有機原料からのガス発生のメカニズム
バイオガスは、最大70％のメタンを含む無色無臭の揮発性物質です。品質指標に関しては、従来のタイプの燃料である天然ガスに近づいています。発熱量は良好で、1m3のバイオガスは1.5キログラムの石炭の燃焼から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として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。
自家生産のバイオガスでは、鳥の糞や大小の家畜の廃棄物を使用できます。原料は、純粋な形で、草、葉、古紙を含む混合物の形で使用することができます
プロセスを活性化するためには、バクテリアの生命活動に適した条件を作り出す必要があります。それらは、微生物が自然の貯水池で発生するものと類似している必要があります-動物の胃の中で、それは暖かく、酸素がありません。
実際、これらは腐敗した肥料の塊を環境に優しい燃料と貴重な肥料に奇跡的に変換するのに寄与する2つの主な条件です。
バイオガスを入手するには、空気にアクセスできない密閉された反応器が必要です。ここで、肥料の発酵とその成分への分解のプロセスが行われます。
- メタン（最大70％）;
- 二酸化炭素（約30％）;
- その他のガス状物質（1〜2％）。
得られたガスはタンクの上部に上昇し、そこからポンプで排出され、残留生成物が沈殿します。これは、処理の結果、肥料にすべての貴重な物質を保持している高品質の有機肥料です。 -窒素とリン、そして病原性微生物のかなりの部分を失いました。
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ある必要があります。そうしないと、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、温度レジームの順守です。プロセスに関与するバクテリアは+30度の温度で活性化されます
さらに、肥料には2種類のバクテリアが含まれています。
- 中温性。それらの重要な活動は、+ 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。
最初のタイプのプラントでの原材料の処理時間は、混合物の組成に依存し、12〜30日の範囲です。同時に、原子炉の1リットルの有用な領域は2リットルのバイオ燃料を提供します。 2番目のタイプの植物を使用する場合、最終製品の生産にかかる時間は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。
好熱性植物の有効性は肉眼で確認できますが、維持費が非常に高いため、バイオガスの入手方法を選択する前に、すべてを慎重に計算する必要があります。
好熱性設備の効率は10倍高いという事実にもかかわらず、反応器内の高温を維持することは高いコストを伴うため、それらははるかに少ない頻度で使用されます。
中温性植物は維持管理が安価であるため、ほとんどの農場ではバイオガスの生産に中温性植物を使用しています。
エネルギーポテンシャルの基準によるバイオガスは、通常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、設備の建設に使用する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。
バイオテクノロジーを使用する利点
さまざまな天然資源からバイオ燃料を入手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世紀の終わりに始まり、19世紀に成功裏に発展しました。ソビエト連邦では、最初のバイオエネルギープラントが前世紀の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、今日では特に重要です。地球上の環境状況の悪化とエネルギーコストの高さから、多くの人が代替のエネルギー源と熱源に目を向けています。
もちろん、肥料は非常に貴重な肥料であり、農場に2頭の牛がいれば、その使用に問題はありません。もう1つのことは、大規模および中規模の家畜がいる農場の場合です。この農場では、毎年大量の腐敗した生物学的物質が形成されます。
肥料を高品質の肥料に変えるためには、一定の温度管理のある地域が必要であり、これらは追加費用がかかります。そのため、多くの農家が必要に応じて保管し、畑に持ち帰っています。
貯蔵条件が守られない場合、最大40％の窒素とリンの主要部分が肥料から蒸発し、品質指標を大幅に悪化させます。また、メタンガスは大気中に放出され、地球の生態系に悪影響を及ぼします。
現代のバイオテクノロジーは、環境に対するメタンの有害な影響を中和するだけでなく、かなりの経済的利益を引き出しながら、それを人間の利益のために役立てることを可能にします。肥料処理の結果、バイオガスが生成され、そこから数千kWのエネルギーを得ることができ、生産廃棄物は非常に貴重な嫌気性肥料です。
