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1.3 秸秆综合利用主要途径

1.3.1 秸秆肥料利用

秸秆肥料化利用的主要形式是秸秆还田,该技术是我国秸秆资源化利用中最原始的技术,尤其是秸秆直接还田,因其易被掌握,在目前仍被大量应用。直接还田主要包括秸秆覆盖还田和秸秆粉碎翻压还田两种形式。秸秆间接还田中的沤制还田、过腹还田、过圈还田等技术在农村地区仍普遍使用,而高温堆肥和厌氧消化后的高效清洁利用由于存在许多因素的制约目前应用还不够成熟。

除可以采用留高茬、覆盖、堆沤还田、机械还田和过腹还田等形式外,还可以采用特殊工艺科学配比,将秸秆经过粉碎、酶化、配料、混料、造料等工序后生产秸秆复合肥,其成本与尿素接近,施用后对于促进土壤养分转化、改善土壤物理性质、增强农作物抗病能力,优化农田生态环境都有良好的效果。同普通复合肥相比,粮食可以增产10%~20%,蔬菜增产30%~40%,水果增产25%~40%,且水果含糖量可以提高1%~3%。此外,秸秆生物反应堆、秸秆粉碎后经一系列加工处理后制成固体棒状炭,燃烧后产生的二氧化碳可以作为气体肥料用于大棚或温室的蔬菜水果种植。秸秆还田不仅有利于农作物增产,而且降低了劳动强度,培肥了地力,还可以减轻病虫危害。

(1)直接还田

直接还田方法简便,能促进土壤养分转化,改善土壤物理性质,保持土壤水分,平衡土温,提高作物产量。直接还田特别适于我国北方旱作农业的持续发展。

(2)过腹还田

把秸秆作饲料喂养家畜,再利用家畜粪便还田作肥料,此法可节约饲料量和牧草,既能发展养殖业,又能提高土壤肥力。养畜过腹还田,带动了养殖业的快速发展 [ 2 ]

(3)秸秆堆沤还田

采用堆沤等形式,经过微生物作用产生多种酶,促进农作物秸秆中的有机物降解,发酵分解转化为可供植物生长发育需要的有机肥料。

1.3.2 秸秆制饲料

秸秆饲料化利用方式主要包括秸秆青贮、氨化、微贮、碱化-发酵双重处理、膨化饲料、热喷及生产单细胞蛋白等加工技术,从而使农作物秸秆中的纤维素、半纤维素、木质素等转化为含有丰富菌体蛋白、微生物等成分的生物蛋白质饲料。其中碱化-发酵双重处理和热喷技术是目前较为理想的秸秆饲料化利用技术。

(1)氨化饲料

秸秆氨化是指用含氨源的物质(液氨、氨水、尿素、碳铵等)处理农作物秸秆,使秸秆更适合草食牲畜饲用的一种方法。秸秆经过氨化后,其消化率、含氨量、适口性、能量价值、饲喂安全性、保存性等都得到不同程度的提高。

(2)青贮饲料

秸秆青贮是在适宜的条件下,加入发酵菌,通过厌氧发酵,使秸秆变成具有酸香味、草食家畜喜食的饲料。秸秆青贮可提高饲料的适口性和消化率;有效减少秸秆晒干后营养成分的大量流失,而且形成的酸性环境能抑制微生物的繁衍,防止霉变,从而达到保存饲料的目的。

(3)秸秆制生物蛋白饲料

陈庆森等以玉米秸秆为原料,发酵制取生物蛋白饲料,发酵液中秸秆纤维素利用率可达70%,粗蛋白质得率在23%以上,大大提高了玉米秸秆的营养价值,同时为替代饲用粮、生产蛋白富集饲料提供了很好的基料。

1.3.3 秸秆能源化利用

秸秆能源化利用技术主要有秸秆直燃发电、秸秆气化、秸秆发酵制沼气、秸秆成型燃料及秸秆炭化技术等 [ 3 ]

(1)秸秆直燃发电技术

作为传统的能量转换方式,秸秆直接燃烧具有经济方便、成本低廉、易于推广等特点,可在秸秆主产区为中小型企业、政府机关、中小学校和相对比较集中的乡镇居民提供生产、生活热水和冬季采暖。目前,秸秆锅炉供暖、发电或热电联产已在英国、荷兰、丹麦等国家应用。我国秸秆直燃供热技术起步较晚,适合我国农村特点的、运行费用低廉的小型秸秆直燃锅炉正在研发中。

(2)秸秆气化集中供气技术

秸秆气化是秸秆资源高附加值利用的一种生物能转化方式。秸秆粉碎后,在气化装置内不完全燃烧即可获得理论热值为5724kJ/m 3 的燃气,燃气的主要成分:CO 20%,H 2 15%,CO 2 12%,CH 4 2%,O 2 1.5%,N 2 49.5%。燃气经降温、多级除尘和除焦油等净化和浓缩工艺后,由风机加压送至贮气柜,然后经管道输送供用户使用。秸秆气化集中供气系统主要包括秸秆处理装置、气化机组、燃气输配系统、燃气管网和用户燃气系统等五部分。秸秆气化具有经济方便、干净卫生等特点,但存在投资高、燃气热值偏低以及燃气中氮气与焦油含量偏高等问题,还不能大规模推广应用。

