（环境工程专业论文）农作物秸秆综合利用研究及其在滨州市的示范应用.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 长久以来，农作物秸秆一直作为粮食、经济作物的副产物，被直接作为加热 燃料，或者被遗弃。随着经济发展，秸秆的燃料价值被降低，甚至成为了经济发 展的阻碍。秸秆开始被焚烧或遗弃并导致了各种环境问题，从而引起了人们的重 视。 滨州市地理位置优越，拥有丰富的农作物资源，随之产生的秸秆问题也越来 越严重。怎么使“问题”成为本该具有的“资源”性质，成为了本研究课题的主 要内容。本研究认为农作物秸秆的综合利用是保护生态环境，节约可再生资源的 需要，也是缓解农村饲料、肥料、燃料和工业原料的紧张状况，促进农业可持续 发展的要求。 本文介绍了滨州市秸秆资源总量和综合利用现状，分析j ，秸秆资源短缺、过 剩问题的根源，论述了秸秆综合利用的主要技术途径和制约因素，提出了促进滨 州市秸秆综合利用的对策及建议。重点介绍了秸秆气化技术、秸秆青贮技术、机 械化保护性耕作技术、秸秆还田技术、秸秆制沼气技术、秸秆有机肥生产技术、 秸秆栽培食用菌技术、秸秆工业品加工技术、秸秆发电技术和秸秆生产生物煤技 术等1 0 项适合滨州市发展的农作物秸秆技术，以及部分技术在滨州的开发使用 情况。 关键词：农作物秸秆；秸秆价值；秸秆综合利用；滨州市示范 山东大学硕士学位论文 一一 a b s t r a c t f o ral o n gt i m e ，c r o ps t r a w , w h i c hh a sb e e nu s e da sf o o de c o n o m i cc r o p b y p r o d u c t s ，i sd i r e c t l y u s e da sf u e lf o rh e a t i n g ，o ra b a n d o n e dn o w w i t ht h e d e v e l o p m e n to fe c o n o m y ，t h es t r a wf u e lv a l u ei sr e d u c e d ，a n de v e nb e c o m et h eb l o c k o ft h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n t c r o ps t r a wb e g a nt ob eb u m e da n da b a n d o n e dt h a tl e a d t oav a r i e t yo fe n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s a n db e g a nt oc a u s et h ea t t e n t i o no fp e o p l e b i n z h o u ，t h eg e o g r a p h i c a lp o s i t i o ni ss u p e r i o r ，w i t hr i c hr e s o u r c e so fa g r i c u l t u r a l c r o p s t h e nt h es t r a wi sb e c o m i n gas e r i o u sp r o b l e m h o wt om a k et h e ”p r o b l e m ” b e c o m e st h e ”r e s o u r c e s ”o fn a t u r e ，h a sb e c o m et h em a i nc o n t e n to ft h er e s e a r c h t h i s s t u d ys u g g e s t st h a tt h ec o m p r e h e n s i v e u t i l i z a t i o no fc r o ps t r a wi st op r o t e c tt h e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，s a v i n gr e n e w a b l er e s o u r c en e e d s ，b u ta l s or e l i e v er u r a lf e e d ， f e r t i l i z e r ，f u e la n di n d u s t r i a l r a wm a t e r i a l s t e n s i o n ，p r o m o t e t h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to fa g r i c u l t u r e t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h eb i n z h o us t r a wr e s o u r c e sa n dc u r r e n ts i t u a t i o n o f