秸秆资源化,把秸秆当成一种资源系统化的加以利用,特点是变废为宝、经济可行、优势明显。
中国资源及特征
中国农作物秸秆年产量约为7亿t左右,列世界之首。每年收获的秸秆除去用于造纸的2800万吨秸秆和作为饲料或饲料原料的2.13亿t秸秆,造肥还田及收集损失的1.089亿t,可作为能源加以利用的秸秆总量为3.761亿t(见表1)。尽管中国秸秆资源丰富,但由于人口众多,人均占量相对于发达国家较少,还不到0.6t/(人·a)。中国的农村主要有水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆,其中玉米秸秆占36.7%,稻草秸秆占27.5%,小麦秸秆占15.2%。其
粮食作物秸秆占了总量的90.5%。50%以上的秸秆资源集中在四川、河南、山东、河北、江苏、湖南、湖北、浙江等9省,西北地区和其它省份秸秆资源分布量较少。稻草主要在长江以南的诸多省份,而小麦和玉米秸秆分布在黄河与长江流域之间,以及黑龙江和吉林等省份。
中国利用现状
秸秆气化的优势与限制:
优势:变废为宝、经济可行、优势明显;
限制:
①燃气质量较差、热值偏低;
②燃气中含氧量偏高形成安全隐患;
③焦油含量偏高;
④水洗焦油后污水排放造成环境污染;
⑤气化设备投资偏高。
3.秸秆发酵制沼气
立式圆形水压式沼气池
秸秆制沼系统包括沼气的收集、运输、净化、贮存、使用及附属设备等。
主要设备:
①集气室
②输气管和配气管
③脱硫装置
④气柜
⑤止火器(或逆火防止器)
(1)成型“秸秆炭”
(2)秸秆“生物煤”
(3)秸秆成型燃料利用途径
农村生活用能;工业用途;生产成型炭;生产活性炭。
工业应用
1.生产可降解的包装材料
一次性餐具
湿法生产工艺:麦秸→粉碎(120目)→加入水、粘合剂拌和→轧片→裁剪→冷压成型→烘干→喷涂→快餐盒。
干法生产工艺:秸秆→粉碎(60目)→黏合剂、催化剂、固化剂拌和→
热压成型→冷风散热→紫外消毒→包核→快餐盒。
还有缓冲包装材料、瓦楞纸芯、纤维降解膜等。
2.用做建筑装饰材料
(1)秸秆轻型建材
(2)秸秆人造板
3.秸秆生产工业原料
(1)植物秸秆生产酒精
(2)秸秆制作淀粉
(3)秸秆生产饴糖
(5)制取木糖醇
(6)生产糠醛
4.秸秆用作食用菌的培养基
如蚕豆秸秆栽培草菇:原料处理→培养料配方→建堆发酵→翻堆→播种发菌→出菇管理→采收。
玉米秆栽培平菇;
秸秆栽培香菇、银耳、木耳、仿野生菇等。
5.秸秆的其他应用
(1)造纸工业
(2)秸秆人造丝
(3)秸秆用于编织业
中国技术问题
尽管中国的秸秆资源化技术有很大发展,相关工作也取得了很大成就,但总体水平还很落后,秸秆资源化技术还存在着诸多问题,概述如下:
(1)秸秆还田。首先是农机问题,在秸秆还田中农业机械是必不可少的,粉碎和翻压都用到农业机械,随着秸秆还田量的增加,中国使用的普通脱切机和旋耕机已不能满足秸秆还田的实际需要。其次就还田的秸秆数量来说,也存着一些问题。水稻,小麦秸秆的适宜还田量(风干重)以3000~4500kg/hm2为宜,玉米秸秆以4500~6000kg/hm2为宜;一年一作的地块和肥力高的地块还可适当高些,而在水田和肥力低的地块就要低一些,一般每年每公顷地一次还田3000~4500kg秸秆可使土壤有机质含量不但不会下降,还会逐年提高,但中国大部分农村还田量都还达不到要求。再次,在还田中施人的秸秆量和还田方式应随作物及其种植地区的不同作相应的改变。例如:在还田的时期上,稻田越早越好,如若将水稻秸秆堆熟后再还田比直接还田效果更加显著;在还田方法上,玉米、高粱等旱地作物的还田应是边还田边翻压,以便使高水分的秸秆迅速腐解。自从推行种植业结构调整以来,传统作物要向
经济作物转变,而经济作物对还田技术要求极高,采用的粗犷的还田技术不能满足这些要求,以致农作物秸秆大量被弃置在公路旁和河沟,或者焚烧。最后,就是田间管理不够到位。有许多地区将秸秆还田后便不再管理,缺乏及时和合理的措施保证地下的秸秆充分腐解,被作物利用。为了防止微生物在分解秸秆与作物争氮,还应补充配施一定量的速效氮肥,保证土壤全期的肥力;在还田的同时,须注意农田病虫害的防治,有病害作物的秸秆应堆肥腐熟后再施人田中,这样可防止病虫害的蔓延。
