분뇨에서 바이오가스를 생산하는 방법: 생산 공장의 기본 원리 및 설계 개요

농부들은 매년 분뇨 처리 문제에 직면해 있습니다.제거 및 매장을 조직하는 데 필요한 상당한 자금이 낭비됩니다. 하지만 돈을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 이 천연 제품이 귀하에게 유익하도록 도움을 줄 수 있는 방법이 있습니다.

알뜰한 소유자들은 거름에서 바이오가스를 얻고 그 결과를 연료로 사용할 수 있는 친환경 기술을 오랫동안 실천해 왔습니다.

따라서 우리 자료에서는 바이오가스 생산 기술에 대해 이야기하고 바이오에너지 플랜트를 건설하는 방법에 대해서도 이야기할 것입니다.

생명공학 활용의 장점

기술 바이오 연료 얻기 다양한 천연 자원에서 나온 것은 새로운 것이 아닙니다. 이 분야에 대한 연구는 18세기 말에 시작되어 19세기에 성공적으로 발전했습니다. 소련에서는 지난 세기 40년대에 최초의 바이오에너지 발전소가 만들어졌습니다.

생명공학은 오랫동안 많은 국가에서 사용되어 왔지만 오늘날에는 특히 중요성이 커지고 있습니다. 지구의 환경 상황이 악화되고 에너지 비용이 높아짐에 따라 많은 사람들이 대체 에너지 및 열원에 관심을 돌리고 있습니다.

분뇨를 바이오가스로 가공하는 기술을 통해 대기로 배출되는 유해한 메탄의 양을 줄이고 추가적인 열에너지원을 확보할 수 있습니다.

물론, 거름은 매우 귀중한 비료이므로 농장에 소 두 마리가 있으면 사용에 문제가 없습니다. 매년 수많은 악취와 썩어가는 생물학적 물질이 생성되는 대형 및 중형 가축을 키우는 농장의 경우에는 문제가 다릅니다.

분뇨가 고품질 비료로 변하려면 특정 온도 체계를 갖춘 지역이 필요하며 이는 추가 비용입니다. 따라서 많은 농부들은 이를 가능한 한 어디에든 저장했다가 밭으로 가져갑니다.

하루에 생성되는 원자재의 양에 따라 설치 규모와 자동화 정도를 선택해야 합니다.

저장 조건이 충족되지 않으면 분뇨에서 최대 40%의 질소와 인의 대부분이 증발하여 품질 지표가 크게 저하됩니다. 또한, 메탄가스가 대기로 방출되어 지구의 환경 상황에 부정적인 영향을 미칩니다.

현대 생명공학은 메탄이 환경에 미치는 해로운 영향을 중화할 수 있을 뿐만 아니라, 메탄이 사람들에게 이익이 되는 동시에 상당한 경제적 이익을 얻을 수 있게 해줍니다. 결과적으로 분뇨를 처리하여 바이오가스를 생산함이를 통해 수천 kW의 에너지를 얻을 수 있으며, 생산 폐기물은 매우 귀중한 혐기성 비료가 됩니다.

유기 원료로부터의 가스 형성 메커니즘

바이오가스는 색깔이나 냄새가 없는 휘발성 물질로 최대 70%의 메탄을 함유하고 있습니다. 품질 지표 측면에서 볼 때 전통적인 유형의 연료인 천연가스에 접근합니다. 발열량이 1m로 좋습니다³ 바이오가스는 석탄 1.5kg을 태울 때 발생하는 열만큼의 열을 발생시킵니다.

우리가 바이오가스를 형성하는 것은 농장 동물의 배설물, 새 배설물 및 식물 폐기물을 포함하는 유기 원료를 분해하기 위해 적극적으로 일하는 혐기성 박테리아 덕분입니다.

바이오가스 자체 생산에는 새 배설물과 소형 및 대형 가축의 폐기물을 사용할 수 있습니다. 원료는 순수한 형태 또는 풀, 나뭇잎, 오래된 종이 등의 혼합물 형태로 사용할 수 있습니다.

