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最全秸秆生物资源綜合利用盘点

2017/06/27173 綜合利用

最全稭稈生物資源綜合利用盤點-沼氣圈

稭稈作爲一種可再生的生物資源,在我國農村有著悠久的利用曆史,隨著農業生産的發展,中國自20世紀80年代以來,糧食産量大幅提高,稭稈數量增多,加之省柴節煤技術的推廣,煤氣、液化氣、天然氣等資源的普及,使農村中大量稭稈富余。同時隨著科學技術的進步,農業機械化水平的提高,使稭稈的利用由原來的堆漚肥轉變爲還田、飼料、燃料、産沼氣等多種方式。

一、稭稈肥料化利用技術

(一)稭稈直接還田技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈直接還田是我國糧食主産區稭稈肥料化利用的主要技術之一,包括稭稈翻壓還田、稭稈混埋還田和稭稈覆蓋還田。稭稈翻壓還田技術是以犁耕作業爲主要手段,將稭稈整株或粉碎後直接翻埋到土壤中。稭稈混埋還田技術以稭稈粉碎、破茬、旋耕、耙壓等機械作業爲主,將稭稈直接混埋在表層和淺層土壤中。稭稈覆蓋還田是保護性耕作的重要技術手段,包括留茬免耕、稭稈粉碎覆蓋還田和稭稈整株覆蓋還田。

2.技術特征

稭稈直接還田具有處理稭稈量大、成本低、生産效率高等特點,是大面積實現以地養地、提升耕地質量、建立高産穩産農田的有效途徑。

3.技術實施注意事項

稭稈直接還田要配套應用合理的施肥、灌溉技術,如增施氮肥調節碳氮比以保證糧食的穩産高産。常年開展稭稈混埋還田和稭稈覆蓋還田要與耕地深松相結合,並定期深翻,將耕地表層積累的稭稈翻埋到耕層中,以提高稭稈還田培肥效果。

4.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有玉米稭、麥稭、稻稈、油菜稈、棉花稈等。

(二)稭稈腐熟還田技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈腐熟還田技術是在農作物收獲後,及時將收下的作物稭稈均勻平鋪農田,撒施腐熟菌劑,調節碳氮比,加快還田稭稈腐熟下沈,以利于下茬農作物的播種和定植,實現稭稈還田利用。稭稈腐熟還田技術主要有兩大類:一類是水稻免耕抛秧時覆蓋稭稈的快腐處理;另一類是小麥、油菜等作物免耕撒播時覆蓋稭稈的快腐處理。

2.技術特征

該技術適用于降雨量較豐富、積溫較高的地區,特別是種植制度爲早稻—晚稻、小麥—水稻、油菜—水稻的農作地區。

3.技術實施注意事項

稭稈腐熟還田技術的關鍵是選擇適宜的腐熟菌劑。

4.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有稻稈、麥稭等。

(三)稭稈生物反應堆技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈生物反應堆技術是一項充分利用稭稈資源,顯著改善農日韩AV品質和提高農日韩AV産量的現代農業生物工程技術,其原理是稭稈通過加入微生物菌種,在好氧的條件下,稭稈被分解爲二氧化碳、有機質、礦物質等,並産生一定的熱量。二氧化碳促進作物的光合作用,有機質和礦物質爲作物提供養分,産生的熱量有利于提高溫度。稭稈生物反應堆技術按照利用方式可分爲內置式和外置式兩種,內置式主要是開溝將稭稈埋入土壤中,適用于大棚種植和露地種植;外置式主要是把反應堆建于地表,適用于大棚種植。

2.技術特征

稭稈生物反應堆技術可有效改善大棚生産的微生態環境,投資少,見效快,適合于農戶分散經營。

3.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有玉米稭、麥稭、稻稈、豆稭、蔬菜藤蔓等。

(四)稭稈堆漚還田技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈堆漚還田是稭稈無害化處理和肥料化利用的重要途徑,將稭稈與人畜糞尿等有機物質經過堆漚腐熟,不僅産生大量可構成土壤肥力的重要活性物質—腐殖質,而且可産生多種可供農作物吸收利用的營養物質如有效態氮、磷、鉀等。

