農民は毎年肥料の処分の問題に直面しています。その除去と埋葬を組織するために必要なかなりの資金はどこにも行きません。しかし、お金を節約するだけでなく、この自然な製品を自分の利益のために提供する方法もあります。
熱心な飼い主は長い間、実際にエコテクノロジーを使用してきました。これにより、糞尿からバイオガスを取得し、その結果を燃料として使用することができます。
したがって、私たちの資料では、バイオガスを製造する技術に焦点を当て、バイオエネルギープラントの構築方法についても説明します。
バイオテクノロジーを使用する長所
さまざまな天然資源からバイオ燃料を生産する技術は新しいものではありません。この分野の研究は18世紀後半に始まり、19世紀に成功しました。ソビエト連邦では、最初のバイオエネルギープラントは前世紀の40年代に作成されました。
バイオテクノロジーは多くの国で長い間使用されてきましたが、今日では特別な重要性を獲得しています。地球の環境状況の悪化とエネルギーの高コストのために、多くの人がエネルギーと熱の代替源に目を向けています。
肥料をバイオガスに加工する技術により、大気中への有害なメタンの排出量を削減し、熱エネルギーの追加の供給源を得ることができます
もちろん、肥料は非常に貴重な肥料であり、農場に2頭の牛がいる場合、その使用には問題はありません。大規模および中規模の家畜がいる農場では、毎年大量の悪臭を放ち、腐敗した生物材料が形成されます。
肥料を高品質の肥料に変えるには、特定の温度範囲の領域が必要であり、これは追加の費用です。そのため、多くの農家が必要に応じて保管し、畑に持って行きます。
1日あたりに生成される原材料の量に応じて、設備の寸法とその自動化の程度を選択する必要があります
保管条件が守られない場合、最大40%の窒素とリンの大部分が肥料から消失し、品質指標を著しく悪化させます。さらに、メタンガスは大気中に放出され、地球の生態学的状況に悪影響を及ぼします。
現代のバイオテクノロジーは、環境状況へのメタンの有害な影響を中和するだけでなく、それが人間の利益のために役立つようにすると同時に、かなりの経済的利益を引き出します。肥料の処理の結果、バイオガスが形成され、そこから数千kWのエネルギーを得ることができます。生産廃棄物は、非常に貴重な嫌気性肥料です。
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農場-バイオガス生産のための原材料の主なサプライヤー
ガス状バイオ燃料の生産と使用
DIYリサイクル工場建設
バイオリアクター装置の既製のプラスチック容器
有機原料からのガス発生のメカニズム
バイオガスは、色や臭いのない揮発性物質で、最大70%のメタンを含みます。その品質指標により、それは伝統的なタイプの燃料である天然ガスに近づいています。発熱量が良い、1m3 バイオガスは、1.5キログラムの石炭を燃やすことによって得られるのと同じ量の熱を放出します。
バイオガスの生成は、家畜の糞尿、鳥の糞、あらゆる植物の廃棄物に使用される有機原料の分解に積極的に取り組んでいる嫌気性細菌によるものです。
バイオガスの独立した生産では、鳥の糞や、小規模および大規模な家畜の廃棄物を使用できます。原材料は、純粋な形で、また草、葉、古い紙との混合物の形で使用できます
このプロセスを活性化するには、細菌の寿命にとって好ましい条件を作り出す必要があります。それらは、微生物が自然の貯蔵所-熱と酸素が存在しない動物の胃の中で発生するものに類似しているべきです。
実際、これらは腐敗した肥料が環境にやさしい燃料と貴重な肥料に奇跡的に変化する一因となる2つの主要な条件です。
バイオガスを得るには、空気にアクセスできない密閉された反応器が必要です。そこでは、肥料の発酵とその成分への分解が行われます。
- メタン (最大70%);
- 二酸化炭素 (約30%);
- その他のガス状物質 (1-2%).
