秸稈資源化

?中國(guó)農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約為7億t左右，列世界之首。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(guó)秸稈資源豐富，但由于人口眾多，人均占量相對(duì)于發(fā)達(dá)國(guó)家較少，還不到0.6t／(人·a)。中國(guó)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(zhǎng)江以南的諸多省份，而小麥和玉米秸稈分布在黃河與長(zhǎng)江流域之間，以及黑龍江和吉林等省份。

中國(guó)秸稈資源化技術(shù)呈現(xiàn)多元化發(fā)展。如秸稈還田、制有機(jī)肥料、秸稈氣化及壓塊燃料、動(dòng)物飼料、作造紙業(yè)和紡織業(yè)的原料及秸稈培養(yǎng)食用菌等等。但與西方某些國(guó)家相比還有相當(dāng)大的差距，相當(dāng)多的一部分農(nóng)作物秸稈仍被棄置在田間地頭和河溝，或者焚燒。

宏觀秸稈還田可以草養(yǎng)田、以草壓草，達(dá)到用地養(yǎng)地相結(jié)合，培肥地力。

微觀秸稈還田能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量；改善土壤理化狀況，增加通透性；保存和固定土壤氮素，避免養(yǎng)分流失，歸還氮、磷、鉀和各種微量元素；促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)，加速土地養(yǎng)分循環(huán)。

1.秸稈直接還田

（1）機(jī)械直接還田

（2）覆蓋栽培還田

（3）機(jī)械旋耕翻埋還田

2.秸稈間接還田

（1）堆漚腐解還田

（2）燒灰還田

（3）過腹還田

（4）菇渣還田

（5）沼渣還田

注意：秸稈覆蓋量，一般每畝300~400kg；

配合施用氮、磷肥，施N0.6~0.8kg/100kg；

減少病蟲害傳播。

3、秸稈生化腐熟快速還田

采用先進(jìn)技術(shù)培養(yǎng)能分離粗纖維的優(yōu)良微生物菌種，生產(chǎn)出可加快秸稈腐熟的化學(xué)制劑，并采用現(xiàn)代化設(shè)備控制溫度、濕度、數(shù)量、質(zhì)量和時(shí)間，經(jīng)機(jī)械翻拋、高溫堆腐、生物發(fā)酵等過程，使秸稈→有機(jī)肥。

1.催腐劑堆肥技術(shù)

2.速腐劑堆肥技術(shù)

3.酵素菌堆肥技術(shù)

實(shí)例：由工業(yè)廢液生產(chǎn)高濃縮秸稈復(fù)合肥

造紙黑液→工業(yè)化漚制發(fā)酵→氨化處理→磷化處理→高溫高壓處理→顆粒型復(fù)合肥。

4.配套的農(nóng)藝技術(shù)和機(jī)具

(1)技術(shù)：為秸稈腐解創(chuàng)造條件；調(diào)解土壤水分和C/N比、C/P比（土壤濕度要求在田間持水量的60~80%、每畝應(yīng)補(bǔ)施7~10kg尿素和20~25kg過磷酸鈣；加強(qiáng)后續(xù)田間管理；因地制宜，采取不同的還田時(shí)間和方法；避免有病秸稈還田。

（2）機(jī)具：秸稈還田旋耕機(jī)；甩刀式碎土滅茬機(jī)；裝有覆土器的深耕犁、高架深耕犁；秸稈粉碎拋撒機(jī)。

秸稈的主要成分是粗纖維，包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等，一般約占秸稈干物質(zhì)的20~50%。

未經(jīng)處理的秸稈消化率和能量利用率較低，因?yàn)榻斩捴械哪举|(zhì)素和糖類結(jié)合在一起，很難分解；蛋白質(zhì)含量低和其他必要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)缺乏。

處理目的：為動(dòng)物的消化吸收創(chuàng)造條件；提高秸稈飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

處理方法：物理；化學(xué)；生物。

1.物理處理

（1）切短、粉碎機(jī)軟化

簡(jiǎn)單有效，采食量增加20~30%。

（2）粉碎后壓塊成型

鍘切（5cm段）→烘干（含水16%）→壓制成型（圓柱或塊狀）。

優(yōu)點(diǎn)：密度大，含水量低，便于運(yùn)輸、貯存和飼喂；高溫?cái)D壓使消化率提高25%；有濃郁糊香味和輕微甜度感，適口性提高；衛(wèi)生條件好；可實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，全年進(jìn)行加工。