2.技術特征

可用于生産高品質的商品有機肥。

3.技術實施注意事項

稭稈堆漚還田技術的關鍵是調節好碳氮比、含水率、溫度、pH值,控制好發酵條件,爲微生物提供良好的生存環境。

4.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有除重金屬超標的農田稭稈外的所有稭稈。

二、稭稈飼料化利用技術

(五)稭稈青(黃)貯技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈青(黃)貯技術又稱自然發酵法,把稭稈填入密閉的設施裏(青貯窖、青貯塔或裹包等),經過微生物發酵作用,達到長期保存其青綠多汁營養成分的一種處理技術方法。稭稈青(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)提供有利的環境,使嗜氧性微生物如腐敗菌等在存留氧氣被耗盡後,活動減弱直至停止,從而達到抑制和殺死多種微生物、保存飼料的目的,其關鍵技術包括窖池建設、發酵條件控制等。

2.技術特征

青(黃)貯稭稈飼料具有營養損失較少、飼料轉化率高、提高適口性、便于長期保存、去病減災等優點。

3.適宜稭稈

適于該技術的稭稈主要有玉米稭、高粱稈等。

(六)稭稈堿化/氨化技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈堿化/氨化技術是指借助于堿性物質,使稭稈飼料纖維內部的氫鍵結合變弱,酯鍵或醚鍵破壞,纖維素分子膨脹,溶解半纖維素和一部分木質素,反刍動物瘤胃液易于滲入,瘤胃微生物發揮作用,從而改善稭稈飼料適口性,提高稭稈飼料采食量和消化率。稭稈堿化處理應用的堿性物質主要是氧化鈣;稭稈氨化處理應用的氨性物質主要是液氨、碳铵或尿素。目前,我國廣泛采用的稭稈堿化/氨化方法主要有:堆垛法、窯池法、氨化爐法和氨化袋法。

2.技術特征

稭稈堿化/氨化技術是較爲經濟、簡便而又實用的稭稈飼料化處理方式之一。

3.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有麥稭、稻稈等。

(七)稭稈壓塊飼料加工技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈壓塊飼料加工技術是指將稭稈經機械鍘切或揉搓粉碎,配混以必要的其他營養物質,經過高溫高壓軋制而成的高密度塊狀飼料或顆粒飼料。

2.技術特征

稭稈壓塊飼料具有體積小、比重大,方便運輸;不易變質,便于長期保存;適口性好,采食率高;飼喂方便,經濟實惠等優點,被稱爲牛羊的“壓縮餅幹”或“方便面”,可作爲商品飼料進行長距離運輸,彌補飼草缺乏,特別是在應對草原地區冬季雪災和夏季旱災方面具有重要作用。

3.技術實施注意事項

稭稈壓塊飼料加工技術的關鍵是軋塊機械,通過軋壓産生高壓高溫,使稭稈物料熟化。

4.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有玉米稭、麥稭、稻稈以及豆稭、薯類藤蔓、向日葵稈(盤)等。

(八)稭稈揉搓絲化加工技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈揉搓絲化加工技術是通過對稭稈進行機械揉搓加工,使之成爲柔軟的絲狀物,有利于反刍動物采食和消化的一種稭稈物理化處理手段。

2.技術特征

通過稭稈揉絲加工不僅分離了纖維素、半纖維素與木質素,而且較長的稭稈絲能夠延長其在反刍動物瘤胃內的停留時間,有利于牲畜的消化吸收,從而達到提高稭稈采食量和消化率的雙重功效。稭稈揉絲加工是一種簡單、高效、低成本的加工方式。稭稈揉絲加工的效率約爲稭稈粉碎的1.2-1.5倍,經揉絲機加工的稭稈既可直接喂飼,也可進一步加工制作高質量的粗飼料。

