《秸稈資源化利用》PPT課件

1、秸稈資源化利用,環(huán)境03-1班 孔令榮 2006.11.26,農作物秸稈是糧食作物和經(jīng)濟作物生產中的副產物，是纖維組分含量很高的農作物殘留物，含有豐富的氮、磷、鉀、微量元素等成分，含氮、磷、鉀、碳的平均含量分別為0.6%、0.3%、10%、45%。是可供開發(fā)與綜合利用的資源。 我國是一個農業(yè)大國，秸稈資源非常豐富，每年產量達數(shù)億噸，近年來隨著糧食產量劇增，秸稈產量也迅速增加。據(jù)專家預測，到2010年我國的秸稈總產量將達到7.26108t。豐富的秸稈資源在我國的利用率很低，目前僅為33%。大量的秸稈在田間焚燒，造成了嚴重的大氣污染，破壞了生態(tài)環(huán)境，威脅機場和高速公路的交通安全，浪費了寶貴的可再生

2、利用資源,秸稈問題出現(xiàn)的原因為：第一是農業(yè)普遍增收之后，農作物秸稈越來越多，但綜合利用滯后，秸稈出現(xiàn)過剩；第二是隨著農民收入增加、生活水平不斷提高，農民寧愿增用化肥和燃煤，而少用秸稈作肥料和燃料；第三是由于農作物復種指數(shù)提高，特別是近幾年小麥機收面積擴大，麥秸留茬過高，滅茬機械和免耕播種技術推廣沒有跟上，造成農民為趕農時放火焚燒秸桿和留茬。 被廢棄、焚燒量雖少，但產生的污水濃煙，對農村生活用水、大氣、土壤污染不容忽視，造成農村生活生產環(huán)境質量下降，農民居所環(huán)境衛(wèi)生條件惡化，直接危及廣大農民群眾身心健康，既浪費了大量資源，又污染環(huán)境，遺害無窮。切實搞好農作物秸桿綜合利用，充分利用資源，可以減少污

3、染，改善生產環(huán)境，提高農民生活質量，促進農民增收,秸稈材料的組成,秸稈纖維作為一種天然纖維素纖維，生物降解性好，能夠適應符合環(huán)境要求的產品的開發(fā)。它的化學成分只含有纖維素、半纖維素和木質素。其中纖維素是秸稈纖維的主要成分，它不溶于水和乙醇等普通溶劑，但溶于氧化銅、氧化鋅的濃溶液、硫腈酸鈣等飽和鹽溶液。秸稈纖維半纖維素分子量小，如麥草半纖維素平均聚合度為84，這可能是造成它堿易溶的重要原因之一。木質素在水或一般溶劑中大部分不溶解，但較易溶于堿。 主要農作物秸稈的營養(yǎng)成分,主要農作物秸稈的營養(yǎng)成分（干物,項目,秸稈材料的結構,纖維素大分子鏈有規(guī)則的排列而聚合成微細纖維，若干微細纖維組成的細纖維，再

4、組成纖維。半纖維素和木質素在植物細胞中起著“粘合劑”和“填充劑”的作用，分布在細纖維之間的間隙里。纖維素是有結晶區(qū)和無定型區(qū)交錯連接而成。在結晶區(qū)內纖維素鏈分子的排列具有完全的規(guī)則性；而在無定型區(qū)，纖維素鏈分子排列的規(guī)則性較差，排列較不規(guī)則，結合得較松弛,秸稈材料的性能,秸稈纖維在高溫下發(fā)生裂解，并且隨著加熱溫度的升高和加熱時間的增加，秸稈纖維內部降解速率和程度增加。秸稈纖維的熱穩(wěn)定性較差，隨溫度的增加，張力強度和彈性模量降低。纖維機械性能隨測試長度的增加而降低。秸稈回潮率大于棉纖維，主要由于秸稈中的木質素、纖維素和半纖維素的吸濕能力很強；秸稈中縫隙空洞較多，比表面積大，吸濕性能大；雜質較多，

