秸秆资源化利用剖析课件.ppt

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1、秸秆资源化利用,环境03-1班孔令荣 2006.11.26,农作物秸秆是粮食作物和经济作物生产中的副产物，是纤维组分含量很高的农作物残留物，含有丰富的氮、磷、钾、微量元素等成分，含氮、磷、钾、碳的平均含量分别为0.6%、0.3%、10%、45%。是可供开发与综合利用的资源。我国是一个农业大国，秸秆资源非常丰富，每年产量达数亿吨，近年来随着粮食产量剧增，秸秆产量也迅速增加。据专家预测，到2010年我国的秸秆总产量将达到7.26108t。丰富的秸秆资源在我国的利用率很低，目前仅为33%。大量的秸秆在田间焚烧，造成了严重的大气污染，破坏了生态环境，威胁机场和高速公路的交通安全，浪费了宝贵的可再生利用

2、资源。,秸秆问题出现的原因为：第一是农业普遍增收之后，农作物秸秆越来越多，但综合利用滞后，秸秆出现过剩；第二是随着农民收入增加、生活水平不断提高，农民宁愿增用化肥和燃煤，而少用秸秆作肥料和燃料；第三是由于农作物复种指数提高，特别是近几年小麦机收面积扩大，麦秸留茬过高，灭茬机械和免耕播种技术推广没有跟上，造成农民为赶农时放火焚烧秸杆和留茬。被废弃、焚烧量虽少，但产生的污水浓烟，对农村生活用水、大气、土壤污染不容忽视，造成农村生活生产环境质量下降，农民居所环境卫生条件恶化，直接危及广大农民群众身心健康，既浪费了大量资源，又污染环境，遗害无穷。切实搞好农作物秸杆综合利用，充分利用资源，可以减少污染，

3、改善生产环境，提高农民生活质量，促进农民增收。,秸秆材料的组成,秸秆纤维作为一种天然纤维素纤维，生物降解性好，能够适应符合环境要求的产品的开发。它的化学成分只含有纤维素、半纤维素和木质素。其中纤维素是秸秆纤维的主要成分，它不溶于水和乙醇等普通溶剂，但溶于氧化铜、氧化锌的浓溶液、硫腈酸钙等饱和盐溶液。秸秆纤维半纤维素分子量小，如麦草半纤维素平均聚合度为84，这可能是造成它碱易溶的重要原因之一。木质素在水或一般溶剂中大部分不溶解，但较易溶于碱。主要农作物秸秆的营养成分,主要农作物秸秆的营养成分（干物%）,项目,秸秆材料的结构,纤维素大分子链有规则的排列而聚合成微细纤维，若干微细纤维组成的细纤维，再

4、组成纤维。半纤维素和木质素在植物细胞中起着“粘合剂”和“填充剂”的作用，分布在细纤维之间的间隙里。纤维素是有结晶区和无定型区交错连接而成。在结晶区内纤维素链分子的排列具有完全的规则性；而在无定型区，纤维素链分子排列的规则性较差，排列较不规则，结合得较松弛。,秸秆材料的性能,秸秆纤维在高温下发生裂解，并且随着加热温度的升高和加热时间的增加，秸秆纤维内部降解速率和程度增加。秸秆纤维的热稳定性较差，随温度的增加，张力强度和弹性模量降低。纤维机械性能随测试长度的增加而降低。秸秆回潮率大于棉纤维，主要由于秸秆中的木质素、纤维素和半纤维素的吸湿能力很强；秸秆中缝隙空洞较多，比表面积大，吸湿性能大；杂质较多

5、，含有一定量的灰分，这些杂质和灰分具有较高的吸湿能力。其断裂强力很大，茎较叶更大，伸长很小，说明秸秆的抵抗拉伸变形的能力很强。,秸秆的综合利用技术,1.秸秆能源2.秸秆饲料 3.秸秆肥料 4.秸秆工业原料,1.秸秆能源,秸秆能源技术包括秸秆气化制气、秸秆压块成型制炭和锅炉集中直接燃烧等形式。其中秸秆气化目前在国内已开始得到较大规模的推广应用。秸秆气化是以农作物秸秆为原料，在缺氧状态下加热反应而实现能量转换，使秸秆中的碳、氢、氧等元素变成一氧化碳、氢气、甲烷等可燃性气体，并去除焦油、灰分等杂质，由此，秸秆中的大部分能量都转移到气体中，可燃气体燃烧时，能量释放出来，成为可直接供生活和工业生产用的优

