秸稈資源化中國秸稈資源及其特征
中國農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約為7億t左右,列世界。每年收獲的秸稈除去用于造紙的2800萬噸秸稈和作為飼料或飼料原料的2.13億t秸稈,造肥還田及收集損失的1.089億t,可作為能源加以利用的秸稈總量為3.761億t(見表1)。盡管中國秸稈資源豐富,但由于人口眾多,人均占量相對于發(fā)達(dá)國家較少,還不到0.6t/(人·a)。中國的農(nóng)村主要有水稻秸稈、小麥秸稈、玉米秸稈,其中玉米秸稈占36.7%,稻草秸稈占27.5%,小麥秸稈占15.2%。其糧食作物秸稈占了總量的90.5%。50%以上的秸稈資源集中在四川、河南、山東、河北、江蘇、湖南、湖北、浙江等9省,西北地區(qū)和其它省份秸稈資源分布量較少。稻草主要在長江以南的諸多省份,而小麥和玉米秸稈分布在黃河與長江流域之間,以及黑龍江和吉林等省份。
秸稈資源化中國利用現(xiàn)狀
秸稈氣化的優(yōu)勢與限制:
優(yōu)勢:變廢為寶、經(jīng)濟(jì)可行、優(yōu)勢明顯;
限制:
①燃?xì)赓|(zhì)量較差、熱值偏低;
②燃?xì)庵泻趿科咝纬砂踩[患;
③焦油含量偏高;
④水洗焦油后污水排放造成環(huán)境污染;
⑤氣化設(shè)備投資偏高。
3.秸稈發(fā)酵制沼氣
立式圓形水壓式沼氣池
秸稈制沼系統(tǒng)包括沼氣的收集、運(yùn)輸、凈化、貯存、使用及附屬設(shè)備等。
主要設(shè)備:
①集氣室
②輸氣管和配氣管
③脫硫裝置
④氣柜
⑤止火器(或逆火防止器)
4.秸稈壓塊成型及炭化技術(shù)
(1)成型“秸稈炭”
(2)秸稈“生物煤”
(3)秸稈成型燃料利用途徑
農(nóng)村生活用能;工業(yè)用途;生產(chǎn)成型炭;生產(chǎn)活性炭。
秸稈資源化工業(yè)應(yīng)用
1.生產(chǎn)可降解的包裝材料
一次性餐具
濕法生產(chǎn)工藝:麥秸→粉碎(120目)→加入水、粘合劑拌和→軋片→裁剪→冷壓成型→烘干→噴涂→快餐盒。
干法生產(chǎn)工藝:秸稈→粉碎(60目)→黏合劑、催化劑、固化劑拌和→熱壓成型→冷風(fēng)散熱→紫外消毒→包核→快餐盒。
還有緩沖包裝材料、瓦楞紙芯、纖維降解膜等。
2.用做建筑裝飾材料
(1)秸稈輕型建材
(2)秸稈人造板
3.秸稈生產(chǎn)工業(yè)原料
(1)植物秸稈生產(chǎn)酒精
(2)秸稈制作淀粉
(3)秸稈生產(chǎn)飴糖
(4)生產(chǎn)梭甲基纖維素
(5)制取
(6)生產(chǎn)糠醛
(7)制生物蛋白。
4.秸稈用作食用菌的培養(yǎng)基
如蠶豆秸稈栽培草菇:原料處理→培養(yǎng)料配方→建堆發(fā)酵→翻堆→播種發(fā)菌→出菇管理→采收。
玉米稈栽培平菇;
秸稈栽培香菇、銀耳、木耳、仿野生菇等。
5.秸稈的其他應(yīng)用
(1)造紙工業(yè)
(2)秸稈人造絲
(3)秸稈用于編織業(yè)
秸稈資源化中國技術(shù)問題
盡管中國的秸稈資源化技術(shù)有很大發(fā)展,相關(guān)工作也取得了很大成就,但總體水平還很落后,秸稈資源化技術(shù)還存在著諸多問題,概述如下:
(1)秸稈還田。首先是農(nóng)機(jī)問題,在秸稈還田中農(nóng)業(yè)機(jī)械是的,粉碎和翻壓都用到農(nóng)業(yè)機(jī)械,隨著秸稈還田量的增加,中國使用的普通脫切機(jī)和旋耕機(jī)已不能滿足秸稈還田的實(shí)際需要。其次就還田的秸稈數(shù)量來說,也存著一些問題。水稻,小麥秸稈的適宜還田量(風(fēng)干重)以3000~4500kg/hm2為宜,玉米秸稈以4500~6000kg/hm2為宜;一年一作的地塊和肥力高的地塊還可適當(dāng)高些,而在水田和肥力低的地塊就要低一些,一般每年每公頃地一次還田3000~4500kg秸稈可使土壤有機(jī)質(zhì)含量不但不會下降,還會逐年提高,但中國大部分農(nóng)村還田量都還達(dá)不到要求。