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最全秸秆生物资源综合利用盘点

2017/06/27173 综合利用

最全秸秆生物资源综合利用盘点-沼气圈

秸秆作为一种可再生的生物资源,在我国农村有着悠久的利用历史,随着农业生产的发展,中国自20世纪80年代以来,粮食产量大幅提高,秸秆数量增多,加之省柴节煤技术的推广,煤气、液化气、天然气等资源的普及,使农村中大量秸秆富余。同时随着科学技术的进步,农业机械化水平的提高,使秸秆的利用由原来的堆沤肥转变为还田、饲料、燃料、产沼气等多种方式。

一、秸秆肥料化利用技术

(一)秸秆直接还田技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆直接还田是我国粮食主产区秸秆肥料化利用的主要技术之一,包括秸秆翻压还田、秸秆混埋还田和秸秆覆盖还田。秸秆翻压还田技术是以犁耕作业为主要手段,将秸秆整株或粉碎后直接翻埋到土壤中。秸秆混埋还田技术以秸秆粉碎、破茬、旋耕、耙压等机械作业为主,将秸秆直接混埋在表层和浅层土壤中。秸秆覆盖还田是保护性耕作的重要技术手段,包括留茬免耕、秸秆粉碎覆盖还田和秸秆整株覆盖还田。

2.技术特征

秸秆直接还田具有处理秸秆量大、成本低、生产效率高等特点,是大面积实现以地养地、提升耕地质量、建立高产稳产农田的有效途径。

3.技术实施注意事项

秸秆直接还田要配套应用合理的施肥、灌溉技术,如增施氮肥调节碳氮比以保证粮食的稳产高产。常年开展秸秆混埋还田和秸秆覆盖还田要与耕地深松相结合,并定期深翻,将耕地表层积累的秸秆翻埋到耕层中,以提高秸秆还田培肥效果。

4.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有玉米秸、麦秸、稻秆、油菜秆、棉花秆等。

(二)秸秆腐熟还田技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆腐熟还田技术是在农作物收获后,及时将收下的作物秸秆均匀平铺农田,撒施腐熟菌剂,调节碳氮比,加快还田秸秆腐熟下沉,以利于下茬农作物的播种和定植,实现秸秆还田利用。秸秆腐熟还田技术主要有两大类:一类是水稻免耕抛秧时覆盖秸秆的快腐处理;另一类是小麦、油菜等作物免耕撒播时覆盖秸秆的快腐处理。

2.技术特征

该技术适用于降雨量较丰富、积温较高的地区,特别是种植制度为早稻—晚稻、小麦—水稻、油菜—水稻的农作地区。

3.技术实施注意事项

秸秆腐熟还田技术的关键是选择适宜的腐熟菌剂。

4.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有稻秆、麦秸等。

(三)秸秆生物反应堆技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆生物反应堆技术是一项充分利用秸秆资源,显著改善农产品品质和提高农产品产量的现代农业生物工程技术,其原理是秸秆通过加入微生物菌种,在好氧的条件下,秸秆被分解为二氧化碳、有机质、矿物质等,并产生一定的热量。二氧化碳促进作物的光合作用,有机质和矿物质为作物提供养分,产生的热量有利于提高温度。秸秆生物反应堆技术按照利用方式可分为内置式和外置式两种,内置式主要是开沟将秸秆埋入土壤中,适用于大棚种植和露地种植;外置式主要是把反应堆建于地表,适用于大棚种植。

2.技术特征

秸秆生物反应堆技术可有效改善大棚生产的微生态环境,投资少,见效快,适合于农户分散经营。

3.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有玉米秸、麦秸、稻秆、豆秸、蔬菜藤蔓等。

(四)秸秆堆沤还田技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆堆沤还田是秸秆无害化处理和肥料化利用的重要途径,将秸秆与人畜粪尿等有机物质经过堆沤腐熟,不仅产生大量可构成土壤肥力的重要活性物质—腐殖质,而且可产生多种可供农作物吸收利用的营养物质如有效态氮、磷、钾等。

