姜文腾，于 磊

（航天长城节能环保科技有限公司，北京 100089）

可利用的发酵原料数量和质量是确定规模化生物天然气项目生产规模和工艺设计的基础，项目开发前期，项目建设方应充分了解项目周边的发酵原料基本情况，进行详细调研，并根据调研结果制定合理的收储运方案，为项目设计和建成后的稳定运行提供基础支持。本文以农业类生物天然气项目为例，从发酵原料调研的内容、收储运方案建议、发酵原料特性检测等方面阐述发酵原料数量和质量的确定。

一、理论概述

1、生物天然气生产中发酵原料的基本原理

目前国内的生物化工技术主要是以生物天然气为主，发酵原料也是以气态液化和微生物生长繁殖为基础。生物天然气生产中，首先要对原料进行处理，然后将其转化为液态产品。实际生产中，由于企业对生物气态的利用方式不同，对于发酵工艺的要求也不同，因此发酵原料具有一定的差异。生产中主要有2 种方法，即直接压榨法和常温压榨法。一般压榨法的操作温度较低，而且设备投资成本较低，但缺点也很明显，需要高温高压环境才能完成的环境较多，成本较高。常温压榨法操作条件相对温和，但所需压力较大，易受空气影响导致出料质量不佳。

2、生物天然气生产中发酵原料的成本估算

目前国内的生物天然气生产技术还不成熟，实际生产中，对原料的成本估算方法很多，主要有以下3 种：根据原料的物理性质和化学特性进行估算；通过计算公式估算；将生物油的化学成分和理化性能结合起来的估算法。

生物油的成本评估可以从以下方面入手：原料质量是否符合国家相关标准、原材料价格、原料使用量，此外还要从工艺角度尽量降低生产中的消耗。

生物天然气生产中，最关键的环节是发酵温度与压强控制。一般压强影响很大，发酵时要严格按照规定执行，才能保证发酵顺利完成。

3、发酵原料的质量

在生物天然气生产中，要保证发酵原料的质量稳定，才能确保生物油的质量达到标准要求。生物天然气制备时，需对发酵液进行一定的调节处理，使其具有良好的流动性和稳定性。同时还需注意的是，发酵液的酸碱度要保持一致，否则会导致微生物大量繁殖，从而影响产品品质和产量。将有机酸加入到生物质的合成中能起到催化作用，提高生物质的利用率。

二、发酵原料基本情况调研

1、玉米秸秆调研

根据农业农村部《农作物秸秆产量与可收集量区域系数技术导则》征求意见稿，某地区农作物秸秆产量，可根据播种面积和草谷比等因素计算。

草谷比是指某种农作物单位面积产生的秸秆质量与籽粒质量的比值。秸秆和籽粒质量与含水率密切相关，当给出某种作物的草谷比时需同时注明含水率。通常秸秆按风干(含水率为15%)计，籽粒含水率调整至国家标准水杂率，粮食一律按照脱粒后的原粮计算，玉米、小麦和稻谷的水分标准为14%、12.5%和13.5%，杂质要求均为1%。

2、畜禽粪污调研

根据农业农村部办公厅发布的农办牧〔2018〕2 号文件《畜禽规模养殖场粪污资源化利用设施建设规范（试行）》，单位畜禽粪污日产生量推荐值为生猪0.01 m3，奶牛0.045 m3，肉牛0.017 m3，家禽0.0002 m3，具体可根据养殖场实际情况核定[1]。

该文件同时指出，畜禽规模养殖场宜采用干清粪工艺。采用水泡粪工艺时要控制用水量，减少粪污产生总量。鼓励水冲粪工艺改造为干清粪或水泡粪。不同畜种不同清粪工艺最高允许排水量按照GB18596 执行。

三、发酵原料收储运方案

1、玉米秸秆收储运

（1）收储运模式

玉米秸秆收储运主要有分散型、集中型和规模企业自营型收储运3 种模式。其中，分散型收储模式以农户、专业户或秸秆经纪人为主体，把分散的秸秆收集后直接提供给企业。集中型收储模式是以专业秸秆收储公司为主体进行收储，在收储时可按照秸秆利用企业的要求进行质量把关。秸秆综合利用规模企业自营型收储运模式，一般是企业自主对秸秆原料进行收集、晾晒、储存、保管、运输、初步处理等的运作模式[2]。

（2）收集机械

规模化生物天然气项目使用的秸秆，建议选用配套玉米茎秆粉碎回收装机的玉米收获机，如自走式茎穗兼收玉米收获机。以雷沃品牌4YZ-4Q 为例，茎秆切碎至20～25 mm，留茬高度15 cm 左右，不易混入大量泥沙，从而保证了秸秆的清洁度质量。收集到的玉米秸秆直接卡车运输至项目现场的黄贮窖进行储存。

（3）秸秆储存

玉米秸秆收获具有季节性，建议项目现场应建设足够容积的黄贮窖，储存项目运行1 年所需的玉米秸秆。参考青贮窖设施建设规范，黄贮窖宜选择地势较高且干燥的位置，墙体应采用地上式钢筋混凝土结构；若采用砖混结构，应设置构造柱和圈梁。窖底采用混凝土结构，厚度不低于30 cm。黄贮窖高度不宜超过4 m，宽度不少于6 m，以满足机械作业要求；长度以40 m 内为宜，底部要有一定坡度，坡比为1：(0.02～0.05)，在坡地设计渗出液收集池。

2、畜禽粪污收储运

（1）收储运模式

粪污收储运模式可分为分散型、集中型和规模企业自营型收储运模式。规模化生物天然气项目建议采用集中型收储运模式，即项目公司与当地的大型养殖企业、养殖小区或专业粪污收储运公司签订粪污供应合同，以保证粪污供应的稳定性。

（2）运输方式

生物天然气项目选址宜选择粪污资源量集中地区，以降低粪污的运输成本。若养殖场距离生物天然气项目较近，且粪污属于可泵送状态，可考虑利用管道输送的方式直接送至厂内的粪污接收池。若养殖场距离较远，需采用专用车辆进行运输，并采取密封、放水、防渗漏和防遗漏等措施。

（3）粪污暂存

规模化生物天然气项目应建设粪污接收池，以暂存收集来的粪污，容积不小于项目每天所需粪污量的2 倍，即粪污的水力停留时间宜不小于2 天，且应建设至少2 个粪污接收池。

四、发酵原料特性检测

确定发酵原料种类和来源后，应对发酵原料采样，并实验测定主要理化性质，为项目工艺设计和相关设备选型提供依据。检测目至少应包括含固率、有机干物质含量、灰分含量、粗纤维含量、粗蛋白含量、粗脂肪含量、含砂率等。有条件时，还应对发酵原料中的重金属含量(如砷、镉、铅、铬、汞等)、有毒有害物质(如消毒剂、抗生素等)进行测定，还应进行发酵原料的产甲烷潜力(BMP)试验[3]。

五、结语

本文以生物天然气作为研究对象，从发酵原料调研、收储运方案制定和主要指标检测等方面阐述了生物天然气项目建设中发酵原料的确定，为项目设计和运行奠定基础。