形成されたガスはタンクから上昇し、そこからポンプで排出され、残留生成物は沈降します-肥料に含まれるすべての貴重な物質-窒素とリンを保持する高品質の有機肥料-処理の結果、病原微生物のかなりの部分を失います。
バイオガス反応器は、酸素がない完全に密閉された設計でなければなりません。そうでなければ、肥料の分解プロセスが非常に遅くなります
肥料の効果的な分解とバイオガスの形成のための2番目の重要な条件は、温度体制の遵守です。プロセスに関与する細菌は、+ 30度の温度で活性化されます。
さらに、肥料には2種類の細菌が含まれています:
- 中温性。 彼らの生命活動は+30-+40度の温度で発生します。
- 好熱性。 それらを再現するには、+ 50(+60)度の温度レジームを観察する必要があります。
最初のタイプの植物における原料の処理時間は、混合物の組成に依存し、12〜30日の範囲です。同時に、1リットルの原子炉の有効面積は2リットルのバイオ燃料になります。 2番目のタイプのプラントを使用すると、最終製品の生産時間は3日に短縮され、バイオガスの量は4.5リットルに増加します。
好熱性植物の効率は肉眼で見ることができますが、その維持費は非常に高いため、これまたはそのバイオガス生産方法を選択する前に、すべてを注意深く計算する必要があります
好熱性プラントの効率は10倍高いという事実にもかかわらず、リアクター内で高温を維持することは高コストを伴うため、それらははるかに頻繁に使用されません。
中温性植物の維持管理はより安いので、ほとんどの農場はバイオガス生産にそれらを使用します。
エネルギーポテンシャルの基準によると、バイオガスは従来のガス燃料よりもわずかに劣っています。ただし、硫酸ガスが含まれているため、設備の建設用の材料を選択する際には、その存在を考慮に入れる必要があります。
バイオガス効率の計算
簡単な計算は、代替バイオ燃料を使用することのすべての利点を評価するのに役立ちます。 1頭の体重が500 kgの牛は、1日あたり約35〜40 kgの肥料を生産します。この量は約1.5 mを得るのに十分です3 バイオガス、それから順番に3 kW / hの電力を生成することが可能です。
テーブルからのデータを使用して、いくつのmを計算するのは簡単です3 農場で入手可能な家畜に応じて、出口でバイオガスを得ることができます
バイオ燃料を入手するには、1種類の有機原料、または含水率が85〜90%の複数の成分の混合物を使用できます。処理プロセスに悪影響を与える外来の化学不純物を含まないことが重要です。
混合物の最も簡単なレシピは、バイオガス生産用の最も単純なプラントを自分の手で作ったリペツク地方のロシアの農民によって2000年に発明されました。彼は1,500 kgの牛糞をさまざまな植物からの3,500 kgの廃棄物と混合し、水(全成分の重量の約65%)を加え、混合物を35度に加熱しました。
2週間後、無料の燃料が用意されます。この小さな設備は40メートルを作りました3 1日あたりのガス。これは、家や家の建物を6か月間加熱するのに十分でした。
バイオ燃料設備のオプション
計算を行った後、あなたの農場のニーズに応じてバイオガスを取得するための設備の作り方を決定する必要があります。家畜が小さい場合は、最も簡単なオプションが適しています。これは、即興の素材から自分の手で簡単に作成できます。
大量の原材料を常に供給している大規模農場では、産業用自動バイオガスシステムを構築することをお勧めします。この場合、プロジェクトを開発し、インストールを専門家レベルでマウントする専門家を関与させずに行うことはほとんど不可能です。
図は、バイオガス生産のための産業用自動化複合施設がどのように機能するかを明確に示しています。そのようなスケールの建設は、近くにあるいくつかの農場によって一度に整理することができます
今日、既成のソリューションから個々のプロジェクトの開発まで、多くのオプションを提供できる企業が数十社あります。建設費を削減するために、近隣の農場(近くにある場合)と協力して、すべてのバイオガス生産用に1つのユニットを構築できます。
