沼气池，简单来说，是一种将有机废弃物进行发酵处理，产生可燃性沼气（主要成分为甲烷）的装置。这种沼气可以用于照明、取暖、做饭等，具有较高的实用价值。同时，沼气池在处理有机废弃物方面也发挥着关键作用，有助于减少环境污染、保护生态环境。
原理
沼气池是一种利用微生物发酵分解有机物产生沼气的设施。沼气池的原理可以简单概括为：在密闭容器中，通过厌氧发酵菌（如甲烷菌）的作用，分解有机物产生含甲烷、二氧化碳等混合气体的沼气。产生的沼气不易溶于水，通过水压气、气压水的作用，形成压力差，从而为用户提供可用的沼气。
构造
沼气池的构造一般包括进料口、出料间、发酵间、气箱、活动盖和导气管等部分。其中，出料间通常也兼具水压箱的功能，因此，也被称为水压式沼气池。
(一)进料口
进料口通常采用斜管设计，以方便原料的投入。斜管的下端开口位置应在池底到气箱顶盖的1/2左右，这样可以保证气箱的有效储气空间不被减少，同时，也确保原料能顺利进入发酵间的中心部位。进料口的大小应根据沼气池的规模来设定，不宜过大。
(二)出料间
出料间，也被称为水压箱，其设计主要目的是为了储存沼气和维持沼气的压力，同时也可用于平时的出料操作。其体积应与沼气池的容积相匹配。比如，一个8立方米的沼气池，出料间的体积一般应为1.5立方米。
(三)发酵间与气箱
发酵间和气箱实际上是沼气池的一个整体。发酵间位于沼气池的下部，气箱位于上部，它们是沼气产生和储存的地方。由于沼气轻且不溶于水，所以产生的沼气会自然上升到盖板下的气箱部分，随着沼气的增多，料液会被挤压到出料间。随着沼气储存量的增加，池内的压力也会逐渐增大。
发酵间和出料间之间设有通道，这样，发酵后的料液就可以顺利进入出料间，以便在施肥时使用。通道的上沿位置应与进料口的下沿高度一致，通道的宽度至少要有70厘米，以方便人员进入发酵间进行检修和清理沉渣。
(四)活动盖板
一般位于池盖的顶部，其形态多为瓶塞状。目前，大多数情况下采用的是椭圆反盖活动盖板。活动盖板的作用主要分为三个方面：首先，在沼气池装满发酵原料后，盖上活动盖板，确保其密闭性，防止气体泄漏。其次，当需要对沼气池进行维修或清除沉渣时，打开活动盖板，以保证通风，确保人员安全进入池内。最后，在沼气池需要更换原料时，打开活动盖板，便可以作为装入发酵原料的入口。
(五)导气管
导气管是安装在活动盖板上的重要部件，其作用是连接储气箱与输气管，起到输送沼气的关键作用。因此，安装导气管的过程中，必须保证其紧密性，防止气体泄漏或逸出。
种类
1.按几何形状划分
①圆筒形沼气池。
②球形沼气池。
③椭球形沼气池。
④方形沼气池：又分为正方形沼气池和长方形沼气池两种。
⑤拱形沼气池。
⑥纺锤形沼气池。
⑦圆管形沼气池，又叫卧式圆管形沼气池。
2.按建池材料划分
①砖结构沼气池。
②混凝土沼气池。
③钢筋混凝土沼气池。
④钢丝网水泥沼气池。
⑤竹编沼气池。
⑥钢结构沼气池。
⑦预制件沼气池。
⑧抗碱玻纤低碱水泥沼气池。
⑨红泥塑料沼气池。
⑩商品化玻璃钢沼气池。
3.按安放位置划分
①地下式沼气池。
②半埋式沼气池。
③地上式沼气池。
④加空式沼气池。
4.按贮气方式划分
①水压式沼气池：又可分为侧水压式沼气池、顶水压式沼气池和分离水压式沼气池三种。