6、质能源。 秸秆气化工艺流程,秸秆气化工艺流程,秸秆,粉碎,气化,混合气除尘脱硫,贮气柜,废渣还田,农户使用,秸秆的综合利用技术,2.秸秆饲料,利用化学、微生物学原理，使富含木质素、纤维素、半纤维素的秸秆降解转化为含有丰富菌体蛋白、维生素等成分的生物蛋白饲料。目前国内已开发出秸秆青贮、微贮、氨化、盐化、碱化等饲料转化技术。,秸秆的综合利用技术,3.秸秆肥料,秸秆肥料利用除可采用直接还田、堆沤还田和过腹还田三种形式外，还可采用特殊工艺和科学配比，将秸秆经粉碎、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

7、态环境都有十分良好的效果。同普通复合肥相比，可增产粮食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，秸秆粉碎后经一系列加工处理后可制取固体棒状植物碳，燃烧后产生的二氧化碳可作为气体肥料用于大棚或温室的蔬菜水果种植。 秸秆的综合利用技术,4.秸秆工业原料,秸秆作为工业原料在国内的开发利用虽起步较晚，但其来源丰富、价格低廉，且经济效益显著，目前已成为极具潜力的发展领域。经辗磨处理后的秸秆纤维与树脂混合物在金属模中加压成型处理，可制成各种各样的低密度纤维板材。再在其表面加压和化学处理，可用于制作装饰板材和一次成型家具，具有强度高、耐腐蚀、防火阻燃、美观大方

8、及价格低廉等特点。这种秸秆板材的开发，对于缓解国内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。,秸秆还可代替木材和棉花生产高质量的人造纤维浆粕，可作为化纤制品和玻璃纸生产的主要原料，亦可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，可望成为塑料材质制成的快餐饭盒的理想替代产品。,农业秸秆资源化利用途径,利用现代生物技术将农业秸秆转化为有机肥、

9、饲料、酒精等产品, 不仅可以缓解资源紧缺压力,同时也可以避免农业秸秆造成环境污染的问题。其实, 秸秆作为农业的副产品, 是一种有用的资源。秸秆中含有机质，碳、氮、磷、钾 , 还含有镁、钙、硫等元素,这些都是农作物生长所必需的营养元素。秸秆中含有的碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素、醇类、醛、酮和有机酸等, 大都可被微生物分解利用, 经过处理后可以加工成饲料供动物食用。秸秆的主要成分是碳水化合物, 如果燃烧充分, 是一种清洁和可再生的能源。因此, 实现秸秆资源化利用是农业可持续发展战略的需要。近年来, 秸秆利用技术在我国发展的较快, 主要有秸秆能源利用技术、秸秆肥料利用技术、秸秆饲料利用技术以及秸

10、秆工业原料利用技术等。,1.秸秆能源利用技术,秸秆气化秸秆水解压块成型及炭化技术,秸秆气化,农作物秸秆气化技术, 就是秸秆燃料在常压缺氧状态下燃烧反应的能量转换过程, 当固体物质在高温条件下, 与气化剂(空气、氧气和水蒸气) 反应得到小分子可燃气体的过程。目前使用最广泛的是空气作为气化剂。产生的气体主要作为燃料, 用于锅炉、民用炉灶、发电等场合。整个气化反应可分两个过程, 一是燃烧反应过程: C+ O2 = CO2 , 2H2 + O2 = 2H2O ; 二是气化反应过程: C + H2O = CO + H2 , 2C + O2 = 2CO。,另外, 秸秆在625 隔绝或少量供给氧气的条件下热

11、解,产物冷凝后得到气体、液体、固体三类产品, 分别为15 %的可燃气体, 75 %的热解油和15 %的木碳粉。热解油经重整和精炼后可作发动机燃料,可燃气体可供民用, 木碳粉也有广泛用途。秸秆厌氧生物降解也可产生作为燃料的沼气以及产生有机肥, 实现农业生态良性循环。,秸秆能源利用技术,秸秆水解,秸秆里含有丰富的纤维素、半纤维素和木质素, 水解法是指把秸秆中的纤维素、半纤维素转化为多糖, 然后再用生物技术发酵成为乙醇。其工艺过程为: 首先借助化学的、物理的方法对秸秆进行预处理, 使纤维素与木质素、半纤维素等分离开, 使纤维素降低聚合度, 半纤维素被水解成木糖、阿拉伯糖等单糖; 其次单糖在细菌、真菌

