沼气技术及其应用（第四版）

1.本版对上版进行了大幅修订改动，补充新数据，介绍了沼气新技术、新应用。

 

本书结合近几年沼气技术领域的新技术与新发展，对第三版中部分陈旧内容进行了修订和完善，补充了*的数据和资料。本书在归纳我国沼气技术发展的历史及近年来沼气工程技术发展的现状及趋势的基础上，分别详细介绍了沼气技术原理，户用沼气池的设计、施工及运行管理，沼气工程的设计与施工与运行管理，沼液加工利用技术和沼渣加工利用技术，以沼气为纽带的生态农业模式，沼气能源化利用的基本原理、沼气发电技术以及其他沼气综合利用技术，新补充了近年来发展较为迅速的沼气提纯、净化技术以及纯化沼气利用技术等内容，充分反映了沼气技术的国内外*进展。本书适用于广大农村的农业技术人员，从事现代农业建设和社会主义新农村建设的组织管理人员和广大基层沼气建设工作者参阅，可作为农业工程、生态农业、可再生能源工程和农业环境工程等领域科技工作者的参考资料，也可作为高等院校相关专业师生的教学用书。

张全国，现任十一届全国政协委员、河南农业大学副校长、教授、博士生导师，兼任农业部可再生能源新材料与装备重点实验室主任和河南省沼气工程技术研究中心主任，是河南省可再生能源科技创新团队学术带头人，长期从事能源科学技术领域的教学科研工作, 已指导硕士生46人、博士生11人、博士后9人。作为主持人主持承担国家“863计划”项目3项、国家自然科学基金项目3项、国家跨越计划项目1项等多项国家、省部级科研项目，7项科研成果获省部级科技进步奖，获得国家发明专利11项，在国内外核心杂志发表论文120余篇，多篇论文分别被SCI、EI等文献收录，领衔科研团队在生物质能源科学技术研究方面取得了令人瞩目的多项重要进展，尤其在光合生物制氢技术研究、沼气工程技术研究、生物质燃烧气化研究等成果具有显著的创新性和重要的科学价值，发明的辅热集箱式沼气工程技术已经产业化并取得了显著的社会经济效益，获得第十二届中国专利奖和“第十八届中国发明博览会金奖”，表明在可再生能源科学技术领域，尤其是沼气技术利用方面的研究水平已进入国家先进行列，在国内外同行专家中具有较高的社会知名度和影响力，所开展的光合生物制氢技术研究、辅热集箱式沼气工程技术研究的学术水平具有显著的创新性和重要的科学价值，提升了我国在此领域的整体研究水平，为我国可再生能源科学技术的可持续发展作出了贡献。目前兼任河南省可再生能源学会理事长、河南省农业工程学会理事长、河南省节能与资源利用协会副会长、中国农业工程学会常务理事、中国沼气学会常务理事、中国高校工程热物理研究会理事以及《International Journal of Agricultural and Biological Engineering》、《太阳能学报》、《高等学校工程热物理学报》、《农业工程学报》和《安全与环境学报》等学术杂志编委。