②浮罩式沼气池：又可分为顶浮罩式沼气池和分离浮罩式沼气池两种。
③气袋式沼气池：又可分为无围护架气袋式沼气池、有围护架气袋式沼气池和有压荷架气袋式沼气池三种。
5.按发酵工艺划分
沼气发酵的工艺类型很多，可按进料方式、发酵温度、发酵浓度、发酵过程、装置结构等进行划分和分类，同一种工艺从不同角度有时可划分为几种工艺类别。
a 按进料方式划分
（1）批量发酵（batch fermentation） 一批料经一段时间发酵后，重新换料。可观测发酵产气的全过程，但产气不均衡，多用于沼气发酵原料、工艺条件等的研究。另外，干发酵工艺和铁罐式沼气池常采用批量发酵工艺。
（2）半连续发酵（semi-continuous fermentation） 正常沼气发酵，当产气量下降时，小进料，以后定期补料和出料，产气均衡，适用性较强，常见于农村沼气发酵。
（3）连续发酵（continuous fermentation） 沼气发酵正常运转后，按一定的负荷量连续进料或出料，间隔时间短，产气均衡，运转效率高，一般用于有机废水的处理和大中型沼气工程。
b 按装置类型划分
（1）常规发酵
沼气发酵装置内没有固定或截留活性污泥的措施，提高运转效率受到一定限制，农村沼气发酵多为这类装置。
（2）高效发酵
沼气发酵装置内设有固定或截留活性污泥的措施，产气率、转化效果以及滞留期等均较常规发酵好。
c 按作用方式划分
（1）二步发酵
沼气发酵的产酸阶段与产甲烷阶段分别在两个装置中进行，有利于高分子有机废水和废弃有机物的处理，有机质转化效率高，但单位有机质的沼气产量稍低。
（2）混合发酵
沼气发酵的产酸阶段与产甲烷阶段在同一装置内进行，农村沼气池一般都属这类发酵。
d 按发酵料液的状态划分
（1）液体发酵
发酵料液的总固体含量在10％以下，发酵料液中存在有流动态的液体，农村沼气发酵多属这类发酵。
（2）固体发酵或干
发酵发酵原料的总固体含量为20％～30％，不存在可流动的液体，甲烷含量较低，气体转化效率稍差，适用于水源紧张、原料丰富的地区。
（3）高浓度发酵
发酵料液的总固体含量为15％～17％，介于液体与固体发酵之间。
e 按发酵温度划分
（1）常温发酵
发酵温度随气温的变化而变化，沼气产量不稳定，转化效率低，农村沼气发酵多属常温发酵。
（2）中温发酵
发酵温度在28～38℃，沼气产气量稳定，转化效率高。
（3）高温发酵
发酵温度在48～60℃，有机物分解速度快，适用于有机废弃物及高浓度有机废水的处理。
f 按发酵级差划分
（1）单级发酵
发酵原料只经1个沼气池发酵完成，农村沼气发酵多属单级发酵。
（2）两级发酵
两个沼气池串联，第1个沼气池占总产气量的80％，其消化液进入第二个池。
（3）多级发酵
多个沼气池串联，多用于污水处理，彻底除去BOD。
目前我国推广应用的农村户用沼气池主要是混凝土一次性浇筑的沼气池，其次是预制件水泥沼气池、浮罩式沼气池和商品化玻璃钢沼气池，少量的试验示范仍有许多池型。
原料
农村沼气发酵的主要原材料包括家禽家畜的排泄物、人类排泄物、农作物残茬、落叶杂草、有机废弃物、有机废渣、废水和农副产品加工残留物等农业有机废弃物。