c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o no fs t r a wr e s o u r c e s ，s h o r t a g eo fe x c e s s ，t h er o o t o ft h e p r o b l e m ，d i s c u s s e s t h e i n t e g r a t e d u t i l i z a t i o no ft h es t r a wo fm a j o rt e c h n i c a l a p p r o a c h e sa n dr e s t r i c t a ne l e m e n t ，p u tf o r w a r dt op r o m o t eb i n z h o us t r a ws t a l k c o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o nc o u n t e r m e a s u r e sa n ds u g g e s t i o n s m a i n l y i n t r o d u c e st h e t e c h n o l o g y o fs t r a w g a s i f i c a t i o n ，s t r a w s i l a g et e c h n o l o g y ，m e c h a n i z a t i o n c o n s e r v a t i o nt i l l a g et e c h n o l o g y ，t h et e c h n o l o g yo fs t r a wr e t u r n i n gt of i e l d ，s t r a w , s t r a wb i o g a st e c h n o l o g yo r g a n i cf e r t i l i z e rp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yo fe d i b l em u s h r o o m c u l t i v a t i o nt e c h n o l o g y ，s t r a w , s t r a w , s t r a wp o w e rg e n e r a t i o nt e c h n o l o g y i n d u s t r i a l p r o d u c t sp r o c e s s i n gt e c h n o l o g y a n d p r o d u c t i o n o fs t r a wb i o m a s sc o a l t e c h n o l o g y ，lo f o rb i n z h o uc i t yt od e v e l o pc r o ps t r a wt e c h n o l o g y ，a n dt e c h n o l o g i c a l d e v e l o p m e n ti nb i n z h o uu s e k e y w o r d s ：t h e v a l u eo fc r o ps t r a w ；s t r a w ；s t r a ws t a l kc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o n ； b i n z h o ud e m o n s t r a t i o n 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 选题背景 近年来，由于环境的恶化和全球能源危机的影响，人们逐渐意识到要想使经济获 得可持续发展必须先要做到能源和环境的可持续发展，最终引导人们关注的热点进入 了以太阳能和生物质能为代表的可再生能源。 研究发现，秸秆作为一种重要的生物质能资源，总能量可与玉米、淀粉的总能量 相当。秸秆燃烧值约为标准煤的5 0 ，其中蛋白质含量约5 ，纤维素含量在3 0 左右，还含有一定量钙、磷等多种矿物质。4 吨普通秸秆就可以提供1 吨粮食所能提 供的营养价值。经测算，每生产1 吨玉米可产1 5 2 吨鲜秸秆，每生产1 吨稻谷或 小麦可产1 吨左右的秸秆。我国每年可生产农作物秸秆6 亿多吨。如果全部用来燃烧， 折算相当于约3 亿吨标准煤的热值。如全部用作饲料，可折合约1 5 吨粮食n 1 。冉经 过科学处理的话，秸秆的营养价值还可大幅度提高。秸秆蕴藏着丰富的能量，含有大 量的营养物质，开发潜力巨大，利用价值极高。 1 2 农作物秸秆开发利用的价值概况 秸秆是成熟农作物茎叶( 穗) 部分的总称。通常指水稻、玉米、小麦、棉花、薯 类、油料、甘蔗以及其它农作物在收获籽实后的剩余部分。农作物有一半以上的光合 作用产物存在于秸秆中，秸秆富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用 途的可再生的生物资源，具有许多可开发利用的价值。 