基于食用菌工廠化生產的作物秸稈循環利用系統*

王明友，周德歡，吳今姬，王教領，丁天航，周 帆，宋衛東

（農業農村部南京農業機械化研究所，江蘇 南京 210014）

隨著栽培規模的不斷擴大與單產質量的持續提升，食用菌產業現已躍升為繼糧食、油料、果樹、蔬菜之后的中國第五大類作物[1-2]。目前，中國的香菇 （Lentinus edodes）、 平 菇 （Pleurotus ostreatus）、金針菇 （Flammulina velutipes）、草菇 （Volvariella volvacea） 等產品總產量也從1978年占全球產量的5.7%上升到2009年的80%以上[3-4]。據中國食用菌協會統計[5]，2017年中國食用菌總產量達3 713萬噸（不含西藏、寧夏、青海、海南和臺灣省區），其中工廠化食用菌產量為256.3萬噸。

食用菌工廠化生產的栽培原料主要有雜木屑、玉米芯、甜菜渣、甘蔗渣、麩皮等農業廢棄物[6]，有利于節約資源，保護環境，擴大農業增產、農民增收，按工廠化食用菌產量與生產后的菌渣比1:1.0～1:1.1計算[7]，2017年我國工廠化食用菌所產生的菌渣達260萬噸，而全國食用菌生產所產生的菌渣總量將超過4 000萬噸。當前，國家雖然對菌渣的綜合利用做了大量的基礎性研究工作[8-15]，但僅有少部分有條件的食用菌工廠化生產企業將菌渣作為滅菌用燃料自身消化利用，或出售給有機肥生產企業制作有機肥；大部分企業將菌渣堆放在企業周圍，給周邊居民生活環境產生不良影響。因此，研究作物秸稈在食用菌生產全過程中的循環利用系統，通過建立“作物秸稈-食用菌栽培基質-菌渣-烘干-燃料-菇房加熱、菌渣烘干”和“作物秸稈-食用菌栽培基質-菌渣-烘干-飼料、肥料”的綜合循環利用新技術和新模式，以打破現有作物秸稈單一非循環利用途徑，完善作物秸稈高效循環利用產業鏈，形成作物秸稈在食用菌生產中的標準化技術體系，以期為食用菌工廠化企業秸稈高效循環利用提供技術參考。

1 系統組成與原理

1.1 系統組成

作物秸稈循環利用系統見圖1。

由圖1所示，按作物秸稈在工廠化食用菌生產中的工藝流程，基于食用菌工廠化生產的作物秸稈循環利用系統主要由秸稈切碎攪拌子系統、食用菌生產子系統、菌渣處理收集子系統、菌渣烘干子系統、菌渣循環利用子系統和菌渣除塵子系統等組成。

1.2 工作過程

1）在食用菌工廠化生產企業，將作物秸稈經秸稈切碎攪拌子系統切碎后與輔料一起攪拌，并將攪拌好的栽培料進行裝瓶（袋）作業，經滅菌、冷卻、接種、發菌等工序后放置于出菇房內進行出菇生長。

2）待食用菌采收完成后，菌渣經菌渣處理收集子系統篩分后收集到濕料倉內；在濕料倉內防架橋液壓鏟的作用下，由料倉的出料螺旋定量輸送到烘干機的進料螺旋內后進入烘干機內筒。在滾筒抄板和熱風的共同作用下，物料依次經過內筒、中筒、外筒；最后從烘干機的另一端由螺旋送出。

3）螺旋送出的干菌渣再由提升機送到干料倉，干料倉設計為3個出料螺旋。一個出料螺旋送到旋流燃燒熱風爐用于濕菌渣在烘干機內的加熱，完成濕菌渣的烘干循環利用；一個出料螺旋送到生物質蒸汽鍋爐用于燃燒產生蒸汽，完成對菇房溫度的控制及裝瓶（袋）后的蒸汽殺菌消毒作業；一個出料螺旋輸出干菌渣用于制備畜禽飼料。

4）濕料倉內的菌渣經發酵后可制作成有機肥直接還田，用于農作物的生長。

2 關鍵系統設計

2.1 秸稈切碎攪拌子系統

秸稈切碎攪拌子系統主要由物料切碎裝置與攪拌混勻裝置組成，作物秸稈切碎后與輔助物料一起放入攪拌裝置內進行攪拌混勻，為食用菌裝瓶（袋）做準備。該子系統中的秸稈切碎長度必須≤4 mm[16]，以防裝瓶（袋）后的栽培料孔隙度過大，造成物料持水性下降。粉碎后的作物秸稈與生產輔料一起送至雙螺旋攪拌裝置內進行混勻攪拌，攪拌均勻后的栽培料含水率應高于80%，并通過輸送絞龍將栽培料輸送到食用菌生產子系統中的裝瓶（袋）裝置內進行下道工序的作業。