再次,在還田中施人的秸稈量和還田方式應(yīng)隨作物及其種植地區(qū)的不同作相應(yīng)的改變。例如:在還田的時(shí)期上,稻田越早越好,如若將水稻秸稈堆熟后再還田比直接還田效果更加顯著;在還田方法上,玉米、高粱等旱地作物的還田應(yīng)是邊還田邊翻壓,以便使高水分的秸稈迅速腐解。自從推行種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以來,傳統(tǒng)作物要向經(jīng)濟(jì)作物轉(zhuǎn)變,而經(jīng)濟(jì)作物對還田技術(shù)要求,采用的粗獷的還田技術(shù)不能滿足這些要求,以致農(nóng)作物秸稈大量被棄置在公路旁和河溝,或者焚燒。最后,就是田間管理不夠到位。有許多地區(qū)將秸稈還田后便不再管理,缺乏及時(shí)和合理的措施保證地下的秸稈充分腐解,被作物利用。為了防止微生物在分解秸稈與作物爭氮,還應(yīng)補(bǔ)充配施一定量的速效氮肥,保證土壤全期的肥力;在還田的同時(shí),須注意農(nóng)田病蟲害的防治,害作物的秸稈應(yīng)堆肥腐熟后再施人田中,這樣可防止病蟲害的蔓延。
(2)秸稈氣化。現(xiàn)行的熱解氣化技術(shù)大都采用空氣煤氣制氣法,所得氣的熱值較低(5000kJ/m3左右),并且還有焦油問題。在推廣氣化集中供氣技術(shù)的進(jìn)程中,由于中國農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)還很薄弱,自籌資金困難,許多示范工程正是由于焦油堵塞管道而停止運(yùn)行。就農(nóng)民來說,操作和管理的水平較低,安全生產(chǎn)和安全使用意識較差,農(nóng)民對氣化一直持有觀望的態(tài)度,這也影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行使用效果。還有,在焦油清除、長期穩(wěn)定運(yùn)行方面也有待改善。尤其用于農(nóng)村集中供氣系統(tǒng),氣柜和管網(wǎng)的投資比例達(dá)到40%以上,使成本提高,難于進(jìn)行商業(yè)化運(yùn)行,影響進(jìn)一步發(fā)展和推廣。
(3)秸稈飼料加工。中國在微生物菌種及相應(yīng)的發(fā)酵工藝上和發(fā)酵秸稈飼料對各類家畜的營養(yǎng)效果方面都缺乏比較細(xì)致深入的研究,且研究的領(lǐng)域大都集中在反芻家畜。在研究和實(shí)踐中還缺乏一個(gè)科學(xué)統(tǒng)一的評價(jià)體系,評價(jià)的依據(jù)于飼料產(chǎn)品的物理和化學(xué)特性,忽略了其生物特性。
秸稈資源化中國技術(shù)方向
(1)秸稈養(yǎng)畜。中國每年生產(chǎn)糧食4.9億t的同時(shí)也生產(chǎn)了6億t秸稈,加之大量的薯、芋藤、蔓和可以利用的草木農(nóng)作物,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于牧區(qū)的牧草產(chǎn)量,這是巨大的飼料源。如果其中一半用于養(yǎng)畜,則肉食品的產(chǎn)量將增加5倍。因此秸稈養(yǎng)畜是中國秸稈資源化中的一個(gè)發(fā)展趨勢。
(2)秸稈生產(chǎn)全降解快餐盒。利用稻麥草漿做的快餐盒各項(xiàng)指標(biāo)良好,價(jià)格低廉,而且生產(chǎn)過程中無毒、無污染,原料來源廣泛。被扔后能很快降解,能增加土壤肥力,不構(gòu)成環(huán)境威脅;焚燒時(shí)也無毒氣放出,不會構(gòu)成威脅大氣質(zhì)量,頗受環(huán)保部門歡迎。一條生產(chǎn)線設(shè)備投資150萬元,日產(chǎn)3萬個(gè),每年利潤108萬元,設(shè)備投資回收期1.5年左右,既有社會效益又有經(jīng)濟(jì)效益,應(yīng)為今后秸稈資源化技術(shù)的發(fā)展方向之一。
(3)利用秸稈與畜禽糞便好氧堆肥或秸稈堆肥技術(shù)制造有機(jī)復(fù)合肥,可擬建大型有機(jī)肥料生產(chǎn)廠,其市場前景相當(dāng)廣闊。