이 과정을 활성화하려면 박테리아의 생활에 유리한 조건을 조성해야 합니다. 그들은 따뜻하고 산소가없는 동물의 위장의 자연 저장소에서 미생물이 발생하는 것과 유사해야합니다.

실제로 이것은 썩은 거름을 환경 친화적인 연료와 귀중한 비료로 기적적으로 변화시키는 데 기여하는 두 가지 주요 조건입니다.

바이오가스를 생산하려면 공기에 접근할 수 없는 밀봉된 반응기가 필요합니다. 여기서 분뇨의 발효 과정과 성분 분해 과정이 진행됩니다.

• 메탄 (최대 70%);
• 이산화탄소 (약 30%);
• 기타 기체 물질 (1-2%).

생성된 가스는 용기 상단으로 올라가서 펌핑되고 ​​잔여 제품은 침전됩니다. 고품질 유기 비료는 처리 결과 분뇨에 존재하는 모든 귀중한 물질을 유지합니다. - 질소와 인이 함유되어 있으며 병원성 미생물의 상당 부분이 손실되었습니다.

바이오가스를 생산하는 반응기는 산소가 없는 완전히 밀봉된 설계를 가져야 합니다. 그렇지 않으면 분뇨의 분해 과정이 극도로 느려질 것입니다.

분뇨의 효과적인 분해와 바이오가스 형성을 위한 두 번째 중요한 조건은 온도 체계를 준수하는 것입니다. 이 과정에 참여하는 박테리아는 +30도 이상의 온도에서 활성화됩니다.

또한 분뇨에는 두 가지 유형의 박테리아가 포함되어 있습니다.

• 중온성. 그들의 생활 활동은 +30 – +40 도의 온도에서 발생합니다.
• 호열성. 이를 재현하려면 +50 (+60) 도의 온도 체제를 유지해야합니다.

첫 번째 유형 시설의 원자재 처리 시간은 혼합물의 구성에 따라 다르며 범위는 12~30일입니다. 동시에, 1리터의 유용한 원자로 면적은 2리터의 바이오연료를 생산합니다. 두 번째 유형의 설비를 사용하면 최종 제품의 생산 시간이 3일로 단축되고 바이오가스의 양은 4.5리터로 늘어납니다.

호열성 식물의 효율성은 육안으로 볼 수 있지만 유지 관리 비용이 매우 높으므로 바이오가스 생산 방법을 선택하기 전에 모든 것을 매우 신중하게 계산해야 합니다.

호열성 플랜트의 효율이 수십 배 높다는 사실에도 불구하고 반응기의 고온을 유지하는 것은 높은 비용과 관련되기 때문에 훨씬 덜 자주 사용됩니다.

중온성 유형 식물의 유지 관리 비용이 저렴하므로 대부분의 농장에서는 이를 사용하여 바이오가스를 생산합니다.

에너지 잠재력 측면에서 바이오가스는 기존 가스 연료보다 약간 열등합니다. 그러나 황산 연기가 포함되어 있으므로 설비 건설을 위한 재료를 선택할 때 그 존재를 고려해야 합니다.

바이오가스 사용 효율 계산

간단한 계산을 통해 대체 바이오 연료 사용의 모든 이점을 평가할 수 있습니다. 무게가 500kg인 젖소 한 마리는 하루에 약 35~40kg의 분뇨를 생산합니다. 이 양은 약 1.5m를 얻기에 충분합니다.³ 3kW/h의 전력을 생산할 수 있는 바이오가스.

표의 데이터를 사용하면 몇 m인지 쉽게 계산할 수 있습니다.³ 농장에서 이용 가능한 가축의 수에 따라 바이오가스가 배출될 수 있습니다.