1 2 1 秸秆的肥料价值 近些年来由于化学肥料无节制使用，土壤酸化板结现象严重，氮、磷、钾等各类 无机营养元素比例失调，有机质含量和有效养分降低，最终导致农作物的产量和质量 也受到很大影响乜。然而，农作物秸秆丰富的氮、磷、钾及微量元素，其养分用作肥 料施用安全可靠，并且有助于作物吸收。经实验研究，农作物秸秆对作物生长不会产 生不良反应，是种既可降低施肥成本，又可提高作物产量优质肥料= “。 农作物的秆、叶、根中含有大量的氮、磷、钾、有机质和微量：元素，是农业生产 重要的有机肥源。据测定，每1 0 0k g 鲜秸秆中含o 4 8 蜒的氮、0 3 8k g 的磷、1 6 7 培的钾，相当于2 4k g 氮肥、3 8k g 磷肥、3 4k g 钾肥。试验证明，每公顷土壤产3 7 5 0 k g 秸秆生物肥，其肥效相当于15 0 0 k g 碳酸氢铵、7 5 0 k g 过磷酸钙和3 0 0 k g 的硫酸钾， 山东大学硕士学位论文 而且还具有良好的生态效应，是绿色农业和无公害农业的重要肥源。若还田5 0 0k g 农作物秸秆，就相当于给土壤施入5 0 姆以上标准肥畸1 ，就使土壤的容重减少，透气 性、透水性、蓄水保墒能力增加，对缓解土壤板结的问题很有帮助。一般采用的方式 是结合化学肥料施用：将秸秆粉碎沤制，随化学肥料一同施入土壤，秸秆发酵腐烂后 即可转化为供作物吸收利用的营养成分，能有效提高土壤肥力m 1 。因此，通过综合利 用将秸秆作为肥料回归农田，是补充和平衡养分、改良土壤的有效方法，对于促进土 地生产良性循环、提高耕地基础地力和农业的可持续发展具有重要：意义。 1 2 2 秸秆的饲料价值 农作物秸秆也是牲畜的主要饲料之一。秸秆经常作为一种粗饲料，特点是粗纤维 含量高( 3 0 一4 0 ) ，并含有木质素等。木质素虽不能为猪、鸡所利用，但却是反刍动 物牛、羊等牲畜的好食料。 以玉米秸秆为例。玉米秸秆含有3 0 以上的碳水化合物、2 4 的蛋白质和 0 5 1 的脂肪，既可青贮，也口j - 直接饲喂。2k g 的玉米秸秆净能量可相当于1 蚝的 玉米籽粒，所含消化能为2 2 3 5 8 千焦千克，营养丰富，总能量可与牧草相当。1 。特 别是对玉米秸秆进行青贮及糖化等处理后效果更好，可提高采食率：，效益更可观。在 青贮原料中加入一定量的微生物高效活性菌种，密封贮藏，经发酵，使其变成具营养 丰富、适口性强、转化率高、有酸香味、草食动物喜食的饲料。全国每年生产秸秆逾 6 亿吨，是一个巨大的潜在饲料来源，具有很大开发潜力睛1 。此外，还可以对作物秸 秆精细加工处理，制作成高营养牲畜饲料，实现秸秆过腹还田，具有良好的生态效益。 秸秆的营养特点是粗纤维含量高，约为3 1 - - 4 5 阳1 ，其中禾本科秸秆适1 5 1 性 特别好，是反刍类动物类特别是牛的理想饲料。利用秸秆作为奶牛和肉牛饲料过腹还 田，可有效提高秸秆的利用率和能量转化率，为社会提供优质的奶产品及肉产品。目 前，秸秆加工粗饲料的方法主要有物理方法和化学方法2 种。物理：亏法是将喂牛的秸 秆切成3 - 4 c m 长度，便于牛的采食或将秸秆粉碎后制成颗粒，以减少饲料浪费和提高 采食量。化学方法是用化学物质将秸秆中的木质素破坏，在生产中应用最广的是氨化 和碱化处理。氨化处理是用液态氨、氨水或尿素处理秸秆，氨化处理不污染环境，成 本低，操作容易，目前已获得广泛应用。碱化处理则是用氢氧化钠、石灰等碱性化合 物溶液处理秸秆，二者均可提高秸秆的消化率，缺点是成本较高，并目污染环境n 。用 经过处理后的秸秆饲喂牛羊等食草家畜，不仅解决了饲料来源的困难，家畜排出的粪 4 山东大学硕士学位论文 便经过处理，还可以变成有机肥回归大田，是保持农牧业持续发展和保持生态良性循 环的好办法。秸秆养畜过腹还田技术的应用，使丰富的秸秆资源科学的利用起来。因 此，发展畜牧业，实现秸秆过腹还田，具有良好的经济效益和生态效益。 1 2 3 秸秆的燃料价值 农作物秸秆纤维中碳元素占大部分，其中小麦、玉米等秸秆尤为突出，含碳量约 占4 0 以上，其次为钾、硅、氮、钙、镁、磷、硫等元素n “。秸秆中的碳元素使秸 秆具有燃料价值。我国农村长期用秸秆做生活燃料就是该价值的典型利用。目前对于 科学利用秸秆的燃料价值这一方面，主要体现在农村能源建设上。 秸秆转化为燃气的方法有两种：一是秸秆气化，二是秸秆厌氧发酵产出沼气引。 利用秸秆生产沼气既为农户提供清洁无污染的新型能源，又为农村提供优美的生活环 境。以秸秆为原料生产沼和高效利用。目前我市沼气生产主要利用的是畜禽粪便，但 畜禽粪便不足以保证原料的正常供给。秸秆分布在我市广大的种植【夏域，来源广泛， 数量巨大，不存在原料供给不足问题。秸秆通过发酵后一方面产生沼气作燃料，同时 还产生沼液、沼渣，沼液、沼渣可直接作肥料施用，使秸秆得到更有效的资源化利用。 利用秸秆生产沼气可采取沼气集中供气技术n 川，以自然村为单位，建设沼气发酵装置 及储气设备，通过管网把沼气输送到农户家中。1 千克秸秆就可以生产2 立方米以上 的燃气，只要有3 5 立方米的秸秆气就可以满足一个家庭一天的需求n 圳，这些气体在 稍高于常压的状态下就可以通过管道送往农户，像天然气一样进行燃烧。燃烧后无烟、 无尘、无污染，在广大农村具有很大优势。 另一种方法是将秸秆固化为成型燃料。