第1章绪论/1

1.1我国沼气技术发展历程1

1.2沼气技术在促进社会发展中的作用3

1.2.1缓解我国化石能源供应压力3

1.2.2改善农民生活环境及卫生条件4

1.2.3控制局部地区环境污染4

1.2.4促进农业生态环境的改善5

1.2.5促进新农村建设6

1.3沼气技术研究现状与趋势7

1.3.1沼气生产技术8

1.3.2沼气提纯技术8

1.3.3沼气发电的热电冷联供系统9

1.3.4沼液、沼渣的综合利用9

参考文献10

第2章沼气技术基础/11

2.1沼气发酵基本原理11

2.1.1概述11

2.1.2沼气发酵微生物12

2.2沼气发酵原料及处理14

2.2.1沼气发酵原料及其产气特性14

2.2.2沼气发酵原料预处理19

2.3沼气发酵工艺及控制条件26

2.3.1沼气发酵工艺26

2.3.2沼气发酵工艺控制条件42

2.4沼气干发酵53

2.4.1沼气干发酵工艺53

2.4.2沼气干发酵工艺条件控制55

2.4.3发酵过程管理57

参考文献58

第3章户用沼气池的设计、施工及运行管理/60

3.1户用沼气池的设计60

3.1.1沼气池设计原则60

3.1.2户用沼气池的常用池形及其特点60

3.1.3沼气池设计参数的确定64

3.1.4沼气池设计计算64

3.2户用沼气池施工工艺66

3.2.1建池时间的选择66

3.2.2池形选择66

3.2.3建池地址的选择67

3.2.4施工工艺的选择67

3.2.5建筑材料的选择67

3.2.6土方工程69

3.2.7施工标准及其操作要点71

3.2.8沼气池的验收74

3.3输气管道的安装74

3.3.1输气管道管材的选择74

3.3.2管径的选择75

3.3.3管件的选用75

3.3.4输气管路的安装要求75

3.3.5输气管路的安装方法75

3.3.6输气管路中疏水瓶的安装76

3.3.7输气管路的气密性检查77

3.3.8输气管路安装过程中的注意事项77

3.4户用沼气池的启动77

3.4.1发酵原料的处理与配料78

3.4.2投料78

3.4.3酸碱度的调整78

3.4.4封池79

3.4.5放气试火79

3.4.6户用沼气池启动过程中常见故障分析79

3.5户用沼气池的运行管理80

3.5.1沼气池的进出料管理80

3.5.2池内搅拌80

3.5.3发酵料液的酸碱度调节80

3.5.4冬季的保温增温管理81

3.5.5夏季防止沼气外溢82

3.6沼气池的安全管理82

参考文献82

第4章沼气工程的设计与施工和运行管理/84

4.1沼气工程的分类标准84

4.2中小型沼气工程的设计计算85

4.2.1基本参数的确定85

4.2.2池容的确定88

4.2.3结构设计91

4.2.4选址规划及施工准备97

4.2.5土方及基础工程施工98

4.3辅热集箱式沼气工程技术107

4.3.1概述107

4.3.2养殖场规模与沼气原料量的确定107

4.3.3辅热集箱式沼气工程的设计110

4.3.4辅热集箱式沼气工程施工工艺117

4.3.5辅热集箱式沼气工程技术特性及其应用122

4.4温室隧道式沼气工程技术123

4.4.1设计要求及设计原则123

4.4.2厌氧发酵系统的设计124

4.4.3温室隧道式沼气气肥联产成套设备129

4.5罐池组合式沼气工程技术132

4.5.1概述132

4.5.2罐池组合式气肥联产工艺133

4.5.3罐池组合式气肥联产设备137

4.6大中型沼气工程的设计、施工及运行管理145

4.6.1大中型沼气工程的设计要点145

4.6.2大中型沼气工程主要设备及设计147

4.6.3大中型沼气工程的施工与运行管理163

4.6.4大中型沼气工程的维护和故障处理170

4.6.5大中型沼气工程实例173

参考文献182

第5章沼液加工利用技术/184

5.1沼液的主要组成和特性184

5.2沼液肥效及其增效技术187

5.2.1沼液肥效187

5.2.2厌氧发酵液的增效技术189

5.3沼液抗病虫作用及其应用技术190

5.3.1沼液的抗病虫作用分析190

5.3.2沼液抗病虫技术的应用193

5.4沼液植物培养技术195

5.4.1沼液浸种和催芽技术195

5.4.2沼液无土栽培技术198

5.5沼液动物养殖技术198

5.5.1沼液养猪198

5.5.2沼液用于其他养殖200

5.6生态型沼液产品加工工艺201

参考文献202