画像ギャラリーバイオガス生産システムの組織化からの写真は、農場にとって経済的に実行可能です。原料を提供する牛が2頭しかない場合は、肥料として使用するのが良いでしょう。肥料を処理して得られるガスは、熱とエネルギーを提供します。洗浄後、ストーブやボイラーに供給し、シリンダーにポンプで送り込み、発電機で使用することができます。構造的には、最も単純な処理プラントを自分の手で簡単に構築できます。その主な器官はバイオリアクターであり、十分な水力および断熱が必要です。システムの構築時間を短縮したい場合は、工場で製造されたプラスチック容器が適しています。それを使用する場合、同様の建設と隔離の原則が適用されます。農場はバイオガス生産の原材料の主な供給者です。ガス状バイオ燃料の入手と使用。自分の手で処理プラントを建設します。バイオリアクター装置の完成したプラスチック容器。
2有機性廃棄物を処理するためのバイオリアクター
バイオリアクターは、生物学的廃棄物を処分して有機肥料とバイオガスを取得するために使用されます。いくつかの変更が加えられたBUGのインストールが普及しました。パフォーマンスが異なります。
標準的なバイオガスプラントには、肥料やその他の有機性廃棄物を処理するための次の機器が含まれています。
- 均質化のための容器;
- 液体および固体原料のローダー;
- セキュリティシステム;
- 視覚化による計装と自動化。
- ガスホルダー付きバイオリアクター;
- ミキサーとセパレーター;
- ポンプ場;
- 暖房および水混合システム;
- ガスシステム。
2.1バイオリアクターで発生するプロセス
バイオリアクターは、3つのセクションで構成されています。
バイオガスプラント
- ブート;
- 働く;
- 荷降ろし。
反応器の内面部分は滑らかではありませんが、管状の容器の形で作られています。これは、処理プロセスの加速とより完全なフローに貢献します。受け入れセクションから、均質なバイオマスに処理され、技術的なハッチを介して水と混合された基質がバイオリアクターに入ります。
作業セクションの上部中央部分にも密閉されたハッチが装備されており、その上にバイオマスレベル、バイオガスサンプリング、およびその圧力を監視するためのデバイスがあります。原子炉内の圧力が上昇すると、コンプレッサーが自動的にオンになり、タンクの破裂を防ぎます。コンプレッサーは、バイオガスを反応器からガスタンクに送ります。バイオマスの発酵に必要な温度を維持する発熱体がバイオリアクターに設置されています。
反応器の作業セクションでは、温度は常に他の2つのセクションよりも高くなります。これにより、化学プロセスのサイクルの完全性が保証され、生産性が向上します。反応器のこの部分では、バイオマスが継続的に混合され、バイオガスが逃げるのを防ぐ浮遊地殻の形成を防ぎます。
完全に処理された基質は、バイオリアクターのアンロードセクションに入ります。ここで、ガス残留物と液体肥料の最終的な分離が行われます。
肥料、鳥の糞、その他のあらゆる種類の有機性廃棄物を処理する設備は、広く需要があり、農業で使用されています。バイオガスプラントは、有機性廃棄物の処分と火力発電用のバイオガスの生産のために都市のユーティリティで使用されます。
生物学的方法の長所と短所
バイオガスプラントの設計は責任ある段階であるため、最終決定を下す前に、この方法の長所と短所を比較検討することをお勧めします。
このような生産の利点は次のとおりです。
- 有機性廃棄物の合理的な利用。インストールのおかげで、環境を汚染する単なるゴミであるはずの行動を起こすことができます。
- 原材料の無尽蔵。天然ガスと石炭は遅かれ早かれ枯渇するでしょうが、自分たちの経済を持っている人にとっては、必要な廃棄物が絶えず現れます。
- 少量の二酸化炭素。バイオガスを使用すると大気中に放出されますが、二酸化炭素は生態系に悪影響を与えることはありません。
- バイオガスプラントの中断のない効率的な運用。太陽集熱器や風車とは異なり、バイオガスの生産は外部条件に依存しません。
- 複数のインストールを使用することでリスクを軽減します。大型のバイオリアクターは常に大きな脅威ですが、複数の発酵槽のシステムを作ることで排除できます。
- 高品質の肥料を手に入れる。
- 小さなエネルギー節約。
もう一つのプラスは、土壌の状態への可能な利益です。一部の植物は、特にバイオマスのために敷地内に植えられています。この場合、土壌の質を向上させることができるものを選択することができます。例として、侵食を減らすソルガムがあります。
各タイプの代替ソースには欠点があります。バイオガスプラントも例外ではありません。欠点は次のとおりです。
- 機器のリスクの増加;
- 原材料の処理に必要なエネルギーコスト。
- 国内システムの量が少ないため、バイオガスの排出量はごくわずかです。
最も難しいのは、最も効率的で好熱性のレジーム用に設計されたバイオガスプラントを作ることです。この場合のコストは深刻であることが約束されています。バイオガスプラントのそのような設計は、専門家に任せるのが最善です。
