姜文騰，于 磊

（航天長城節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?，北京 100089）

可利用的發(fā)酵原料數量和質量是確定規(guī)?；锾烊粴忭椖可a規(guī)模和工藝設計的基礎，項目開發(fā)前期，項目建設方應充分了解項目周邊的發(fā)酵原料基本情況，進行詳細調研，并根據調研結果制定合理的收儲運方案，為項目設計和建成后的穩(wěn)定運行提供基礎支持。本文以農業(yè)類生物天然氣項目為例，從發(fā)酵原料調研的內容、收儲運方案建議、發(fā)酵原料特性檢測等方面闡述發(fā)酵原料數量和質量的確定。

一、理論概述

1、生物天然氣生產中發(fā)酵原料的基本原理

目前國內的生物化工技術主要是以生物天然氣為主，發(fā)酵原料也是以氣態(tài)液化和微生物生長繁殖為基礎。生物天然氣生產中，首先要對原料進行處理，然后將其轉化為液態(tài)產品。實際生產中，由于企業(yè)對生物氣態(tài)的利用方式不同，對于發(fā)酵工藝的要求也不同，因此發(fā)酵原料具有一定的差異。生產中主要有2 種方法，即直接壓榨法和常溫壓榨法。一般壓榨法的操作溫度較低，而且設備投資成本較低，但缺點也很明顯，需要高溫高壓環(huán)境才能完成的環(huán)境較多，成本較高。常溫壓榨法操作條件相對溫和，但所需壓力較大，易受空氣影響導致出料質量不佳。

2、生物天然氣生產中發(fā)酵原料的成本估算

目前國內的生物天然氣生產技術還不成熟，實際生產中，對原料的成本估算方法很多，主要有以下3 種：根據原料的物理性質和化學特性進行估算；通過計算公式估算；將生物油的化學成分和理化性能結合起來的估算法。

生物油的成本評估可以從以下方面入手：原料質量是否符合國家相關標準、原材料價格、原料使用量，此外還要從工藝角度盡量降低生產中的消耗。

生物天然氣生產中，最關鍵的環(huán)節(jié)是發(fā)酵溫度與壓強控制。一般壓強影響很大，發(fā)酵時要嚴格按照規(guī)定執(zhí)行，才能保證發(fā)酵順利完成。

3、發(fā)酵原料的質量

在生物天然氣生產中，要保證發(fā)酵原料的質量穩(wěn)定，才能確保生物油的質量達到標準要求。生物天然氣制備時，需對發(fā)酵液進行一定的調節(jié)處理，使其具有良好的流動性和穩(wěn)定性。同時還需注意的是，發(fā)酵液的酸堿度要保持一致，否則會導致微生物大量繁殖，從而影響產品品質和產量。將有機酸加入到生物質的合成中能起到催化作用，提高生物質的利用率。

二、發(fā)酵原料基本情況調研

1、玉米秸稈調研

根據農業(yè)農村部《農作物秸稈產量與可收集量區(qū)域系數技術導則》征求意見稿，某地區(qū)農作物秸稈產量，可根據播種面積和草谷比等因素計算。

草谷比是指某種農作物單位面積產生的秸稈質量與籽粒質量的比值。秸稈和籽粒質量與含水率密切相關，當給出某種作物的草谷比時需同時注明含水率。通常秸稈按風干(含水率為15%)計，籽粒含水率調整至國家標準水雜率，糧食一律按照脫粒后的原糧計算，玉米、小麥和稻谷的水分標準為14%、12.5%和13.5%，雜質要求均為1%。

2、畜禽糞污調研

根據農業(yè)農村部辦公廳發(fā)布的農辦牧〔2018〕2 號文件《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場糞污資源化利用設施建設規(guī)范（試行）》，單位畜禽糞污日產生量推薦值為生豬0.01 m3，奶牛0.045 m3，肉牛0.017 m3，家禽0.0002 m3，具體可根據養(yǎng)殖場實際情況核定[1]。

該文件同時指出，畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場宜采用干清糞工藝。采用水泡糞工藝時要控制用水量，減少糞污產生總量。鼓勵水沖糞工藝改造為干清糞或水泡糞。不同畜種不同清糞工藝最高允許排水量按照GB18596 執(zhí)行。