5、含有一定量的灰分，這些雜質和灰分具有較高的吸濕能力。其斷裂強力很大，莖較葉更大，伸長很小，說明秸稈的抵抗拉伸變形的能力很強,秸稈的綜合利用技術,1.秸稈能源 2.秸稈飼料 3.秸稈肥料 4.秸稈工業(yè)原料,1.秸稈能源,秸稈能源技術包括秸稈氣化制氣、秸稈壓塊成型制炭和鍋爐集中直接燃燒等形式。其中秸稈氣化目前在國內已開始得到較大規(guī)模的推廣應用。 秸稈氣化是以農作物秸稈為原料，在缺氧狀態(tài)下加熱反應而實現(xiàn)能量轉換，使秸稈中的碳、氫、氧等元素變成一氧化碳、氫氣、甲烷等可燃性氣體，并去除焦油、灰分等雜質，由此，秸稈中的大部分能量都轉移到氣體中，可燃氣體燃燒時，能量釋放出來，成為可直接供生活和工業(yè)生產用的優(yōu)

6、質能源。 秸稈氣化工藝流程,秸稈氣化工藝流程,秸稈,粉碎,氣化,混合氣 除塵脫硫,貯氣柜,廢渣還田,農戶使用,秸稈的綜合利用技術,2.秸稈飼料,利用化學、微生物學原理，使富含木質素、纖維素、半纖維素的秸稈降解轉化為含有豐富菌體蛋白、維生素等成分的生物蛋白飼料。目前國內已開發(fā)出秸稈青貯、微貯、氨化、鹽化、堿化等飼料轉化技術,秸稈的綜合利用技術,3.秸稈肥料,秸稈肥料利用除可采用直接還田、堆漚還田和過腹還田三種形式外，還可采用特殊工藝和科學配比，將秸稈經(jīng)粉碎、酶化、配料、混料、造料等工序后生產秸稈復合肥，其成本與尿素接近，施用后對于促進土壤養(yǎng)分轉化，改善土壤物理性質，增強農作物抗病能力，優(yōu)化農田生

7、態(tài)環(huán)境都有十分良好的效果。同普通復合肥相比，可增產糧食10%20%、白菜 30%40%、水果25%40%，且水果含糖量可提高1%3%左右。此外，秸稈粉碎后經(jīng)一系列加工處理后可制取固體棒狀植物碳，燃燒后產生的二氧化碳可作為氣體肥料用于大棚或溫室的蔬菜水果種植。 秸稈的綜合利用技術,4.秸稈工業(yè)原料,秸稈作為工業(yè)原料在國內的開發(fā)利用雖起步較晚，但其來源豐富、價格低廉，且經(jīng)濟效益顯著，目前已成為極具潛力的發(fā)展領域。經(jīng)輾磨處理后的秸稈纖維與樹脂混合物在金屬模中加壓成型處理，可制成各種各樣的低密度纖維板材。再在其表面加壓和化學處理，可用于制作裝飾板材和一次成型家具，具有強度高、耐腐蝕、防火阻燃、美觀大方

8、及價格低廉等特點。這種秸稈板材的開發(fā)，對于緩解國內木材供應數(shù)量不足和供求趨緊的矛盾、節(jié)約森林資源、發(fā)展人造板產業(yè)具有十分重要的意義,秸稈還可代替木材和棉花生產高質量的人造纖維漿粕，可作為化纖制品和玻璃紙生產的主要原料，亦可廣泛應用于抽絲織布，無毒塑料、膠片、火藥、無毒食品包裝袋、一次性衛(wèi)生筷、快餐飯盒的生產特別是利用秸稈纖維生產的快餐飯盒保溫隔熱效果好，強度、挺度佳，制造工藝簡單可靠，生產成本低，產品附加值高，使用后可自然生物降解，無毒無害，還能用作飼料和肥料，不產生任何環(huán)境污染，可望成為塑料材質制成的快餐飯盒的理想替代產品,農業(yè)秸稈資源化利用途徑,利用現(xiàn)代生物技術將農業(yè)秸稈轉化為有機肥、飼料