バイオガスの収集と処分
反応器からのバイオガスの除去はパイプを通して行われ、その一端は屋根の下にあり、他端は通常ウォーターシールに下げられます。これは、生成されたバイオガスが排出される水が入った容器です。ウォーターシールには2つ目のパイプがあり、液面より上にあります。より純粋なバイオガスがそこに出てきます。シャットオフガスバルブは、バイオリアクターの出口に設置されています。最良の選択肢はボールです。
ガス輸送システムにはどのような材料を使用できますか？ HDPEまたはPPRで作られた亜鉛メッキ金属パイプおよびガスパイプ。彼らは気密性を確認する必要があり、継ぎ目と接合部は石鹸の泡でチェックされます。パイプライン全体は、同じ直径のパイプとフィッティングから組み立てられます。収縮や拡張はありません。
不純物の精製
得られたバイオガスのおおよその組成は次のとおりです。
バイオガスのおおよその組成
- メタン-60％まで;
- 二酸化炭素-35％;
- その他のガス状物質（ガスに不快な臭いを与える硫化水素を含む）-5％。
バイオガスに臭いがなく、よく燃えるためには、二酸化炭素、硫化水素、水蒸気を取り除く必要があります。消石灰が設備の底に追加された場合、二酸化炭素はウォーターシールで除去されます。このようなブックマークは定期的に変更する必要があります（ガスの燃焼が悪化し始めたら、それを変更するときが来ました）。
ガスの脱水は、2つの方法で行うことができます-ガスパイプラインに油圧シールを作成すること-油圧シールの下の湾曲したセクションをパイプに挿入することによって、凝縮液が蓄積します。この方法の欠点は、ウォーターシールを定期的に空にする必要があることです。大量の水を集めると、ガスの通過が妨げられる可能性があります。
2番目の方法はシリカゲルでフィルターを置くことです。原理はウォーターシールの場合と同じです。ガスはシリカゲルに供給され、カバーの下から乾燥します。このバイオガスの乾燥方法では、シリカゲルを定期的に乾燥させる必要があります。これを行うには、電子レンジでしばらくウォームアップする必要があります。熱くなり、水分が蒸発します。あなたは眠りに落ちて、再び使うことができます。
硫化水素からバイオガスを洗浄するためのフィルター
硫化水素を除去するために、金属の削りくずが充填されたフィルターが使用されます。古い金属製の手ぬぐいをコンテナに入れることができます。精製はまったく同じ方法で行われます。ガスは、金属で満たされた容器の下部に供給されます。通過すると、硫化水素が除去され、フィルターの上部の自由部分に集まり、そこから別のパイプ/ホースを介して排出されます。
ガスホルダーとコンプレッサー
精製されたバイオガスは貯蔵タンク（ガスタンク）に入ります。それは密封されたビニール袋、プラスチック容器にすることができます。主な条件は気密性であり、形状や材質は関係ありません。バイオガスはガスタンクに貯蔵されます。それから、コンプレッサーの助けを借りて、（コンプレッサーによって設定された）特定の圧力下のガスがすでに消費者に供給されています-ガスストーブまたはボイラーに。このガスは、発電機を使用して電気を生成するためにも使用できます。
ガスタンクのオプションの1つ
コンプレッサーの後にシステム内に安定した圧力を作り出すために、レシーバーを設置することが望ましいです-圧力サージを平準化するための小さな装置です。
バイオガスとは
バイオガスは、最大70％のメタンを含む無色無臭の揮発性物質です。品質指標に関しては、従来のタイプの燃料である天然ガスに近づいています。発熱量は良好で、1m3のバイオガスは1.5キログラムの石炭の燃焼から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として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。
自家生産のバイオガスでは、鳥の糞や大小の家畜の廃棄物を使用できます。原料は、純粋な形で、草、葉、古紙を含む混合物の形で使用することができます
プロセスを活性化するためには、バクテリアの生命活動に適した条件を作り出す必要があります。それらは、微生物が自然の貯水池で発生するものと類似している必要があります-動物の胃の中で、それは暖かく、酸素がありません。実際、これらは腐敗した肥料の塊を環境に優しい燃料と貴重な肥料に奇跡的に変換するのに寄与する2つの主な条件です。
バイオガスに関する一般情報
さまざまな肥料や鳥の糞に由来する家庭用バイオガスは、主にメタンで構成されています。生産に使用された廃棄物に応じて、50〜80％です。私たちのストーブやボイラーで燃えるのと同じメタンであり、メーターの測定値に応じて多額のお金を払うことがあります。
動物を家や田舎に飼うことで理論的に得られる燃料の量を知るために、バイオガスの収量とその中の純粋なメタンの含有量に関するデータを表に示します：
