農(nóng)業(yè)類生物天然氣項(xiàng)目建設(shè)中發(fā)酵原料的確定

姜文騰，于 磊

（航天長城節(jié)能環(huán)保科技有限公司，北京 100089）

可利用的發(fā)酵原料數(shù)量和質(zhì)量是確定規(guī)?；锾烊粴忭?xiàng)目生產(chǎn)規(guī)模和工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，項(xiàng)目開發(fā)前期，項(xiàng)目建設(shè)方應(yīng)充分了解項(xiàng)目周邊的發(fā)酵原料基本情況，進(jìn)行詳細(xì)調(diào)研，并根據(jù)調(diào)研結(jié)果制定合理的收儲運(yùn)方案，為項(xiàng)目設(shè)計(jì)和建成后的穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)支持。本文以農(nóng)業(yè)類生物天然氣項(xiàng)目為例，從發(fā)酵原料調(diào)研的內(nèi)容、收儲運(yùn)方案建議、發(fā)酵原料特性檢測等方面闡述發(fā)酵原料數(shù)量和質(zhì)量的確定。

一、理論概述

1、生物天然氣生產(chǎn)中發(fā)酵原料的基本原理

目前國內(nèi)的生物化工技術(shù)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(chǔ)。生物天然氣生產(chǎn)中，首先要對原料進(jìn)行處理，然后將其轉(zhuǎn)化為液態(tài)產(chǎn)品。實(shí)際生產(chǎn)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(chǎn)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(shè)備投資成本較低，但缺點(diǎn)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(dǎo)致出料質(zhì)量不佳。

2、生物天然氣生產(chǎn)中發(fā)酵原料的成本估算

目前國內(nèi)的生物天然氣生產(chǎn)技術(shù)還不成熟，實(shí)際生產(chǎn)中，對原料的成本估算方法很多，主要有以下3 種：根據(jù)原料的物理性質(zhì)和化學(xué)特性進(jìn)行估算；通過計(jì)算公式估算；將生物油的化學(xué)成分和理化性能結(jié)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(zhì)量是否符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、原材料價(jià)格、原料使用量，此外還要從工藝角度盡量降低生產(chǎn)中的消耗。

生物天然氣生產(chǎn)中，最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是發(fā)酵溫度與壓強(qiáng)控制。一般壓強(qiáng)影響很大，發(fā)酵時(shí)要嚴(yán)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(zhì)量

在生物天然氣生產(chǎn)中，要保證發(fā)酵原料的質(zhì)量穩(wěn)定，才能確保生物油的質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。生物天然氣制備時(shí)，需對發(fā)酵液進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)處理，使其具有良好的流動(dòng)性和穩(wěn)定性。同時(shí)還需注意的是，發(fā)酵液的酸堿度要保持一致，否則會(huì)導(dǎo)致微生物大量繁殖，從而影響產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量。將有機(jī)酸加入到生物質(zhì)的合成中能起到催化作用，提高生物質(zhì)的利用率。

二、發(fā)酵原料基本情況調(diào)研

1、玉米秸稈調(diào)研

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部《農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量與可收集量區(qū)域系數(shù)技術(shù)導(dǎo)則》征求意見稿，某地區(qū)農(nóng)作物秸稈產(chǎn)量，可根據(jù)播種面積和草谷比等因素計(jì)算。

草谷比是指某種農(nóng)作物單位面積產(chǎn)生的秸稈質(zhì)量與籽粒質(zhì)量的比值。秸稈和籽粒質(zhì)量與含水率密切相關(guān)，當(dāng)給出某種作物的草谷比時(shí)需同時(shí)注明含水率。通常秸稈按風(fēng)干(含水率為15%)計(jì)，籽粒含水率調(diào)整至國家標(biāo)準(zhǔn)水雜率，糧食一律按照脫粒后的原糧計(jì)算，玉米、小麥和稻谷的水分標(biāo)準(zhǔn)為14%、12.5%和13.5%，雜質(zhì)要求均為1%。

2、畜禽糞污調(diào)研

根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳發(fā)布的農(nóng)辦牧〔2018〕2 號文件《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖場糞污資源化利用設(shè)施建設(shè)規(guī)范（試行）》，單位畜禽糞污日產(chǎn)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(jù)養(yǎng)殖場實(shí)際情況核定[1]。