바이오 연료를 생산하려면 한 가지 유형의 유기 원료를 사용하거나 습도가 85-90%인 여러 구성 요소의 혼합물을 사용할 수 있습니다. 가공 공정에 부정적인 영향을 미치는 외부 화학적 불순물을 포함하지 않는 것이 중요합니다.

혼합물의 가장 간단한 제조법은 2000년에 리페츠크 지역의 한 러시아인이 발명했는데, 그는 바이오가스 생산을 위한 간단한 설비를 자신의 손으로 만들었습니다.그는 1,500kg의 소똥과 3,500kg의 각종 식물 폐기물을 혼합하고 물(전체 재료 중량의 약 65%)을 첨가한 후 혼합물을 35도까지 가열했습니다.

2주 후에는 무료 연료가 준비됩니다. 이 작은 설치로 40m를 생산했습니다.³ 하루에 가스를 공급하면 6개월 동안 집과 별채를 난방하기에 충분했습니다.

바이오연료 생산 공장을 위한 옵션

계산을 마친 후에는 농장의 필요에 따라 바이오가스를 얻기 위해 설치 방법을 결정해야 합니다. 가축 수가 적 으면 가장 간단한 옵션이 적합하며 사용 가능한 재료로 손으로 쉽게 만들 수 있습니다.

대량의 원료를 지속적으로 공급받는 대규모 농장의 경우 산업용 자동화 바이오가스 시스템을 구축하는 것이 좋습니다. 이 경우 프로젝트를 개발하고 전문적인 수준으로 설치를 설치할 전문가의 참여 없이는 불가능할 것입니다.

다이어그램은 바이오가스 생산을 위한 산업 자동화 단지가 어떻게 작동하는지 명확하게 보여줍니다. 이러한 규모의 건설은 인근에 위치한 여러 농장에 대해 구성될 수 있습니다.

오늘날 기성 솔루션부터 개별 프로젝트 개발까지 다양한 옵션을 제공할 수 있는 수십 개의 회사가 있습니다. 건설 비용을 줄이기 위해 인근 농장(근처에 있는 경우)과 협력하여 모든 농장을 위한 바이오가스 생산 시설을 하나 건설할 수 있습니다.

소규모 설비라도 관련 서류 작성, 기술도면 작성, 장비 배치 및 환기 계획(장비가 실내에 설치된 경우), 승인 절차를 거쳐야 한다는 점에 유의해야 합니다. SES, 화재 및 가스 점검을 통해

소규모 개인 가구의 요구를 충족하는 가스 생산용 미니 플랜트는 산업 규모로 생산되는 설비의 설계 및 특정 설계에 중점을 두고 직접 손으로 만들 수 있습니다.

분뇨와 식물 유기물을 바이오가스로 가공하기 위한 시설의 설계는 복잡하지 않습니다. 업계에서 제작한 원본은 자신만의 미니 공장을 구축하기 위한 템플릿으로 매우 적합합니다.

자체 설비를 구축하기로 결정한 독립 장인은 설비에서 생성된 가스를 저장하기 위한 물통, 물 공급 또는 하수구 플라스틱 파이프, 코너 벤드, 씰 및 실린더를 비축해야 합니다.

바이오가스 시스템의 특징

완전한 바이오가스 플랜트는 다음으로 구성된 복잡한 시스템입니다.

1. 분뇨 분해 과정이 일어나는 생물 반응기;
2. 자동화된 유기성 폐기물 공급 시스템;
3. 바이오매스 혼합 장치;
4. 최적의 온도 조건을 유지하는 장비
5. 가스 탱크 – 가스 저장 탱크;
6. 폐기물 고형 폐기물 수용기.

위의 모든 요소는 자동 모드로 작동하는 산업 설비에 설치됩니다. 가정용 원자로는 일반적으로 더 단순한 디자인을 가지고 있습니다.

다이어그램은 자동화된 바이오가스 시스템의 주요 구성요소를 보여줍니다.반응기의 부피는 일일 유기 원료 섭취량에 따라 달라집니다. 설비가 완전히 작동하려면 반응기를 부피의 2/3까지 채워야 합니다.

