|
農(nóng)作物秸稈是一類具有豐富氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分的可再生生物質(zhì)資源，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要副產(chǎn)品。隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，農(nóng)民生活條件和農(nóng)村燃料結(jié)構(gòu)改變，作物秸稈逐漸變?yōu)檗r(nóng)產(chǎn)品廢棄物，秸稈焚燒成為春秋兩季農(nóng)忙時(shí)節(jié)的標(biāo)志性現(xiàn)象，同時(shí)因其所引發(fā)的強(qiáng)霧霾天氣等環(huán)境問題已成為亟需解決的社會(huì)性問題。 自1999 年國家環(huán)?？偩峙c農(nóng)業(yè)部等部委聯(lián)合發(fā)布《秸稈焚燒和綜合利用管理辦法》、2008年國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用的意見》、2011 年國家發(fā)改委、農(nóng)業(yè)部和財(cái)政部聯(lián)合發(fā)布《“十二五”農(nóng)作物秸稈綜合利用實(shí)施方案》，2016 年國家秸稈產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟發(fā)行《中國秸稈產(chǎn)業(yè)藍(lán)皮書》、至2017年農(nóng)業(yè)部、國家發(fā)展改革委、財(cái)政部聯(lián)合發(fā)《關(guān)于加快發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)的指導(dǎo)意見》等一系列政策及著作相繼對(duì)作物秸稈禁燒和綜合利用進(jìn)行界定，闡述總體目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)和技術(shù)措施，并將秸稈“五化”綜合利用技術(shù)分解為20 余項(xiàng)小類技術(shù)，這對(duì)穩(wěn)定農(nóng)業(yè)生態(tài)平衡、促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收、緩解能源、環(huán)境壓力具有重要作用。 目前，中國各科研院校針對(duì)秸稈“五化”綜合利用技術(shù)不斷地進(jìn)行研究，取得了豐碩成果。 01 寒地玉米秸稈還田 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)以玉米秸稈為原料，根據(jù)東北寒地壟作特點(diǎn)，將秸稈粉碎的細(xì)一些，春季秸稈絕大部分留在壟溝中，對(duì)壟頂（作物播種帶）的土壤溫度影響較小的原理，構(gòu)建玉米秸稈還田技術(shù)模式。工藝流程如下：玉米秋季機(jī)械收獲、秸稈粉碎拋撒→沿原壟深松、滅茬→沿深松滅茬帶播種玉米或大豆→播后化學(xué)封閉除草→苗期壟溝深松→苗期化學(xué)除草→中耕追肥→秋季機(jī)械收獲、并粉碎秸稈。 以玉米秸稈還田現(xiàn)場(chǎng)為例，如下圖所示：
玉米秸稈還田現(xiàn)場(chǎng)圖 02 秸稈菌糠生物有機(jī)肥 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)以稻草、麥秸、玉米秸、大豆秸、甘蔗渣等農(nóng)業(yè)廢棄物作為原料，利用工廠化秸稈栽培食用菌的菌糠，經(jīng)過粉碎、補(bǔ)料、發(fā)酵等流程，二次利用秸稈原料，增加了經(jīng)濟(jì)效益，減少了秸稈對(duì)環(huán)境的污染，延長了秸稈循環(huán)的鏈條，促進(jìn)了秸稈物質(zhì)的進(jìn)一步循環(huán)利用。 該項(xiàng)技術(shù)成果已形成秸稈菌糠生物有機(jī)肥生產(chǎn)線、可年產(chǎn)萬噸秸稈菌渣生物有機(jī)肥。現(xiàn)今該項(xiàng)成果已在某市成功示范了30 個(gè)雞腿菇大棚，生物學(xué)轉(zhuǎn)化率達(dá)到了120%，合計(jì)示范區(qū)應(yīng)用面值800 余畝。 03 高效生物質(zhì)腐熟肥料 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院以麥秸、玉米秸、稻秸、油菜稈、甜高粱稈等農(nóng)作物秸稈為原料，在農(nóng)作物收獲后，及時(shí)將收下的作物秸稈均勻平鋪，配套噴灑機(jī)具撒施高效生物腐熟菌劑，使腐熟劑與秸稈充分接觸，維持微生物活動(dòng)適宜的養(yǎng)分和通氣條件，調(diào)節(jié)碳氮比，使秸稈快速腐熟釋放有益物質(zhì)，制成高效腐熟肥料，以利于下茬農(nóng)作物的播種和定植，實(shí)現(xiàn)秸稈還田利用。 