生物固化燃料是以分散、形体轻、体积大、 贮运困难、使用不便的纤维素生物质为原料，经铡切揉碎、叫板混合、高温压缩成型 工艺，加工成燃料n ，提高生物质的容量和热效率，改善燃料性能，成为- - + b 可代替 木材、煤炭、燃油、液化气、天然气。可贮存和运输的廉价商品燃料。具有以下优势： 体积小、容量大。一般散容生物质燃料的容量为3 0 5 0 千克立方米，而生物固化 燃料为8 0 0 1 3 0 0 千克立方米，约为散容的2 0 倍。燃烧好、热效高。生物质散烧 的热利用率仅为1 0 一2 0 ，固化后燃烧热利用率可达4 0 以上，生物质固化燃料热值 可达3 7 0 0 - - 5 0 0 0 k c a k g ，火力强旺，用1 6 5 k g 的燃料在0 5 吨锅炉中4 0 分钟烧开 4 0 0 k g 水；燃烧时间长，在专用炉具中，0 6 5 k g 燃料可燃烧6 0 分钟，燃烧热效率可 达5 0 以上。清洁卫生、无污染。生物质固化燃料在燃烧过程中可达“零排放”， 气 山东大学硕士学位论文 即不拍渣、无烟、亦无二氧化硫等有害气体，不污染环境。生物资资源巨大、普遍 易取、可再生。固化燃料加工简单使用方便，是可进行商品生产和销售的可再生能源。 以棉秸秆为例，每千克热值是1 6 8 万焦n6 | ，相当于次煤的热值。 在当今煤炭、石油价格不断上涨，农作物秸秆日益过剩，人们对环境要求越来越 高的今天，秸秆的燃料价值有着广阔的利用前景。 1 2 4 秸秆的原料价值 秸秆有机成分以纤维素、半纤维素为主，其次为木质素、蛋白质、氨基酸、树酯、 单宁等。利用微生物以纤维素为基质原料生产单细胞蛋白质产品是当今利用纤维素最 为有效的方法之一，用秸秆废物做培养基可栽培多种食用菌就是该原理的实际应用。 大多数食用菌都可以分解纤维素、半纤维素和木质素，用来合并自身的植物蛋白和氨 基酸。秸秆中的纤维素、半纤维素等通过酶分解成简单的糖类而被食用菌吸收利用n “。 在食用菌种植中，可选洁净、无污染的秸秆切成3 0 c m 长度小段，用清水浸透，将粪肥、 秸秆、饼肥、化肥、石膏及石灰等原料按适当l l f f , j 配合成培养料供食用菌生长。如用 麦秸栽培草菇、用玉米秸栽培草菇和平菇技术已经得到推广应用，每1 千克秸秆可生 产金针菇、耳、猴头或草菇0 3 0 4 千克、半菇0 5 0 6 千克。栽培过食用菌的 残余物即菌糠可以作为饲料，即含有更多的粗蛋白，又具有食用菌的清香味、适口性 好。由于其优良特性又可成为优良的有机肥。食用菌如平菇、双孢菇、草菇等有较高 的营养价值及药用价值，是理想的健康食品。食用菌的栽培不但可将大量的秸秆转化 为对人类健康十分有益的食物，而且还可创造无污染的农村生态环境。为农村劳动力 提供大量的就业岗位。 另外，秸秆的成分组成决定了它还是一种工业原料。秸秆纤维含量高，是造纸的 好原料。我市是粮食的主产区，拥有丰富的秸秆资源，发展造纸业的条件得天独厚。 为保护环境，必须坚决关闭污染严重的家庭作坊式的小造纸厂，上马采用高新技术环 境友好型的大规模造纸企业。除了传统造纸原料外，秸秆的工业化利用也有多种途径， 如加工汽车内装饰件、植物地膜、餐饮具、包装材料、育苗钵等产品：还可以利用秸 秆中的纤维和木质作原料，压制成各种类型的纤维板、轻体隔墙板、浮雕等建材产品 n ；此外，秸秆还可成为制造酒精、淀粉等化工业的原料，用作培植草皮的基质材料， 玉米棒皮还可编织汽车座垫、靠垫、沙发垫、床垫等。有些地区选用某些质地柔韧光 滑的优质秸秆，编织富有乡土特色的日常生活用品或制作农家特色的麦秆画出售，变 6 山东大学硕士学位沦文 废为宝的同时又增加了农民收入，很值得借鉴。在王辉、陈红章等人的研究中，小麦 秸秆可以在温和的条件下被迅速液化。通过蒸汽前处理，获得最佳液化效果的麦秸， 在液化过程中，纤维素，半纤维素和木质素分解，导致羟值、酸值、粘度和反应体系 的平均重量分子量的变化。液化产品则可用来准备聚氨酯泡沫。这种：袍沫与正常的p u f 相比，具有类似的机械性能、更好的水吸收和生物降解性口。 1 3 农作物秸秆利用的研究现状 农作物秸秆作为地球上第一大可再生资源，我国实际拥有量居世界首位。秸秆是 农作物的重要副产品，当然也逐渐成为了工、农业生产的重要生产资源。农作物秸秆 可用作肥料、饲料、燃料及工业生产的原料等多种用途。秸秆资源数量多，开发价值 大，大力推广农作物秸秆综合利用技术、具有重要的现实意义。但是，近些年秸秆产 量随着粮食等农业主产品单位产量的不断提高而迅速增加，而传统的秸秆利用方式逐 渐被弱化和淘汰，人量剩余秸秆的处理成为农业生产中凸显的问题。一些农民采取了 最简单、原始的处理方式焚烧或随意堆弃，既浪费了宝贵的资源，又带来了各种 危害，造成大气污染、土壤矿化、火灾和交通事故等大量的社会、经济和生态问题， 成为政府关心、社会关注、舆论关切的热点和难点。在一些西方发达国家对秸秆的开 发利用，已做了非常详细的工作。以英国为例，早在1 9 9 2 年起就严禁田间大量焚烧 农作物秸秆，并进行大量秸秆利用的相关措施：秸秆合理还田，畜用秸秆发展生产畜 产品，工业开发制作建材及类似固体燃料瞳1 | 。目前一些发达地区农作物秸秆开发与利 用的主要技术手段分别是农作物秸秆的微生物发酵技术，如沼气发酵、燃料酒精发酵、 饲料发酵：农作物秸秆的热化学转换技术，如热解液化技术、气化技术、致密成型及 制炭技术；化学转化技术如化学制浆造纸比2 i 。