바이오 연료. 원료의 구성 및 처리 매개 변수. 계획, 설명

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미생물학

유기성 폐기물로부터 바이오가스 및 바이오비료의 생산은 혐기성 환경에서 분해되는 동안 바이오가스를 방출하는 폐기물의 특성에 기초합니다. 무산소 상태. 이 과정을 메탄 발효라고 하며 두 가지 주요 미생물 그룹인 산과 메탄에 의한 유기 물질 분해의 결과로 XNUMX단계로 진행됩니다.

바이오가스 생산의 XNUMX단계

바이오가스 생산 공정은 가수분해, 산화, 메탄 형성의 세 단계로 나눌 수 있습니다. 이러한 복잡한 변형 세트에는 많은 미생물이 포함되며, 그 중 주된 것은 메탄을 생성하는 박테리아이며, 그 중 세 가지 유형이 그림 8에 나와 있습니다. XNUMX.

바이오 연료. 원료 구성 및 처리 매개 변수
그림 8. 세 가지 유형의 메탄 박테리아. 출처: AT 정보: 바이오가스, GTZ 프로젝트 ISAT(적정 기술에 관한 정보 및 자문 서비스), Eshborn, Deutschland, 1996

가수 분해

첫 번째 단계(가수분해)에서는 미생물의 세포외 효소(섬유질, 아밀라아제, 프로테아제, 리파아제)에 의해 유기물이 외부에서 발효됩니다. 박테리아는 복잡한 탄화수소와 단백질, 지질의 긴 사슬을 더 짧은 사슬로 분해합니다.

발효

바이오가스 형성의 두 번째 단계에 참여하는 산 생성 박테리아는 복잡한 유기 화합물(섬유질, 단백질, 지방 등)을 더 간단한 유기 화합물로 분해합니다. 동시에 휘발성 지방산, 저급 알코올, 수소, 일산화탄소, 아세트산 및 포름산 등 XNUMX차 발효 산물이 발효 배지에 나타납니다. 이러한 유기 물질은 유기 물질을 전환시키는 메탄 형성 박테리아의 영양원입니다. 산을 바이오가스로.

메탄 발생

세 번째 단계에 관여하는 메탄 생산 박테리아는 저분자량 종을 분해합니다. 그들은 수소, 이산화탄소 및 아세트산을 사용합니다. 자연 조건에서 메탄을 생성하는 박테리아는 혐기성 조건, 예를 들어 수중, 습지에 존재합니다. 그들은 환경 변화에 매우 민감하므로 가스 배출 강도는 메탄 생성 박테리아의 수명을 위해 생성된 조건에 따라 달라집니다.

박테리아의 공생

메탄과 산을 생성하는 박테리아는 공생을 통해 상호작용합니다. 한편, 산을 생성하는 박테리아는 메탄을 생성하는 박테리아에 이상적인 매개변수(혐기성 조건, 저분자량의 화학 구조)를 갖춘 대기를 생성합니다. 반면, 메탄생성미생물은 산생성균의 중간화합물을 이용한다. 이러한 상호 작용이 발생하지 않으면 반응기는 두 유형의 미생물 모두의 활동에 부적합한 조건을 개발하게 됩니다.

발효 과정의 매개변수 및 최적화

산을 생성하고 메탄을 생성하는 박테리아는 자연의 모든 곳, 특히 동물 배설물에서 발견됩니다. 예를 들어 소의 소화 시스템에는 분뇨 발효에 필요한 모든 미생물이 포함되어 있으며 메탄 발효 과정 자체가 장에서 시작됩니다. 따라서 소분뇨는 종종 새로운 반응기에 적재되는 원료로 사용되며 발효 공정을 시작하려면 다음 조건을 제공하면 충분합니다.

반응기의 혐기성 조건 유지;
온도 체제 준수;
박테리아에 대한 영양소의 가용성;
올바른 발효 시간을 선택하고 적시에 원료를 적재 및 하역합니다.
산-염기 균형 준수;
탄소와 질소의 비율 준수;
원료의 정확한 수분 함량 선택;
규칙적인 교반;
프로세스 억제제가 없습니다.

