袁艷文，孟海波，姚宗路，羅 娟

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設計研究院，北京 100125）

0 引言

生物質是指通過光合作用而形成的各種有機體，包括所有的動植物和微生物。生物質能則是太陽能以化學能形式儲存在生物質中的能量形式[1]。生物質能原料包括農(nóng)作物秸稈[2]、畜禽糞便[3]、林業(yè)剩余物[4]、能源作物（植物）[5]、工業(yè)有機廢水、城市生活污水[6]和有機垃圾[7]等。據(jù)中國農(nóng)村能源統(tǒng)計，全國每年農(nóng)作物秸稈產(chǎn)生量約10億t，綜合利用率為83.67%；畜禽糞污產(chǎn)生量約38億t，30%以上未有效利用；農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物產(chǎn)生量1.2億～1.5億t；林業(yè)剩余物產(chǎn)生量約3.5億t；有機垃圾產(chǎn)生量約2.0億t。由于收集損失及其他利用方式競爭，可收集并能源化利用的生物質資源量約7.1億t標準煤，生物質能資源開發(fā)利用潛力巨大。

厭氧消化是指在缺氧或無氧環(huán)境下，微生物分解代謝有機物，形成各種代謝產(chǎn)物，獲得能量和合成代謝前體，實現(xiàn)自身生長和繁殖的代謝過程。具體可以分為4個階段：水解、酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和甲烷化4個階段[8]，也可簡化成厭氧發(fā)酵和甲烷化2個階段。目前生物質厭氧消化技術工藝包括全混式(CSTR)、塞流式(PFR)、升流式(USR)、升流式厭氧污泥床(UASB)等濕法發(fā)酵工藝和固態(tài)發(fā)酵、固態(tài)物料兩相沼氣發(fā)酵(SAPS)等干法發(fā)酵工藝。厭氧消化技術將生物質能轉化為各種有機酸、氫氣以及甲烷等氣體，經(jīng)凈化或提純后可作為生物質氣體燃料使用[9]，生物質氣體燃料燃燒產(chǎn)生的CO2凈排放量近似為零[10]；NOx、SO2排放量較低[11]。利用生物質氣體燃料替代化石燃料，對保護生態(tài)環(huán)境，發(fā)展社會經(jīng)濟，實施能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有著重大的現(xiàn)實意義[12]。

目前，中國制定的生物質厭氧消化技術方面的標準主要集中在沼氣技術、設備、產(chǎn)品等方面。蒲施樺等[13]研究表明，目前中國發(fā)布的農(nóng)村沼氣標準主要涵蓋沼氣池圖集、施工驗收規(guī)范、沼氣利用及配套產(chǎn)品、沼氣工程、沼氣綜合利用、沼氣開發(fā)模式等；董保成等[14]研究表明，沼氣行業(yè)標準50%以上主要集中在戶用沼氣池領域，且產(chǎn)品標準約占50%尤其是側重于規(guī)定具體產(chǎn)品和技術條件類標準，而方法與準則類通用類標準僅僅約占2%。在厭氧消化其他類技術和產(chǎn)品方面以及沼氣工程的原料檢測、收儲運等方面都缺乏相關標準，影響了標準的完整性和系統(tǒng)性，本研究擬在借鑒國外先進技術經(jīng)驗的基礎上，結合中國生物質厭氧消化技術發(fā)展的實際情況，研究和建立中國生物質厭氧消化技術標準體系，促進生物質厭氧消化技術產(chǎn)業(yè)鏈的完善，同時有利于相關企業(yè)建設有章可循，政府部門監(jiān)督和管理有據(jù)可依，以期為生物質厭氧消化技術的開發(fā)與推廣創(chuàng)造良好的條件。

1 國內(nèi)外生物質厭氧消化技術標準現(xiàn)狀

1.1 國外標準發(fā)展現(xiàn)狀

目前，國外厭氧消化技術已經(jīng)比較成熟，但在標準制定方面，德國、英國等歐洲厭氧消化技術發(fā)達的國家主要側重于與沼氣相關的礦用燃氣類、城市污水、污泥處理的厭氧生物降解能力評定方法類的相關標準制定，其他包括加拿大、美國等國家也制定了垃圾、污水處理等相關標準，但未建立完整的生物質厭氧消化技術標準體系。