설치 작동 원리

시스템의 주요 요소는 생물반응기입니다. 구현에는 몇 가지 옵션이 있으며, 가장 중요한 것은 구조의 견고성을 보장하고 산소 유입을 방지하는 것입니다. 표면에 위치한 다양한 모양(보통 원통형)의 금속 용기 형태로 만들 수 있습니다. 종종 이러한 목적으로 50cc의 빈 연료 탱크가 사용됩니다.

기성품 접이식 용기를 구입할 수 있습니다. 장점은 신속하게 분해하고 필요한 경우 다른 위치로 이동할 수 있다는 것입니다. 대량의 유기 원료가 지속적으로 유입되는 대규모 농장에서는 산업용 표면 설치를 사용하는 것이 좋습니다.

소규모 농장의 경우 탱크를 지하에 배치하는 옵션이 더 적합합니다. 지하 벙커는 벽돌이나 콘크리트로 지어졌습니다. 예를 들어 금속, 스테인레스 스틸 또는 PVC로 만든 배럴과 같은 기성 용기를 땅에 묻을 수 있습니다. 또한 거리나 통풍이 잘 되는 특별히 지정된 공간에 배치하는 것도 가능합니다.

바이오가스 생산 플랜트를 제작하려면 기성품 PVC 용기를 구입하여 환기 시스템이 갖춰진 공간에 설치하면 됩니다.

원자로의 위치와 위치에 관계없이 분뇨를 적재할 수 있는 벙커를 갖추고 있습니다. 원료를 적재하기 전에 예비 준비를 거쳐야 합니다. 0.7mm 이하의 조각으로 분쇄하고 물로 희석합니다. 이상적으로 인쇄물의 습도는 약 90%여야 합니다.

자동화된 산업형 설비에는 혼합물을 필요한 수분 수준으로 가져오는 리시버, 물 공급 파이프라인 및 질량을 생물반응기로 펌핑하기 위한 펌핑 장치를 포함한 원료 공급 시스템이 장착되어 있습니다.

기질 준비를 위한 가정 설치에서는 폐기물을 분쇄하고 물과 혼합하는 별도의 용기를 사용합니다. 그런 다음 질량이 수용실에 적재됩니다. 지하에 위치한 반응기에서는 기질을 수용하는 호퍼가 나오고 준비된 혼합물은 중력에 의해 파이프 라인을 통해 발효실로 흐릅니다.

반응기가 지상이나 실내에 있는 경우, 수용장치가 있는 유입관은 탱크의 하부에 위치할 수 있습니다. 파이프를 위로 가져오고 목에 소켓을 놓는 것도 가능합니다. 이 경우 펌프를 사용하여 바이오매스를 공급해야 합니다.

또한 투입 호퍼 반대쪽의 용기 바닥에 거의 만들어지는 생물반응기의 배출구를 제공해야 합니다. 지하에 배치할 경우 배출관은 비스듬히 위쪽으로 설치되어 직사각형 상자 모양의 쓰레기통으로 연결됩니다. 상단 가장자리는 입구 수준보다 낮아야 합니다.

입구 및 출구 파이프는 탱크의 서로 다른 측면에서 비스듬히 위쪽에 위치하며, 폐기물이 들어가는 보상 탱크는 수용 호퍼 아래에 있어야 합니다.

공정은 다음과 같이 진행됩니다. 입력 호퍼는 반응기로 유입되는 새로운 기질 배치를 수용하는 동시에 동일한 양의 폐기물 질량이 파이프를 통해 폐기물 저장소로 상승하여 이후에 퍼 올려 사용됩니다. 고품질의 생물비료로.

바이오가스는 가스 탱크에 저장됩니다. 대부분 원자로 지붕에 직접 위치하며 돔 또는 원뿔 모양입니다. 루핑 철로 만든 후 부식 과정을 방지하기 위해 여러 겹의 유성 페인트로 칠해졌습니다.