메탄 형성의 세 단계에 관여하는 다양한 유형의 박테리아는 각각 이러한 매개변수에 따라 다르게 영향을 받습니다. 또한 매개변수 간에는 밀접한 상호 의존성이 있으므로(예: 발효 시기는 온도에 따라 다름), 각 요인이 생산되는 바이오가스 양에 미치는 정확한 영향을 판단하기가 어렵습니다.

반응기의 혐기성 조건 유지

메탄 생성 박테리아의 중요한 활동은 바이오가스 플랜트의 반응기에 산소가 없는 경우에만 가능하므로 반응기를 밀봉하고 산소가 반응기로 유입되지 않도록 해야 합니다.

온도 체제 준수

발효 과정의 온도 범위

최적의 온도를 유지하는 것은 발효 과정에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 자연 조건에서 바이오가스의 형성은 0°C ~ 97°C의 온도에서 발생하지만, 바이오가스 및 생물비료를 생산하기 위한 유기 폐기물 처리 과정의 최적화를 고려하여 3가지 온도 체계가 구분됩니다.

Psychophilic 온도 체계는 최대 20 - 25°C의 온도에 의해 결정됩니다.
중온성 온도 범위는 25°C ~ 40°C의 온도로 정의됩니다.
호열성 온도 체계는 40°C 이상의 온도에 의해 결정됩니다.

최저 평균 기온

세균학적 메탄 생산의 정도는 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 그러나 유리 암모니아의 양도 온도에 따라 증가하므로 발효 과정이 느려질 수 있습니다. 평균적으로 원자로 가열이 없는 바이오가스 플랜트는 연평균 기온이 20°C 이상이거나 낮 평균 기온이 18°C 이상인 경우에만 만족스러운 성능을 나타냅니다. 평균 온도 20~28°C에서는 가스 생산량이 불균형적으로 증가합니다. 바이오매스 온도가 15°C 미만이면 가스 출력이 너무 낮아 단열 및 난방이 없는 바이오가스 플랜트는 더 이상 경제적 수익성이 없습니다8.

최적의 원료 온도

최적의 온도 체계에 관한 정보는 원료 유형에 따라 다르지만, 키르기스스탄에서 소, 돼지, 가금류의 혼합 분뇨를 대상으로 운영되는 "유체" 공장 설치에서 얻은 경험적 데이터에 기초하여 중온성 온도 체계에 대한 최적 온도입니다. 36 - 38°C이고 호열성 온도는 52 - 55°C입니다. 온도 조절 장치가 없는 비가열 설비에서는 친정신성 온도 조건이 관찰됩니다. 향정신성 모드에서 가장 강렬한 바이오가스 방출은 23°C에서 발생합니다.

원료 온도 변화

바이오메탄화 공정은 온도 변화에 매우 민감합니다. 이러한 민감도의 정도는 원료가 처리되는 온도 범위에 따라 달라집니다. 발효 과정에서 온도는 다음 범위 내에서 변화합니다.

사이코필릭 온도 체제: 시간당 2°C;
중온성 온도 체제: 시간당 1°C;
호열성 온도 체제: 시간당 0,5°C.

고온 또는 중온성 모드?

호열성 발효 공정의 장점은 원료 분해 속도가 빨라지고 결과적으로 바이오가스 생산량이 높아지며 원료에 포함된 병원성 박테리아가 거의 완전히 파괴된다는 점입니다.

호열성 분해의 단점은 반응기에서 원료를 가열하는 데 필요한 많은 양의 에너지, 최소한의 온도 변화에 대한 발효 공정의 민감성 및 생성된 생물비료의 품질이 약간 낮다는 것입니다.

중온성 발효 모드를 사용하면 생물비료의 높은 아미노산 조성이 보존되지만 원료의 소독은 호열성 모드만큼 완벽하지 않습니다.