小さな設備の建設であっても、関連文書を作成し、フローチャートを作成し、設備の配置と換気計画(設備が室内に設置されている場合)を作成し、SES、火災、ガス検査の承認手続きを経る必要があることに注意してください。
小規模な民間経済のニーズを満たすためのガス生産のためのミニプラントは、工業規模で製造されたデバイス設置の設計と詳細に焦点を当てて、自分の手で行うことができます。
肥料と植物有機物をバイオガスに加工するための植物の設計は難しくありません。業界が発行したオリジナルは、独自のミニファクトリーを構築するためのテンプレートとして非常に適しています
独自の設備の構築を開始することを決定した独立した職人は、水タンク、水道管または下水道プラスチック管、コーナーベンド、ガスケット、および設備で受け取ったガスを貯蔵するためのシリンダーを備蓄する必要があります。
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将来の設置の主な要素は、蓋がラップされたプラスチックタンクです。写真では、容量は700 lで、作業に備えて準備する必要があります。パイプの入口に穴をマークして描画します
容器に入れるためのPVCパイプ、漏斗のようなアダプター、プラスチックの角、容器に水を供給するためのホース、接着剤、蓋にそれを固定するためのフィッティング、閉じるためのバルブが必要になります
穴の輪郭は、その中に巻き込まれるパイプを使用して輪郭を描く方が便利です。穴は最大の精度でカットする必要があります。
カットした穴にパイプを丁寧に差し込みます。それらは、切断プロセスに起因するバリによって損傷してはなりません。ジョイントは接着剤とシーラントで満たされています
処理用の原材料をロードするために設計されたパイプは、タンクの底部とその下端の間が2〜5 cmになるように取り付けられています。
アダプターは、原材料をロードするためのファンネルとして使用されます。建設中のユニットは、食品の残留物を処理するためのものです。肥料を装填するには、さらに漏斗とパイプが必要です
同様に、穴を開けて水平排気管を取り付けます。タンクに持ち込まれたパイプの端には角がついています
蓋に穴を開け、そこに処理に必要な水を供給するホースを取り付けます
ステップ1:バイオガス生産用の自家製ミニプラント
手順2:ポータブルインストール用の接続部品
ステップ3:プラスチックパイプ導入用の穴あけ
手順4:タンクに開けた穴にPVCパイプを取り付けます
手順5:フィードパイプをインストールするためのルール
手順6:アダプターをじょうごとしてパイプに取り付けます
手順7:設置の排気管の設置と固定
ステップ8:給水ホースをカバーに取り付ける
バイオガスシステムの特徴
本格的なバイオガスプラントは、以下で構成される複雑なシステムです。
- バイオリアクター、肥料の分解プロセス;
- 自動有機性廃棄物供給システム;
- バイオマスを混合するためのデバイス;
- 最適な温度条件を維持するための機器。
- ガスタンク-ガス貯蔵タンク;
- 固形廃棄物レシーバー。
上記のアイテムはすべて、自動モードで動作する産業プラントに設置されます。国内の原子炉は、原則として、より単純な設計になっています。
この図は、自動バイオガスシステムの主なコンポーネントを示しています。反応器の容量は、有機原料の毎日の摂取量に依存します。設備を完全に機能させるには、リアクターを容積の3分の2に満たす必要があります
インストールの動作原理
システムの主な要素はバイオリアクターです。その実行にはいくつかのオプションがあり、主なことは構造の堅さを確保し、酸素の侵入を排除することです。表面に配置されたさまざまな形状(通常は円筒形)の金属容器の形で作成できます。多くの場合、これらの目的のために、50 ccの空の燃料タンクが使用されます。
折りたたみ式の既製のコンテナを購入できます。彼らの利点は、迅速に分解し、必要に応じて別の場所に輸送できることです。大量の有機原料が常に流入している大規模農場では、工業用地面設備を使用することをお勧めします。
小規模な農場の場合、地下タンク配置のオプションがより適しています。地下バンカーはレンガまたはコンクリートでできています。金属、ステンレス鋼、PVCなどの既製のコンテナを地面に掘ることができます。路上や換気の良い特別に指定された部屋にそれらを浮かび上がらせることも可能です。
