璃钢沼气池完好无损，在水密封状态加压8 kPa，保持24 h，U型压力表变化小于3％。
　　该玻璃钢沼气池强度高，韧性好，质量稳定可靠．各项强度指标均符合国标沼气池的要求。玻璃钢沼气池多埋于地下或半地下使用，难免会受到土层及其他物体对 岜的挤压，因此玻璃钢沼气池原材料强度指标的大小就成为衡量玻璃钢沼气池性能好坏的一个重要参数。
2.2　实际运行效果
2.2.1　甲烷体积分数 由表3可知．所产沼气中的甲烷体积分数，玻璃钢沼气池平均为0.496 L・L^-1，混凝土沼气池平均为0.430 L・L^-1，前者比后者提高了15.3 ％，经均数差异显著性检验，差异极显著(P<0.01)，说明玻璃钢沼气池所产沼气中的甲烷体积分数要明显高于混凝 沼气池的。
　　混凝土沼气池由于施工周期长，施工人员技术水平差异较大，质量难以得到保证，容易发生漏气现象。沼气发酵微生物主要由严格厌氧菌和部分兼性厌氧微生物组成，如果沼气池密封小严，微生物的生长代谢就会被抑制，甚至死亡。而 混凝土沼气池凝固后，其空隙为5×10^-8m，甲烷分子直径为4×10^-9m，其空隙直径比甲烷分子直径大12.5倍，因而甲烷分子容易从混凝土结构中渗漏。而且玻璃钢沼气池导热系数低．保温性能好，微生物生长繁殖较快，因而甲烷体积分数相对也较高。

2.2.2　气温变化对沼气池池温的影响 由图1可知，高日平均气温为24.80℃ ，低日平均气温为14.10℃ ，变异系数(CV)为13.506 ，变化幅度较大，试验组高池温为21.60℃ ，低池温为18.27℃，变异系数(CV)为4.413％，变化幅度较小。对照组高池温为23.20℃ ，低池温为15.34℃，变异系数(CV)为10.076％，变化幅度相对也较大，由此可知，气温的变化短期内对玻璃钢沼气池的影响较小，而对混凝土沼气池的影响较大。

　　玻璃钢沼气池的加工材料具有良好的绝热性能，池体保温性能好，导热系数低，不容易受外界环境温度的影响，同时也避免了池内热量的迅速扩散，而且沼气池每次进料量较少，对池温的影响也较小。玻璃钢的导热系数是1.42 kJ・m^-1・h^-1・℃^-1)，混凝土的导热系数是5.44 kJ・m^-1・ h^-1・℃^-1)，是玻璃钢沼气池导热系数的3.83倍，容易受外界环境温度的变化而变化，变化幅度较大。
2.2.3　气温变化对沼气池产气率的影响 由图2可知，试验组沼气池的平均产气率为0.442 L・L^-1・d^-1，对照组沼气池的平均产气率为0.299L・L^-1・d^-1，前者比后者提高了47.8％，经均数差异显著性检验，差异极显著(P＜0.01)，说明玻璃钢沼气池的产气率显著高于混凝土沼气池的产气率，气温的变化短期内对玻璃钢沼气池产气率的影响不大，而对混凝土沼气池产气率的影响较大。
　　玻璃钢池气池密封性能好、产气率高，耐腐蚀，同时还具有一定的弹性，抗挤压、冲击能力强，产气量相对比较稳定，产气率随气温变化不明显。混凝土沼气池因建池时间长、结构复杂等特点，使其在施工及运行过程中难免产生裂缝、渗漏、冲磨破坏等，致使沼气池漏水、漏气，产气量较少且不稳定，容易受外界环境温度的影响而发生变化。

3　小结

3.1　玻璃钢沼气池具有玻璃钢材料导热系数低、绝热性能好、保温性能好、密封性能和承载能力强等特点，产气量常年高于混凝土沼气池，产气均衡、稳定。通过一个多月的实际运行，8 m³农村户用玻璃钢沼气池平均每天产气量为3533 L，甲烷体积分数为0.496 L・L^-1，完全可以满足农户的生活用能。玻璃钢沼气池的发酵工艺科学、合理，能有效地提高发酵原料的利用率，可以实现自动进出料，管理方便。
3.2　球型玻璃钢沼气池与圆筒形沼气池、扁椭圆球形沼气池相比，直径小，截面积也小，池体深。根据沼气池的气压与发酵间截面积和产气量成反比，即池子越深，料液深度就越深，料液特别是活性层的压力就越大，影响沼气池的产气量。因此，建议玻璃钢沼气池的池型可以选用国标圆筒形或扁椭圆球形沼气池。
3.3　玻璃钢沼气池的出料口通常设在池体的上半部分，这样新进原料易混流入出料口位置，原料未经发酵或发酵不充分，出料时，易将有生命的细菌虫卵带出，不仅降低了原料的利用效率，而且沼肥也未能达到标准要求。因此，建议玻璃钢沼气池的出料口应尽量设在池体的下部为好。
3.4　传统的混凝土沼气池已在人们的头脑中根深蒂固，因此，玻璃钢沼气池的大面积推广不仅取决于它的成本造价，而且要让农户深刻理解了使用它的好处，为了促进农村玻璃钢沼气池的应用与推广，一方面是要搞好宣传工作．另一方面是要改善制作工艺，寻求性价比较高的原材料，改进发酵工艺，提高沼气池的产气率与原料的利用率。
3.5　本试验是在其影响因素基本一致的情况下，对沼气池所产沼气中甲烷体积分数、沼气池池温及产气率进行研究，对于在其他因素影响下沼气池的产气量有何变化还需进一步研究，同时对于玻璃钢沼气池、厕所、猪圈三结合模式的构建还需进一步探讨。