(3)秸秆发酵制沼气

秸秆制沼气是指多种微生物在厌氧条件下,将秸秆转化成沼气和副产物沼液、沼渣的过程。沼气的主要成分是甲烷,占50%~70%,是高品位清洁燃料。甲烷可在略高于常压的状态下,通过PVC管道输送到农户,用于炊事、照明、果品保鲜等。

(4)秸秆成型压块及炭化技术

秸秆成型压块是指秸秆经粉碎后在200~300℃高温下软化,然后添加适量黏结剂与水混合,施加一定压力使其固化成型,即得到棒状或颗粒状“秸秆炭”,还可进一步经炭化炉加工处理使其成为具有一定机械强度的“生物煤”。

秸秆成型燃料具有以下优点:a.制作工艺简单,可加工成多种形状,体积小,贮运方便;b.品位较高,利用率可提高到40%左右;c.使用方便,干净卫生,燃烧时污染极小;d.除民用锅炉外,还可用于热解气化产煤气、生产活性炭及各类“成型”炭。

1.3.4 秸秆的工业化应用

秸秆的工业用途广泛,不仅可用作保温材料、纸浆原料、菌类培养基、建筑材料、各类轻质板材和包装材料的原料,还可用于编织业,酿酒制醋,生产人造棉、人造丝、饴糖等,或从中提取淀粉、木糖醇、糖醛等。

(1)秸秆编织制品加工技术

秸秆用于编织业最常见的是稻草编织。草帘、草苫等可用于设施蔬菜的温室大棚中;草席、草垫既可保温防冻,又具有吸汗防湿的功效;而品种繁多的草编织品、工艺品和装饰品,由于工艺精巧,透气保暖性好,装饰性佳,深受国内外消费者的喜爱。

(2)秸秆制建筑材料技术

将粉碎后的秸秆按一定比例加入黏合剂、阻燃剂和其他配料,进行机械搅拌、挤压成型、恒温固化,可制得高质量的轻质建材。这些装饰板成本低、重量轻、美观大方,且在生产过程中无污染。目前,秸秆在建材领域内的应用已相当广泛,秸秆消耗量大、产品附加值高,又能节约木材,很有发展前景。

(3)秸秆制备扬尘覆盖剂技术

随着我国经济建设的飞速发展,大规模的土地开发和道路改造形成的建筑裸露地、建筑弃土成为二次扬尘的源头,对大气环境质量带来极大的影响。据北京市环保局2014年对北京地区PM 2.5 源的解析显示,排放源以机动车、燃煤、工业生产、扬尘为主,分别占比31.1%、22.4%、18.1%和14.3%,因此可以看出,控制扬尘污染已经成为改善空气质量的重要手段。

利用废弃的农作物秸秆制成扬尘覆盖剂,喷洒于建筑工地的裸露土堆及工厂等地的裸露煤堆,形成一个覆盖层,以固定沙尘、降低空气中的可吸入颗粒物,提高空气质量。目前应用的绿色环保扬尘覆盖剂主要由玉米秸秆制作而成。传统的控制施工工地扬尘的方法常采用密目网和化学覆盖剂等方法,这些方法不是控制扬尘效果不理想,就是会对土壤造成不良影响。而绿色环保覆盖剂不仅对环境没有影响,而且喷洒后覆盖扬尘效果好,有效弥补了原有方法的不足。

(4)用作食用菌基料

秸秆营养丰富、来源广泛、成本低廉,非常适合用作食用菌的培养基料。目前国内外用各类秸秆生产的食用菌品种已达20多种,不仅可培育草菇、香菇、凤尾菇等一般品种,还可培育黑木耳、银耳、猴头、毛木耳、金针菇等名贵品种。相关数据表明:100kg 稻草秸秆可生产平菇160kg 或黑木耳60kg;100kg玉米秸秆可生产平菇或香菇等100~150kg,生产银耳或猴头、金针菇等50~100kg。

(5)生产工业原料

秸秆作为工业原料在国内开发利用起步较晚,但由于其来源丰富、价格低廉且经济效益显著,目前已经成为极具潜力的发展领域。经过碾磨处理后的秸秆纤维与树脂混合物在金属模具中加压成型处理,可以制作装饰板材和一次成型家具,具有强度高、耐腐蚀、阻火阻燃、美观大方及价格低廉的优点。这种秸秆板材的开发对于缓解我国木材供应数量不足和供求趋紧的矛盾、节约森林资源、发展人造板产业具有十分重要的意义。秸秆还可以采取爆破制浆等技术,代替木材和棉花生产高质量的人造纤维浆粕,可以作为化纤制品和玻璃纸生产的主要原料,亦可以广泛应用于抽丝织布、无毒塑料、胶片、火药、无毒食品包装袋、一次性卫生筷、快餐饭盒的生产。特别是利用秸秆纤维生产的快餐饭盒保温隔热效果好,强度、挺度佳,制造工艺简单可靠,生产成本低,产品附加值高,使用后可以自然生物降解,无毒无害,还能用作饲料和肥料,不产生任何环境污染,可以成为塑料材质制成的快餐饭盒的理想替代产品。 xNCbZ29bfybnc/99/+FexQrDiuSigHO5S0zlamunvJfGbP5sG0Nqke06DHdnjn9w

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