第6章沼渣综合利用技术/205

6.1沼渣的定义与基本特性205

6.1.1沼渣的定义205

6.1.2沼渣的基本特性205

6.2沼渣的肥料作用与技术应用206

6.2.1沼渣肥料的基本特性206

6.2.2农村沼肥应用技术208

6.2.3工业沼肥生产技术208

6.3沼渣的饲料作用与技术应用209

6.3.1沼渣饲料的技术分析209

6.3.2沼渣饲料技术应用210

6.4沼渣实用技术211

6.4.1沼渣在种植业的应用211

6.4.2沼渣在养殖业的应用212

参考文献216

第7章以沼气为纽带的生态农业模式/218

7.1以沼气为纽带的农业生态工程理论与技术体系218

7.1.1基本概念218

7.1.2基本原理219

7.1.3农业生态工程设计的技术体系227

7.2以沼气为纽带的生态农业模式232

7.2.1以沼气为纽带的生态温室模式232

7.2.2以沼气为纽带的生态果园模式252

7.2.3以沼气为纽带的生态农场模式271

7.2.4以沼气为纽带的气肥联产应用模式282

参考文献292

第8章沼气利用技术/294

8.1沼气的成分和燃烧特性294

8.1.1沼气的成分和物理性质294

8.1.2沼气的燃烧特性297

8.2沼气的能源化利用途径303

8.2.1沼气热利用技术及装置303

8.2.2沼气发电技术312

8.3沼气综合利用技术331

8.3.1沼气应用于蔬菜大棚331

8.3.2沼气储粮332

8.3.3沼气保鲜贮藏332

8.3.4沼气烘干粮食334

8.3.5沼气灯育雏334

参考文献335

第9章沼气提纯净化技术/338

9.1沼气提纯技术338

9.1.1沼气脱水工艺及装置338

9.1.2沼气脱硫工艺及装置340

9.1.3沼气脱二氧化碳工艺及装置352

9.2纯化沼气应用技术355

9.2.1纯化沼气并入燃气管网作为燃气方面的应用355

9.2.2纯化沼气在车用燃料方面的应用356

9.2.3纯化沼气在沼气燃料电池方面的应用358

参考文献358

前言

《沼气技术及其应用》自2005年版、2008年第二版以及2013年第三版出版以来，受到广大读者尤其是沼气行业读者的广泛好评，本书于2007年荣获第九届中国石油和化学工业科技图书一等奖，2009年获得“中国书刊发行业协会全行业优秀图书畅销品种”。近年来，我国沼气产业稳步快速发展，沼气基础理论与工程技术应用研究也在不断深化，沼气新工艺、新材料、新设备不断更新换代，沼气技术研究及工程应用等方面都出现了许多新内容，因此有必要对本书进行重新修订和增补，以反映我国沼气技术在这几年中的研究成果和工程应用经验，许多读者也希望能够修订再版。为此，作者根据化学工业出版社的修订四版计划，在本书第三版的基础上针对读者提出的意见和建议进行了较大幅度的增补和修订工作。

由于本书是第四版，原版的整体框架基本不动，在第三版的基础上，主要修订内容有以下几个方面：在绪论部分增补了沼气技术研究现状与趋势等内容，以期对近年来沼气技术的发展进行综合评述。在沼气工程的设计与施工部分增加了温室隧道式沼气工程和罐池组合式沼气工程等技术，在沼气技术研究现状部分增加了沼气热电冷联供技术，以增加本书的沼气工程技术覆盖面。沼气纯化技术是近年来沼气技术研究的一个新热点，本书将这部分内容单独增列为一章，主要介绍沼气纯化及其利用技术等方面的相关内容。此外，对原版中部分陈旧内容进行了修订和完善，尽量引用的数据和资料以反映沼气技术的国内外进展。

本版由张全国任主编、王毅和周雪花任副主编，其中第1章由杨世关和王毅编写，第2章由郭前辉和王毅编写，第3章由岳建芝和焦有宙编写，第4章由张志萍和胡建军编写，第5章由周雪花和胡建军编写，第6章由李刚和徐桂转编写，第7章由荆艳艳和贺超编写，第8章由徐桂转和王毅编写，第9章由贺超和张志萍编写。全书后由张全国、王毅、周雪花统稿。本书第四版的编写工作得到了李景明、袁振宏、王凯军、赵立欣、陈冠益、邱凌、李文哲、林聪、王晓华、刘荣厚、李秀金、董仁杰、董长青、邓宇、刘庆玉等专家教授，以及化学工业出版社领导、编辑的帮助和大力支持，农业部可再生能源新材料与装备重点实验室、河南省沼气工程技术研究中心的博士研究生路朝阳、张洋和硕士研究生刘会亮、张甜、赵甲、夏晨曦、朱胜楠等也为本书第四版的编写修订工作付出了辛勤的劳动，谨此一并致以衷心的感谢。虽然本书的第四版内容注意吸收了沼气技术发展的成果，参考引用了沼气同行们的技术资料，但因编写人员学术水平和实践经验所限，书中还可能有不足及疏漏之处，敬请读者批评指正。

