浅析沼气池渗漏的成因及其防治和新型密封材料的研制应用

藏龙沼气技术研究开发中心  张平

摘要：本文阐述了沼气池渗漏的原因和采用新型材料解决的方法及其原理，着重阐明了新型密封剂与面层涂料的不同处。文中介绍的JX-II型沼气池密封剂，其掺合性的使用方法极强的耐腐性能及改革国标《三灰四浆》粉刷工艺的观点在国际国内均无先例，对提高我国沼气池质量、推动沼气事业健康、稳步地发展有着不可估量的作用和深远意义。

关键词：渗漏  腐蚀  密封性  密封持久性  改革工艺

我国发展沼气曾经经过三起三落的过程，主要是因技术不完善所致，采用水泥建材修建的沼气池密封性差、不耐腐蚀密封性能不持久是严重影响沼气效益和沼气事业发展的技术关键，搞清沼气渗掺漏的原因、研制、生产一种密封性高，又能耐腐蚀且有较强附着力的材料就能有效地解决上述问题，对健康稳步地发展我国沼气事业将会起到积极的作用。

一、沼气池渗漏的原因

要研制一个比较理想的沼气池涂料，首先要了解混凝土建材的特性和渗漏的原因，才能有的放矢地解决问题。

目前，我国的户用沼气池、城镇污水化粪池等，均采用混凝土建材修建，它作为结构材料是非常理想的，有较高的强度，能耐各种内外力的冲击，能承受上下各个方向的压力，但是用它作为气体的密封材料却是不合理和不理想的，其原因是它受静态和动态两个因素的影响制约，静态因素是混凝土建材自身缺陷所致，所以说它用作气体密封材料是不合理的，动态因素是沼气池在运行过程中由于腐蚀和应力的综合破坏造成的，所以说用它作气体密封材料是不理想的。

静态因素的原因：

混凝土属多孔材料，它是由于混凝土在固化过程中不分子在挥发通过时留下的路径，即形成混凝土中的孔隙，孔隙的大小可分为四级别，一是凝胶孔，二是过渡孔，三是毛细孔，四是大孔，有关资料表明，凝胶孔的直径尺度一般为50-100埃，而甲烷分子的直径只有3.76-4.6埃，因此渗漏是必然的。在建池过程中，技术过硬的施工人员，采用高质量的施工方法，控制水灰的比例，通过多层次的抹灰刷浆，经过薄抹重压，反复磨压等措施来减小、减少孔隙，并使孔隙不再一条直线上，隔断孔隙通向池外的道路，可以起到一定的密封作用，所以新池试压时渗漏率并不很大，即使如此，虽经多层次的抹灰刷浆仍然存在着大于甲烷分子直径数倍以上的孔隙，按照目前的施工方法，渗与不渗只是相对的，只有渗漏程度大小的区别，这就是静态因素造成的混凝土建材先天性的缺陷。

动态因素的原因：

动态因素主要来自应力对池体和腐蚀对池壁的破坏。

应力主要来自外力的影响，如地基下沉、回填土夯实不匀、压力等，造成池体结构的破坏，这就直接影响着沼气池的成败。

动态因素的另一主要来源是腐蚀，大家知道，水泥的主要成份是三钙硅酸盐、呈碱性，我们作过这样的实验，把用水泥砂浆样件放入PH值6的溶液中，24小时就会升到8-9。使溶液变成碱性，把溶液再调到PH6，又会升到8-9。再调仍然如此。再分别把水泥样件放入20%硫酸和10%乙酸溶液中，立即会产生无数气泡，很短时间就会开始软化、脱落、掉茬。甚至浓度为1%的硫酸也会在短期内对混凝土有一定深度的腐蚀破坏，初期出现白色的表面沉积物，之后就会使水泥层逐渐变软脱落，其原理是酸类物质（如：脂肪酸、乙酸、甲酸、乳酸、硫酸、碳酸等）能与水泥中的含钙化合物反应，就能使凝土腐蚀软化。

综上所述，充分说明了水泥建材修建的建筑物是不耐腐蚀的。

那么，沼气池在运行生产沼气的过程中会产生各类酸性物质吗？

目前的研究已经证实，沼气发酵可以分为三个节段，第二节段为酸节段，其原理是有机质在第一节段被分解后，在各种胞内酶的作用下，转化成低分子化合物，如低级脂肪酸、醇等，其中主要是挥发性酸（包括乙酸、丙酸和丁酸），乙酸在其中就约占80%，乙酸是脂肪、淀粉和蛋白质发酵后所形成的一种最普通的付产物，大约70%的甲烷都是在发酵的过程中由乙酸形成的。沼气发酵过程必然有大量乙酸生成，势必对池壁产生腐蚀。