1.1.1 德國標準 目前只有德國制定了針對農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)沼氣的安全標準，該標準由德國農(nóng)業(yè)職業(yè)健康與安全局(German Agricultural Occupational Health and SafetyAgency)于2008年制定，該標準規(guī)定了農(nóng)場沼氣系統(tǒng)的建設與運行要求。德國規(guī)定了壓力低于0.01 MPa的農(nóng)業(yè)沼氣系統(tǒng)的法規(guī)，并需提供工程設計公司、承包商、經(jīng)營者和雇員、保險公司等有關信息。在德國有一套完善的沼氣工程質量控制法規(guī)和標準，如安全操作規(guī)程(Operational Safety Regulations)、農(nóng)業(yè)貿(mào)易協(xié)會安全規(guī)程(Agricultural Trade Association Safety Regulations)、歐盟機械指南(EU Machinery Directive)、德國工業(yè)標準(DIN Standards)等都對沼氣工程適用。

1.1.2 加拿大標準 加拿大標準協(xié)會制定了厭氧消化氣體和垃圾填埋氣規(guī)范《Code for Digester Gas and Landfill Gas Installations》，該規(guī)范規(guī)定了建設和安裝標準，主要用于污水處理和垃圾填埋氣，并不包括農(nóng)業(yè)廢棄物制備的沼氣。其中安大略省在農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣的處理和使用方面處于領先地位，已經(jīng)制定了標準《Gaseous Fuels Regulation 2001》，要求燃氣管道安裝者需經(jīng)技術安全標準局批準的公司認證，同時需要遵守標準《Boilers and Pressure Vessels Regulations 2001》。此外，2015年加拿大標準協(xié)會頒布實施了標準《B149.6-15 Code for digester gas,landfill gas,and biogas generation and utilization》，該標準規(guī)定了新建污水處理工程、填埋氣系統(tǒng)、沼氣工程等的消化氣的生產(chǎn)、處理、儲存和利用的系統(tǒng)安裝。

1.1.3 美國標準 美國的每個州都有各自的關于氣體安全和空氣質量的立法、政策、標準和指導方案。因此，關于沼氣的任何具體的規(guī)定并不能直接被搜索到。1998年，美國能源部喬治亞理工研究院出版了一本沼氣利用手冊《Biogas Utilization Handbook》，該書包括沼氣的安全與使用以及涉及工業(yè)生產(chǎn)的沼氣生產(chǎn)和使用的許多其他方面，并為小型農(nóng)場沼氣工程的建設提供了參考。

1.2 國內(nèi)標準發(fā)展現(xiàn)狀

目前，中國生物質厭氧消化技術標準主要集中在沼氣領域，已發(fā)布沼氣相關標準100余項，其中沼氣相關國家標準和行業(yè)標準有65項[15]，包括國標10項，農(nóng)業(yè)行業(yè)標準50項[16]。其他輕工業(yè)行業(yè)標準2項，機械行業(yè)標準2項，教育行業(yè)標準1項[14]。從沼氣行業(yè)標準構成分析，目前的標準主要集中在戶用沼氣池領域（國家和行業(yè)標準24項），約占1/2，且頒布的戶用沼氣標準規(guī)中，《沼氣閥》、《家用沼氣灶》等沼氣生產(chǎn)和使用過程的產(chǎn)品標準約占50%，而方法與準則類通用類標準僅僅只有幾項。同時，現(xiàn)行農(nóng)村沼氣標準有很大一部分是戶用沼氣推廣應用，尤其側重于規(guī)定具體生產(chǎn)和使用產(chǎn)品，以及技術條件類標準。針對生物質厭氧發(fā)酵原料、產(chǎn)品、工程評價等方面的標準仍是空白，亟需對此進行補充完善。標準不配套、不均衡等問題凸顯[17]。

2 生物質厭氧消化技術標準體系的研究

2.1 制定標準體系的目的與作用

標準體系是指一定范圍內(nèi)的標準按其內(nèi)在的聯(lián)系形成的科學的有機整體[18]。是指導今后一定時期內(nèi)標準制、修訂、立項以及標準科學管理的基本依據(jù)，其組成包括已有的標準、在編的標準和擬編的標準和標準編制說明。制定生物質厭氧消化技術標準體系，可有效促進厭氧消化技術標準化的發(fā)展，確保生物質厭氧消化技術標準編制工作的有序開展，減少標準之間的重復與矛盾，使標準之間協(xié)調、配套、合理[19]。