而滨州市实际情况仅一小部分用于纺织、 造纸、建筑和饲料，绝大部分农作物秸杆仍露天焚烧或作燃料用，造成资源浪费，污 染环境。因此，探索农作物秸秆综合利用对农民生活质量的提高，减少资源的浪费， 减少环境污染等有广阔的前景与空间，面对各国各地区优秀经验，我们有必要进行深 思并做点相应的工作。 目前，农作物秸秆综合利用主要有5 种途径：一是作为农用肥料_ 是作为饲料； 三是作为农村新型能源：四是作为工业原料：五是作为基料。 1 3 1 农用肥料，秸秆还田 l 、作用：农作物秸秆还田是补充和平衡土壤养分，改良土壤的有效方法，是高 7 山东大学硕士学位论文 产田建设的基本措施之一，秸秆还田后，平均每由- 增产可幅度1 0 以上陋3 1 。 2 、弊端：难以将秸秆梨耕到土壤中是秸秆还田最大的问题所在弛4 | 。即使秸秆被 成功地梨耕到土壤中，在犁沟中的秸秆股形成过程中也可能引发问题，即不能以足够 速度进行分解，而在下一次耕作时露出地表。另外，犁沟中的秸秆还将会阻碍作物的 根系向土壤深层生长。 3 、秸秆还田方法包括：秸秆覆盖或粉碎直接还田；秸秆养畜，过腹还田； 利用高温发酵原理进行秸秆堆沤还田；利用催腐剂快速腐熟秸秆还田乜。即在秸 秆中添加一定量的生物菌剂及适量的氮肥和水，再经高温堆沤，可使秸秆腐熟时间提 早1 5 2 0 天。实践证明，机械化粉碎秸秆还田技术要求较低，仍然成为了秸秆综合 利用的主要技术措施和手段。 1 3 2 秸秆饲料 秸秆富含纤维素、木质素、半纤维素等非淀粉类大分子物质。作为粗饲料营养价 值低，只有通过对其进行加工处理才能从分利用其价值成分。处理j 亏法有物理法、化 学法和微生物发酵法口6 | 。经过物理法和化学法简单处理的秸秆，其适口性和营养价值 虽然都大为改善，可很好的被两胃的反刍动物利用，却仍不能为单胃动物所利用。为 此秸秆要经过微生物发酵，通过微生物代谢产生的特殊酶的降解作用，将其纤维素、 木质素、半纤维素等大分子物质分解为低分子的低聚糖或单糖，才能提高营养价值， 提高利用率、采食率、采食速度，增强口感性，增加采食量。另外秸秆可以制作成生 物有机肥，作为培养土使用，同一些饲料细菌培养后，作为花草、蔬菜的肥料心7 | 。 秸秆饲料的主要加工技术主要包括：粉碎直接饲喂技术；青储饲料技术； 秸秆微生物发酵技术；秸秆高效生化蛋a 饲料技术；秸秆氨化技术；秸秆热喷 技术口圳。 1 3 3 秸秆能源 生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源，在世界能源总消费量中占 1 4 凹3 。而我国每年农作物秸杆资源量约占生物质能资源量的近一半。山东省好多县 市就建有火力发电厂。 农作物秸秆能源转化的主要方式是秸秆气化口。1 。除秸秆气化以外，秸秆还可以用 来加工压块燃料“、制取煤气。 1 3 4 建材、轻工和纺织原料 r 山东大学硕士学位沦文 秸秆是高效、长远的轻工、纺织和建材原料，既可以部分代替砖、木等材料引， 还可有效保护耕地和森林资源。秸秆墙板的保温性、装饰性和耐久性均属上乘，许多 发达国家已把“秸秆板”当作木板和瓷砖的替代品广泛应用于建筑行业n 。此外，经 过技术方法处理加工秸秆还可以制造人造丝和人造棉，生产糠醛、饴糖、酒和木醣醇， 加工纤维板等等n 4 。矧。 1 3 5 秸秆基质 秸秆用作食用菌基料是一项与食品有关的技术。食用菌具有较高的营养和药用价 值，利用秸秆作为生产基质，大大增加了生产食用菌的原料来源，降低了生产成本。 目前利用秸秆生产平菇、香菇、金针菇、鸡腿菇等技术已较为成熟，但存在技术条件 要求较高的问题，一般用玉米秸和小麦秸培育食用菌的产出率较低阶引，需要采取更高 的技术指导。 滨州属于农业大市，地处鲁北平原适于农作物生长，因此拥有丰富的秸秆资源。 但是仍存在着胡乱丢弃、无控焚烧、加工粗饲料和直接还田等传统的处理方式，并出 现了三低一重的缺点，即利用率低、转化率低、经济效益低，环境污：染严重。充分利 用好农作物秸秆这一宝贵资源，搞好秸秆的综合利用，是杜绝焚烧现象，减少污染， 加强环境治理，建设“生态滨州”的必然要求，也是进一步搞好农村能源工作，节能 减排，增加农民收入的迫切要求。 1 4 论文创新点 本文通过对农作物秸秆综合利用技术适用性研究，分析说明了部：分技术目前在滨 州市示范应用的情况，并指出应用情况的优势与弊湍，积极推进各项：实用性技术在滨 州市各县区的产业化模式发展。 山东大学硕士学位论文 第2 章 滨州市农作物秸秆利用现状及深度分析 2 1 滨州市农作物秸秆综合利用现状 2 1 1 农作物秸秆的综合利用效率较低 自古以来农作物秸秆就作为人们日常生活所用的主要燃料，还被用来饲养家畜和 沤制肥料，然而随着社会的发展，人们生活水甲的提高，农村生活用能结构发生了改 变，生活用秸秆数量大幅度减少。化肥的大量使用，在一定程度上降低了秸秆沤肥还 田率。这些传统的秸秆利用方式逐渐被人们放弃，现代科学的秸秆利用方式和意识尚 未建立，致使农作物秸秆大量剩余。据调查，当前滨州市秸秆利用的方式有秸秆直接 还田、过腹还田、沤肥、农村生活用能、工副业生产原料等几种方式，秸秆综合利用， 在这些综合利用方式中秸秆还田是秸秆综合利用的主要方式。这些剩余的秸秆或被露 天焚烧或随意堆弃。