目前的研究还已证实，沼气发酵过程还会产生少量的硫化氧气体，它会溶于水里（发酵液）和溶于吸附在池壁和池壁孔隙中的水里，生成硫酸和亚硫酸。

从以上两点研究成果证实，沼气池是长期与沼气发酵的付产物——各地酸类物质存在着界面上的接触，这就构成了对沼气池池壁腐蚀的基础。从全国各地调查的情况来看，相当一部分沼气池在运行几年后仍有降低产气或被农户弃用的情况，尤其是在施工技术差的地区更显突出。各地几位农民建池技术员给我们的来信曾讲到，四、五年前（2000年来信）建的许多池子几乎全没气了，从实践上又充分证明了沼气池的腐蚀是严重的这一点，只是建池技术较高的地区所用时间较长罢了。

综合以上所述内容可以结出，用水泥作沼气池的密封材料，一是渗漏是肯定的，只是相对比较，渗漏程度有区别。二是在动态因素的破坏作用下，密封性能也不会持久只是被腐蚀破坏的程度受施工技术的好坏等原因的制约只有时间的长短和速度的快慢而已。

所以，采用各种措施，复盖或填充混凝土中的孔隙，保护池体表面或增强水泥的耐腐性能，这就是我们解决问题的主要目标。（我们主攻研究的目标是后者）

二、目前我国沼气池防止渗漏采用的主要措施

1、国家标准（GB4752-84）提出的采用《三灰四浆》工作法来提高沼气池的密封性。

2、在《三灰四浆》工作法基础上涂刷水玻璃、喷涂石腊等。

3、采用沥青胶乳类型的各种涂料进行面层涂刷。

经实践证实，采用《三灰四浆》工作法，从相对的角度讲能够提高沼气池的密封性，但是施工工序多，用建池材料多，用工时多，还需反复磨压，按国标要求还必须使用面层涂料，更重要的一点是不耐腐蚀，后效时间短。用水玻璃涂料其功能短暂，因为它是水溶性材料，我们曾经作过实验，把水玻璃的凝结块投入水中，很快就会全部溶解到水中去，经实验实践证明，不可以采用。用石腊涂料施工非常麻烦，需用喷灯在池壁上反复喷烤，极易被坏池体，喷薄了不易均匀，很难达到目的，稍厚了又极易裂折，也达不到目的。沥青胶乳类型的涂料、施工困难、气味大、有污染，对施工人员有毒害，我们曾对涂刷后30天的沼气池打开观察，发酵液表面有一层黑色的分解物，充分说明这类涂料也能被分解，它失效后的残留物又很难清除干净，形成隔离层，对二次维修、修复旧、病池造成困难。

以上介绍的涂料均采用机械力的方式在池壁面层涂刷，属面层涂刷型，极易脱落，被水解、会裂折、老化快、寿命短。应该着重指出的是，即使是原有的或新研制的涂料有较好的性能，但经面层涂刷只能对池壁起到一个短暂的保护作用，只能治标、不能治本。

综合以上叙述可以得出一个结论，尽快研制、应用新型密封材料，从根本上解决沼气池渗漏和耐腐两大难题迫在眉捷。

三、新型密封材料的研制

在了解了沼气池渗漏的原因后，我们首先对当时的现有沼气池涂料进行试验对比，结果证实沥青类的乳胶复合型涂料、白乳胶、石腊、水玻璃等材料均是采用机械力结合的方法进行面层涂刷，附着力低，易脱落，易老化，寿命短，失效后的残留物又是致命的隔离层，致使二次修复后短期内又脱落失败，水玻璃属水溶性材料，遇水会急速溶解。德国D·诺尔的试验表明“油漆和瓷漆在沼气池中只有很短的寿命”。我们在实践中发现，环氧树脂这种高级防渗材料在微酸溶液中也约不足一年就会老化脱落失效，故而层涂刷材料和水溶性材料，均不适应沼气池的特殊环境。

一九八三年陕西省农科院多经综合课题组，在扶风县揉谷乡揉谷村设点建沼气池二十余口，结果均渗漏无气，面对挫折，采用多种方法补救，并引进当时全国有名的复合涂料维修又均未有效。当年，群众对塑料薄膜防止漏气有着较高的信任度，提出能否把塑料薄膜粘贴在池内壁，这个意见拓宽了我们的思路，沿着这一思路分析，粘贴费事价高，不宜采用，能否把高分子材料，溶解乳化后加入到水泥浆内涂刷呢？这样使高分子成膜物均匀分布在水泥浆之中，填充其孔隙解决密封的问题，又有解决成膜物在池壁面层易分离脱落及强度不高的问题，还有一点高分子材料耐腐性强，如果能改善水泥的耐腐性能，那将是尽善尽美了，我们沿着这一思路制字了首期试验方案。