富含氮元素的原料主要是人和动物的排泄物以及易腐烂的生活垃圾，这些原料中的氮元素含量较高。由于这些排泄物的颗粒较细，可以直接用作正常沼气池的原料，无需预处理，其代谢分解和产气速度较快。在沼气池启动时，可以直接使用羊粪、马粪和牛粪等原料。根据实际情况，如接种物的来源、质量和接种量等，可以使用单一的猪粪，最好再添加牛粪或马粪、羊粪。然而，不建议大规模使用人粪，除非沼气池的主要发酵原料为人粪，此时需要提前使用人粪来培养接种物。鸡粪的使用则应严格禁止，因为鸡粪极易导致沼气发酵体系酸化，且这种酸化常常无法自动恢复，调整起来也相当困难。
富含碳元素的原料包括稻草、麦草、玉米秸等农作物秸秆和杂草，这些原料的碳含量较高。使用这类物质作为原料时，需要进行预处理，以提高原料的利用率和产气速率。
其他原料如水生植物中的水葫芦、水花生、水白菜、水草和藻类等，由于其繁殖速度快、产量高、碳氮比适中，且组织鲜嫩，容易被沼气发酵细菌利用，因此，它们也是理想的原料。
最后，有一些物质是绝对不能进入沼气池的。例如，菜籽饼、棉籽饼、磷酸钙、磷矿粉、钙镁磷肥等含磷有机原料，在绝对厌氧的条件下，会产生磷化氢等剧毒气体，对人体极具毒性。另外，桃叶、马钱子、皮皂子、百部、元江金光菊等也是禁止入池的。
保养
沼气池的保养，可采用以下措施。
（1）沼气池的潮湿养护
目前，全国大多数省（市）所建沼气池，都是水泥结构。由于水泥是一种多孔性建筑材料，过于干燥会使毛细孔开放，使之发生沼气渗漏现象，所以必须对沼气池进行潮湿养护。如江西省近几年对新建的沼气池采用“夹层水密封”的技术措施，效果很好。有的地区，在沼气池的拱顶上添加25cm左右的土层，在其上部种菜、种花，以使沼气池保持潮湿状态，也取得明显效果。
（2）防止空池曝晒
新建成沼气池或大出料的沼气池，经检查验收合格后，应立即装料、装水，不要空池晾晒。干旱季度不宜大换料，若农时季节需要肥料时，一定要尽量缩短空池时间。发酵原料暂时不足时，千万不要把池内发酵原料掏空。装料后应立即加水、加盖养护，以防止空池曝晒。否则，沼气池的内外压力失去平衡，损坏池墙，或地下水将池底压坏，会发生沼气渗漏现象。
（3）防腐蚀
由于沼气池受发酵料液酸碱的侵蚀，对水泥结构的沼气池有一定的腐蚀作用。当沼气池使用几年后，有部分水泥材料和粉刷材料脱落，其密封性能被破坏，发生沼气渗漏现象。因此，在每次大换料时，要将池壁洗刷干净，再将被腐蚀的坑洼处抹刷平整，然后刷1～2遍纯水泥浆，或水泥、水玻璃浆、塑料胶。
维修
（1）沼气池的维修
正常使用的沼气池也要进行维修。一般是在大换料的同时，将池体内壁用高标号水泥粉刷2～3遍。
（2）病态池的修补
在检查出沼气池漏气和漏水的准确部位后，标上记号，根据具体情况加以修补。
①池墙裂缝。如果是水泥结构或砖结构的沼气池，要先将裂缝周围打成毛面，用1:1的水泥砂浆填塞缝处，并用力压实抹光，然后用高标号水泥粉刷2～3遍。如果是石料结构的沼气池，要先将裂缝凿成“V”字形或“人”字形的槽，并用铁屑或碎石片嵌入缝中，再用水冲刷干净，用水泥砂浆黏结并粉刷2～3遍。
②粉刷层脱落、翘壳。先将气箱的粉刷层及翘壳部位全部铲掉，并清扫干净，再用高标号水泥浆粉刷2～3遍，或与1:1水泥砂浆交替粉刷3～4遍。
③导气管与池盖衔接处漏气。可先剔缝，然后用水泥砂浆黏结，并加大、加高水泥砂浆护座。