秸秆露天焚烧，不但造成极大的资源浪费，使土壤肥力下降，而 且带来严重的大气污染，特别在机场、公路附近燃烧会造成飞机停飞，高速公路汽车 追尾相撞，行道树被烧毁等不良后果。尽管目前各地政府都已经出台了不少禁止秸秆 露天焚烧的法规，但是露天焚烧农作物秸秆事件还时常发生，给社会造成很大经济损 失。秸秆随意堆弃，不仅占用了大量土地，阻碍了公路交通，还影响了农村环境卫生， 并成为发生火灾的一大隐患。因此，搞好农作物秸秆的综合利用，变废为宝、化害为 利具有重大的现实意义和战略意义。见表2 1 。 表2 12 0 1 1 年滨州市生产的农作物秸秆及相关综合利用情况 作物小麦玉米水稻棉花 秸秆生产量( 万吨)i7 3 4 42 2 5 4 20 3 76 4 5 5 利用量( 万吨) 1 6 1 7 11 61 9 3 2 5 0 60 3 2 6 5 5 3 8 7 8 5 机械粉碎还田 13 4 0 9 5 69 5 7 8 90 0 70 秸秆肥料化利用黜 4 孑7： ： ： 秸秆反应堆0 0 1 500 直接饲喂0 3 42 3 0 5 30 0 0 70 青贮05 5 4 0 3 60 0 秸秆饲料化利用微贮0 o 2 800 氨化 3 2 83 1 5 00 揉搓压块0 0 0 0 800 1 0 山东大学硕士学位论文 秸秆沼气01 3 800 秸秆能源化利用 秸墓呈化 ：留：，：羔 新柴0 0 5 6 8 5 0 203 0 8 9 8 5 秸秆生物转化食用菌基料0 13 9 00 造纸 1 6 。5 80 03 8 工业化利用板材0 0 301 6 其他加工0 0 50 2 50 4 8 滨州市是山东省重要的粮食作物主产区，也是秸秆资源最丰富的市级城市之一。 据统计近年来滨州市粮食播种面积稳定在5 8 5 万亩左右，粮食总产量达到2 6 0 多万吨； 棉花播种面积2 0 8 万亩，总产量1 6 万吨。据测算和抽样调查，每年产生小麦秸秆 1 7 3 4 4 万吨，玉米秸秆2 2 5 4 2 万吨，棉花秸秆6 4 5 5 万吨。全市每年产生可利用的 农作物鲜秸秆数量总计为4 0 9 万吨左右。 目前，滨州市农作物秸秆主要有4 种利用途径： 一是作肥料直接粉碎或发酵后还田；二是作饲料喂养家畜家禽；三是作燃料作为 生活能源；四是打捆初加工后运输至u j i - 地用于造纸、纺织。 而实际综合利用的秸秆占总量的不足8 0 ，机械化秸秆还田仍是秸秆综合利用的 主要方式，在近几年也有较快的发展。但从全市情况看，目前每年仍有2 0 左右即7 0 多万吨各种农作物秸秆被焚烧或废弃，秸秆综合利用仍有很大的发展空间。见图 2 1 1 。 匿 蠢蕊 撼巍 l 盈 团秸秆生j 量1 73 4 4 辫一秸科利用量 攀 一 i 芦翟二蘩 口作为薪柴用0 0 5 6 垂 暨 jf l 一 篓搿 纛 口粉碎商接还田 i 囊誊 山东大学硕士学位论文 2 1 2 滨州市秸秆禁烧工作情况 滨州市对于秸秆禁烧工作采取了有效的防范措施主要有以下内容： 首先，政府重视。成立了秸秆禁烧工作领导小组，下发关于秸秆禁烧的文件，发 布秸秆禁烧通告，与各县区签订责任书，做到目标、措施、人员“三落实”。实行了 秸秆禁烧通报制，对存在秸秆露天焚烧问题的县区和乡镇，在全市范围内进行通报； 问题严重、造成恶劣影响或者被省政府通报的，要追究相关县区和乡镇主要负责人的 责任。 其次，强化后期监督检查。市政府成立了专门的巡查队伍，分别由农业、环保、 公安、农机等部门牵头，实行2 4 小时不问断巡查，发现问题及时处理，做到“有烟 必查、有火必灭、有灰必罚”。各县区也都根据各自实际，组织县、乡两级干部，深 入各乡镇、村，指导基层搞好秸秆禁烧工作，组织党员乡镇、村干部，实行“人盯人、 人盯地”的办法，将禁烧任务分解落实到每一名干部和每一块地片。并强化监督检查， 保证了秸秆禁烧工作的顺利开展。 滨州市非常重视秸秆禁烧工作，采取了“堵疏结合”的方式，积极推广秸秆综合 利用工程，探索出了秸秆还田、秸秆气化、秸秆青贮、秸秆发电以及秸秆编制等综合 利用模式，农作物秸秆综合利用率逐年大幅度提高的同时，秸秆焚烧形象得到了有效 控制。 监督处罚 浪费资金没效果 匿至墨臣疆卫 直接有效利冒利民 图2 1 - 2 滨州市禁烧秸秆禁烧工作示意图 山东大学硕士学位论文 2 1 3 村内秸秆堆放成难题 2 0 0 5 年滨州市开始了以“生产发展、生活宽裕、乡风文明、村容整洁、管理民 主”为主要内容的社会主义新农村建设，新农村“是展现农村新貌的窗口，是实现人 与环境和谐发展的必然要求。社会主义新农村呈现在人们眼前的，应该是脏乱差状况 从根本上得到治理、人居环境明显改善、农民安居乐业的景象。这是新农村建设最直 观的体现。”根据“村容整洁”的要求，村内“二大堆”即：柴堆、粪堆和垃圾堆， 须彻底清除，而随着近年来土地流转承包以及商、i k 开发的需要，村内场院都得到了承 包和开发。随之而来的是农作物秸秆的堆放难题，农村也面临着秸秆无处可放的囿地。 农作物秸秆传统的利用方式也受到了冲击。 2 2 滨州市农作物秸秆综合利用情况深度分析 2 2 1 秸秆利用不足的原因分析 虽然滨州市的秸秆利用工作也取得了一定的成效，但是，秸秆的利用率还不高， 农作物秸秆的利用水平还比较低下，造成秸秆焚烧的原因也各不相同。 