三、發(fā)酵原料收儲運方案

1、玉米秸稈收儲運

（1）收儲運模式

玉米秸稈收儲運主要有分散型、集中型和規(guī)模企業(yè)自營型收儲運3 種模式。其中，分散型收儲模式以農戶、專業(yè)戶或秸稈經紀人為主體，把分散的秸稈收集后直接提供給企業(yè)。集中型收儲模式是以專業(yè)秸稈收儲公司為主體進行收儲，在收儲時可按照秸稈利用企業(yè)的要求進行質量把關。秸稈綜合利用規(guī)模企業(yè)自營型收儲運模式，一般是企業(yè)自主對秸稈原料進行收集、晾曬、儲存、保管、運輸、初步處理等的運作模式[2]。

（2）收集機械

規(guī)?；锾烊粴忭椖渴褂玫慕斩挘ㄗh選用配套玉米莖稈粉碎回收裝機的玉米收獲機，如自走式莖穗兼收玉米收獲機。以雷沃品牌4YZ-4Q 為例，莖稈切碎至20～25 mm，留茬高度15 cm 左右，不易混入大量泥沙，從而保證了秸稈的清潔度質量。收集到的玉米秸稈直接卡車運輸至項目現場的黃貯窖進行儲存。

（3）秸稈儲存

玉米秸稈收獲具有季節(jié)性，建議項目現場應建設足夠容積的黃貯窖，儲存項目運行1 年所需的玉米秸稈。參考青貯窖設施建設規(guī)范，黃貯窖宜選擇地勢較高且干燥的位置，墻體應采用地上式鋼筋混凝土結構；若采用磚混結構，應設置構造柱和圈梁。窖底采用混凝土結構，厚度不低于30 cm。黃貯窖高度不宜超過4 m，寬度不少于6 m，以滿足機械作業(yè)要求；長度以40 m 內為宜，底部要有一定坡度，坡比為1：(0.02～0.05)，在坡地設計滲出液收集池。

2、畜禽糞污收儲運

（1）收儲運模式

糞污收儲運模式可分為分散型、集中型和規(guī)模企業(yè)自營型收儲運模式。規(guī)模化生物天然氣項目建議采用集中型收儲運模式，即項目公司與當地的大型養(yǎng)殖企業(yè)、養(yǎng)殖小區(qū)或專業(yè)糞污收儲運公司簽訂糞污供應合同，以保證糞污供應的穩(wěn)定性。

（2）運輸方式

生物天然氣項目選址宜選擇糞污資源量集中地區(qū)，以降低糞污的運輸成本。若養(yǎng)殖場距離生物天然氣項目較近，且糞污屬于可泵送狀態(tài)，可考慮利用管道輸送的方式直接送至廠內的糞污接收池。若養(yǎng)殖場距離較遠，需采用專用車輛進行運輸，并采取密封、放水、防滲漏和防遺漏等措施。

（3）糞污暫存

規(guī)?；锾烊粴忭椖繎ㄔO糞污接收池，以暫存收集來的糞污，容積不小于項目每天所需糞污量的2 倍，即糞污的水力停留時間宜不小于2 天，且應建設至少2 個糞污接收池。

四、發(fā)酵原料特性檢測

確定發(fā)酵原料種類和來源后，應對發(fā)酵原料采樣，并實驗測定主要理化性質，為項目工藝設計和相關設備選型提供依據。檢測目至少應包括含固率、有機干物質含量、灰分含量、粗纖維含量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、含砂率等。有條件時，還應對發(fā)酵原料中的重金屬含量(如砷、鎘、鉛、鉻、汞等)、有毒有害物質(如消毒劑、抗生素等)進行測定，還應進行發(fā)酵原料的產甲烷潛力(BMP)試驗[3]。

五、結語

本文以生物天然氣作為研究對象，從發(fā)酵原料調研、收儲運方案制定和主要指標檢測等方面闡述了生物天然氣項目建設中發(fā)酵原料的確定，為項目設計和運行奠定基礎。