2.2 制定原則

2.2.1 完整性原則 標準體系的對象及其相關要素是一個相互關聯(lián)、相互制約的整體，范圍應明確并相對完整。

2.2.2 系統(tǒng)性原則 標準體系從原料、工程分類、產(chǎn)品各方面涉及的標準很多，應以系統(tǒng)的整體效益（包括技術、經(jīng)濟、社會等效益）最佳為目標，有計劃、有組織的進行[20]。

2.2.3 協(xié)調性原則 標準體系內(nèi)各項標準的制定及實施應相互配合，所包含的標準可以是不同層次的，但不能有相互重疊或者矛盾的內(nèi)容[21]。

2.2.4 動態(tài)性原則 標準體系是一個動態(tài)的、不斷完善的系統(tǒng)，標準體系應在充分選用現(xiàn)行標準的基礎上，隨著技術的更新、產(chǎn)業(yè)鏈的延伸，及時修訂和補充。

2.3 總體框架和標準體系

2.3.1 總體框架 標準體系的框架結構關系一般可分為上下層之間的層次關系，或按一定的邏輯順序排列起來的序列關系，或用板塊表示的組成關系，也可以是由以上幾種關系相結合的組合關系[18]。本標準體系框架由上下層的層次關系和生物質厭氧消化技術產(chǎn)業(yè)鏈的邏輯關系組合而成，將生物質厭氧消化技術標準體系分為基礎標準、通用標準和專業(yè)標準3個層次（見圖1）。產(chǎn)業(yè)鏈包括原料收儲運、預處理、厭氧消化、產(chǎn)品、配送和用戶等環(huán)節(jié)（見圖2）。

2.3.2 標準體系

圖1 生物質厭氧消化技術標準體系框架

圖2 生物質厭氧消化技術產(chǎn)業(yè)鏈

（1）基礎標準?；A標準包含生物質厭氧消化領域的通用條款的標準，它可以作為一個標準直接加以應用或作為其他標準的依據(jù)和基礎[21]?；A標準主要包括生物質厭氧消化技術的術語、圖形、分類等標準，這些標準是制定其他板塊中標準的依據(jù)和基礎，具有普遍的指導意義。

（2）通用標準。針對生物質厭氧消化領域的通用性標準。包括原料收儲運、厭氧消化設備、產(chǎn)品生產(chǎn)應用、工程運行管理、生態(tài)環(huán)境保護等；包括厭氧消化制有機酸、制氫氣以及制沼氣等的技術規(guī)范、施工規(guī)程、運行管理規(guī)程、驗收規(guī)范、產(chǎn)品使用技術規(guī)范等。

（3）專用標準。針對生物質厭氧消化領域某一具體對象的專業(yè)標準。包括厭氧消化設備零部件、專用設施設備等；包括厭氧消化工程的反應器、脫硫器、輸氣或配送系統(tǒng)的關鍵部件等。

2.4 近期擬制定的標準

按照生物質厭氧消化領域產(chǎn)業(yè)和市場需求，同時根據(jù)輕重緩急的原則，結合中國實際情況，目前亟需完善的是沼氣相關的標準，基礎標準層面建議近期制定沼氣術語標準，通用標準層面建議制定序批式厭氧干發(fā)酵沼氣工程設計規(guī)范，能源化利用秸稈收儲站建設規(guī)范，生物質沼氣項目評價技術規(guī)范，沼氣、生物天然氣配送技術規(guī)范，生物質沼氣工程安全、衛(wèi)生和環(huán)境保護等標準，專用標準層面建議針對大中型沼氣工程在沼氣提純、集中供氣、發(fā)電、生物天然氣配送等方面制定相關國家或行業(yè)標準。

3 結論

本研究在全面分析國內(nèi)外厭氧消化技術標準發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢的基礎上，探討了中國生物質厭氧消化技術標準體系構建原則、總體框架和包含的部分標準名稱，該標準體系的提出與構建，有利于提高生物質厭氧消化領域的標準設置和管理水平，減少標準之間的重復與矛盾，使生物質厭氧消化領域標準化工作有計劃、有秩序地進一步補充完善，為生物質厭氧消化行業(yè)的發(fā)展提供技術支撐和保障。