1 、秸秆不再是农村主要燃料 我市黄河以南县区，经济相对发达，农民年均纯收入远远高于黄河以北区域，加 上多年来液化气、电、煤等民用燃料的迅速推广和普及，农村燃料结构明显改变，原 来是主要燃料的秸秆，已经被逐步弃用。而秸秆的产生量有越来越多的趋势，导致部 分农户一烧了之。 2 、农业机械化水平提高 目前，玉米机械收获已经普及，玉米秸秆也采取了就地粉碎、：直接还田的方式。 但是，由于采用的旋耕犁半径仅为1 2 厘米，实际耕地深度只能达到7 厘米左右，加 上部分秸秆粉碎不彻底，秸秆和土壤很难混合均匀，造成土壤空隙过大，直接影响小 麦的播种和发芽。 3 、秸秆还田方式不合理 部分区域实行小麦和玉米套种的方式。玉米收获后，若采用直接还田的方式，就 会造成田埂上没有秸秆，全部秸秆均散落在原来种植小麦的洼地内，致使秸秆分布的 严重不均匀，导致耕地和播种成本增加，农民很难接受。 4 、农作物秸秆综合利用力度不够 山东大学硕士学位论文 目前，在滨州市主要的综合利用途径是青贮，对时间要求比较严格，收购点的辐 射半径也非常有限，其利用数量只能占产生量的很少一部分。其他的秸秆综合利用方 式，秸秆发电由于其体积大，运输成本高，加上炉内燃烧温度达不到要求等原因，本 地的生物质发电企业很少用作燃料。此外，秸秆气化、固化等产业缺乏，也直接影响 了综合利用。 2 2 2 滨州市综合利用情况的现状分析 针对滨州市农作物秸秆的利用情况分析，农作物秸秆的生产量很大，但是利用途 径较为简单、粗放。尤其小麦和玉米的直接还田率比较高，棉花秸秆则主要作为新柴 用。 受到政府政策和管理的影响，农作物秸秆的处理和堆放也成为i r 难题，这既造成 了农作物秸秆的利用过剩，使传统的农作物秸秆处理方式遭到了冲击。也使农作物秸 秆的处理成为了农村亟待解决的一大问题。 总体来看，滨州市秸秆的综合利用效率比较低，还处于非常低级的利用阶段，仍 有很大发展空问。同时农作物秸秆的利用也成为了农村的一大社会难题，农作物利秸 秆的利用潜力很大。 2 3 秸秆利用的对策与建议 2 3 1 加大综合利用工作力度 要从实际出发，加大秸秆综合利用扶持和先进技术的推广力度，多渠道、多形式 地转化利用玉米秸秆，认真落实机械补贴政策，支持发展农作物联合收获、深耕或免 耕还田、秸秆固化、秸秆储存运输等全程机械化，建立和完善秸秆综合利用体系，提 高秸秆商品价值。要加快发展食草牲畜养殖，带动秸秆青贮和干贮。，要加快实施秸秆 肥料化、能源化、原料化，努力提高秸秆综合利用水平。 2 3 2 加强舆论宣传 严查焚烧行为。一方面，秸秆焚烧在一定程度上还是农民环境意识不高造成的。 这就要求政府和有关部门，进一步加大宣传工作力度，使广大农民充分认识秸秆综合 利用的好处，明白秸秆焚烧的危害，将秸秆禁烧变成自觉行动。另一方面，要严格查 处违法行为，对露天焚烧秸秆的行为，严肃依法查处，并追究县区、乡镇主要领导的 责任。 2 3 3 增加财政补贴投入 山东大学硕士学位论文 改变耕作方式。政府要逐步增加财政投入，对大功率农机进行补贴，对不焚烧秸 秆的农户予以奖励。推广深耕、深翻方式，彻底解决影响小麦播种问题。要积极推广 机械免耕播种技术、秸秆覆盖保护土壤技术、农机农艺结合技术，降低秸秆综合利用 成本，保护农业生态环境，提高秸秆综合利用水平。 2 3 4 开展科技攻关，扩大秸秆工业化利用量 认真研究、引进、推广秸秆工业化利用技术，重点发展秸秆建材、秸秆饲料、秸 秆肥料、秸秆气化和秸秆发电等产业，拓宽秸秆工业化利用渠道，延伸秸秆产业链条， 提高秸秆综合利用效益。 山东大学硕士学位沦文 第3 章滨州市秸秆综合利用技术研究及示范 滨州市地理位置优越，滨州市位于黄河下游、鲁北平原，地处黄河三角洲尾闾， 北临渤海。平原面积广阔，适合农作物生长，拥有丰富的农作物资源，随之产生的秸 秆问题很严重。 本章综述目前适用的秸秆综合利用技术，并详细阐述各种技术的原理、使用方法 及分析适用范围等。 3 1 滨州市农作物秸秆气化技术推广应用 秸秆气化是秸秆在气化炉进行不完全燃烧的过程，实际上是缺氧的状态下加热反 应的过程，其中的碳、氢元素就会变成含一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气【37 | ，秸秆中 所含有的能量也就转移到可燃气里，秸秆气像天然气一样，燃烧后无尘无烟，在广大 农村这种燃气更具有优势。根据“中国农村能源年鉴( 2 0 1 1 ) ”和“全国农村可再生 能源统计汇总表( 2 0 1 1 ) ”计算，2 0 0 1 2 0 1 1 年间，中国农村能源总消费量增加了3 7 8 6 ，但作为能源的农作物秸秆却下降了4 8 6 t 38 1 。而且在农作物秸秆用作家庭能源时， 绝大部分直接在传统柴灶内燃烧，据“全国农村可再生能源统计汇总表( 2 0 1 1 ) ”统 计，农作物秸秆气化等优质化能量利用的数量仅占用于家庭能源秸： 干总量的0 0 8 。 该技术也称为秸秆热解气化工程技术，是将玉米秸、玉米蕊、棉柴、麦秸等干秸秆粉 碎后作为原料，经过气化设备( 气化炉) 热解、氧化和还原反应转换成可燃气体，经 净化、除尘、冷却、储存加压，再通过输配系统送往一家一户，用作燃料或生产动力 【39 1 。农作物秸秆气化不仅可以减少秸秆露天焚烧带来的空气污染问题，而且还可以提 高当地农村家庭生活质量。秸秆气化技术的推广应用，无疑为替代化石燃料和减轻化 石燃料人量使用所带来的环境污染提供了有效途径。 