대량의 가스를 생산하도록 설계된 산업 설비에서 가스 탱크는 파이프라인을 통해 반응기와 연결된 별도의 탱크 형태로 구성되는 경우가 많습니다.

발효에 의해 생성된 가스는 다량의 수증기를 함유하고 있어 이 형태로는 연소되지 않기 때문에 사용하기에 적합하지 않습니다. 물 부분에서 정화하기 위해 가스는 물개를 통과합니다. 이를 위해 가스 탱크에서 파이프를 제거하고 이를 통해 바이오가스가 물이 담긴 용기로 들어가고 거기에서 플라스틱 또는 금속 파이프를 통해 소비자에게 공급됩니다.

지하에 설치 계획. 입구와 출구는 용기의 반대쪽에 위치해야 합니다. 생성된 가스가 통과하여 건조되는 반응기 위에 물 밀봉이 있습니다.

어떤 경우에는 폴리염화비닐로 만든 특수 가스 홀더 백을 사용하여 가스를 보관합니다. 백은 설비 옆에 배치되고 점차적으로 가스로 채워집니다.채워지면 탄성 소재가 부풀어 오르고 가방의 부피가 늘어나므로 필요한 경우 최종 제품을 더 많이 임시로 보관할 수 있습니다.

생물반응기의 효율적인 작동을 위한 조건

시설의 효율적인 운영과 바이오가스의 집중 방출을 위해서는 유기 기질의 균일한 발효가 필요합니다. 혼합물은 끊임없이 움직여야 합니다. 그렇지 않으면 껍질이 형성되고 분해 과정이 느려져 결과적으로 처음 계산된 것보다 적은 양의 가스가 생성됩니다.

바이오매스의 활성 혼합을 보장하기 위해 전기 구동 장치가 장착된 수중 또는 경사 혼합기가 일반적인 반응기의 상부 또는 측면 부분에 설치됩니다. 수제 설치에서는 가정용 믹서와 유사한 장치를 사용하여 기계적으로 혼합이 수행됩니다. 수동으로 제어하거나 전기 드라이브를 장착할 수 있습니다.

반응기가 수직으로 배치된 경우 교반기 핸들은 설비 상단에 위치합니다. 용기를 수평으로 설치하는 경우 오거도 수평면에 위치하며 손잡이는 생물반응기 측면에 위치합니다.

바이오가스를 생산하기 위한 가장 중요한 조건 중 하나는 반응기 내에서 필요한 온도를 유지하는 것입니다. 가열은 여러 가지 방법으로 수행할 수 있습니다. 고정 설치에서는 온도가 미리 정해진 수준 아래로 떨어지면 켜지고 필요한 온도에 도달하면 꺼지는 자동 난방 시스템이 사용됩니다.

난방용으로 사용 가능 가스 보일러, 전기 가열 장치를 사용하여 직접 가열을 수행하거나 용기 바닥에 가열 요소를 구축하십시오.

열 손실을 줄이려면 유리솜 층으로 반응기 주위에 작은 프레임을 만들거나 단열재로 설비를 덮는 것이 좋습니다. 좋은 단열 특성을 가지고 있습니다. 발포 폴리스티렌 및 기타 종류.

바이오매스 난방 시스템을 설정하려면 원자로에서 전력을 공급받는 가정 난방 시스템에서 파이프라인을 실행할 수 있습니다.

필요한 볼륨 결정

반응기의 부피는 농장에서 생산되는 일일 분뇨량을 기준으로 결정됩니다. 또한 원료의 종류, 온도, 발효시간 등도 고려해야 한다. 설비가 완전히 작동하려면 용기가 부피의 85-90%까지 채워지고 가스가 빠져나갈 수 있도록 최소 10%가 남아 있어야 합니다.