④池底下沉或池底与池墙四周衔接处有裂缝。先将四周裂缝剔开一条宽2cm、深3cm的周边槽，然后在整个池底和周边槽内浇筑一层4～5cm厚的混凝土，使之连接成一个整体。
⑤气箱不明显漏气。可用高标号水泥浆粉刷1～2遍，或用1:1的水泥砂浆交替粉刷2～3遍。
⑥灰土结构沼气池拱顶漏气。一般采用换拱顶的办法，即将拱顶全部除掉，然后用100号混凝土浇筑拱顶。再用高标号水泥浆粉刷2～3遍。
发展史
19世纪80年代，我国广东潮梅一带民间就开始了制取瓦斯的试验，到19世纪末，出现了简陋的瓦斯库。
中国家用沼气池技术的研究始于20世纪初，20年代中华国瑞天然瓦斯库问世，并获得了一定范围的推广应用，此为我国的第一代沼气池。该沼气池主要是矩形结构（少数为圆形），埋置于地下，设有简易的搅拌装置，采用水压式贮气方式，发酵原料采用粪便、米糠、麦麸、豆腐渣、酒糟、青草和菜叶等有机物。20世纪20～30年代，这种沼气池在我国十多个省均有分布，一般池容为5～100多立方米，池容十几立方米到几十立方米的较普遍。建池材料有水泥、黄砂、石子、青砖、木材和石灰等。当时的沼气用途为点灯照明、煮饭、作燃料发电、烧制灯泡、烘烤饼干、蒸煮医疗器械、生产糕点糖果、作照相光源、烧开水等，并开设有各类瓦斯及其服务公司。罗国瑞式沼气池的产气率一般都高于0.4m3/（m3·d）。这种池型可以称为我国的第一代沼气池。现今发现的这种池子，经修理之后仍还可以使用。
20世纪70年代到80年代初，特别是70年代后期的第二次大办沼气热潮，对第二代沼气池加以改进，为了便于沼气池的管理，把“远、大、深”改为“圆、小、浅”，而且把猪圈、厕所、沼气池结合起来，形成我国有特色的第三代沼气池——三结合沼气池。这种池型具有成本低廉、适应性强、适宜农村推广等特点，成为目前世界公认的主流池型。这类池型采用批量发酵工艺，产量不均衡，产气率一般不高于0.3m3/（m3·d）。
进入20世纪80年代以来，随着农村经济的不断发展，人民生活水平不断提高，对沼气的发展也提出了新的要求。中国第二代领导人邓小平同志强调指出，沼气是一个世界问题。针对第三代沼气池管理不便、产气不均衡、大换料费工费时、池型利用率不高等特点，同时结合“小型、高效及商品化”的沼气发展方针，全国各地推出了一批小型、高效和商品化沼气池，并很快受到了农户的欢迎，形成了我国第四代沼气池。对于小型、高效、商品化沼气池的具体指标有：常温发酵，平均产气率高于0.4m3/（m3·d），原料产气率为0.25～0.3m3/kgTS，发酵容积小于6m3，每立方米池容建造成本150元左右，管理方便，能进行工厂化生产，保用10年以上。
从建池成本上看，现今建造一口户用沼气池，成本为1000～2000元，建池周期为一周左右。在原料充足、年均气温较高的地区，已完全可以解决农户的生活用能。但从经济上分析，单纯的生活用能产生的经济效益并不高，换言之，以仅解决生活用能的沼气发展方式，不足以刺激农村沼气事业的发展。从沼气池商品化方面看，先后出现了GRC（抗碱玻璃纤维低碱增强水泥）建材工厂化沼气池、钢丝网水泥预制工厂化沼气池、聚氯乙烯红泥塑料沼气池、铁罐沼气池、玻璃钢沼气池等，单从成本造价上看均不低于现场混凝土施工的户用沼气池。然而，沼气及其残留物的利用将为我们打开沼气事业发展的希望之路。