(2)秸秆气化。现行的热解气化技术大都采用空气煤气制气法,所得气的热值较低(5000kJ/m3左右),并且还有焦油问题。在推广气化集中供气技术的进程中,由于中国农村的经济基础还很薄弱,自筹资金困难,许多示范工程正是由于焦油堵塞管道而停止运行。就农民来说,操作和管理的水平较低,安全生产和安全使用意识较差,农民对气化一直持有观望的态度,这也影响系统的正常运行使用效果。还有,在焦油清除、长期稳定运行方面也有待改善。尤其用于农村
集中供气系统,气柜和管网的投资比例达到40%以上,使成本提高,难于进行商业化运行,影响进一步发展和推广。
(3)秸秆饲料加工。中国在微生物菌种及相应的发酵工艺上和发酵秸秆饲料对各类家畜的营养效果方面都缺乏比较细致深入的研究,且研究的领域大都集中在反刍家畜。在研究和实践中还缺乏一个科学统一的评价体系,评价的依据仅限于饲料产品的物理和化学特性,忽略了其生物特性。
中国技术方向
(1)秸秆养畜。中国每年生产粮食4.9亿t的同时也生产了6亿t秸秆,加之大量的薯、芋藤、蔓和可以利用的草木农作物,远远大于牧区的牧草产量,这是巨大的饲料源。如果其中一半用于养畜,则肉食品的产量将增加5倍。因此秸秆养畜是中国秸秆资源化中的一个发展趋势。
(2)秸秆生产全降解快餐盒。利用稻麦草浆做的快餐盒各项指标良好,价格低廉,而且生产过程中无毒、无污染,原料来源广泛。被扔后能很快降解,能增加土壤肥力,不构成环境威胁;焚烧时也无毒气放出,不会构成威胁大气质量,颇受环保部门欢迎。一条生产线设备投资150万元,日产3万个,每年利润108万元,设备
投资回收期1.5年左右,既有社会效益又有经济效益,应为今后秸秆资源化技术的发展方向之一。
(3)利用秸秆与畜禽粪便好氧堆肥或秸秆堆肥技术制造有机复合肥,可拟建大型
有机肥料生产厂,其市场前景相当广阔。
(4)在气化技术相当成熟的条件下,进行高效低耗秸秆气化技术的研究与开发,建设大中型秸秆发电厂,其经济效益是不容置疑的。
(5)加快农业机械具的研制和开发,进一步完善直接还田技术;加大在秸秆还田技术及其对土壤理化和生物学性质的影响与调控方法的研究力度。
(6)加强与高校科研单位合作联合攻关研究新技术,拓展秸秆资源化的途径,提高其利用价值。如以沼气为纽带的多种经营的道路,准备把沼液大范围地推向市场。
总之,农作物秸秆资源化技术是一项综合性、边缘性科学技术。各地农业,农机,畜牧等部门要加强领导,制定规章,齐抓共管,与科研部门一道研究优化有地区代表性的实用技术,通过示范村,示范乡,示范县的建设,在一定区域内集中产生秸秆综合利用的规模效益。展望未来,中国秸秆资源化技术的发展前景相当广阔。
中国应用与开发
干馏热解法秸秆气化技术——大连市环科院;
湿式净化秸秆气化机组——山东工业大学生物能源技术开发中心;
技术介绍
采用现代技术工厂化处理作物秸杆加工有机肥料。
传统利用秸秆堆腐有机肥料办法费工费时,各地应用现代技术总结归纳出一系列新的利用秸秆堆腐有机肥料。
(一)新技术的主要内容
新的堆腐秸秆加工有机肥料技术包括以下内容。
1. 向秸秆中加入
现代生物技术研制的微生物发酵菌剂,作为秸秆发酵分解的主体,促进分解作物秸秆优势微生物种群的快速形成。
2. 采用工程、机械措施为微生物活动提供所需的温度、空气等发酵条件。
3. 加入其它原料,调节发酵物料的碳氮比、水分、空气等发酵条件。
4. 通过新加工工艺、新设备减少加工有机肥料的劳动强度。
(二)具体操作方法
1. 利用现代技术的堆腐秸秆的方法一般包括场地建设、设备配置、原料配方、发酵过程控制等环节,其操作方法与过程如下。
2. 在水泥地面上建设秸秆发酵工作间发酵间长6tn、宽3m、高2m,没有顶,在3m宽一端留开口,能够使叉车直接进入发酵间翻堆。发酵间的墙壁带孔,以利通气。
3. 在发酵间地面铺一层作物秸秆,撒上微生物发酵菌剂、调节碳氮比的畜禽粪便或氮肥以及能够吸附分解释放氨气的吸附剂,逐层 堆积,直到堆满整个发酵工作间。
4.向发酵堆中加入水,调节水分、通气状况等发酵条件。使发酵工作间保持一定湿度。 5.当发酵温度超过50°C时,用叉车翻堆,降低发酵温度。