2.2 食用菌生產子系統

食用菌生產子系統主要由裝瓶（袋）裝置、消毒滅菌裝置、凈化冷卻裝置、接種裝置等組成，將裝瓶（袋）后的培養料經滅菌、冷卻、接種、發菌等工藝后，放置于出菇房內，并按照食用菌栽培最佳生產環境進行調控，實現培養料的最大生物學效率。該子系統中的消毒滅菌裝置所需蒸汽由菌渣利用子系統中的蒸汽鍋爐提供，而菌渣利用子系統中蒸汽鍋爐燃燒所需的燃料則由菌渣烘干系統提供。該子系統中所需食用菌常壓滅菌設備在溫度100℃下滅菌12 h～16 h；食用菌高壓滅菌設備在溫度120℃～125℃下滅菌6 h～8 h[17]。冷卻室內的空氣潔凈度需達到1萬級以上，且室內溫度不超過20℃后，方可將滅菌后的栽培料移至冷卻室內進行冷卻[18]；冷卻接種后即可移至發菌室內進行發菌出菇，可通過出菇房中的蒸汽管道與蒸汽鍋爐管道連接，以便實現食用菌生產過程中的環境溫度調控。

2.3 菌渣處理收集子系統

菌渣處理收集子系統由挖瓶裝置或菌包分離裝置組成，使栽培食用菌后培養料與菌瓶（袋）分離，并將分離后含水率在50%的濕菌渣通過刮板式提升機提升至帶有防架橋液壓鏟的濕料倉內進行集中收集，也可直接制作有機肥還田。該子系統中菌包破碎裝置可實現菌渣與廢菌袋分離，便于廢菌袋集中收集處理，防止塑料袋隨意丟棄造成環境污染。

2.4 菌渣烘干子系統

菌渣烘干子系統主要利用三筒轉筒式烘干裝置對濕料倉內的菌渣進行烘干，并將烘干后的菌渣通過干料提升機提升至干料倉內集中收集。三筒式轉筒式烘干裝置見圖2。

由圖2可知，收集到的菌渣經振動篩分處理后，符合烘干要求的菌渣提升至平底料倉中，通過料倉內出料螺旋定量輸送三筒式轉筒烘干機進行烘干，烘干后從烘干機的另一端由螺旋送出。該子系統中的三筒式轉筒烘干主機呈疊套式裝配結構，內筒被中筒、外筒所包圍，形成雙層包圍保溫，不僅增加筒體的熱容量，還有效增加了物料在筒內的分散度與熱交換面積[19]，且占地面積只有單筒烘干機的1/2左右。熱效率提高約40%～55%，節約能耗1/2以上。

2.5 菌渣利用子系統

菌渣利用子系統主要由濕料倉以及與干料倉連接的熱風爐、蒸汽鍋爐等組成。干料倉內有3個出料螺旋口，分別用于燃料加熱、蒸汽滅菌及飼料添加[20-21]。菌渣利用子系統與菌渣烘干子系統相互連接，烘干熱風爐所需的原料由菌渣烘干系統提供，而產生的熱風又送至烘干菌渣烘干系統中重復利用。

2.6 菌渣除塵子系統

菌渣除塵子系統主要是對熱風爐與蒸汽鍋爐產生的煙氣進行除塵。根據國家對鍋爐大氣污染物排放標準要求[22]，對生物鍋爐（及烘干） 煙氣進行除塵。根據陶瓷多管除塵器+復合式水膜脫硫除塵器（含文丘里噴淋霧化裝置） 的處理要求，使粉塵及SO2達到國家排放標準。

3 應用與分析

食用菌工廠化生產的作物秸稈循環利用系統，于2017年8月至2019年5月在江蘇連云港國盛生物科技有限公司內進行應用示范，并按照企業年產1.2萬噸杏鮑菇（Pleurotus eryngii）對作物秸稈的需求量進行了系統的運行調試。燃燒子系統的菌渣來自連云港國盛生物科技有限公司生產杏鮑菇后的栽培料，主要成分為棉籽殼、木屑，麥麩等，顆粒度為5 mm，含水率為48%。

在該公司內開展試驗，烘干系統每天正常運行，持續運行10 d，根據GB 13271-2014鍋爐大氣污染物排放標準[22]與GB 5468-1991鍋爐煙塵測試方法[23]中測定方法，于2018年12月測定菌渣烘干系統中產量、菌渣消耗量、煙塵濃度、SO2濃度、NOX濃度、黑煙排放等環保指標，試驗結果見表1。

表1 菌渣烘干系統試驗結果Tab.1 Test results of edible fungi residue drying system

如表1所示，生產應用檢測數值表明，企業生產過程中產生的菌渣集中處理收集后，可滿足企業自身生產中對蒸汽、熱能的需要，實現菌渣在企業內的循環利用；設計的菌渣燃燒除塵設備能夠滿足國家對環境的排放要求，實際應用測定系統除塵后的 SO2、NOX、煙塵等排放濃度分別為 12.68 mg·m-3、26.67 mg·m-3、10.32 mg·m-3，低于國家對鍋爐大氣污染物排放標準。

4 結論

基于作物秸稈特性與工廠化食用菌企業菌渣特性對熱能的需要，提出了基于食用菌工廠化生產的作物秸稈循環利用系統，通過秸稈切碎攪拌子系統、食用菌生產子系統、菌渣處理收集子系統、菌渣烘干子系統、菌渣循環利用子系統和菌渣除塵子系統設計應用，實現了食用菌工廠化企業內的作物秸稈清潔化處理與資源化利用，有效降低了企業生產成本。菌渣燃燒除塵設備能夠滿足國家對環境的排放要求，通過實際應用表明系統除塵后的SO2、NOX、煙塵等排放濃度低于國家對鍋爐大氣污染物排放標準。在系統性能測試中，菌渣烘干系統的菌渣烘干生產率達 17.4 kg·h-1，烘干后的菌渣含水率為14.51%，滿足食用菌工廠化生產企業的實際需求。