バイオガスプラントの製造では、既製のPVCコンテナを購入し、換気システムを備えた部屋に設置できます。
反応器がどこにどのように配置されていても、肥料を積載するためのホッパーが装備されています。原材料を投入する前に、事前準備を行う必要があります。それは、0.7 mm以下のフラクションに粉砕され、水で希釈されます。理想的には、基材の水分は約90%にする必要があります。
工業タイプの自動化プラントは、混合物を必要な水分に導くレシーバーを含む供給システム、給水用のパイプライン、およびバイオリアクターにマスをポンプで送るためのポンプユニットを備えています。
家庭での設置では、基質を準備するために個別の容器が使用され、そこで廃棄物は粉砕され、水と混合されます。次に、マスが受け入れコンパートメントにロードされます。地下に設置された反応器では、基質を受け取るためのホッパーが引き出され、準備された混合物は重力によってパイプラインを通って発酵用のチャンバーに流れ込みます。
原子炉が地上または屋内に配置されている場合、受入装置を備えた吸気管がタンクの下側に配置されることがあります。パイプを上部に持っていき、首に鈴をつけることも可能です。この場合、バイオマスは汲み上げられる必要があります。
バイオリアクターでは、入口ホッパーの反対側のタンクのほぼ底部に作成された出口を設けることも必要です。地下設置の場合、出口パイプは斜め上方に取り付けられ、形状が長方形の箱に似た廃棄物レセプタクルにつながります。その上端は、流入口のレベルより下でなければなりません。
入口パイプと出口パイプはタンクの異なる側の斜め上方に配置されていますが、廃棄物が入る補償タンクは受入ホッパーよりも低くする必要があります
プロセスは次のように進行します。投入ホッパーは新しいバッチの基質を受け取り、リアクターに流れ込みます。同時に、同じ量の使用済み質量が廃棄物レシーバーにパイプで送られ、そこから後ですくい上げられて高品質のバイオ肥料として使用されます。
バイオガスの貯蔵はガスタンクで行われます。ほとんどの場合、リアクターの屋根に直接配置され、ドームまたはコーンの形状をしています。屋根は鉄でできており、腐食を防ぐために数層の油絵の具で塗装されています。
大量のガスを受け入れるように設計された産業プラントでは、ガスタンクは多くの場合、パイプラインによって反応器に接続された別個のタンクの形で作られています。
発酵により得られたガスは、水蒸気を多く含んでおり、燃焼しないため、使用に適していません。水の一部を取り除くために、ガスは油圧ロックを通過します。これを行うには、パイプをガスタンクから取り外し、そこからバイオガスを水とともにタンクに入れ、そこからプラスチックまたは金属のパイプを介して消費者に供給します。
地下に設置図。入口と出口はタンクの反対側に配置する必要があります。生成されたガスが排出されるために通過する反応器の上に水シャッターが配置されています
場合によっては、ポリ塩化ビニル製の特殊なガスバッグを使用してガスを保存します。バッグはユニットの隣に配置され、徐々にガスで満たされます。充填すると、弾性材料が膨張し、バッグの容量が増加するため、一時的に大量の最終製品を節約できます。
バイオリアクターの効果的な操作のための条件
植物の効率的な操作とバイオガスの集中的な抽出のためには、有機基質の均一な発酵が必要です。混合物は常に動いている必要があります。そうしないと、その上にクラストが形成され、分解プロセスが遅くなり、最初に計算されたよりもガスが少なくなります。
バイオマスの活発な混合を確実にするために、電気駆動装置を備えた水中型または傾斜型攪拌機が、典型的な反応器の上部または側面部分に設置されています。職人の設置では、家庭用ミキサーに似た装置を使用して機械的に混合されます。手動で制御することも、電気駆動装置を装備することもできます。
反応器を垂直に配置すると、ミキサーのハンドルが設備の上部に表示されます。コンテナが水平に設置されている場合、ネジも水平面にあり、ハンドルはバイオリアクターの側面にあります