평균 온도 35도의 중온 시설에서 유기물 분해 과정은 12일 동안 지속되며, 그 후 발효 잔류물을 제거하고 반응기에 기질의 새로운 부분을 채웁니다. 폐기물은 반응기로 보내기 전에 물로 최대 90%까지 희석되므로 일일 부하를 결정할 때 액체의 양도 고려해야 합니다.

주어진 지표에 따라 반응기의 부피는 준비된 기질(물과 함께 거름)의 일일 양에 12(바이오매스 분해에 필요한 시간)를 곱하고 10%(용기의 자유 부피)를 증가시킨 것과 같습니다.

지하 구조물 건설

이제 다음을 얻을 수 있는 가장 간단한 설치에 대해 이야기하겠습니다. 집에서 바이오가스 최저 비용으로. 지하 시스템 구축을 고려해보세요. 그것을 만들기 위해서는 구멍을 파야하며 바닥과 벽은 강화된 팽창 점토 콘크리트로 채워져 있습니다.

입구 및 출구 개구부는 챔버의 반대편에 위치하며, 기판을 공급하고 폐기물을 펌핑하기 위해 경사 파이프가 장착됩니다.

직경이 약 7cm인 출구 파이프는 벙커의 거의 바닥에 위치해야 하며, 다른 쪽 끝은 폐기물이 펌핑될 직사각형 보상 탱크에 장착됩니다. 기질을 공급하는 파이프라인은 바닥에서 약 50cm에 위치하며 직경은 25-35cm이며 파이프의 상부는 원료를 수용하는 구획으로 들어갑니다.

반응기는 완전히 밀봉되어야 합니다. 공기 유입 가능성을 배제하려면 용기를 역청 방수층으로 덮어야 합니다.

벙커의 상부는 돔 또는 원뿔 모양의 가스 홀더입니다. 그것은 금속 시트 또는 루핑 철로 만들어집니다. 벽돌로 구조를 완성한 다음 철망으로 덮고 회반죽을 칠할 수도 있습니다. 가스 탱크 상단에 밀봉 해치를 만들고 워터 씰을 통과하는 가스 파이프를 제거하고 가스 압력을 완화하는 밸브를 설치해야합니다.

기질을 혼합하려면 버블링 원리에 따라 작동하는 배수 시스템을 설치에 장착할 수 있습니다. 이렇게하려면 상단 가장자리가 기판 층 위에 있도록 구조물 내부에 플라스틱 파이프를 수직으로 고정하십시오. 구멍을 많이 뚫으세요. 압력을 받는 가스는 아래로 떨어지고, 상승하는 가스 거품은 용기의 바이오매스를 혼합합니다.

콘크리트 벙커를 만들고 싶지 않다면 기성품 PVC 용기를 구입할 수 있습니다. 열을 보존하려면 단열재 층인 폴리스티렌 폼으로 둘러싸여 있어야 합니다. 구덩이 바닥은 10cm 두께의 철근 콘크리트 층으로 채워져 있습니다.반응기 부피가 3m3를 초과하지 않는 경우 폴리염화비닐로 만들어진 탱크를 사용할 수 있습니다.

주제에 대한 결론 및 유용한 비디오

비디오를 시청하면 일반 배럴에서 가장 간단한 설치 방법을 배울 수 있습니다.

지하 원자로 건설이 어떻게 진행되는지 비디오에서 볼 수 있습니다.

분뇨가 지하 시설에 적재되는 방법은 다음 비디오에 나와 있습니다.

분뇨로 바이오가스를 생산하는 시설을 설치하면 열과 전기 비용을 크게 절약할 수 있으며, 모든 농장에서 풍부하게 얻을 수 있는 유기농 재료를 좋은 목적으로 사용할 수 있습니다. 건설을 시작하기 전에 모든 것을 신중하게 계산하고 준비해야 합니다.

가장 간단한 원자로는 사용 가능한 재료를 사용하여 며칠 안에 직접 손으로 만들 수 있습니다. 농장 규모가 큰 경우 기성품을 구입하거나 전문가에게 문의하는 것이 가장 좋습니다.

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