家庭用バイオガスを構成する残りの物質（25-45％）は、二酸化炭素（最大43％）と硫化水素（1％）です。また、燃料の組成には、窒素、アンモニア、酸素が含まれていますが、少量です。ちなみに、ダンヒルがおなじみの「心地よい」匂いを放つのは、硫化水素とアンモニアの放出のおかげです。エネルギー量に関しては、1 m3のメタンは、理論上、燃焼中に最大25 MJ（6.95 kW）の熱エネルギーを放出する可能性があります。バイオガスの特定の燃焼熱は、その組成中のメタンの割合に依存します。
本来、肥料からのバイオガスは、受け取りたいかどうかに関係なく、自然に生成されるように配置されています。肥料の山は1年以内に腐敗します-1年半、ただ戸外にあり、負の温度にさえあります。この間ずっと、バイオガスを排出しますが、プロセスが時間の経過とともに延長されるため、少量しか排出されません。その理由は、動物の排泄物に含まれる数百種の微生物です。つまり、ガス処刑を開始するのに何も必要ありません。それは自然に発生します。ただし、プロセスを最適化して高速化するには、特別な機器が必要になります。これについては後で説明します。
肥料からのバイオガスの入手に関するビデオ
地下原子炉の建設がどのように進んでいるか、あなたはビデオで見ることができます：
肥料からバイオガスを生産するための設備は、熱と電気の支払いを大幅に節約し、すべての農場で豊富に入手できる有機材料を正当な理由で使用します。建設を開始する前に、すべてを慎重に計算して準備する必要があります。
最も単純なリアクターは、利用可能なツールを使用して、自分の手で数日で作成できます。ファームが大きい場合は、既製のインストールを購入するか、専門家に連絡することをお勧めします。
バイオ燃料プラントのオプション
計算を行った後、農場のニーズに応じてバイオガスを取得するための設置方法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、自分の手で即興の手段から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な農場では、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、専門家レベルで設置を行う専門家の関与なしにそれを行うことは不可能です。
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は数十社あります。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のために1つのプラントを建設することができます。
なお、小規模な設備の建設については、関連書類を作成し、技術スキーム、設備配置計画、換気（設備が屋内に設置されている場合）を作成し、 SESとの調整、火災およびガス検査の手順。
小規模な個人世帯のニーズに対応するガス生産用のミニプラントは、工業規模で生産された設備の設計と設置の詳細に焦点を合わせて、自分の手で作ることができます。
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、上下水道のプラスチックパイプ、コーナーベンド、シール、および設備で得られたガスを貯蔵するためのシリンダーを買いだめする必要があります。
画像ギャラリー写真から将来のインストールの主な要素は、しっかりと粉砕された蓋付きのプラスチックタンクです。写真では700リットルの容量があり、作業のために準備する必要があります：パイプの入り口のための穴をマークして描画します。タンクに入るにはPVCパイプ、漏斗としてのアダプター、プラスチックのコーナー、ホースが必要になりますタンクに水を供給するために、接着剤、それに取り付けるためのフィッティングは、それに挿入されるパイプを使用して穴の輪郭を描くのがより便利です。穴は細心の注意を払ってカットする必要があります。パイプは慎重にカット穴に挿入されます。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。接合部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のパイプは、コンテナの底とその下端の間に2〜5 cmが残るように設置されています。アダプタは、原材料をロードするための漏斗として使用されます。なぜなら。構築中のユニットは、残り物を処理するように設計されています。肥料を入れるには、より大きな漏斗とパイプが必要です。同様に、穴が形成され、水平の出口パイプが設置されます。タンクに挿入されたパイプの端には角があり、処理に必要な水を供給するホースが取り付けられている蓋に穴が開けられています。ステップ1：自家製ミニバイオガスプラントステップ2：ポータブル用の接続部品タンクに開けられた穴へのPVCパイプの取り付けステップ5：原材料ローディングパイプの取り付け規則ステップ6：パイプへの漏斗としてのアダプターの取り付けステップ7：ユニットの出口パイプの取り付けと固定
典型的なバイオガスプラントの建設
ユニットは、いくつかの技術ユニットで構成されています。