3.技術實施注意事項

稭稈揉絲技術的核心是稭稈揉搓機械。

4.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有玉米稭、豆稭、向日葵稈等。

三、稭稈原料化利用技術

(九)稭稈人造板材生産技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈人造板材生産技術是稭稈經處理後,在熱壓條件下形成密實而有一定剛度的板芯,進而在板芯的兩面覆以塗有樹脂膠的特殊強韌紙板,再經熱壓而成的輕質板材。稭稈人造板材的生産過程可以分爲三個工段:原料處理工段、成型工段和後處理工段。原料處理工段有輸送機、開捆機、步進機等設備,主要是把農作物打松散,同時除去石子、泥沙及谷粒等雜質,使其成爲幹淨合格的原料。成型工段有立式喂料器、沖頭、擠壓成型機和上膠裝置等設備,是人造板材生産的關鍵工段。後處理工段有推出輥台、自動切割機、封邊機、接板輥台及封口打字和切斷等設備,主要完成封邊和切割任務。

2.技術特征

稭稈人造板材可部分替代木質板材,用于家具制造和建築裝飾、裝修,具有節材代木、保護林木資源的作用。

3.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有稻稈、麥稭、玉米稭、棉稈等。

(十)稭稈複合材料生産技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈複合材料生産技術是以稭稈爲原料,添加竹、塑料等其他生物質或非生物質材料,利用特定的生産工藝,生産出可用于環保、木塑日韩AV生産的高品質、高附加值功能性的複合材料。稭稈複合材料生産的工藝主要包括高品質稭稈纖維粉體加工、稭稈生物活化功能材料制備、稭稈改性碳基功能材料制備、超臨界稭稈纖維塑性材料制備、稭稈/樹脂強化型複合型材制備、稭稈纖維輕質複合型材制備、生物質稭稈塑料制備。

2.技術特征

稭稈複合材料生産可部分替代木材生産纖維粉體、生物活化功能材料、改性碳基功能材料、超臨界纖維塑性材料、輕質複合型材等,具有節材代木、保護林木資源的作用。

3.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈包括大部分稭稈類別。

(十一)稭稈清潔制漿技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈清潔制漿技術主要是針對傳統稭稈制漿效率低、水耗能耗高,汙染治理成本高等問題,采用新式備料、高硬度置換蒸煮+機械疏解+氧脫木素+封閉篩選等組合工藝,降低制漿蒸汽用量和黑液粘度,提高制漿得率和黑液提取率的制漿工藝。

2.技術特征

制漿廢液通過濃縮造粒技術生産腐殖酸、有機肥,使稭稈制漿過程中不可利用的有機物和氮、磷、鉀、微量元素等營養物質轉化爲有機肥料,或通過堿回收轉化爲生物能源,實現無害化處理和資源化利用。

3.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有麥稭、稻稈、棉稈、玉米稭等。

(十二)稭稈木糖醇生産技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈木糖醇生産技術是指利用含有多縮戊糖的農業植物纖維廢料,通過化學法或生物法制取木糖醇的技術。目前,工業化木糖醇生産技術多采用化學催化加氫的傳統工藝,富含戊聚糖的植物纖維原料,經酸水解及分離純化得到木糖,再經過氫化得到木糖醇。化學法生産木糖醇有中和脫酸和離子交換脫酸兩條基本工藝。

2.技術特征

高值化利用玉米芯等農副日韩AV,10-12噸左右玉米芯可生産1噸木糖醇。

3.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有玉米芯、棉籽殼等。

四、稭稈燃料化利用技術

(十三)稭稈固化成型技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈固化成型技術是在一定條件下,利用木質素充當黏合劑,將松散細碎的、具有一定粒度的稭稈擠壓成質地致密、形狀規則的棒狀、塊狀或粒狀燃料的過程。其工藝流程爲:首先對原料進行晾曬或烘幹,經粉碎機進行粉碎,然後加入一定量水分進行調濕,利用模輥擠壓式、螺旋擠壓式、活塞沖壓式等壓縮成型機械對稭稈進行壓縮成型,日韩AV經過通風冷卻後貯存。稭稈固化成型燃料可分爲顆粒燃料、塊狀燃料和機制棒等日韩AV。