バイオガス製造の最も重要な条件の1つは、反応器内の必要な温度を維持することです。加熱はいくつかの方法で行うことができます。固定設置では、温度が所定のレベルを下回るとオンになり、必要な温度が設定されるとオフになる自動暖房システムが使用されます。
加熱には、ガスボイラーを使用したり、電気加熱装置で直接加熱したり、タンクの底部に発熱体を組み込んだりできます。
熱損失を減らすために、グラスウールの層でリアクターの周りに小さなフレームを構築するか、断熱材で設備を覆うことをお勧めします。発泡スチロールとその他の品種は、優れた断熱特性を持っています。
バイオマス暖房システムを装備するために、リアクターによって動力を供給される家の暖房からパイプラインを引くことが可能です
必要量の決定
リアクターの容量は、農場で生産される毎日の肥料量に基づいて決定されます。原材料の種類、温度、発酵時間も考慮する必要があります。設置が完全に機能するためには、タンクが容量の85〜90%まで満たされ、ガスが漏れるために少なくとも10%が空いている必要があります。
平均温度35度の中温設備での有機物の分解プロセスは12日続き、その後発酵残渣が除去され、反応器は基質の新しい部分で満たされます。廃棄物は原子炉に送られる前に90%まで水で希釈されるため、毎日の負荷を決定するときに液体の量も考慮する必要があります。
上記の指標に基づいて、反応器の容量は、準備された基質(水を含む肥料)の1日の量に12(バイオマスの分解に必要な時間)を掛け、10%増加した(空きタンク容量)に等しくなります。
地下工事
次に、バイオガスを自宅で最低コストで入手できる最も簡単な設備について説明します。地下システムの構築を検討してください。それを作るには、穴を掘る必要があり、その底と壁には補強された膨張粘土コンクリートが注がれています。
チャンバーの反対側には、入口と出口の開口部が挿入されています。ここには、基板を供給し、使用済みの質量を排出するための傾斜したパイプが取り付けられています。
直径約7 cmの出口パイプは、ほぼホッパーの最下部にある必要があります。もう一方の端部は、長方形の形状の補正コンテナに取り付けられており、廃棄物がポンプで送られます。基板を供給するためのパイプラインは、下から約50 cmに位置し、25〜35 cmの直径を持ち、パイプの上部は、原料を受け入れるためのコンパートメントに入ります。
反応器は完全に密封する必要があります。空気の侵入の可能性を排除するために、コンテナはビチューメン防水の層で覆われている必要があります
ホッパーの上部はドーム型または円錐型のガスホルダーです。それは金属板または屋根ふきの鉄でできています。石積みで建設を仕上げることもできます。石積みは、スチールメッシュで覆われ、漆喰で覆われます。ガスタンクの上に、密閉されたハッチを作り、ウォーターシールを通過するガスパイプを取り外し、バルブを取り付けてガス圧力を解放する必要があります。
基質を混合するために、散布の原理で作動する排水システムを設置に装備することが可能です。これを行うには、構造の上にプラスチックパイプを垂直に固定して、上端が基板層より高くなるようにします。それらにたくさんの穴を開けます。圧力のかかったガスは落下し、上昇すると、気泡がタンク内のバイオマスを混合します。
コンクリートバンカーを構築したくない場合は、既製のPVCコンテナを購入できます。熱を維持するには、断熱材の層-発泡スチロールの周りを囲む必要があります。ピットの底には鉄筋コンクリートを10cmの厚さで注ぎ、反応器の容積が3m3を超えない場合は、ポリ塩化ビニル製のタンクを使用してもよい。
地下原子炉の建設はどうですか、あなたはビデオで見ることができます:
肥料が地下施設にどのように投入されるかを次のビデオに示します。
肥料からバイオガスを生産するプラントは、熱と電気の支払いを大幅に節約し、すべての農場に豊富にある有機材料を有効利用します。建設を始める前に、すべてを注意深く計算して準備する必要があります。
最も簡単な原子炉は、即興のツールを使用して、数日で自分の手で作ることができます。経済が大きい場合は、既成の設備を購入するか、専門家に相談することをお勧めします。
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