영양소

메탄 박테리아의 성장과 기능을 위해서는 원료에 유기 및 미네랄 영양소가 존재해야 합니다. 탄소와 수소 외에도 생물비료를 생성하려면 충분한 양의 질소, 황, 인, 칼륨, 칼슘, 마그네슘과 일부 미량 원소(철, 망간, 몰리브덴, 아연, 코발트, 셀레늄, 텅스텐, 니켈 등)가 필요합니다. 일반적인 유기농 원료인 동물의 배설물에는 위에서 언급한 요소가 충분히 함유되어 있습니다.

발효시간

최적의 발효 시간은 반응기 로딩 용량과 발효 공정 온도에 따라 달라집니다. 발효 시간을 너무 짧게 선택하면 발효된 바이오매스를 꺼낼 때 박테리아가 증식할 수 있는 것보다 더 빨리 반응기에서 씻겨 나가고 발효 과정이 사실상 중단됩니다. 원자재를 원자로에 너무 오랫동안 보관하는 것은 일정 기간 동안 최대량의 바이오가스 및 바이오비료를 얻는 목표를 달성하지 못합니다.

원자로 턴어라운드 시간

최적의 발효 기간을 결정할 때 "반응기 처리 시간"이라는 용어가 사용됩니다. 반응기 처리 시간은 반응기에 적재된 새로운 공급원료가 처리되어 반응기에서 배출되는 시간입니다.

연속 로딩 시스템의 경우 평균 발효 시간은 반응기 용량과 일일 공급원료 용량의 비율에 따라 결정됩니다. 실제로 반응기 회전 시간은 발효 온도와 원료 구성에 따라 다음 간격으로 선택됩니다.

사이코필릭 온도 체계: 30일에서 40일 이상;
중온성 온도 체제: 10-20일;
호열성 온도 체제: 5-10일.

원료의 일일 선량

원료 로딩의 일일 복용량은 반응기 회전 시간에 따라 결정되며 반응기 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 원자로 처리 시간이 10일인 경우 일일 로딩 비율은 로딩된 원자재 총량의 1/10이 됩니다. 원자로 처리 시간이 20일인 경우 일일 로딩 비율은 로딩된 원자재 총량의 1/20이 됩니다. 호열성 모드에서 작동하는 설비의 경우 로딩 비율은 총 반응기 로딩 부피의 최대 1/S일 수 있습니다.

원료 처리 시간

발효 시간의 선택은 처리되는 원료의 유형에 따라 달라집니다. 중온 조건에서 처리되는 다음 유형의 원료의 경우 바이오가스의 가장 큰 부분이 방출되는 시간은 대략 다음과 같습니다.

가축의 액체 분뇨: 10-15일;
액체 돼지 분뇨: 9-12일;
액체 닭 분뇨: 10-15일;
식물성 폐기물과 혼합된 분뇨: 40 - 80일.

산-염기 균형 pH

메탄을 생성하는 박테리아는 중성 또는 약알칼리성 조건에서 살기에 가장 적합합니다. 메탄 발효 공정에서 바이오가스 생산의 두 번째 단계는 산성 박테리아의 활성 단계입니다. 이때 pH 수준이 감소합니다. 즉, 환경이 더욱 산성화됩니다.

그러나 정상적인 공정 과정에서 반응기 내 다양한 박테리아 그룹의 필수 활동은 동일하게 효과적이며 산은 메탄 박테리아에 의해 처리됩니다. 최적의 pH 값은 원료에 따라 6,5에서 8,5까지 다양합니다.

리트머스 종이를 사용하여 산-염기 균형 수준을 측정할 수 있습니다. 산-염기 균형 값은 종이를 발효 가능한 원료에 담갔을 때 종이에 나타나는 색상에 해당합니다.

탄소와 질소의 비율

메탄발효에 영향을 미치는 가장 중요한 요인 중 하나는 가공원료의 탄소와 질소의 비율이다. C/N 비율이 지나치게 높으면 질소 부족이 메탄 발효 과정을 제한하는 요인으로 작용합니다. 이 비율이 너무 낮으면 박테리아에 독성이 될 정도로 많은 양의 암모니아가 생성됩니다.