2.技術特征

稭稈固化成型燃料熱值與中質煙煤大體相當,具有點火容易、燃燒高效、煙氣汙染易于控制、低碳、便于貯運等優點。稭稈固化成型燃料可爲農村居民提供炊事、取暖用能,也可以作爲農日韩AV加工業(如糧食烘幹、煙草烘幹、脫水蔬菜生産等)、設施農業(溫室大棚)、養殖業等産業的供熱燃料,還可作爲工業鍋爐、居民小區取暖鍋爐和電廠的燃料。

3.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有玉米稭、稻稈、麥稭、棉稈、油菜稈、煙稈、稻殼等。

(十四)稭稈炭化技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈炭化技術是將稭稈經曬幹或烘幹、粉碎後,在制炭設備中,在隔氧或少量通氧的條件下,經過幹燥、幹餾(熱解)、冷卻等工序,將稭稈進行高溫、亞高溫分解,生成炭、木焦油、木醋液和燃氣等日韩AV,故又稱爲“炭氣油”聯産技術。當前較爲實用的稭稈炭化技術主要有機制炭技術和生物炭技術兩種。機制炭技術又稱爲隔氧高溫幹餾技術,是指稭稈粉碎後,利用螺旋擠壓機或活塞沖壓機固化成型,再經過700℃以上的高溫,在幹餾釜中隔氧熱解炭化得到固型炭制品。生物炭技術又稱爲亞高溫缺氧熱解炭化技術,是指稭稈原料經過晾曬或烘幹,以及粉碎處理後,裝入炭化設備,使用料層或閥門控制氧氣供應,在500-700℃條件下熱解成炭。

2.技術特征

稭稈機制炭具有雜質少、易燃燒、熱值高等特點,碳元素含量一般在80%以上,熱值可達到每公斤23-28兆焦,可作爲高品質的清潔燃料,也可進一步加工生産活性炭。

生物炭呈堿性,很好地保留了細胞分室結構,官能團豐富,可制備爲土壤改良劑或炭基肥料,在酸性土壤和粘重土壤改良、提高化學肥料利用效率、擴充農田碳庫方面具有突出效果。另外,生物炭的碳元素含量一般在60%以上,經固化成型(先炭化後固化)後,也可作爲燃料使用。

3.技術實施注意事項

稭稈炭化適用于稭稈資源較豐富、居民較爲集中的村鎮。

两种技术均产出可燃气、木醋液和焦油等副日韩AV,充分注重这些副日韩AV的綜合利用,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.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有玉米稭、棉稈、油菜稈、煙稈、稻殼等。

(十五)稭稈沼氣生産技術

1.技術內涵與技術內容

秸秆沼气日韩AV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厭氧發酵产生沼气的技术。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氣工程两大类。目前我国常用的规模化秸秆沼氣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.技術特征

稭稈沼氣是高品位的清潔能源,可用于居民供氣,也可爲工業鍋爐和居民小區鍋爐提供燃氣。沼氣淨化提純成生物天然氣,可作爲車用燃氣或並入城鎮天然氣管網。

3.技術實施注意事項

稭稈沼氣生産技術的關鍵是稭稈的預處理、厭氧顆粒汙泥培養及穩定、厭氧消化效率的提高和經濟高效厭氧反應器制備等。

4.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有玉米稭、麥稭、豆稭、花生秧、薯類莖稈、蔬菜藤蔓和尾菜等。

(十六)稭稈纖維素乙醇生産技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈纖維素乙醇生産技術是目前稭稈能源化利用的高新技術之一。稭稈降解液化是稭稈纖維素乙醇生産的主要工藝過程,是指以稭稈等纖維素爲原料,經過原料預處理、酸水解或酶水解、微生物發酵、乙醇提濃等工藝,最終生成燃料乙醇的過程。稭稈纖維素乙醇生産技術的關鍵工藝包括原料預處理、水解、發酵和廢水處理。預處理工藝包括物理法、化學法、生物法和聯合法;水解工藝包括酸水解和酶水解;發酵工藝包括直接發酵法、間接發酵法、五碳糖的發酵、同時糖化和發酵工藝、固定化細胞發酵等。