設(shè)備：擠壓式環(huán)模壓塊機(jī)、平模壓塊機(jī)和壓縮式壓塊機(jī)等。

（3）秸稈擠壓膨化技術(shù)

原理：將秸稈加水調(diào)質(zhì)后輸入專用擠壓機(jī)的擠壓腔，依靠秸稈與擠壓腔中螺套壁及螺桿之間相互擠壓、摩擦作用，產(chǎn)生熱量和壓力，當(dāng)秸稈被擠出噴嘴后，壓力驟然下降，使秸稈體積膨大。

主要設(shè)備：螺桿式擠壓膨化機(jī)。

工藝流程：秸稈→清選→粉碎→調(diào)質(zhì)→擠壓膨化→冷卻→包裝。

膨化后易吸收的無氮浸出物含量提高，粗纖維與酸性洗滌纖維下降；且適口性好；便于運(yùn)輸貯

（4）熱噴處理

原理：鍘碎的秸稈（8cm），混入餅粕、雞糞等，裝入飼料熱噴機(jī)內(nèi)，在一定的熱飽和蒸汽下，保持一定時(shí)間，然后突然降壓，使物料從機(jī)內(nèi)噴爆而出，從而改變其結(jié)構(gòu)和某些化學(xué)成分，并消毒、除臭，使物料可食性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值提高。

設(shè)備：飼料熱噴機(jī)，實(shí)質(zhì)為一種間歇式蒸汽膨化機(jī)。

2.化學(xué)處理

利用化學(xué)制劑作用于作物秸稈，破壞秸稈細(xì)胞中半纖維素與木質(zhì)素形成的共價(jià)鍵，以利于瘤胃微生物對(duì)纖維素與半纖維素的分解，從而達(dá)到提高秸稈消化率與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的目的。

方法：堿化、氨化、氧化還原、復(fù)合化學(xué)處理。

（1）堿化處理

原理：在一定濃度的堿液的作用下，打破粗纖維中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素之間的醚鍵或酯鍵，并溶去大部分木質(zhì)素和硅酸鹽，從而提高秸稈飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

方法：①濕法：每噸秸稈需NaOH8~10kg，水3~5L浸泡、沖洗；②干法：將20~40%濃NaOH溶液噴于粉碎或切斷的秸稈上（30ml/100g），然后用酸中和。

用堿量大，須用大量水沖洗，易造成環(huán)境污染。

（2）氧化劑處理

主要指利用SO2、O3及堿性過氧化氫（AHP）處理秸稈，破壞木質(zhì)素分子間的共價(jià)鍵，溶解部分半纖維素和木質(zhì)素，使纖維基質(zhì)中產(chǎn)生較大孔隙，從而增加纖維素酶和細(xì)胞壁成分的接觸面積，提高飼料消化率。

效果較好，但成本太高。

（3）氨化處理

原理：用氨水、液氨、尿素或碳銨等含氨物質(zhì)，在密閉條件下處理秸稈，氨與秸稈發(fā)生堿化作用（打破木質(zhì)素和纖維素的酯鍵和鑲嵌結(jié)構(gòu)，溶解半纖維素和部分木質(zhì)素與硅酸鹽，纖維素部分水解與膨脹）；氨化作用（氨吸附在秸稈上，增加了粗蛋白含量，延緩氨的釋放速度，促進(jìn)瘤胃微生物的活動(dòng)）；中和作用（與有機(jī)酸中和，形成適宜瘤胃微生物活動(dòng)的微堿性環(huán)境）。

要點(diǎn)：氨用量3~4%；處理時(shí)間隨溫度提高而縮短，一般4~8周；最佳含水量15~20%。飼草秸稈揉搓機(jī)（三）秸稈飼料利用技術(shù)