미생물은 세포 구조에 동화되기 위해 질소와 탄소가 모두 필요합니다. 다양한 실험에 따르면 바이오가스 생산량은 탄소 대 질소 비율이 10~20일 때 가장 크며, 최적 비율은 원료 유형에 따라 다릅니다. 높은 바이오가스 생산량을 달성하기 위해 최적의 C/N 비율을 달성하기 위해 원료 혼합이 실행됩니다.

표 2. 유기물의 질소 비율과 탄소-질소 비율.

생물 발효성 자료	질소 N, %	탄소 비율 및 질소 С/N
A. 동물똥	-	-
가축	1,7-1,8	16,6-25
닭	3,7-6,3	7,3-9,65
말	2,3	25
돼지 고기	3,8	6,2-12,5
양	3,8	33
나. 생활쓰레기	-	-
대변	6-7,1	6-10
주방 쓰레기	1,9	28,60
감자 껍질	1,5	25
양배추	3,6	12,5
토마토	3,3	12,5
다. 식물성 건조폐기물	-	-
암 나무 열매에 옥수수	1,2	56,6
곡물 짚	1,0	49,9
밀짚	0,5	100-150
옥수수 짚	0,8	50
귀리 짚	1,1	50
콩	1.3	33
자주 개자리	2.8	16,6-17
비트 펄프	0,3-0,4	140-150
D. 기타	-	-
잔디	4	12
톱밥	0,1	200-500
떨어진 단풍	1,0	50

올바른 원료 수분 선택

원료의 방해받지 않는 대사는 높은 박테리아 활동을 위한 전제조건입니다. 이는 원료의 점도가 액체와 그 안에 포함된 고체 사이에서 박테리아와 기포의 자유로운 이동을 허용하는 경우에만 가능합니다. 농업 폐기물에는 다양한 고체 입자가 포함되어 있습니다.

원료의 고형물 및 건조물

예를 들어 모래, 점토 등의 고체 입자는 퇴적물 형성을 유발합니다. 가벼운 물질은 원료 표면으로 올라가 표면에 껍질을 형성합니다. 이는 가스 형성을 감소시킵니다. 따라서 반응기에 넣기 전에 식물 잔류물(짚, 부스러기 등)을 철저히 잘게 자르고 원료에 고형물이 없는지 확인하는 것이 좋습니다.

건물 함량은 분뇨의 수분 함량에 따라 결정됩니다. 70%의 습도에서 원료에는 30%의 건조 물질이 포함되어 있습니다. 다양한 동물 종에 대한 분뇨 및 배설물(분뇨 및 소변)의 대략적인 수분 함량이 표 4에 나와 있습니다.

표 3. 1마리당 분뇨 및 배설물의 양 및 습도

동물의 종류	분뇨의 평균 일일 양, kg/일	분뇨의 습도, %	XNUMX일 평균 배설량, kg/일	배설물의 습도, %
가축	36	65	55	86
돼지	4	65	5,1	86
버드	0,16	75	0,16	75

설비의 반응기에 적재되는 원료의 습도는 겨울에는 최소 85%, 여름에는 92% 이상이어야 합니다. 원료의 정확한 수분 함량을 얻기 위해 분뇨는 일반적으로 공식: RH = NP((B2 - B1):(100 - B2))에 의해 결정된 양만큼 뜨거운 물로 희석됩니다. 여기서 H는 적재된 분뇨의 양입니다. , B1은 분뇨의 초기 수분 함량, B2는 원료의 필요한 습도, RH - 물의 양(리터)입니다. 표는 분뇨 100kg을 습도 85% 및 92%로 희석하는 데 필요한 물의 양을 보여줍니다.