2.技術特征

稭稈纖維素乙醇生産可直接替代工業乙醇生産所消耗的大量糧食,對國家糧食安全具有重大的戰略意義。

3.技術實施注意事項

采取醇烷聯産可有效提高稭稈利用率和工程的經濟效益。

4.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有玉米稭、麥稭、稻稈、高粱稈等。

(十七)稭稈熱解氣化技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈熱解氣化技術是利用氣化裝置,以氧氣(空氣、富氧或純氧)、水蒸汽或氫氣等作爲氣化劑,在高溫條件下,通過熱化學反應,將稭稈部分轉化爲可燃氣的過程。稭稈熱解氣化的基本原理是稭稈原料進入氣化爐後被幹燥,隨溫度升高析出揮發物,在高溫下熱解(幹餾);熱解後的氣體和炭在氣化爐的氧化區與氣化介質發生氧化反應並燃燒,使較高分子量的有機碳氫化合物的分子鏈斷裂,最終生成了較低分子量的N2、CO、H2、CO2、CH4、CnHm等物質的混合氣體,其中CO、H2、CH4爲主要的可燃氣體。按照運行方式的不同,稭稈氣化爐可分爲固定床氣化爐和流化床氣化爐。固定床氣化爐又分爲上吸式、下吸式、橫吸式和開心式等。流化床氣化爐又分爲鼓泡床、循環流化床、雙床、攜帶床等。

2.技術特征

稭稈熱解氣化産出的氣體日韩AV經過淨化後,可用于村鎮集中供氣,也可爲工業鍋爐和居民小區鍋爐提供燃氣。

3.技術實施注意事項

氣化爐是稭稈熱解氣化的主體設備。

4.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有玉米稭、麥稭、稻稈、稻殼、棉稈、油菜稈等。

(十八)稭稈直燃發電技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈直燃發電技術主要是以稭稈爲燃料,直接燃燒發電。其原理是把稭稈送入特定蒸汽鍋爐中,生産蒸汽,驅動蒸汽輪機,帶動發電機發電。稭稈直燃發電技術的關鍵包括稭稈預處理技術、蒸汽鍋爐的多種原料適用性技術、蒸汽鍋爐的高效燃燒技術、蒸汽鍋爐的防腐蝕技術等。稭稈發電的動力機械系統可分爲汽輪機發電技術、蒸汽機發電技術和斯特林發動機發電技術等。

2.技術特征

稭稈直燃發電技術優勢是稭稈消納量大、環境較爲友好。

3.技術實施注意事項

熱電聯産是提高稭稈能源轉換率、熱效率和經濟效益的關鍵技術組合。

4.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有玉米稭、麥稭、稻稈、稻殼、棉稈、油菜稈等。

五、稭稈基料化利用技術

(十九)稭稈基料化利用技術

1.技術內涵與技術內容

稭稈基料化利用技術主要是利用稭稈生産食用菌。稭稈食用菌生産技術包括稭稈栽培草腐菌類技術和稭稈栽培木腐菌類技術兩大類,利用稭稈生産的草腐菌主要有雙孢蘑菇、草菇、雞腿菇、大球蓋菇等;利用稭稈生産的木腐菌主要有香菇、平菇、金針菇、茶樹菇等。稭稈食用菌生産的技術環節主要有菇房建設、原料儲備、培養料的預處理、前發酵、後發酵、接種、發菌期管理、出菇期管理、采收與貯運等。主要設備包括粉碎機、發酵隧道、拌料機、裝袋機、滅菌器、接種箱、菇房(大棚)。

2.技術特征

利用稭稈基料種植食用菌技術成熟,資源效益和經濟效益較高。

利用稭稈種植優質食用菌可豐富國民的菜籃子。

利用稭稈部分或全量替代木料種植木腐菌,具有節材代木、保護林木資源的作用。

3.技術實施注意事項

我國大部分地區都可利用稭稈生産食用菌,沒有嚴格的地域性要求。

4.適宜稭稈

適用于該技術的稭稈主要有稻稈、麥稭、玉米稭、玉米芯、豆稭、棉籽殼、棉稈、油菜稈、麻稈、花生秧、花生殼、向日葵稈等。

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