秸稈資源化.。是指采用物理，化學(xué)或生物技術(shù)等方法將秸稈進(jìn)行加工處理，將其制成伺料或乙醇等，使它們更好被人類利用。

常用秸稈氨化操作方法：

①小型容器法

②堆垛法

③氨化爐法

飼喂方法：喂前1~2天要將秸稈取出，攤在地上放氨；初次飼喂數(shù)量不能過多，逐漸提高飼喂量。

（4）復(fù)合化學(xué)處理

融合了堿化處理對(duì)木質(zhì)素分解效果好和氨化處理增加瘤胃微生物蛋白合成量的優(yōu)點(diǎn)，克服了堿化處理殘留堿量高和氨化處理對(duì)木質(zhì)素軟化作用差的缺點(diǎn)?？墒共墒忱寐侍岣?0~40%；含氮量提高1~2倍；粗蛋白含量達(dá)到7~15%。

根據(jù)不同秸稈和牲畜選擇不同的化學(xué)處理劑配方，如尿素 氫氧化鈣的復(fù)合化學(xué)處理。將5~7kg生石灰和2~3kg尿素溶于50kg水中，噴灑在切碎的100kg秸稈上，混合均勻后密封，夏天20~30天，春秋40~60天，冬季60天以上，可開封飼喂，適宜的水分為40%，尿素不得低于2%。

3.生物處理

（1）青貯技術(shù)

原理：將新鮮植物緊實(shí)地堆積在不透氣的容器中，通過微生物的厭氧發(fā)酵，使原料中所含的糖分轉(zhuǎn)化為有機(jī)酸——主要是乳酸菌。當(dāng)乳酸在青貯原料中積累到一定濃度時(shí)，就能抑制其他微生物的活動(dòng)，并制止原料中養(yǎng)分被微生物分解破壞，從而將原料中養(yǎng)分很好地保存下來。發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量熱能，當(dāng)溫度上升到50℃時(shí)，乳酸菌也就停止了活動(dòng)，發(fā)酵結(jié)束。

優(yōu)點(diǎn)：飼料保持青鮮多汁的特點(diǎn)，并具有酸香味，牲畜比較愛吃，貯存時(shí)間較長(zhǎng)；且技術(shù)簡(jiǎn)單、方便推行。但對(duì)纖維素的消化率提高甚微。

青貯添加劑：微生物制劑、酶制劑、抑制不良發(fā)酵的添加劑、營(yíng)養(yǎng)添加物、無機(jī)鹽

技術(shù)要點(diǎn)：①窯的建設(shè)：容器有青貯塔、青貯窯和塑料袋；可建成地下式、半地下式和地上式。②原料的收割與切短：適時(shí)收割；水分應(yīng)降至60~70%。③操作步驟：配制菌液；粉碎分層鋪實(shí)→濕度控制在55~60%→封窯→7~15天后開窯。

喂養(yǎng)注意：只能喂反芻動(dòng)物。逐步加量。

（2）微貯技術(shù)

秸稈微貯是對(duì)農(nóng)作物秸稈機(jī)械加工處理后，按比例加入微生物發(fā)酵菌劑、輔料及補(bǔ)充水分，并放入密閉設(shè)施中，經(jīng)過一定的發(fā)酵過程，是指軟化蓬松，轉(zhuǎn)化為質(zhì)地柔軟，濕潤(rùn)膨脹，氣味酸香，動(dòng)物喜食的飼料。

原理：利用微生物將秸稈中的纖維素、半纖維素降解并轉(zhuǎn)化為菌體蛋白。

成本低、適口性好、消化率高、利于工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)要點(diǎn)：復(fù)活菌種→配制菌液→切斷秸稈→裝填入窯→水分控制→封窯→開窯。

用微貯技術(shù)制備秸稈菌體蛋白生物飼料

以農(nóng)作物秸稈、雜草、樹葉等為主要原料，將秸稈粉置于人工造就的特定的生態(tài)環(huán)境中，經(jīng)過制作劑——秸稈生化飼料發(fā)酵劑的生物化學(xué)作用，促使微生物的大量繁殖和活動(dòng)，合成游離氨基酸和菌體蛋白，從而使秸稈轉(zhuǎn)化為富含粗蛋白、脂肪、氨基酸及多種維生素的高效能秸稈飼料。

秸稈氣化集中供氣技術(shù)——山東省科學(xué)院研究推廣；

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；

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(shì)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(chǎng)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(zhǎng)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。