표 4. 분뇨 100kg당 필요한 수분 함량을 달성하기 위한 물의 양

필요한 습도	원료의 초기 수분 함량
필요한 습도	60%	65%	70%	75%	80%	85%	90%
85%	166의 리터	133 리터	100의 리터	67의 리터	33,5 리터	-	-
92%	400의 리터	337의 리터	275의 리터	213의 리터	15 0리터	87,5 리터	25리터

일반 혼합

바이오가스 플랜트의 효율적인 운영과 반응기 내부 원료의 발효과정의 안정성을 유지하기 위해서는 주기적인 혼합이 필요합니다. 혼합의 주요 목적은 다음과 같습니다.

생산된 바이오가스의 방출;
신선한 기질과 박테리아 개체군의 혼합(이식);
지각 및 퇴적물의 형성 방지;
반응기 내부의 다른 온도 영역 방지;
박테리아 개체군의 균일한 분포 보장;
반응기의 유효 면적을 감소시키는 공극 및 축적물의 형성을 방지합니다.

적합한 혼합 방법과 방법을 선택할 때 발효 과정은 서로 다른 박테리아 종 간의 공생이라는 점을 고려해야 합니다. 즉, 한 종의 박테리아가 다른 종에 먹이를 줄 수 있다는 점을 고려해야 합니다. 공동체가 무너지면 새로운 박테리아 공동체가 형성될 때까지 발효 과정은 비생산적입니다. 따라서 너무 자주 또는 장기간, 강렬한 교반은 해롭습니다. 4~6시간마다 원료를 천천히 저어주는 것이 좋습니다.

공정 억제제

발효된 유기물에는 미생물의 필수 활동에 부정적인 영향을 미치는 물질(항생제, 용매 등)이 포함되어서는 안 됩니다. 일부 무기 물질도 미생물의 "작업"에 기여하지 않으므로 예를 들어 합성 세제로 옷을 세탁하고 남은 물을 사용하여 분뇨를 희석시킬 수 없습니다.

바이오가스 생산에 독성 물질을 사용하지 않더라도 개별 물질이나 식염의 농도가 너무 높으면 박테리아의 성장을 억제하여 바이오가스 생산을 방해할 수 있습니다. 가장 일반적인 무기 물질 중 일부의 상한치는 표 5에 나와 있습니다.

표 5. 일반적인 무기 억제제에 대한 지연 한계

박테리아의 성장을 억제하거나 박테리아에 독성이 있는 물질	위의 농도에서 박테리아 성장을 억제합니다.
칼슘(Ca2+)	2500-4500mg/l
크롬(Cr3+)	200 mg / l
구리(Cu2+)	100mg/l
마그네슘(Mg2+)	1000-1500mg/l
망간(Mn2+)	1500 mg / l
니켈(Ni3+)	200-500mg/l
질산염(NO3-, N으로 계산)	0.05 mg / l
칼륨(K+)	2500-4500mg/l
나트륨(Na+)	3500-5000mg/l
염화나트륨(NaCl, 식염)	40,000ppm(w/w)
황산염(SO42-)	5,000ppm(w/w)

원료의 종류

가축분뇨

소의 배설물은 이미 소의 위장에 메탄을 생성하는 박테리아가 포함되어 있기 때문에 바이오가스 플랜트 처리에 가장 적합한 원료입니다. 소분뇨의 균질성으로 인해 연속 소화 시설에 사용하는 것이 좋습니다.

일반적으로 신선한 분뇨를 물과 혼합하고 침전물과 딱지가 생기는 것을 방지하기 위해 소화되지 않은 짚을 선택합니다. 소의 소변은 생산되는 바이오가스의 양을 크게 증가시키므로 콘크리트 바닥을 갖춘 농장을 짓고 원료 혼합용 용기에 배설물을 직접 배수하는 것이 좋습니다.