01 揉絲飼料 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)以玉米秸、豆秸、稻秸、麥秸、花生秸、向日葵稈等農(nóng)作物秸稈為原料，通過對(duì)秸稈進(jìn)行機(jī)械揉搓加工，使之成為柔軟的絲狀物，有利于反芻動(dòng)物采食和消化的一種秸稈物理化處理手段。通過秸稈揉絲加工不僅分離了纖維素、半纖維素與木質(zhì)素，而且較長的秸稈絲能夠延長其在反芻動(dòng)物瘤胃內(nèi)的停留時(shí)間，有利于牲畜的消化吸收，從而達(dá)到提高反芻動(dòng)物對(duì)秸稈的采食量和消化率的雙重功效。 02 青（黃）貯飼料 黑龍江省畜牧機(jī)械化研究所以玉米秸、高粱稈、麥秸、高粱秸、向日葵秸等農(nóng)作物秸稈為原料，把秸稈填入密閉的設(shè)施里（青貯窖、青貯塔或裹包等），經(jīng)過微生物發(fā)酵作用，達(dá)到長期保存其青綠多汁營養(yǎng)成分的一種處理技術(shù)方法。秸稈青（黃）貯的原理是在適宜的條件下，通過給有益菌（乳酸菌等厭氧菌）提供有利的環(huán)境，使嗜氧性微生物如腐敗菌等在存留氧氣被耗盡后，活動(dòng)減弱直至停止，從而達(dá)到抑制和殺死多種微生物、分解粗纖維、保存飼料營養(yǎng)成分的目的，具有營養(yǎng)損失較少、飼料轉(zhuǎn)化率高、適口性好、保存期長等優(yōu)點(diǎn)。 03 秸稈發(fā)酵飼料復(fù)合菌劑 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)以玉米秸、豆秸、稻秸、麥秸、枯草等農(nóng)作物秸稈為原料，通過篩選大量木質(zhì)纖維素降解菌、產(chǎn)酸菌及無機(jī)氮轉(zhuǎn)化功能菌株，經(jīng)共存性及抑菌試驗(yàn)研制出高效秸稈發(fā)酵飼料復(fù)合菌劑，大力推動(dòng)我國秸稈資源的大規(guī)模循環(huán)利用，促進(jìn)畜牧業(yè)的快速發(fā)展。其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益巨大，應(yīng)用前景極為廣闊。01 高清潔汽柴油 中國科學(xué)院廣州能源研究所以玉米、小麥秸、水稻稈、高粱等秸稈為原料，在纖維素丁醇的提取工藝上，采用汽油基礎(chǔ)組分直接混入發(fā)酵液中進(jìn)行萃取分離纖維素丁醇、發(fā)酵液再直接蒸餾分離丙酮，采用高效油脂分離方法，在利用有機(jī)溶劑對(duì)酵母細(xì)胞進(jìn)行破壁的同時(shí)對(duì)微生物油脂進(jìn)行富集分離，清潔生產(chǎn)生物柴油技術(shù)。 02 熱解氣化燃?xì)?/span> 北京化工大學(xué)以水稻、小麥、玉米、棉花、油菜、甜高粱、甘蔗等秸稈為原料，通過秸稈熱解氣化技術(shù)，利用氣化裝置，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸汽或氫氣等作為氣化劑，在高溫條件下，通過熱化學(xué)反應(yīng)，將秸稈部分轉(zhuǎn)化為可燃?xì)獾倪^程。該技術(shù)已在國內(nèi)30多個(gè)企業(yè)工程化應(yīng)用，并有10多套產(chǎn)品出口到東南亞國家，華中科技大學(xué)形成生物質(zhì)燃料生產(chǎn)示范及其在工業(yè)鍋爐蒸汽生產(chǎn)中的應(yīng)用示范。 03 沼氣 東北林業(yè)大學(xué)以玉米、水稻等農(nóng)作物秸稈為原料，通過對(duì)長期保藏關(guān)鍵功能微生物的功能評(píng)價(jià)、復(fù)合菌系構(gòu)建，形成高密度厭氧微生物多菌種復(fù)合生產(chǎn)工藝，研制成功高活性、高生物量的復(fù)合菌劑，集成了沼氣發(fā)酵功能微生物強(qiáng)化技術(shù)。加速低溫沼氣發(fā)酵，提高沼氣產(chǎn)量20%以上，解決了我國沼氣建設(shè)和發(fā)展中存在的原料轉(zhuǎn)化率低、啟動(dòng)慢、低溫產(chǎn)氣難等問題。 某地秸稈沼氣集中供氣工程技術(shù)路線圖 04 炭化燃料 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)以水稻、小麥、玉米、棉花、油菜、甜高粱、甘蔗等農(nóng)作物秸稈為原料，通過把秸稈曬干或烘干、粉碎后，在隔氧或少量通氧的條件下，經(jīng)過干燥、干餾、冷卻等工序，進(jìn)行高溫、亞高溫分解，生成炭、木焦油、木醋液和燃?xì)?。