秸稈纖維混凝土砌塊具有輕質(zhì)、隔熱、保溫、隔音等特點(diǎn)，而且取材容易、制作簡(jiǎn)單、施工方便、成本低廉，是一種新型的建筑材料，為秸稈資源化利用提供了一種新的途徑。

秸稈纖維摻入混凝土之后，由于秸稈密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混凝土的密度[6]。故在體積一定的條件下，增加秸稈的摻量，可以減小混凝土的質(zhì)量，即秸稈纖維混凝土砌塊的密度隨著纖維的摻量的增大而減小，但當(dāng)骨料粒徑大于40mm時(shí)，混凝土的密度降低較小，這主要是因?yàn)楫?dāng)粗骨料粒徑較大時(shí)，混凝土內(nèi)部有可能存在大孔隙，使得摻入的秸稈先彌補(bǔ)顆粒間的孔隙，而不是擠占顆粒存在的空間。

秸稈纖維混凝土砌塊作為一種新型的建筑材料，傳熱系數(shù)較小，具有很好的保溫隔熱性能。秸稈纖維混凝土砌塊保溫隔熱性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通墻體，其保溫性能是普通粘土磚墻體的近10倍[5]。

我國(guó)可制成秸稈纖維的農(nóng)作物一季生成、且產(chǎn)區(qū)廣闊，在該產(chǎn)區(qū)內(nèi)建設(shè)農(nóng)宅可直接打制建材，可顯著降低運(yùn)輸成本。秸稈的使用不需要額外的加工費(fèi)用，直接用收割機(jī)具打捆即可制成秸稈纖維砌塊，施工工藝簡(jiǎn)單，人工費(fèi)用低，故秸稈纖維混凝土砌塊的生產(chǎn)成本低廉。

秸稈纖維混凝土砌塊之所以具有較好的防火性，主要是因?yàn)榻?jīng)過壓制密實(shí)的秸稈纖維砌塊內(nèi)部沒有可供燃燒的空氣;秸稈纖維受水浸濕后水分并不向內(nèi)部滲漏，水分的反復(fù)循環(huán)作用也不會(huì)破壞砌塊，因此秸稈纖維混凝土砌塊墻體的表面具有一定防水特性?？傊?，秸稈纖維砌塊構(gòu)件的防火安全和防水性能通過一般的建筑構(gòu)造措施就可以保證。

秸稈纖維混凝土砌塊是農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品，在生產(chǎn)加工過程中不會(huì)產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)品，也不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，并且在砌筑的過程中，也不需要任何化學(xué)添加劑，僅需簡(jiǎn)單的疊壘、固定，手工即可完成，沒有污染，廢棄的墻體材料易于降解，可作為沼氣原料，或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)原料，產(chǎn)生的建筑垃圾少。由于秸稈纖維混凝土砌塊具有突出的保溫隔熱的性能，故在使用的過程中可以減小建筑熱量損失，節(jié)約冬季采暖夏季制冷能耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

19世紀(jì)末，美國(guó)人最早使用秸稈砌塊作為墻體材料，將秸稈砌塊(用金屬網(wǎng)將麥秸稈或稻草捆扎而成)像普通磚一樣壘砌起來，直接作為建筑的承重結(jié)構(gòu)[7]。隨后在人們?cè)谑褂玫倪^程中發(fā)現(xiàn)用這種砌塊建造的房屋堅(jiān)固耐用，而且冬暖夏涼，保溫、隔聲效果好，故受到人們的廣泛關(guān)注。20世紀(jì)初期開始，由于普通墻體材料在使用的過程中顯露出來一系列實(shí)際的問題，比如能源的大量消耗，建筑材料的大量使用。我國(guó)也開始對(duì)農(nóng)作物秸稈在建筑材料中的資源化利用問題進(jìn)行深入的研究，目前開發(fā)的主要產(chǎn)品有秸稈水泥條板、秸稈輕質(zhì)隔墻板、草轉(zhuǎn)、秸稈門以及秸稈瓦等，這些產(chǎn)品已處于推廣應(yīng)用階段。而對(duì)于秸稈墻體材料的研究較少，起步較晚，處于探索階段。