돼지 분뇨

포장된 표면(콘크리트, 목재 등)이 없는 우리나 축사에서 돼지를 키울 때는 분뇨만 사용할 수 있습니다. 가공 시 올바른 농도를 얻으려면 물로 희석해야 합니다. 물로 희석된 분뇨는 분뇨에 존재하는 모래와 작은 돌이 침전되어 반응기로 유입되지 않도록 용기에 침전되어야 합니다. 그렇지 않으면 반응기로 유입되는 모래와 흙이 반응기 바닥에 쌓이게 되어 자주 청소해야 합니다. 소분뇨와 마찬가지로 농장을 콘크리트 바닥으로 짓고 배설물을 혼합 용기에 직접 배출하는 것이 좋습니다.

양 및 염소 분뇨

포장도로 없이 사육되는 양과 염소의 경우 상황은 돼지 분뇨의 경우와 유사합니다. 염소 농장은 실질적으로 충분한 양의 분뇨를 수집할 수 있는 유일한 장소이고 심지어 짚 깔개만 있는 경우에도 바이오가스 플랜트의 원료는 주로 분뇨와 짚의 혼합물입니다. 이러한 원료를 처리하는 대부분의 시스템은 배치 로딩 모드로 작동하는데, 이 모드에서는 분뇨, 짚 및 물의 혼합물이 사전 준비 없이 공급되고 순수 분뇨보다 더 오랜 기간 동안 반응기에 남아 있습니다.

바이오 연료. 원료 구성 및 처리 매개 변수
그림 9. 콘크리트 바닥이 깔린 농장에서 돼지를 키우는 모습. 사진: Vedenev A.G., PF "유체"

닭 배설물

닭 분뇨를 처리하려면 닭을 우리에 가두거나 분뇨 수집에 적합한 제한된 지역에 농어를 설치하는 것이 좋습니다. 새를 바닥에 두면 배설물에 모래, 톱밥, 짚의 비율이 너무 높아집니다. 다른 유형의 원자재로 작업할 때보다 가능한 문제를 고려하고 반응기를 더 자주 청소해야 합니다.

닭똥은 소똥과 잘 어울리며 함께 처리할 수 있습니다. 순수 가금류 분뇨를 원료로 사용할 경우 암모니아 농도가 높아질 위험이 있습니다. 이로 인해 설치 효율성이 저하될 수 있습니다.

대변

바이오가스 플랜트에서 배설물을 처리하는 경우, 화장실은 소량의 물로 배설물을 씻어낼 수 있도록 설계해야 합니다. 다른 수원의 물이 변기에 들어가지 않도록 해야 하며, 원료가 과도하게 희석되는 것을 방지하기 위해 세척수의 양은 0.S~1리터로 제한해야 합니다.

바이오 연료. 원료 구성 및 처리 매개 변수
그림 10. 바이오가스 플랜트의 분뇨 복합 처리 p. Belovodskoe. 사진: Vedenev A.G., PF "유체"

가스 출력 및 메탄 함량

가스 생산량은 일반적으로 분뇨에 포함된 건조 물질 10kg당 리터 또는 입방미터로 계산됩니다. 표는 장치가 중온성 모드에서 작동될 때 20-XNUMX일 발효 후 다양한 유형의 원료에 대한 건조물 XNUMXkg당 바이오가스 생산량 값을 보여줍니다.

표를 사용하여 신선한 원료로부터 바이오가스의 생산량을 결정하려면 먼저 신선한 원료의 수분 함량을 결정해야 합니다. 이를 위해 신선한 분뇨 1kg을 건조시키고 건조 잔류물의 무게를 측정할 수 있습니다. 분뇨의 수분 함량 백분율은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다: (100 - 건조된 분뇨의 중량) × XNUMX%.