12、、酵母菌等微生物代谢作用下生成乙醇。,秸秆能源利用技术,压块成型及炭化技术,压块成型就是将秸秆粉碎, 用机械的方法在一定的压力下挤压成型。能提高能源密度, 改善燃烧特性, 实现优质能源转化。现在一般为棒状压块成型, 密度1200kg/ m3 , 热值1420MJ / kg , 接近于中质煤。炭化技术就是利用炭化炉将秸秆压块进一步加工处理, 生产出可供烧烤等使用的木炭。该木炭造成环境污染较轻, 因此被称为“生物煤”。,2.秸秆肥料利用技术,秸秆肥料利用除可采用直接还田、堆沤还田和过腹还田三种形式外, 还可采用特殊工艺和科学配比, 将秸秆经粉碎、酶化、配料、混料等工序后堆肥, 制成秸秆复合肥, 其

13、成本与尿素相接近, 施用后对于优化农田生态环境、增加作物产量作用明显。具体堆肥方式有催腐剂堆肥技术、速腐剂堆肥技术和酵素菌堆肥技术。,催腐剂堆肥技术速腐剂堆肥技术酵素菌堆肥技术,催腐剂堆肥技术,催腐剂就是根据有益微生物的营养要求, 以作物秸秆为培养基, 选用适合有益微生物营养要求的化学药品配制成定量N、P、K、Ca 、Mg、Fe 、S 等营养的化学制剂, 有效改善了有益微生物的生态环境, 加速了有机物分解腐烂。,秸秆肥料利用技术,速腐剂堆肥技术,将速腐剂加入秸秆中, 能在短期内将秸秆粗纤维分解, 施入土壤后迅速培肥土壤, 减轻作物病虫害, 刺激作物增产, 实现用地养地相结合。,秸秆肥料利用技术

14、,酵素菌堆肥技术,酵素菌是由能够产生多种酶的好(兼)气性细菌、酵母菌和霉菌组成的有益微生物群体。利用酵素菌产生的水解酶的作用, 在短时间内, 可以把作物秸秆等有机质材料进行糖化和氨化分解,产生低分子的糖、醇、酸等土壤中有益微生物生长繁殖的良好培养基, 大大促进堆肥中放线菌的繁殖, 从而改善土壤的微生态环境, 创造农作物生长发育所需要的良好环境。,3.秸秆饲料利用技术,为了提高秸秆的消化率和适口性, 农业科技人员研制出了一系列秸秆处理方法。处理后的秸秆, 其营养价值与中等水平的牧草相当。秸秆经过技术处理后, 营养成分提高, 适口性改善, 可大大提高秸秆利用, 降低精料的用量。其主要方法有以下6种

15、:秸秆青贮技术 秸秆黄贮技术 秸秆氨化技术秸秆碱化技术 秸秆糖化技术 秸秆微贮技术,秸秆青贮技术,青贮秸秆青绿多汁、适口性好、营养较丰富、容易消化, 是牲畜的好饲料。目前常用的青贮技术有塑料袋青贮和窑式青贮两种, 即把收获的作物秸秆锄切刀12厘米, 并将含水量调到6775 % (即以手握原料以指缝中见到水珠, 但不滴水为准)。装入塑料袋或窑中, 压实并排净空气,密封保存4050天即可开袋(窑) 喂用。,秸秆饲料利用技术,秸秆黄贮技术,干的作物秸秆经黄贮后适口性改善, 利用率提高2倍。具体做法是先将干作物秸秆锄切到34厘米放入缸中, 加适量温水闷2天即可。,秸秆饲料利用技术,秸秆氨化技术,目前秸

16、秆氨化技术主要的氨源有液氨、尿素、碳铵和氨水。用氨量是秸秆的36 % , 即每百公斤秸秆加尿素3公斤或碳铵79公斤, 或用氨水1012 公斤。氨化用水量一般为4050 %。氨化用尿素量大、造价较高，且利用不当易造成氨中毒。,秸秆饲料利用技术,秸秆碱化技术,秸秆碱化技术有氢氧化钠处理、石灰处理等多种。碱化用火碱处理秸秆，易造成污染，石灰处理技术简单易行, 投资少, 效果好。,秸秆饲料利用技术,秸秆糖化技术,将干作物秸秆切短至34 厘米。用水将酵母菌化开, 加入到100 公斤水中搅拌均匀, 冬天可用3040 温水将酵母液均匀喷洒到锄短的作物秸秆上, 松散堆入容器中, 封闭13 天即可喂用。,秸秆饲