(4)在氣化技術(shù)相當(dāng)成熟的條件下,進(jìn)行高效低耗秸稈氣化技術(shù)的研究與開發(fā),建設(shè)大中型秸稈發(fā)電廠,其經(jīng)濟(jì)效益是不容置疑的。
(5)加快農(nóng)業(yè)機(jī)械具的研制和開發(fā),進(jìn)一步*直接還田技術(shù);加大在秸稈還田技術(shù)及其對土壤理化和生物學(xué)性質(zhì)的影響與調(diào)控方法的研究力度。
(6)加強(qiáng)與高校科研單位合作聯(lián)合攻關(guān)研究新技術(shù),拓展秸稈資源化的途徑,提高其利用價(jià)值。如以沼氣為紐帶的多種經(jīng)營的道路,準(zhǔn)備把沼液大范圍地推向市場。
總之,農(nóng)作物秸稈資源化技術(shù)是一項(xiàng)綜合性、邊緣性科學(xué)技術(shù)。各地農(nóng)業(yè),農(nóng)機(jī),畜牧等部門要加強(qiáng),制定規(guī)章,齊抓共管,與科研部門一道研究優(yōu)化有地區(qū)代表性的實(shí)用技術(shù),通過示范村,示范鄉(xiāng),示范縣的建設(shè),在一定區(qū)域內(nèi)集中產(chǎn)生秸稈綜合利用的規(guī)模效益。展望未來,中國秸稈資源化技術(shù)的發(fā)展前景相當(dāng)廣闊。
秸稈資源化中國氣化技術(shù)應(yīng)用與開發(fā)實(shí)例
秸稈氣化集中供氣技術(shù)——山東省研究推廣;
生物質(zhì)氣化技術(shù)——遼寧省能源研究所設(shè)計(jì)的固定床氣化系統(tǒng);
干餾熱解法秸稈氣化技術(shù)——大連市環(huán)科院;
生物質(zhì)中熱值氣化技術(shù)——浙江大學(xué)熱能工程研究所;
濕式凈化秸稈氣化機(jī)組——山東工業(yè)大學(xué)生物能源技術(shù)開發(fā)中心;
秸稈資源化利用秸稈堆制有機(jī)肥料技術(shù)
采用現(xiàn)代技術(shù)工廠化處理作物秸桿加工有機(jī)肥料。
傳統(tǒng)利用秸稈堆腐有機(jī)肥料辦法費(fèi)工費(fèi)時(shí),各地應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)總結(jié)歸納出一系列新的利用秸稈堆腐有機(jī)肥料。
(一)新技術(shù)的主要內(nèi)容
新的堆腐秸稈加工有機(jī)肥料技術(shù)包括以下內(nèi)容。
1. 向秸稈中加入現(xiàn)代生物技術(shù)研制的微生物發(fā)酵菌劑,作為秸稈發(fā)酵分解的主體,促進(jìn)分解作物秸稈優(yōu)勢微生物種群的快速形成。
2. 采用工程、機(jī)械措施為微生物活動(dòng)提供所需的溫度、空氣等發(fā)酵條件。
3. 加入其它原料,調(diào)節(jié)發(fā)酵物料的碳氮比、水分、空氣等發(fā)酵條件。
4. 通過新加工工藝、新設(shè)備減少加工有機(jī)肥料的勞動(dòng)強(qiáng)度。
(二)具體操作方法
1. 利用現(xiàn)代技術(shù)的堆腐秸稈的方法一般包括場地建設(shè)、設(shè)備配置、原料配方、發(fā)酵過程控制等環(huán)節(jié),其操作方法與過程如下。
2. 在水泥地面上建設(shè)秸稈發(fā)酵工作間發(fā)酵間長6tn、寬3m、高2m,沒有頂,在3m寬一端留開口,能夠使叉車直接進(jìn)入發(fā)酵間翻堆。發(fā)酵間的墻壁帶孔,以利通氣。
3. 在發(fā)酵間地面鋪一層作物秸稈,撒上微生物發(fā)酵菌劑、調(diào)節(jié)碳氮比的畜禽糞便或氮肥以及能夠吸附分解釋放氨氣的吸附劑,逐層 堆積,直到堆滿整個(gè)發(fā)酵工作間。
4.向發(fā)酵堆中加人水,調(diào)節(jié)水分、通氣狀況等發(fā)酵條件。使發(fā)酵工作間保持一定濕度。 5.當(dāng)發(fā)酵溫度超過50°C時(shí),用叉車翻堆,降低發(fā)酵溫度。