编者

2017年10月

版前言

随着人们对健康生活的追求，科学消费观念的更新，人们更加关心生态环境对人类生活的影响。追求绿色、环保、健康型的产品，特别是在无污染的生态环境中，采用无公害、生态良性循环的生态农业工艺技术生产出来，经检验合格的安全卫生的食（饮）用优质农产品及其加工品更让广大消费者情有独钟。现代农业从作物、病、虫、草等整个生态系统出发，综合运用各种防治措施，创造不利病虫草害孳生和有利于各类天敌繁衍的环境条件，保持农业生态系统的平衡和生物多样性，减少各类病虫草害所造成的损失，强调生产环境无污染、生产要素无污染以及生产过程不造成环境污染和生态破坏，即农产品的采摘、分选、包装、储藏、搬运、直至上架销售的各个环节都有严格的要求，严禁二次污染，甚至对包装的材质是否达到环保标准都有要求。以沼气技术为纽带的农业生态工程作为按照生态学原理和经济学规律建立起来的社会、经济和生态三种效益统一的农业生产体系，它遵循生态学原理，能够有效地运用农业生态系统中生物群落共生原理，系统内多种组分相互协调和促进的功能原理，以及地球化学循环的规律，实现物质和能量多层次多途径利用与转化，从而设计与建设合理利用自然资源，保持生态系统多样性、稳定性和持续高效功能的农业生态系统。沼气技术已经成为我国生态农业发展的重要技术支撑之一。本书全面系统地介绍农业生态工程中的沼气技术。内容主要包括以沼气技术为基础的现代生态农业模式、理论基础、工艺原理及其实用技术，深入浅出地介绍了农村家用沼气工程应用技术及利用沼液沼渣替代农药化肥生产生态农产品等相关技术，充分反映了沼气技术在我国农业生态工程中的研究成果和实践经验，适用于广大农村的农业技术人员，从事生态农业、农业环境保护和农村可再生能源研究开发的科技工作者以及从事管理工作的领导干部阅读，亦可作为高等院校相关专业的教材和参考书。

本书由张全国主编、倪慎军和关树义副主编，其中章由杨世关和倪慎军编写，第二章由杨群发和郭前辉编写，第三章由岳建芝和张国强编写，第四章由张全国和李改莲编写，第五章由李刚和张全国编写，第六章由杨世关和关树义编写，第七章由徐桂转编写，第八章由岳建芝编写，全书后由张全国、关树义通稿。在本书编写过程中，虽然注意吸收了沼气技术的新发展和新成果，但由于编写时间仓促和作者水平所限，书中难免存在不足及疏漏之处，敬请各位读者提出宝贵意见，以使本书日臻完善。

编著者

2004年12月

第二版前言

《沼气技术及其应用》自2005年出版以来，深受广大读者的欢迎和好评，并于2007年荣获第九届中国石油和化学工业科技图书一等奖。尤其是近年来沼气建设事业的迅速发展，已使沼气技术研究与应用步入了新的更高的发展阶段，出现了许多新内容，有必要重新修订和增补，许多读者也希望能够修订再版。为此，作者根据化学工业出版社的修订再版计划，在版的基础上针对读者提出的意见和建议进行了较大幅度的增补和修订工作。