1、乳化后能够掺合到水泥浆之中。

2、掺合后要也水泥有很好的亲和性，不会分离。

3、在水泥浆表面光亮并能形成一层薄膜。

4、渗漏率要小于国标3%。

5、耐腐性能要大于纯水泥浆试样。

6、粘接强度要大于纯水泥浆试样。

7、纯品不溶于水。

8、对微生物无毒害。

经过数十次试验攻克了乳化与掺合的难关，完全满足以上要求，在沼气池中使用表现良好，经七年的实践完善，组方逐渐成熟，在省农村能源办的协调下，由省农办立项进行了密封、耐腐、粘接、等性能的测试和示范，于一九九二年底组织专家进行了技术鉴定，新一代沼气池密封材料即告诞生，并定名为藏龙牌JX—II型密封剂，真正成为沼气池渗漏的克星，病废池复活的救星。应该着重指出的是，它是一种能与水泥掺合使用的材料，而不是面层涂刷型涂料。

藏龙牌JX—II型密封剂是采用高分子耐腐树脂材料作成膜物，以水泥作增强剂，配制成混合密封涂料，涂刷后使全池以“硬质薄膜”包被，填充了水泥疏松网孔，利用水泥高强度性能使薄膜得以保护，从根本上解决了沼气池渗漏的问题。由于耐腐材料的参与，使水泥的耐腐性能得到提高，成功地解决了密封性不持久的问题，使沼气池的寿命得到延长，不再维修，一次使用，可长久利用。由于它有较强的粘接力，对病废池修复尤显显效，不会脱落，无隔离层，不留后患，使用该密封剂与国标方法比较，可改《三灰四浆》法为<一灰四浆>法，节约水泥50-150公斤，少用工2-3个。它独辟溪径，采用与水泥掺合使用的方法，突破了在沼气池面层涂刷涂料的老框框，具有光亮坚硬、薄膜包被、密封性高、粘接性强、耐腐性好、无隔离层等特点。克服了面层涂料易脱落、易水解、易裂折、易老化、寿命短、有隔层、难修复等缺点，在我国沼气涂料史上实属先例。

四、新型密封材料的性能特点

1、密封性能高：我们通过实验性测试和全国各地应用性测试，各种数据表明有着极高的密封性能，例如，陕西省户县北郭村承建的中型沼气池集中供气工程，是西安市“七五”期间的重点项目，它包括500立方米发酵池和400立方米贮气罐蓄水池两大土建工程，蓄水池经三次粉刷（厚度约4公分左右），池内壁仍有1-3mm裂缝总长达14米左右，有流动性能漏水长度约15米，发酵池内部池顶池墙均涂刷环氧树脂，池外顶部用环氧树脂加石棉布涂刷包被，试压时充分400mm水柱24小时只剩60mm，用洗充粉水涂刷地上外墙池壁有气泡吹出，在这种情况下采用藏龙牌密封剂涂刷后，蓄水池滴水不漏，发酵池试压渗漏率只有1.36-0.7%。一九九三年四川省德阳市新能源服务公司承建的市计委43立方米污水净化沼气池，由于地面建筑物荷载过重，致使沼气池气室顶部有1-3mm裂缝总长达2米左右，属严重漏气型，使净化水质不能达标排放。还有部分居民住宅卫生间漏水严重，个别水塔也有漏水现象，反群众映强烈，在这种情况下采用藏龙牌密封剂涂刷后，净化沼气池投料七天后，产气正常，一次点火成功，卫生间、水塔也一次维修堵漏成功。一九九四年在湖北宜昌设点示范，一个点测试两户沼气池，24小时分毫未降，而对照池一个渗漏5%，一个渗漏8%。另一个点连续测试50口池，总压力20000毫米水柱，24小时只总计降了200毫米水柱。一九九领先年福建省新岭农牧场建有23立方米环流与曲流沼气池各一口，25立方米湿式水泥贮气柜一座，首期工程（23立方米和25立方米贮气柜）由于技术欠佳，虽经“三灰四浆”工作法施工，各层抹灰时反复磨压，仍未达到密封要求，试压充气达400mm水柱时，就发现柜壁到处漏气，在这种情况下，使涂刷用藏龙牌密封剂对气柜内壁进行了涂刷，未经试压，一次投料成功，均未发现漏气。在3立方米小池内侧定900-1200毫米水柱经34至137小时稳定不变，而对照池渗漏率达8-11%左右，充分证明了密封性能，因此，我们提出使用密封剂时经认真细致施工可以达到零渗漏的效果。（沼气池设计压力情况下）