2.技术特征

可用于生产高品质的商品有机肥。

3.技术实施注意事项

秸秆堆沤还田技术的关键是调节好碳氮比、含水率、温度、pH值,控制好发酵条件,为微生物提供良好的生存环境。

4.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有除重金属超标的农田秸秆外的所有秸秆。

二、秸秆饲料化利用技术

(五)秸秆青(黄)贮技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆青(黄)贮技术又称自然发酵法,把秸秆填入密闭的设施里(青贮窖、青贮塔或裹包等),经过微生物发酵作用,达到长期保存其青绿多汁营养成分的一种处理技术方法。秸秆青(黄)贮的原理是在适宜的条件下,通过给有益菌(乳酸菌等厌氧菌)提供有利的环境,使嗜氧性微生物如腐败菌等在存留氧气被耗尽后,活动减弱直至停止,从而达到抑制和杀死多种微生物、保存饲料的目的,其关键技术包括窖池建设、发酵条件控制等。

2.技术特征

青(黄)贮秸秆饲料具有营养损失较少、饲料转化率高、提高适口性、便于长期保存、去病减灾等优点。

3.适宜秸秆

适于该技术的秸秆主要有玉米秸、高粱秆等。

(六)秸秆碱化/氨化技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆碱化/氨化技术是指借助于碱性物质,使秸秆饲料纤维内部的氢键结合变弱,酯键或醚键破坏,纤维素分子膨胀,溶解半纤维素和一部分木质素,反刍动物瘤胃液易于渗入,瘤胃微生物发挥作用,从而改善秸秆饲料适口性,提高秸秆饲料采食量和消化率。秸秆碱化处理应用的碱性物质主要是氧化钙;秸秆氨化处理应用的氨性物质主要是液氨、碳铵或尿素。目前,我国广泛采用的秸秆碱化/氨化方法主要有:堆垛法、窑池法、氨化炉法和氨化袋法。

2.技术特征

秸秆碱化/氨化技术是较为经济、简便而又实用的秸秆饲料化处理方式之一。

3.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有麦秸、稻秆等。

(七)秸秆压块饲料加工技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆压块饲料加工技术是指将秸秆经机械铡切或揉搓粉碎,配混以必要的其他营养物质,经过高温高压轧制而成的高密度块状饲料或颗粒饲料。

2.技术特征

秸秆压块饲料具有体积小、比重大,方便运输;不易变质,便于长期保存;适口性好,采食率高;饲喂方便,经济实惠等优点,被称为牛羊的“压缩饼干”或“方便面”,可作为商品饲料进行长距离运输,弥补饲草缺乏,特别是在应对草原地区冬季雪灾和夏季旱灾方面具有重要作用。

3.技术实施注意事项

秸秆压块饲料加工技术的关键是轧块机械,通过轧压产生高压高温,使秸秆物料熟化。

4.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有玉米秸、麦秸、稻秆以及豆秸、薯类藤蔓、向日葵秆(盘)等。

(八)秸秆揉搓丝化加工技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆揉搓丝化加工技术是通过对秸秆进行机械揉搓加工,使之成为柔软的丝状物,有利于反刍动物采食和消化的一种秸秆物理化处理手段。

2.技术特征

通过秸秆揉丝加工不仅分离了纤维素、半纤维素与木质素,而且较长的秸秆丝能够延长其在反刍动物瘤胃内的停留时间,有利于牲畜的消化吸收,从而达到提高秸秆采食量和消化率的双重功效。秸秆揉丝加工是一种简单、高效、低成本的加工方式。秸秆揉丝加工的效率约为秸秆粉碎的1.2-1.5倍,经揉丝机加工的秸秆既可直接喂饲,也可进一步加工制作高质量的粗饲料。