該文件同時(shí)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(shí)要控制用水量，減少糞污產(chǎn)生總量。鼓勵(lì)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(yùn)方案

1、玉米秸稈收儲運(yùn)

（1）收儲運(yùn)模式

玉米秸稈收儲運(yùn)主要有分散型、集中型和規(guī)模企業(yè)自營型收儲運(yùn)3 種模式。其中，分散型收儲模式以農(nóng)戶、專業(yè)戶或秸稈經(jīng)紀(jì)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(jìn)行收儲，在收儲時(shí)可按照秸稈利用企業(yè)的要求進(jìn)行質(zhì)量把關(guān)。秸稈綜合利用規(guī)模企業(yè)自營型收儲運(yùn)模式，一般是企業(yè)自主對秸稈原料進(jìn)行收集、晾曬、儲存、保管、運(yùn)輸、初步處理等的運(yùn)作模式[2]。

（2）收集機(jī)械

規(guī)模化生物天然氣項(xiàng)目使用的秸稈，建議選用配套玉米莖稈粉碎回收裝機(jī)的玉米收獲機(jī)，如自走式莖穗兼收玉米收獲機(jī)。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(zhì)量。收集到的玉米秸稈直接卡車運(yùn)輸至項(xiàng)目現(xiàn)場的黃貯窖進(jìn)行儲存。

（3）秸稈儲存

玉米秸稈收獲具有季節(jié)性，建議項(xiàng)目現(xiàn)場應(yīng)建設(shè)足夠容積的黃貯窖，儲存項(xiàng)目運(yùn)行1 年所需的玉米秸稈。參考青貯窖設(shè)施建設(shè)規(guī)范，黃貯窖宜選擇地勢較高且干燥的位置，墻體應(yīng)采用地上式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；若采用磚混結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁。窖底采用混凝土結(jié)構(gòu)，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(jī)械作業(yè)要求；長度以40 m 內(nèi)為宜，底部要有一定坡度，坡比為1：(0.02～0.05)，在坡地設(shè)計(jì)滲出液收集池。

2、畜禽糞污收儲運(yùn)

（1）收儲運(yùn)模式

糞污收儲運(yùn)模式可分為分散型、集中型和規(guī)模企業(yè)自營型收儲運(yùn)模式。規(guī)模化生物天然氣項(xiàng)目建議采用集中型收儲運(yùn)模式，即項(xiàng)目公司與當(dāng)?shù)氐拇笮宛B(yǎng)殖企業(yè)、養(yǎng)殖小區(qū)或?qū)I(yè)糞污收儲運(yùn)公司簽訂糞污供應(yīng)合同，以保證糞污供應(yīng)的穩(wěn)定性。

（2）運(yùn)輸方式

生物天然氣項(xiàng)目選址宜選擇糞污資源量集中地區(qū)，以降低糞污的運(yùn)輸成本。若養(yǎng)殖場距離生物天然氣項(xiàng)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(nèi)的糞污接收池。若養(yǎng)殖場距離較遠(yuǎn)，需采用專用車輛進(jìn)行運(yùn)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?xiàng)目應(yīng)建設(shè)糞污接收池，以暫存收集來的糞污，容積不小于項(xiàng)目每天所需糞污量的2 倍，即糞污的水力停留時(shí)間宜不小于2 天，且應(yīng)建設(shè)至少2 個(gè)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(yīng)對發(fā)酵原料采樣，并實(shí)驗(yàn)測定主要理化性質(zhì)，為項(xiàng)目工藝設(shè)計(jì)和相關(guān)設(shè)備選型提供依據(jù)。檢測目至少應(yīng)包括含固率、有機(jī)干物質(zhì)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(shí)，還應(yīng)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(zhì)(如消毒劑、抗生素等)進(jìn)行測定，還應(yīng)進(jìn)行發(fā)酵原料的產(chǎn)甲烷潛力(BMP)試驗(yàn)[3]。

五、結(jié)語

本文以生物天然氣作為研究對象，從發(fā)酵原料調(diào)研、收儲運(yùn)方案制定和主要指標(biāo)檢測等方面闡述了生物天然氣項(xiàng)目建設(shè)中發(fā)酵原料的確定，為項(xiàng)目設(shè)計(jì)和運(yùn)行奠定基礎(chǔ)。