9、、酒精等產品, 不僅可以緩解資源緊缺壓力,同時也可以避免農業(yè)秸稈造成環(huán)境污染的問題。其實, 秸稈作為農業(yè)的副產品, 是一種有用的資源。秸稈中含有機質，碳、氮、磷、鉀 , 還含有鎂、鈣、硫等元素,這些都是農作物生長所必需的營養(yǎng)元素。秸稈中含有的碳水化合物、蛋白質、脂肪、木質素、醇類、醛、酮和有機酸等, 大都可被微生物分解利用, 經(jīng)過處理后可以加工成飼料供動物食用。秸稈的主要成分是碳水化合物, 如果燃燒充分, 是一種清潔和可再生的能源。因此, 實現(xiàn)秸稈資源化利用是農業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的需要。近年來, 秸稈利用技術在我國發(fā)展的較快, 主要有秸稈能源利用技術、秸稈肥料利用技術、秸稈飼料利用技術以及秸稈工

10、業(yè)原料利用技術等,1.秸稈能源利用技術,秸稈氣化 秸稈水解 壓塊成型及炭化技術,秸稈氣化,農作物秸稈氣化技術, 就是秸稈燃料在常壓缺氧狀態(tài)下燃燒反應的能量轉換過程, 當固體物質在高溫條件下, 與氣化劑(空氣、氧氣和水蒸氣) 反應得到小分子可燃氣體的過程。目前使用最廣泛的是空氣作為氣化劑。產生的氣體主要作為燃料, 用于鍋爐、民用爐灶、發(fā)電等場合。 整個氣化反應可分兩個過程, 一是燃燒反應過程: C+ O2 = CO2 , 2H2 + O2 = 2H2O ; 二是氣化反應過程: C + H2O = CO + H2 , 2C + O2 = 2CO,另外, 秸稈在625 隔絕或少量供給氧氣的條件下熱解

11、,產物冷凝后得到氣體、液體、固體三類產品, 分別為15 %的可燃氣體, 75 %的熱解油和15 %的木碳粉。熱解油經(jīng)重整和精煉后可作發(fā)動機燃料,可燃氣體可供民用, 木碳粉也有廣泛用途。秸稈厭氧生物降解也可產生作為燃料的沼氣以及產生有機肥, 實現(xiàn)農業(yè)生態(tài)良性循環(huán),秸稈能源利用技術,秸稈水解,秸稈里含有豐富的纖維素、半纖維素和木質素, 水解法是指把秸稈中的纖維素、半纖維素轉化為多糖, 然后再用生物技術發(fā)酵成為乙醇。其工藝過程為: 首先借助化學的、物理的方法對秸稈進行預處理, 使纖維素與木質素、半纖維素等分離開, 使纖維素降低聚合度, 半纖維素被水解成木糖、阿拉伯糖等單糖; 其次單糖在細菌、真菌、酵

12、母菌等微生物代謝作用下生成乙醇,秸稈能源利用技術,壓塊成型及炭化技術,壓塊成型就是將秸稈粉碎, 用機械的方法在一定的壓力下擠壓成型。能提高能源密度, 改善燃燒特性, 實現(xiàn)優(yōu)質能源轉化?，F(xiàn)在一般為棒狀壓塊成型, 密度1200kg/ m3 , 熱值1420MJ / kg , 接近于中質煤。炭化技術就是利用炭化爐將秸稈壓塊進一步加工處理, 生產出可供燒烤等使用的木炭。該木炭造成環(huán)境污染較輕, 因此被稱為“生物煤,2.秸稈肥料利用技術,秸稈肥料利用除可采用直接還田、堆漚還田和過腹還田三種形式外, 還可采用特殊工藝和科學配比, 將秸稈經(jīng)粉碎、酶化、配料、混料等工序后堆肥, 制成秸稈復合肥, 其成本與尿素