由于是再版，原版的整体框架基本不动，对书中的陈旧内容和资料进行了更新，增加了一些新知识、新技术和新工艺。章内容结构有所调整，增补了“沼气技术在促进社会发展中的作用”；第二章内容基本保持不变，章目修改成“沼气技术基础”，跳出原来“农村家用沼气技术基础”的框框；第三章增添了“输气管道的安装”和“户用沼气池启动过程中常见故障分析”等内容，同时在户用沼气池运行管理和安全管理方面也增多了篇幅；第四章“中小型沼气工程的设计与施工”是新增加的一章内容，并着重介绍了沼气新技术——辅热集箱式沼气工程技术。由于新增加了一章内容，原版的第四、五、六、七、八章依次成为第二版的第五、六、七、八、九章，这些章节的内容也都有所增补，尽量引用的数据和资料以反映沼气技术在这几年中的新发展。

本书的修订再版由张全国主编、王艳锦和樊峰鸣副主编，其中章由杨世关编写，第二章由杨群发和郭前辉编写，第三章由岳建芝和焦有宙编写，第四章由王艳锦和陈开碇编写，第五章由周雪花和李改莲编写，第六章由李刚和张全国编写，第七章由杨世关和樊峰鸣编写，第八章由徐桂转编写，第九章由岳建芝和周雪花编写，全书后由张全国、王艳锦、樊峰鸣通稿。本书在修订再版过程中，得到了李景明、杨秀山、袁振宏、邱凌、李文哲、王晓华、刘荣厚等专家教授，以及化学工业出版社领导、编辑的关怀和大力支持，谨此一并致以衷心的感谢。虽然本书的修订再版内容注意吸收了沼气技术发展的成果，但因编写人员学术水平和实践经验所限，书中还可能有不足及疏漏之处，敬请读者批评指正。

编著者

2008年4月

第三版前言

《沼气技术及其应用》自2005年出版和2008年再版以来，深受广大读者的欢迎和好评，并于2007年荣获第九届中国石油和化学工业科技图书一等奖。近年来我国沼气产业稳步快速发展，沼气技术应用及产业链发展也在不断深化，沼气新工艺、新材料、新设备不断更新换代，沼气技术研究及工程应用等方面都出现了许多新内容，因此有必要对本书进行重新修订和增补，以反映我国沼气技术在这几年中的研究成果和实践经验，许多读者也希望能够修订再版。为此，作者根据化学工业出版社的修订三版计划，在本书第二版的基础上针对读者提出的意见和建议进行了较大幅度的增补和修订工作。

由于是第三版，原版的整体框架基本不动，本书在第二版的基础上，主要修订内容有几个以下方面：增加了现阶段研究较广的沼气干发酵内容，包括沼气干发酵原理及工艺条件等方面；增加了大中型沼气工程的设计、施工、运行、维护等方面的内容，使书籍覆盖整个小型（户用）、中型、大型整个沼气工程，覆盖面更广，需求范围更广，并增加若干工程实例，使书籍更有直观性和指导性；增加了沼气综合利用相关内容。此外，对第二版中部分陈旧内容进行了修订和完善，尽量引用的数据和资料以反映沼气技术在这几年中的新发展。

本书的第三版由张全国主编，王艳锦、郑戈和王毅副主编，其中章由杨世关编写，第二章由郭前辉和胡建军编写，第三章由岳建芝和焦有宙编写，第四章由王艳锦和王毅编写，第五章由周雪花和李改莲编写，第六章由李刚和张全国编写，第七章由杨世关和荆艳艳编写，第八章由徐桂转和郑戈编写，第九章由岳建芝和周雪花编写，全书后由张全国、王艳锦、郑戈和王毅通稿。本书第三版的编著工作得到了李景明、杨秀山、袁振宏、雷廷宙、邱凌、李文哲、王晓华、刘荣厚、李秀金、刘圣勇等专家教授，以及化学工业出版社领导、编辑的帮助和大力支持，农业部可再生能源新材料与装备重点实验室的博士研究生张志萍和硕士研究生朱艳艳、蒋丹萍、袁杭州等也为本书第三版的编著修订工作付出了辛勤的劳动，谨此一并致以衷心的感谢。虽然本书的第三版内容注意吸收了沼气技术发展的成果，参考引用了沼气同行们的技术资料，但因编写人员学术水平和实践经验所限，书中还可能有不足及疏漏之处，敬请读者批评指正。

编著者

2012年8月