3.技术实施注意事项

秸秆揉丝技术的核心是秸秆揉搓机械。

4.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有玉米秸、豆秸、向日葵秆等。

三、秸秆原料化利用技术

(九)秸秆人造板材生产技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆人造板材生产技术是秸秆经处理后,在热压条件下形成密实而有一定刚度的板芯,进而在板芯的两面覆以涂有树脂胶的特殊强韧纸板,再经热压而成的轻质板材。秸秆人造板材的生产过程可以分为三个工段:原料处理工段、成型工段和后处理工段。原料处理工段有输送机、开捆机、步进机等设备,主要是把农作物打松散,同时除去石子、泥沙及谷粒等杂质,使其成为干净合格的原料。成型工段有立式喂料器、冲头、挤压成型机和上胶装置等设备,是人造板材生产的关键工段。后处理工段有推出辊台、自动切割机、封边机、接板辊台及封口打字和切断等设备,主要完成封边和切割任务。

2.技术特征

秸秆人造板材可部分替代木质板材,用于家具制造和建筑装饰、装修,具有节材代木、保护林木资源的作用。

3.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有稻秆、麦秸、玉米秸、棉秆等。

(十)秸秆复合材料生产技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆复合材料生产技术是以秸秆为原料,添加竹、塑料等其他生物质或非生物质材料,利用特定的生产工艺,生产出可用于环保、木塑产品生产的高品质、高附加值功能性的复合材料。秸秆复合材料生产的工艺主要包括高品质秸秆纤维粉体加工、秸秆生物活化功能材料制备、秸秆改性碳基功能材料制备、超临界秸秆纤维塑性材料制备、秸秆/树脂强化型复合型材制备、秸秆纤维轻质复合型材制备、生物质秸秆塑料制备。

2.技术特征

秸秆复合材料生产可部分替代木材生产纤维粉体、生物活化功能材料、改性碳基功能材料、超临界纤维塑性材料、轻质复合型材等,具有节材代木、保护林木资源的作用。

3.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆包括大部分秸秆类别。

(十一)秸秆清洁制浆技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆清洁制浆技术主要是针对传统秸秆制浆效率低、水耗能耗高,污染治理成本高等问题,采用新式备料、高硬度置换蒸煮+机械疏解+氧脱木素+封闭筛选等组合工艺,降低制浆蒸汽用量和黑液粘度,提高制浆得率和黑液提取率的制浆工艺。

2.技术特征

制浆废液通过浓缩造粒技术生产腐殖酸、有机肥,使秸秆制浆过程中不可利用的有机物和氮、磷、钾、微量元素等营养物质转化为有机肥料,或通过碱回收转化为生物能源,实现无害化处理和资源化利用。

3.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有麦秸、稻秆、棉秆、玉米秸等。

(十二)秸秆木糖醇生产技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆木糖醇生产技术是指利用含有多缩戊糖的农业植物纤维废料,通过化学法或生物法制取木糖醇的技术。目前,工业化木糖醇生产技术多采用化学催化加氢的传统工艺,富含戊聚糖的植物纤维原料,经酸水解及分离纯化得到木糖,再经过氢化得到木糖醇。化学法生产木糖醇有中和脱酸和离子交换脱酸两条基本工艺。

2.技术特征

高值化利用玉米芯等农副产品,10-12吨左右玉米芯可生产1吨木糖醇。

3.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有玉米芯、棉籽壳等。

四、秸秆燃料化利用技术

(十三)秸秆固化成型技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆固化成型技术是在一定条件下,利用木质素充当黏合剂,将松散细碎的、具有一定粒度的秸秆挤压成质地致密、形状规则的棒状、块状或粒状燃料的过程。其工艺流程为:首先对原料进行晾晒或烘干,经粉碎机进行粉碎,然后加入一定量水分进行调湿,利用模辊挤压式、螺旋挤压式、活塞冲压式等压缩成型机械对秸秆进行压缩成型,产品经过通风冷却后贮存。秸秆固化成型燃料可分为颗粒燃料、块状燃料和机制棒等产品。

2.技术特征

秸秆固化成型燃料热值与中质烟煤大体相当,具有点火容易、燃烧高效、烟气污染易于控制、低碳、便于贮运等优点。秸秆固化成型燃料可为农村居民提供炊事、取暖用能,也可以作为农产品加工业(如粮食烘干、烟草烘干、脱水蔬菜生产等)、设施农业(温室大棚)、养殖业等产业的供热燃料,还可作为工业锅炉、居民小区取暖锅炉和电厂的燃料。