13、相接近, 施用后對于優(yōu)化農田生態(tài)環(huán)境、增加作物產量作用明顯。具體堆肥方式有催腐劑堆肥技術、速腐劑堆肥技術和酵素菌堆肥技術,催腐劑堆肥技術 速腐劑堆肥技術 酵素菌堆肥技術,催腐劑堆肥技術,催腐劑就是根據(jù)有益微生物的營養(yǎng)要求, 以作物秸稈為培養(yǎng)基, 選用適合有益微生物營養(yǎng)要求的化學藥品配制成定量N、P、K、Ca 、Mg、Fe 、S 等營養(yǎng)的化學制劑, 有效改善了有益微生物的生態(tài)環(huán)境, 加速了有機物分解腐爛,秸稈肥料利用技術,速腐劑堆肥技術,將速腐劑加入秸稈中, 能在短期內將秸稈粗纖維分解, 施入土壤后迅速培肥土壤, 減輕作物病蟲害, 刺激作物增產, 實現(xiàn)用地養(yǎng)地相結合,秸稈肥料利用技術,酵素菌堆肥

14、技術,酵素菌是由能夠產生多種酶的好(兼)氣性細菌、酵母菌和霉菌組成的有益微生物群體。利用酵素菌產生的水解酶的作用, 在短時間內, 可以把作物秸稈等有機質材料進行糖化和氨化分解,產生低分子的糖、醇、酸等土壤中有益微生物生長繁殖的良好培養(yǎng)基, 大大促進堆肥中放線菌的繁殖, 從而改善土壤的微生態(tài)環(huán)境, 創(chuàng)造農作物生長發(fā)育所需要的良好環(huán)境,3.秸稈飼料利用技術,為了提高秸稈的消化率和適口性, 農業(yè)科技人員研制出了一系列秸稈處理方法。處理后的秸稈, 其營養(yǎng)價值與中等水平的牧草相當。秸稈經(jīng)過技術處理后, 營養(yǎng)成分提高, 適口性改善, 可大大提高秸稈利用, 降低精料的用量。其主要方法有以下6種: 秸稈青貯技

15、術 秸稈黃貯技術 秸稈氨化技術 秸稈堿化技術 秸稈糖化技術 秸稈微貯技術,秸稈青貯技術,青貯秸稈青綠多汁、適口性好、營養(yǎng)較豐富、容易消化, 是牲畜的好飼料。目前常用的青貯技術有塑料袋青貯和窯式青貯兩種, 即把收獲的作物秸稈鋤切刀12厘米, 并將含水量調到6775 % (即以手握原料以指縫中見到水珠, 但不滴水為準)。裝入塑料袋或窯中, 壓實并排凈空氣,密封保存4050天即可開袋(窯) 喂用,秸稈飼料利用技術,秸稈黃貯技術,干的作物秸稈經(jīng)黃貯后適口性改善, 利用率提高2倍。具體做法是先將干作物秸稈鋤切到34厘米放入缸中, 加適量溫水悶2天即可,秸稈飼料利用技術,秸稈氨化技術,目前秸稈氨化技術主要

16、的氨源有液氨、尿素、碳銨和氨水。用氨量是秸稈的36 % , 即每百公斤秸稈加尿素3公斤或碳銨79公斤, 或用氨水1012 公斤。氨化用水量一般為4050 %。氨化用尿素量大、造價較高，且利用不當易造成氨中毒,秸稈飼料利用技術,秸稈堿化技術,秸稈堿化技術有氫氧化鈉處理、石灰處理等多種。堿化用火堿處理秸稈，易造成污染，石灰處理技術簡單易行, 投資少, 效果好,秸稈飼料利用技術,秸稈糖化技術,將干作物秸稈切短至34 厘米。用水將酵母菌化開, 加入到100 公斤水中攪拌均勻, 冬天可用3040 溫水將酵母液均勻噴灑到鋤短的作物秸稈上, 松散堆入容器中, 封閉13 天即可喂用,秸稈飼料利用技術,秸稈微貯