2、耐腐性能极强：用两种水泥浆涂刷样件4-6遍，每遍约1毫米厚，在腐蚀液中浸泡二周取出观察，对照表面松脆，轻触即落，处理件表现坚硬光亮，表现为耐腐。我们又把各种样件分别放入20%硫酸和10%乙酸溶液中作对比试验，结果经24小时，硫酸溶液中对照表面开裂，面目全非，密封剂涂层完好，乙酸溶液中，对照样件5小时观察，水泥涂层已全部软化脱落，而对照样件24小时才有腐蚀痕迹，压迫触膜，才使表面一层脱落，内层完好，无一丝毫腐蚀痕迹，以上实验，可以充分证实藏龙牌密封剂有极强的耐腐性能，由此可以说明，在沼气池中使用密封剂，可以提高池子的耐腐性能延长寿命，在  省  县松柏村有一位叫蒋中清的建池技工二000年五月来信讲到，他五前年用藏龙牌密封剂涂刷了自家的沼气池，到现在仍然很好，而他同村及同乡镇大多数沼气都没有气了，实践中的事实也说明了密封剂的耐腐性能非常好。

3、粘接、抗拉、抗压性能：经测定，三种性能分别比对照提高147.9%、65.1%和85.5%。尤其是粘接性能的提高，对二次维修时增强附着力有着极大的作用。

4、不溶于水：纯品结晶在常温水和沼液中浸泡至饱和，烘干称重未被水蚀溶解，与水泥混合样件在85℃水中浸泡，性能稳定，无水解痕迹。

5、可改变“七层作法”粉刷工艺：作用本品，只需粉一层沙浆，使池内平整，即可直接涂刷，这样可节约不泥，减少用工，还可避免粉刷层间的分离脱落。

6、修复病池，效果奇特：凡渗水漏气池冲洗干净，不需特殊施工，直接涂刷，立竿见影，不会脱落，永不复漏。

7、光亮成膜：密封剂浆涂刷后，池壁光亮，手感细腻光滑，有膜状物形成于层次表面。

8、用法简单：本品按说明书法配制，只用刷子涂摸，老弱妇幼均能施工。

9、存放期长：本品在0℃以上，避光密闭保存，长期不坏。

10、适用性广：JX-II型密封剂适用于一切水湿环境下的水泥建筑，如水塔、水池、水窖等。JX-III型密封剂可修补楼面裂纹及住宅楼卫生间渗水。

11、用量少：6-8立米池用1-1.5公斤，病、旧池1-2公斤。大中型池每8-10平米1公斤。

五、使用方法

1、沼气池、化粪池：请选用JX-II型。

新池用水泥砂浆粉一遍，使池体平整，病、旧池冲洗干净。

（1）把密封剂（0.5公斤）放水中加温（煮），软化后倒出，用5-6倍沸水稀释，分二分备用。

（2）取4-6公斤水泥与一份稀释液混合，再加水适量配成溶剂浆，（灰水比例1∶06左右）把全池刷一遍，用同法刷4-6遍。

2、建筑业防漏：请选用JX-III型，亦可用II型加倍量使用

（1）水池、水塔、水窖防漏、现浇楼面漏水修补：在建筑体表面采用沼气池方法涂刷。

（2）楼板层面裂缝修补：把密封剂软化后用5-3倍水稀释，直接加水泥适量，配成糊状，用压力器挤压入裂缝内即可，也可把缝凿宽1-3cm成V型状，用抹子压入（福建省清水镇用后认为优于进口材料）

（3）住宅楼卫生间防渗和修复：在渗水点涂抹即可，各地在不断总结更新使用方法，使用时请咨询。

六、注重事项

1、刷前应把墙、池顶浇湿，吸足水分。

2、配浆搅拌时会产生气泡，从表面刮掉（放池底使用）。

3、配浆时稀稿要适宜，不粘不流，可用刷子蘸浆贴于池墙，若下流15-20公分自止为宜，否则应加水或水泥调整，以免影响涂刷质量。

4、每遍间隔1-3小时，待稍干再刷，刷时用应轻，同处不必多次来回刷，不能漏刷不可忽视天窗口、盖、进出料口、管及接连处。要注意养护，避免爆晒。

5、本品在存放期较短和温度较高时（夏季）呈软、稀状，在低温和存放期较和时呈胶稠状或块状，使用时要延长加温时间，两种状态性能和有效成份相同。本品在0℃以上可长期存放，若结冰只影响外观加温后性能不变，包装破损，挥发变硬，不能使用。

目前，我国用沼气池的涂料有沥青油质类、腊质类、水溶性材料类，均属面层涂刷型，只能对池壁起到短期保护作用，藏龙牌JX-II型沼气池密封剂的应用，将从根本上对提高沼气池的质量和延长使用寿命有着不可估量的作用。

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