早在2 0 世纪5 0 年代中国即有以木材为原料气化主要从事土地及农业资源研究 4 0 1 。北京中国科学院地理科学研究中心对农作物秸秆气化做了详细的研究，并提供了 相关成功的实例【4 。 积极开发和利用这种资源，利用这种技术补充了部分能源需求。其中，滨州市华 瑞再生资源研发有限责任公司对该方面做了很好的示范。该公司以木材加工废弃物、 农作物秸秆为重要原料，经粉碎一混合一烘干一成型等工艺，加工成直径为卜1 0 m m 的柱状颗粒燃料，可作为燃料燃烧，与直接燃烧秸秆相比，具有燃：晓性能好，热效率 1 6 山东大学硕士学位沦文 高、污染物排放量少等优点，有绿色煤炭的称号。为推广颗粒燃料，该公司还配套生 产了新代多功能气化炉，实现了自动稳压送风，强离子脱焦净化，三环旋流燃烧， 可将农作物秸秆等迅速转化为可燃气体，且燃烧效果超过液化气，可连续燃烧1 0 余 小时，普通家庭每天只需2 3 公斤即可满足需要【4 2 】，比普通柴灶节省7 0 以上，可广 泛适用于农村与城镇。 3 1 1 滨州市沾化县利国乡马营村的气化站 该村建设1 座中热值秸秆气化站，建设和购置的设备有：建设4 0 0 m 3 的贮气柜1 座，埋设气管约1 0 0 0 m ，原料处理机l 台，中热值气( 炭) 化机组l 台，2 6 0 多户室 内专用炉具和气表。固定资本投入( 设备购置、建设费用和土建费用，暂未考虑土地 使用成本) 为1 3 5 万元。如若按1 0 年折旧期计算，年固定成本为13 5 万元。一年短 期运行费用年流动成本( 工人工资+ 原料费用+ 电费+ 设备维修费用) 约为1 1 6 7 万 元，其中，工人工资5 3 2 万元，原料费用1 万元( 秸秆免费，全部为购买碎木费用) ， 电费5 万元，设备维修费用0 3 5 万元。该秸秆气化站年产气4 0 万n 1 3 ，目前可免费供 本村农户使用，气化站收入全部来自秸秆炭的出售。因数量较少，其他有价值“副产 品”( 如秸秆焦油) 没有进行商业性交易。目前产秸秆炭2 8 0 t ，按秸秆炭平均价格1 2 0 0 元t 计算，全年收入为3 3 6 万元。按1 0 年折旧期，5 单利计算，第1 年固定资产使 用的资金机会成本为6 8 万元，第2 年资金机会成本为5 5 8 万元，第1 0 年资 金机会成本为0 6 8 万元。平均每年资金机会成本为3 6 2 3 万元。年收入大于年固定成 本、年流动成本与平均资金机会成本之和( 3 3 6 1 3 5 + 1 1 6 7 - t - 3 6 2 3 2 8 7 9 3 ) 1 4 3 。 即使不考虑燃气收费事实上也没收) ，气化站也可以维持长期商业化经营。马营村的 秸秆气化站是2 0 1 0 年1 0 月才建成营业的，所有财务收支项目都是营业前半年实际数 据估算得到的( 全年数据一半年实际数据2 ) 。由于设备较新，维修成本可能会低于 全使用期的平均水平。固定成本是根据设备说明书上预期的折旧期计算得到的，根据 其他气化站，特别是已停运的气化站设备折旧情况看，实际固定成：本往往会大于按设 备说明书上预期的折旧期计算得到的固定成本。综合上述收支正负偏差情况分析，以 及去掉由于物价上涨所造成的投资资金上涨等问题导致具体各项财务收支数据会有 出入，但现实的盈利趋势还是可以相信的。 3 1 2 经典盈利案例辽宁省大连市郊龙塘村秸秆气化站 该村采用大连市环境科学设计研究院开发的秸秆气化供气系统，供气规模为2 0 0 1 7 山东大学硕士学位论文 农户及两个饭馆。根据设计规范，每户日设计供气量为1 5m 3 ，日对外供气量为4 0 0 m 3 。 秸秆气化站建设总投资4 9 4 万元，其中气化设备及安装费2 7 4 万元，包括备料系统、 制气系统、净化系统、副产品加工系统、气化站所需电器和仪表的费用及安装费；燃 气输配系统及安装费用6 6 万元，包括贮气柜、燃气户外输气管网及建设费用；用户 燃气系统及安装费用5 0 万元，包括户用燃气表、室内管道费用及安装费用；气化站 土建费用3 0 万元，主要指生产车间的建设费用，不包括征地费用及绿化费用等；其 它费用7 4 万元，包括秸秆气化站工厂的设计费用及各种不可预见费。秸秆气化站的 年生产成本大致包括原料费用、人工费用、辅助燃料费用、用电费用、用碱费用、日 常维修费用、流动投资利息、税金、企业日常管理费用、运输费用但以农作物秸秆为 原料并集中向农户提供生活用气体m 4 l 。 通过以上对比我们可以发现农作物秸秆气化技术在应用当中实现盈利的可能性 是存在的，但是由于受到各方面条件的制约，其在实际推广中会遇到实际问题的考验。 3 2 滨州市农作物秸秆青贮技术应用 滨州市农作物秸秆青贮技术的应用以玉米秸秆的青贮加工为主，有塑料袋青贮和 窖式青贮两种，即将腊熟期玉米通过青贮收获机械一次性完成摘穗、秸秆切碎、收集， 或人工收获后将青玉米秸秆铡碎至l - - - 2 c m 长，其含水量一般为6 7 7 5 ，即刻装入 塑料袋或窖中，压实排除空气后密封保存，4 0 - - - 5 0 天即可作为家畜饲料。青贮技术 的关键程序是适时收割、切碎和填装并排出窑内空气、压实密封，以及掌握适宜的水 分含量为乳酸菌繁殖提供良好条件。青贮专用玉米可采用全株青贮，方法类同，其干 物质的营养价值比单纯玉米秸秆青贮高