開發(fā)了秸稈黑炭農(nóng)用還田技術(shù)，解決了沼氣能滾道窯爐批量秸稈分區(qū)控溫限氧熱解技術(shù)難點(diǎn)，并通過以秸稈為原料生產(chǎn)燃?xì)饴?lián)產(chǎn)黑炭，取得了熱解過程焦油等副產(chǎn)品的循環(huán)利用及秸稈黑炭農(nóng)業(yè)應(yīng)用的推行創(chuàng)新點(diǎn)，提高秸稈的處理能力，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈。 05 燃料乙醇 中國科學(xué)院過程工程研究所以農(nóng)作物秸稈為原料，將秸稈切斷后進(jìn)行汽爆梳分分級(jí)，得到半纖維素、長纖維和短纖維。發(fā)明適于秸稈固相物料特性的固相酶解發(fā)酵耦合分離新技術(shù)，充分發(fā)揮固態(tài)發(fā)酵節(jié)水節(jié)能優(yōu)勢(shì)及酶解發(fā)酵分離三重耦合作用，在工程上為降低纖維素酶用量和乙醇蒸餾成本開創(chuàng)新途徑。以下是秸稈燃料乙醇多聯(lián)產(chǎn)生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈工藝原理，如圖所示：
秸稈燃料乙醇多聯(lián)產(chǎn)生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈工藝原理圖 01 人造板材 東北林業(yè)大學(xué)是以麥秸、稻草和棉花稈等農(nóng)作物剩余物為主要原材料，經(jīng)處理后，在熱壓條件下形成密實(shí)而有一定剛度的板芯，進(jìn)而在板芯的兩面覆以涂有樹脂膠的特殊強(qiáng)韌紙板，再經(jīng)熱壓而成的輕質(zhì)板材。以年產(chǎn)5 萬m3秸稈人造板項(xiàng)目為例，如下圖所示：
年產(chǎn)5 萬m3 秸稈人造板項(xiàng)目圖 02 木質(zhì)素-酚醛樹脂膠黏劑 東北林業(yè)大學(xué)以玉米、水稻、甜高粱等農(nóng)作物秸稈為原料，在堿催化作用下，與甲醛進(jìn)行親電加成反應(yīng)，在苯環(huán)上引入羥甲基，通過木質(zhì)素-酚醛-甲醛多元共縮聚樹脂分子結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)共縮聚生物質(zhì)大分子反應(yīng)體系的分子量控制，利用生物質(zhì)基膠黏劑預(yù)壓、固化及人造板制備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)木質(zhì)素-酚醛樹脂膠黏劑在人造板中的應(yīng)用。如在木塑型材生產(chǎn)線中，通過木質(zhì)素-酚醛樹脂膠黏劑來黏合成木塑門窗和功能性地板產(chǎn)品。如下圖所示：
木質(zhì)素-酚醛樹脂膠黏劑的應(yīng)用過程圖 01 生產(chǎn)園藝基質(zhì) 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)以水稻、小麥、玉米、棉花、油菜、甘蔗、花生殼等多種農(nóng)作物秸稈及農(nóng)林廢棄物為原料，通過微生物菌種的篩選、發(fā)酵配方的研制、發(fā)酵培養(yǎng)條件的優(yōu)化、優(yōu)良菌種的選育，以農(nóng)作物秸稈、果渣等作為發(fā)酵基質(zhì)，通過已經(jīng)篩選出最佳微生物菌株，運(yùn)用生物工程發(fā)酵技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行發(fā)酵處理。已為寧夏某公司建成年產(chǎn)30000m3 規(guī)模的生態(tài)型基質(zhì)和四川大學(xué)建設(shè)的總面積5 萬㎡巖土渣場(chǎng)秸稈植生帶綠化工程。 02 栽培食用菌 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院以蔬菜（番茄）廢棄物、玉米秸稈和畜禽糞便為原料，添加微生物促腐菌劑，調(diào)整適宜的物料配比、含水率，采用好氧堆肥技術(shù)堆制腐熟，還田到設(shè)施菜田（番茄），配合追施化肥，保證蔬菜產(chǎn)量前提下，將蔬菜廢棄物無害化、資源化，并在菜田循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)肥增效、菜田清潔、安全、高效生產(chǎn)。開展了菌渣肥料化、能源化、飼養(yǎng)化及二次種菇研究，建立了多級(jí)、循環(huán)利用模式，完善了秸稈從田里來到田里去的循環(huán)鏈條，增加了經(jīng)濟(jì)效益，減少了秸稈對(duì)環(huán)境的污染，促進(jìn)了秸稈物質(zhì)的進(jìn)一步循環(huán)利用。 |
|
|