原子炉
いくつかの技術的な開口部を備えた断熱材で装飾された一体型鉄筋コンクリートの容量を表します。空気が内部に入らないように、原子炉は密閉されている必要があります。
バイオマス給餌システム
原材料を積み込むために、プラントにはバンカーが装備されています。廃棄物はここで手動またはコンベヤーの助けを借りて供給されます。
また、お湯の入ったパイプが原子炉に供給されます。
アジテーター
ミキシングブレードは垂直シャフトに取り付けられており、そのシャンクは反応器の蓋の密閉された穴から出ています。
デバイスは、ギア減速機を介して電気モーターによって駆動されます。
モーターは手動または自動でオンにすることができます。
自動暖房システム
加熱は反応器の底に設置されています。熱媒体は水でも電気でもかまいません。発熱体は、特定の温度に設定されたサーモスタットによってオンになります。
セパレーター
上記のように、バイオガスはさまざまなガスの混合物です。セパレーターを使用すると、メタンを不純物から分離して、消費者に後で供給することができます。
一般原理
バイオガスは、有機物を分解して得られる製品です。腐敗/発酵の過程で、あなたがあなた自身の経済のニーズを満たすことができる収集することによって、ガスが放出されます。このプロセスが行われる装置は「バイオガスプラント」と呼ばれます。
場合によっては、ガスの排出量が多すぎて、ガスタンクに貯蔵され、量が不足している期間に使用されます。ガスプロセスを適切に構成すると、ガスが多すぎる可能性があり、その余剰分を売ることができます。もう一つの収入源は発酵した残り物です。これは非常に効果的で安全な肥料です-発酵の過程で、ほとんどの微生物が死に、植物の種子は発芽能力を失い、寄生虫の卵は生存できなくなります。このような肥料の畑への輸出は、生産性にプラスの効果をもたらします。
ガス生産の条件
バイオガスの生成過程は、廃棄物自体に含まれるさまざまな種類のバクテリアの活力によって発生します。しかし、彼らが積極的に「働く」ためには、湿度と温度という特定の条件を作り出す必要があります。それらを作成するために、バイオガスプラントが建設されています。これは装置の複合体であり、その基礎となるのはバイオリアクターであり、そこでは廃棄物の分解が起こり、ガスの形成が伴います。
肥料と植物廃棄物をバイオガスに処理するサイクルの編成
肥料をバイオガスに処理する方法は3つあります。
- サイコフィリックモード。バイオガスプラントの温度は+5°Cから+20°Cです。このような条件下では、分解プロセスが遅く、ガスが多く生成され、その品質は低くなります。
- 中温性。ユニットは+30°Cから+40°Cの温度でこのモードに入ります。この場合、中温性細菌は活発に増殖します。この場合、より多くのガスが生成され、処理プロセスにかかる時間は10日から20日と短くなります。
- 好熱性。これらのバクテリアは+50°C以上の温度で増殖します。このプロセスは最も速く（3〜5日）、ガスの収量は最大です（理想的な条件下では、1 kgの配送で最大4.5リットルのガスを得ることができます）。処理からのガス収量に関するほとんどの参照表は、このモード専用に提供されているため、他のモードを使用する場合は、調整する価値があります。
バイオガスプラントで最も難しいのは、好熱性レジームです。これには、バイオガスプラントの高品質の断熱、暖房、および温度制御システムが必要です。しかし、出力では、最大量のバイオガスが得られます。好熱性処理のもう1つの特徴は、リロードが不可能なことです。残りの2つのモード（向精神性と中温性）を使用すると、準備された原材料の新鮮な部分を毎日追加できます。しかし、好熱性モードでは、処理時間が短いため、バイオリアクターをゾーンに分割して、異なる負荷時間の原材料のシェアを処理することができます。
それは何ですか
バイオガスの組成は、商業的に生産されている天然ガスと似ています。バイオガス生産の段階：
- バイオリアクターは、生物学的塊が真空中で嫌気性細菌によって処理される容器です。
- しばらくすると、メタン、二酸化炭素、硫化水素、その他のガス状物質からなるガスが放出されます。
- このガスは精製され、反応器から除去されます。
- 処理されたバイオマスは、畑を豊かにするために反応器から取り除かれる優れた肥料です。
村に住んでいて、動物の排泄物にアクセスできれば、自宅での自作バイオガス生産が可能です。これは、畜産農家や農業ビジネスにとって優れた燃料オプションです。
バイオガスの利点は、メタン排出量を削減し、代替エネルギー源を提供することです。バイオマス処理の結果、野菜畑や畑に肥料が作られ、さらにメリットがあります。
独自のバイオガスを作るには、肥料、鳥の糞、その他の有機性廃棄物を処理するバイオリアクターを構築する必要があります。原材料を使用する場合：
- 廃水;
- ストロー;
- 草;
- 川の沈泥。
バイオガス生産のためのわらの使用
化学不純物は再処理プロセスを妨げるため、反応器に不純物が入るのを防ぐことが重要です。