표 6. 다양한 유형의 원료 사용 시 바이오가스 생산량 및 메탄 함량

원료의 종류	가스 출력, 건조 물질 킬로그램당 m3	메탄 함량, %
A. 동물똥
가축분뇨	0,250 - 0,340	65
돼지 분뇨	0,340 - 0,580	65-70
새 배설물	0,310-0,620	60
말 비료	0,200 - 0,300	56-60
양똥	0,300 - 0,620	70
나. 생활쓰레기
폐수, 대변	0,310-0,740	70
야채 폐기물	0,330 - 0,500	50-70
감자 상판	0,280 - 0,490	60-75
비트 상판	0,400-0,500	85
다. 식물성 건조폐기물
밀짚	0,200-0,300	50-60
호밀짚	0,200-0,300	59
보리짚	0,250-0,300	59
귀리 짚	0,290-0,310	59
옥수수 짚	0,380-0,460	59
아마의	0,360	59
삼	0,360	59
비트 펄프	0,165
해바라기 잎	0,300	59
클로버	0,430-0,490
D. 기타
잔디	0,280-0,630	70
나무 단풍	0,210-0,290	58

다음과 같이 특정 수분 함량을 갖는 신선한 분뇨의 양이 건물 1kg에 해당하는지 계산할 수 있습니다. 100에서 분뇨의 수분 함량을 백분율로 뺀 다음 100을 다음 값으로 나눕니다. 100: (100% - 수분량).

예 1: 원료로 사용된 소분뇨의 수분 함량이 85%라고 판단하면 건조물 1kg은 100:(100 - 85) = 약 6,6kg의 신선한 분뇨에 해당합니다. 이는 6,6kg의 신선한 분뇨에서 0,2S0 - 0,320m3의 바이오가스를 얻고, 1kg의 신선한 소분뇨에서 6,6배 적은 0,037 - 0,048m3의 바이오가스를 얻을 수 있음을 의미합니다.

예 2: 돼지 분뇨의 수분 함량을 80%로 결정했습니다. 이는 건물 1kg이 신선한 돼지 분뇨 5kg과 동일하다는 의미입니다. 표에서 우리는 건물 1kg(또는 신선한 돼지 분뇨 5kg)이 0,340 - 0.S80m의 바이오가스를 방출한다는 것을 알고 있습니다. 이는 신선한 돼지 분뇨 1kg이 0,068 - 0,116m3의 바이오가스를 배출한다는 것을 의미합니다.

대략적인 값

일일 신선한 거름의 무게를 알면 키르기스스탄의 일일 바이오가스 생산량은 대략 다음과 같습니다.

1톤의 가축 분뇨 25-30m3의 바이오가스;
1톤의 돼지 분뇨 50 - 70m3의 바이오가스;
1톤의 새 배설물 50 - 60m3의 바이오가스.

수분 함량이 85% - 92%인 완제품 원료에 대한 대략적인 값이 제공된다는 점을 기억해야 합니다.

바이오가스 중량

바이오가스의 부피중량은 1,2m1당 3kg이므로, 생산량을 계산할 때 가공된 원료량에서 이를 빼야 합니다.

소 한 마리당 일일 평균 원료 부하가 55kg이고 일일 바이오가스 생산량이 소 한 마리당 1,5~2,0m3인 경우, 바이오가스 플랜트에서 처리하는 동안 원료 질량은 4~5% 감소합니다.

껍질 문제

많은 양의 가스가 관찰되지만 충분히 가연성이 아닌 경우 이는 종종 반응기의 공급물 표면에 거품이나 껍질이 형성되었음을 의미합니다. 가스 압력이 매우 낮다면 이는 가스 파이프를 막고 있는 껍질이 형성되었음을 의미할 수도 있습니다. 반응기의 원료 표면에서 껍질을 제거하는 것이 필요합니다.

껍질 제거

바이오가스 플랜트의 반응기에서 원료 표면에 형성되는 크러스트의 특징은 부서지기 쉽지 않고 점성이 있어 짧은 시간 내에 매우 단단해질 수 있다는 것입니다. 파괴하려면 촉촉한 상태를 유지해야 합니다. 즉, 빵 껍질을 물 위에 붓거나 원료에 담글 수 있습니다.