3.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有玉米秸、稻秆、麦秸、棉秆、油菜秆、烟秆、稻壳等。

(十四)秸秆炭化技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆炭化技术是将秸秆经晒干或烘干、粉碎后,在制炭设备中,在隔氧或少量通氧的条件下,经过干燥、干馏(热解)、冷却等工序,将秸秆进行高温、亚高温分解,生成炭、木焦油、木醋液和燃气等产品,故又称为“炭气油”联产技术。当前较为实用的秸秆炭化技术主要有机制炭技术和生物炭技术两种。机制炭技术又称为隔氧高温干馏技术,是指秸秆粉碎后,利用螺旋挤压机或活塞冲压机固化成型,再经过700℃以上的高温,在干馏釜中隔氧热解炭化得到固型炭制品。生物炭技术又称为亚高温缺氧热解炭化技术,是指秸秆原料经过晾晒或烘干,以及粉碎处理后,装入炭化设备,使用料层或阀门控制氧气供应,在500-700℃条件下热解成炭。

2.技术特征

秸秆机制炭具有杂质少、易燃烧、热值高等特点,碳元素含量一般在80%以上,热值可达到每公斤23-28兆焦,可作为高品质的清洁燃料,也可进一步加工生产活性炭。

生物炭呈碱性,很好地保留了细胞分室结构,官能团丰富,可制备为土壤改良剂或炭基肥料,在酸性土壤和粘重土壤改良、提高化学肥料利用效率、扩充农田碳库方面具有突出效果。另外,生物炭的碳元素含量一般在60%以上,经固化成型(先炭化后固化)后,也可作为燃料使用。

3.技术实施注意事项

秸秆炭化适用于秸秆资源较丰富、居民较为集中的村镇。

两种技术均产出可燃气、木醋液和焦油等副产品,充分注重这些副产品的综合利用,才可实现良好的工程效益。燃气可作为燃料直接利用;木醋液可作为生物农药,用于蔬菜、水果等农作物的病虫害防治;焦油可作为化工燃料。

4.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有玉米秸、棉秆、油菜秆、烟秆、稻壳等。

(十五)秸秆沼气生产技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆沼气生产技术是在严格的厌氧环境和一定的温度、水分、酸碱度等条件下,秸秆经过沼气细菌的厌氧发酵产生沼气的技术。按照使用的规模和形式分为户用秸秆沼气和规模化秸秆沼气工程两大类。目前我国常用的规模化秸秆沼气工程工艺主要有全混式厌氧消化工艺、全混合自载体生物膜厌氧消化工艺、竖向推流式厌氧消化工艺、一体两相式厌氧消化工艺、车库式干发酵工艺、覆膜槽式干发酵工艺。

2.技术特征

秸秆沼气是高品位的清洁能源,可用于居民供气,也可为工业锅炉和居民小区锅炉提供燃气。沼气净化提纯成生物天然气,可作为车用燃气或并入城镇天然气管网。

3.技术实施注意事项

秸秆沼气生产技术的关键是秸秆的预处理、厌氧颗粒污泥培养及稳定、厌氧消化效率的提高和经济高效厌氧反应器制备等。

4.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有玉米秸、麦秸、豆秸、花生秧、薯类茎秆、蔬菜藤蔓和尾菜等。

(十六)秸秆纤维素乙醇生产技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆纤维素乙醇生产技术是目前秸秆能源化利用的高新技术之一。秸秆降解液化是秸秆纤维素乙醇生产的主要工艺过程,是指以秸秆等纤维素为原料,经过原料预处理、酸水解或酶水解、微生物发酵、乙醇提浓等工艺,最终生成燃料乙醇的过程。秸秆纤维素乙醇生产技术的关键工艺包括原料预处理、水解、发酵和废水处理。预处理工艺包括物理法、化学法、生物法和联合法;水解工艺包括酸水解和酶水解;发酵工艺包括直接发酵法、间接发酵法、五碳糖的发酵、同时糖化和发酵工艺、固定化细胞发酵等。

