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기고

<논단>자립보급형 양돈분뇨 바이오가스화 설비 구축

  • 등록 2023.01.11 15:11:32

[축산신문 기자]

김남천 연구소장(원천환경기술)


개요

저탄소 시대에 양돈사육에서 분뇨처리는 부담이 된다. 돼지 2천두 미만의 축산농가에서는 하루에 약 10톤 정도의 분뇨가 발생되며 이들은 시·군에서 운영하고 있는 공공처리장과 농림축산식품부에서 지원 운영되고 있는 공동처리장으로 운반 위탁처리되거나 자체적인 퇴비화·액비화 시설에서 퇴비와 액비로 처리되고 농경지에 살포하고 있다. 본고에서는 분뇨처리를 혐기발효를 통한 LPG 유사 바이오가스를 만들어 축산농가에서 직접 활용할 수 있는 에너지 자립형 바이오가스 시스템을 중소농가에서 새로운 대안점을 찾아보기 위한 대안으로 소개하고자 한다.

혐기성 소화에 의한 바이오가스화 기술
혐기성 소화처리는 일명 ‘메탄발효’라고도 한다. 이는 예전부터 기술이 확립되어 발전된 전통적인 기술로서 비교적 기온이 온난한 지역에서 가축분뇨처리에 이용되었다.
혐기성소화는 유기성고형물이 10% 이내인 것에 적용된다. 우리나라의 슬러리 돈사의 축분에서는 pH가 중성범위에 있는 7.8~8.3이며 BOD(생물학적산소요구량)는 6만9천362~7만3천576mg/L. VS(휘발성고형물)은 2만4천449~3만300mg/L정도이며 암모니아(NH3)는 4천438 ~ 5천560mg/L로 볼 때 혐기성 소화로 바이오가스를 생산할 수 있으나 많은 양을 생산 할 수 없다.
그 이유는 돈사구조상 피트내에서 분뇨가 장기간 머무는 사이 이미 혐기분해되어 탄산가스와 메탄가스로 이미 빠져나갔기 때문이며 그 결과 암모니아가 축적되어 혐기소화시에 방해를 주는 300mg/L을 초과했기 때문에 재차 혐기분해가 어렵다. 그러므로 바이오가스량을 많이 생산시키려면 돈방에있는 생분뇨를 슬러리에 소량 첨가시켜 BOD와 VS농도를 높일 때 많은 양의 바이오가스를 생산할 수 있게 된다. 경우에 따라서는 생분뇨대신 지자체가 운영하고있는 음식물자원화센터의 음폐수를 축분량 대비 20~30% 정도 첨가혼합했을 때도 가스발생량은 상당량 증가된다.

혐기성 바이오가스화시설
개량형소화조 운영 시 성공여부는 연중내내 소화액의 온도를 35~37℃로 유지할 때 성공률이 높다. 우리나라는 10월부터 이듬해 4월까지는 외부기온이 저하되어 외부에서 열원을 공급해서 소화조온도를 높혀야되므로 비경제적이다. 그러므로 경제적인 소화조 운영을 위해 소화조 온도를 높혀야 하는 계절(10월~이듬해 4월까지)에 태양열시스템에서 온수를 생산하여 그 온수를 소화조외벽 가온시설로 공급하면 항상 소화내의 온도를 일정하게 유지할 수 있어 생산되는 바이오가스량은 년중 내내 변동없이 생산되므로 항상 유용하게 활용할 수 있게 된다. 

바이오가스 생산량 대비 전력량 환산
조건 
(1) 돈분슬러리 10m3/일+생분뇨 0.7 ~1.0m3첨가/혼합 또는 돈분슬러리 10m3/일+음폐수 3m3/일 첨가/혼합 
(2) 중온소화, 체류시간 20일 기계적 혼합
(3) 예측 바이오가스 생산량 : 250~300m3/일
이 경우 메탄함량 62~66% (평균 65%기준)
바이오가스량 중  메탄가스량: 163~195m3/일 (평균 180m3)
열에너지 생산량 -바이오가스내의 수분함유할 때(발열량 5천978Kcal/m3 기준): 69만9천426Kcal
- 바이오가스내의 수분제거했을 때(발열량 8천540Kcal/m3기준) : 99만9천180Kcal
열에너지생산량 대비 전력대응량
-  전기 KWh당 열량은 860Kcal기준일 때: 813~1천162KWh에 상응함

 맺음말
양돈슬러리 분뇨 10m3/일에 생분뇨 0.7 ~1.0m3(또는 음폐수 3m3)를 혼합해서 중온소화시켜을때  축산분뇨처리는 물론 LPG와 유사한 바이오가스연료생산으로 농가에서 직접 취사용, 난방용 및 온수생산에 활용할 수 있다.
양돈슬러리 분뇨 10m3/일에 의해 바이오가스는 하루 250~300m3/일이 생산되며 연소시에 에너지 생산량은 69만9천426~99만9천180Kcal가 되며 이는 전기 813~1천162Kcal에 해당된다.
양돈슬러리 분뇨 10m3/일을 바이오가스로 전환했을 때 축산농가 경제에 크게 도움이 되는 것은 물론 지구온난화에 크게 기여할 것으로 기대된다.



축산신문, CHUKSANNEWS





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