17、料利用技术,秸秆微贮技术,用锄草机将秸秆切短至48 厘米, 先在窖底铺一层秸秆, 厚度为2030 厘米, 再喷洒菌液。分层装窑, 放一层压实一层, 排除秸秆间空气,待秸秆铺到高于窑口约40 厘米时, 压实一次, 在上面洒一层食盐粉, 覆上塑料薄膜, 加上10 厘米的稻草, 再掩盖25 厘米厚的泥土, 使窑封的严实, 1 个月后即可使用。,4.秸秆工业原料利用技术,随着科技发展, 秸秆的工业利用得到了长足的发展, 其经济效益和环境效益显著。制浆造纸用秸秆生产有机产品及燃料技术利用秸秆生产轻型建材替代木材和粘土砖利用秸秆生产可降解包装缓冲材料技术秸秆作为食用菌培养基的利用生产纤维素酶、半纤维素酶,

18、制浆造纸,目前我国造纸制浆原料中, 1/ 3 来源于秸秆,其制浆具有成本低廉、成纸平滑度好, 容易施胶等优点, 但纸浆质量差、效率低、污染重, 可通过改进制浆技术得到不同程度的克服和补偿。,秸秆工业原料利用技术,用秸秆生产有机产品及燃料技术,秸秆的主要成分是纤维素, 研究发现利用微生物可将秸秆中的纤维素水解为葡萄糖, 半纤维素水解为木糖。再利用葡萄糖和木糖可以发酵生产乙醇、丙酮、丁醇等一系列产品, 由此取代传统原油。,秸秆工业原料利用技术,利用秸秆生产轻型建材替代木材和粘土砖,秸秆富含纤维素、木质素, 是生产建材的优良原料。秸秆与化学剂混合, 经热压可生产轻型建材。工艺流程是, 将秸秆粉碎后按

19、一定比例加入轻粉、膨润土作为粘合剂, 再加入阻燃剂和其它配料, 以机械搅拌、挤压成型, 恒温固化, 制成了防水, 防火、防虫、防老化、防震并达到国家规范的轻质建筑材料。,秸秆工业原料利用技术,利用秸秆生产可降解包装缓冲材料技术,用秸秆生产的缓冲包装材料, 在自然条件下,可以迅速降解为有机肥。用麦秸秆、稻草等多种天然植物纤维素材料为主要原料, 配以多种安全无毒物质可生产出完全可以降解的缓冲包装材料。这种材料具有体积小、重量轻、压缩强度高的特点, 同时又有一定的柔韧性,制造成本与发泡塑料相当, 大大低于纸制品和木质制品。在自然环境中, 一个月左右即可全部降解成有机肥。用玉米秸秆热压工艺成型可生产出

20、瓦楞纸芯。此类产品比纸制品成本低, 完全可以替代纸制品。,秸秆工业原料利用技术,秸秆作为食用菌培养基的利用,目前国内利用熟料麦秸作为培养基, 生产食用菌技术已成熟, 平均生产1kg 食用菌(平菇、香菇、金针菇) 可消耗秸秆1kg左右, 菌渣还可以还田作有机肥料。,秸秆工业原料利用技术,生产纤维素酶、半纤维素酶,利用稻草粉作碳源固体发酵生产纤维素酶已得到普遍应用。纤维素酶应用最大的潜力, 是降解纤维质原料成葡萄糖, 用以代替淀粉作为工业发酵的原料。特别指出的是, 低(无)纤维素酶活力的半纤维素酶的应用有着广阔的前景, 它可以应用于生物制浆、生物漂白、废纸二次纤维回收、废纸脱墨、纸张表面处理等。,

21、结论,秸秆是人类能获得的宝贵可再生资源。人类社会的进步, 科学技术的发展, 秸秆的利用必将形成一个巨大的产业群。它是人类物质文明的重要组成部分, 是实现可持续发展, 保护环境的重要环节。我国目前农业秸秆的利用水平和有效利用率都很低, 而野生植物秸秆的利用就更少。这种低水平的利用或者是不当的处置, 不但没有发挥出宝贵资源应有的价值, 而且还造成污染环境等不利影响。例如滇池周边花卉产业的迅速发展,大量花卉秸秆没有获得良好处置, 自然腐化后形成进入滇池的面源污染, 是造成滇池污染的因素之一。,因此,要实现秸秆的综合利用,充分发挥这一宝贵资源的效益,必须两手抓。一方面要积极开展秸秆综合利用的研究工作,尽快将现有的先进科学技术,特别是生物工程与化学工程等用于秸秆的开发利用,使之形成环保型、无公害、高效和高利用率的生产工艺,并结合各种不同秸秆的不同性状,得到充分有效的利用,获得最佳效果。另一方面,要通过建立必要的法律法规,从管理上入手,加强对资源的管理以实现可持续发展,建立现代资源合理利用体系,实现良性循环。总之, 对于宝贵的可再生资源秸秆的资源化利用,无疑具有明显的经济、环境及社会效益。,谢谢,