2.技术特征

秸秆纤维素乙醇生产可直接替代工业乙醇生产所消耗的大量粮食,对国家粮食安全具有重大的战略意义。

3.技术实施注意事项

采取醇烷联产可有效提高秸秆利用率和工程的经济效益。

4.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有玉米秸、麦秸、稻秆、高粱秆等。

(十七)秸秆热解气化技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆热解气化技术是利用气化装置,以氧气(空气、富氧或纯氧)、水蒸汽或氢气等作为气化剂,在高温条件下,通过热化学反应,将秸秆部分转化为可燃气的过程。秸秆热解气化的基本原理是秸秆原料进入气化炉后被干燥,随温度升高析出挥发物,在高温下热解(干馏);热解后的气体和炭在气化炉的氧化区与气化介质发生氧化反应并燃烧,使较高分子量的有机碳氢化合物的分子链断裂,最终生成了较低分子量的N2、CO、H2、CO2、CH4、CnHm等物质的混合气体,其中CO、H2、CH4为主要的可燃气体。按照运行方式的不同,秸秆气化炉可分为固定床气化炉和流化床气化炉。固定床气化炉又分为上吸式、下吸式、横吸式和开心式等。流化床气化炉又分为鼓泡床、循环流化床、双床、携带床等。

2.技术特征

秸秆热解气化产出的气体产品经过净化后,可用于村镇集中供气,也可为工业锅炉和居民小区锅炉提供燃气。

3.技术实施注意事项

气化炉是秸秆热解气化的主体设备。

4.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有玉米秸、麦秸、稻秆、稻壳、棉秆、油菜秆等。

(十八)秸秆直燃发电技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆直燃发电技术主要是以秸秆为燃料,直接燃烧发电。其原理是把秸秆送入特定蒸汽锅炉中,生产蒸汽,驱动蒸汽轮机,带动发电机发电。秸秆直燃发电技术的关键包括秸秆预处理技术、蒸汽锅炉的多种原料适用性技术、蒸汽锅炉的高效燃烧技术、蒸汽锅炉的防腐蚀技术等。秸秆发电的动力机械系统可分为汽轮机发电技术、蒸汽机发电技术和斯特林发动机发电技术等。

2.技术特征

秸秆直燃发电技术优势是秸秆消纳量大、环境较为友好。

3.技术实施注意事项

热电联产是提高秸秆能源转换率、热效率和经济效益的关键技术组合。

4.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有玉米秸、麦秸、稻秆、稻壳、棉秆、油菜秆等。

五、秸秆基料化利用技术

(十九)秸秆基料化利用技术

1.技术内涵与技术内容

秸秆基料化利用技术主要是利用秸秆生产食用菌。秸秆食用菌生产技术包括秸秆栽培草腐菌类技术和秸秆栽培木腐菌类技术两大类,利用秸秆生产的草腐菌主要有双孢蘑菇、草菇、鸡腿菇、大球盖菇等;利用秸秆生产的木腐菌主要有香菇、平菇、金针菇、茶树菇等。秸秆食用菌生产的技术环节主要有菇房建设、原料储备、培养料的预处理、前发酵、后发酵、接种、发菌期管理、出菇期管理、采收与贮运等。主要设备包括粉碎机、发酵隧道、拌料机、装袋机、灭菌器、接种箱、菇房(大棚)。

2.技术特征

利用秸秆基料种植食用菌技术成熟,资源效益和经济效益较高。

利用秸秆种植优质食用菌可丰富国民的菜篮子。

利用秸秆部分或全量替代木料种植木腐菌,具有节材代木、保护林木资源的作用。

3.技术实施注意事项

我国大部分地区都可利用秸秆生产食用菌,没有严格的地域性要求。

4.适宜秸秆

适用于该技术的秸秆主要有稻秆、麦秸、玉米秸、玉米芯、豆秸、棉籽壳、棉秆、油菜秆、麻秆、花生秧、花生壳、向日葵秆等。

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