원료의 분류

짚, 풀, 풀줄기, 심지어 방금 건조된 거름까지도 원료 표면에 떠오르고, 건조 및 무기질 물질은 반응기 바닥에 침전되어 시간이 지남에 따라 배출구를 막거나 반응기 작업 면적을 줄일 수 있습니다. . 수분 함량이 너무 높지 않은 적절하게 준비된 원료를 사용하면 이러한 문제가 발생하지 않습니다.

완제품 원료

신선한 소분뇨를 사용하면 딱지 문제가 발생하지 않습니다. 원료에 고체 및 분해되지 않은 유기물이 포함되어 있으면 문제가 발생합니다. 공장을 건설하기 전에 동물 사료와 분뇨를 반응기에서 처리할 수 있는지 확인하는 것이 필요합니다. 사료를 철저히 분쇄해야 할 수도 있으며, 이 경우 추가 비용을 미리 계산하는 것이 좋습니다. 공급원료의 고형물 문제는 돼지 분뇨와 가금류 분뇨의 경우 훨씬 더 심각합니다. 모래, 닭이 쪼는 것, 깃털이 배설물에 들어가는 것은 새 배설물을 어려운 원료로 만듭니다.

원료의 구성

바이오가스 플랜트에서 처리되기 전 원료의 화학적 조성에 대한 연구는 외국과 키르기스스탄의 과학자들에 의해 수행되었습니다.

표 7. 바이오가스 플랜트에서 가공 전 원료의 조성

살갗이 벗어 진	습기,%	건조 물질, %	건조 물질의 부식산, %	풀빅산, %	PH 수준
배	96-98	4-2	14.8	1.6	6.5
분뇨 및 식물 폐기물	96-98	4-2	28.3	3.7	7.5
식물 폐기물	96-98	4-2	33.5	4.0	7.3

인성

안정된 조건에서 발효하면 고형물(짚 등)의 양이 50% 감소하므로 가공 중 원료의 점도가 현저히 감소합니다.

냄새

생물비료는 사용된 원료(거름, 소변)의 냄새보다 훨씬 덜 강렬한 냄새를 가지고 있습니다. 충분한 발효시간을 주면 거의 모든 냄새물질이 완벽하게 처리됩니다.

영양소

생물비료의 영양학적 특성은 함유된 유기물질과 화학원소의 양에 따라 결정됩니다. 생물비료에는 질소, 인, 칼륨, 마그네슘 등 식물의 모든 영양소와 식물 성장에 필요한 미량원소, 비타민 등이 저장되어 있습니다. 탄소 대 질소 비율(약 1:15)은 토양의 질에 유익한 영향을 미칩니다. 표 8은 생물비료의 대략적인 영양분 함량을 보여줍니다.

표 8. 생물 비료의 원소 함량(건조물 kg당 그램)

살갗이 벗어 진	인산염 P₂O₅	칼륨 K₂O	칼슘 CaO를	마그네슘 MgO	질소 Na₂O
배	3.05	5.64	3.25	0.98	1.75
분뇨 및 식물 폐기물	6.37	7.98	5.15	1.95	3.37
식물 폐기물	6.66	8.88	5.18	2.22	3.70

인산염과 칼륨

인산염 함량(식물이 직접 흡수하는 인의 형태)은 원료의 발효 과정에서 변하지 않습니다. 이 형태에서 식물은 전체 인 함량의 약 50%를 흡수할 수 있습니다. 발효는 칼륨 함량에 영향을 미치지 않으며, 칼륨의 75~100%는 식물에 흡수됩니다.

질소

인산염 및 칼륨과 달리 일부 질소는 발효 과정에서 변경됩니다. 신선한 분뇨에 함유된 질소의 약 75%는 유기 고분자의 일부가 되고, 나머지 25%는 미네랄 형태입니다. 바이오가스 플랜트에서 처리한 후, 생물비료에 함유된 질소의 약 50%는 유기물 형태이고, 50%는 광물 형태입니다. 무기질소는 식물이 직접 흡수할 수 있지만 유기질소는 먼저 토양 미생물에 의해 무기화되어야 합니다.

저자: Vedenev A.G., Vedeneva T.A.

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