17、技術,用鋤草機將秸稈切短至48 厘米, 先在窖底鋪一層秸稈, 厚度為2030 厘米, 再噴灑菌液。分層裝窯, 放一層壓實一層, 排除秸稈間空氣,待秸稈鋪到高于窯口約40 厘米時, 壓實一次, 在上面灑一層食鹽粉, 覆上塑料薄膜, 加上10 厘米的稻草, 再掩蓋25 厘米厚的泥土, 使窯封的嚴實, 1 個月后即可使用,4.秸稈工業(yè)原料利用技術,隨著科技發(fā)展, 秸稈的工業(yè)利用得到了長足的發(fā)展, 其經(jīng)濟效益和環(huán)境效益顯著。 制漿造紙 用秸稈生產有機產品及燃料技術 利用秸稈生產輕型建材替代木材和粘土磚 利用秸稈生產可降解包裝緩沖材料技術 秸稈作為食用菌培養(yǎng)基的利用 生產纖維素酶、半纖維素酶,制漿造紙,

18、目前我國造紙制漿原料中, 1/ 3 來源于秸稈,其制漿具有成本低廉、成紙平滑度好, 容易施膠等優(yōu)點, 但紙漿質量差、效率低、污染重, 可通過改進制漿技術得到不同程度的克服和補償,秸稈工業(yè)原料利用技術,用秸稈生產有機產品及燃料技術,秸稈的主要成分是纖維素, 研究發(fā)現(xiàn)利用微生物可將秸稈中的纖維素水解為葡萄糖, 半纖維素水解為木糖。再利用葡萄糖和木糖可以發(fā)酵生產乙醇、丙酮、丁醇等一系列產品, 由此取代傳統(tǒng)原油,秸稈工業(yè)原料利用技術,利用秸稈生產輕型建材替代木材和粘土磚,秸稈富含纖維素、木質素, 是生產建材的優(yōu)良原料。秸稈與化學劑混合, 經(jīng)熱壓可生產輕型建材。工藝流程是, 將秸稈粉碎后按一定比例加入輕

19、粉、膨潤土作為粘合劑, 再加入阻燃劑和其它配料, 以機械攪拌、擠壓成型, 恒溫固化, 制成了防水, 防火、防蟲、防老化、防震并達到國家規(guī)范的輕質建筑材料,秸稈工業(yè)原料利用技術,利用秸稈生產可降解包裝緩沖材料技術,用秸稈生產的緩沖包裝材料, 在自然條件下,可以迅速降解為有機肥。用麥秸稈、稻草等多種天然植物纖維素材料為主要原料, 配以多種安全無毒物質可生產出完全可以降解的緩沖包裝材料。這種材料具有體積小、重量輕、壓縮強度高的特點, 同時又有一定的柔韌性,制造成本與發(fā)泡塑料相當, 大大低于紙制品和木質制品。在自然環(huán)境中, 一個月左右即可全部降解成有機肥。用玉米秸稈熱壓工藝成型可生產出瓦楞紙芯。此類產品比紙制品成本低, 完全可以替代紙制品,秸稈工業(yè)原料利用技術,秸稈作為食用菌培養(yǎng)基的利用,目前國內利用熟料麥秸作為培養(yǎng)基, 生產食用菌技術已成熟, 平均生產1kg 食用菌(平菇、香菇、金針菇) 可消耗秸稈1kg左右, 菌渣還可以還田作有機肥料,秸稈工業(yè)原料利用技術,生產纖維素酶