家庭农场生态环境保护 课件 07-秸秆资源化利用技术

秸秆资源化利用技术1我国粮食农作物现状农作物秸秆是指在农业生产过程中，收获了稻谷、小麦、玉米等农作物以后，残留的不能食用的茎、叶等副产品。2020年，全国粮食总产量13390亿斤，比2019年增加113亿斤，增长0.9%。其中谷物产量12335亿斤，谷物主要包括稻谷、小麦、玉米、大麦、高粱、荞麦、燕麦等，均为产生秸秆的主要农作物。我国秸秆现状俗话说“斤粮斤草”，生产1斤粮食的同时要产出1斤多秸秆，我国秸秆产量和粮食产量呈现正向的相关关系。2011年我国秸秆产量为7.71亿吨，根据秸秆产量的历史数据并结合2020年粮食产量数据，初步估算2020年我国的秸秆产量约为7.97亿吨。秸秆利用现状：2020年，我国秸秆综合利用率为90%，其中肥料化51.2%，饲料化20.2%，燃料化13.8%，基料化2.43%，原料化仅占2.47%，仍有10%左右的秸秆废弃。一、饲料化利用技术农作物秸秆是牲畜的主要饲料之一。秸秆虽然含有2%～4%的蛋白质和0.5%～1%的脂肪，但由于含有蜡质、木质素等不易被消化物质，营养价值较低。因此，必须经过适当处理以改变秸秆的组织结构，提高牲畜对秸秆的适口性、消化率和采食量。当前秸秆饲料化处理技术主要有以下几类：1、物理处理2、化学处理3、生物处理

1、物理处理（1）、粉碎软化：用粉碎机将秸秆粉碎，将切碎的秸秆和一定量的水或食盐水拌匀，混合，堆放数小时，将秸秆浸湿软化，然后喂养牲畜，也是一种简单的物理处理方法。经浸湿后的秸秆，质地柔软，能提高其适口性，提高采食速度、采食量和消化率。（2）、压制成粒：秸秆压块饲料是以玉米、稻草、麦秸、牧草等农作物秸秆经铡切、混料，高温、高压轧制而成。原料除玉米秸秆外，还可用稻草、麦秸、牧草等。试验表明秸秆压块饲料粗蛋白、粗脂肪、氨基酸等有效营养成分明显提高，体积变小，储存期一般为6～9个月。经过熟化工艺将饲料由生变熟，无毒无菌，有特别的焦香味，并可添加微量元素，牲畜采食率可达100％。可提高动物免疫功能，改善肉、乳品质，降低饲养成本。饲料压缩机（3）、热喷处理：热喷技术是指用由锅炉、压力罐、卸料罐等组成的热喷设备，在一定压力的热饱和蒸汽下，保持一定时间，然后突然降压，使物料从机内喷爆而出，从而改变其结构和某些化学成分，并消毒、除臭，使物料可食性和营养价值得以提高的一种热压力加工工艺。经过热处理的秸秆饲料，其采食量和利用率有所提高，秸秆的有机物消化率可提高30%一100%，其中，湿热喷精饲料比干热喷粗饲料消化率高10%一14%。（4）膨化技术：秸秆膨化机将机械能直接转化为热能,瞬间产生高温高压,通过出料口压力骤降使玉米秸秆形成膨化喷放过程,破坏秸秆表面蜡质膜,使秸秆纤维细胞壁断裂,促进了纤维素、半纤维素、木质素等复杂结构的崩解,产生熟化过程,再经过加入有益微生物发酵菌厌氧发酵后,产生糖化过程,从而使秸秆的理化性状都发生了巨大改变。其特点是:适口性好，容易消化，饲料转化率高;膨化制粒后，体积增大而密度变小，保型性好;灭菌效果好，在膨化制粒过程中物料经高温、高压处理，能杀灭多种病菌;膨化料含水率较低，通常为6%一9%，可长期保存。膨化生物饲料技术包括秸秆收集、饲料加工与发酵两个主要环节。2、化学技术(1)碱化处理：通过碱类物质打破秸秆原有纤维结构，以溶去大部分木质素和硅酸盐，从而提高秸秆饲料的营养价值，此处理用碱量太大，需要大量水冲洗，易对周围环境造成污染。(2)氧化剂处理：用氧化剂破坏木质素，溶解半纤维素，从而增加纤维素酶和细胞壁的接触面积，提高饲料消化率。强氧化剂如二氧化硫、臭氧和双氧水提高了消化率，但成本太高。(3)氨化处理：在密封厌氧条件下，用氨水等溶液按一定的比例均匀喷洒秸秆，在常温下保存一定时间，使氨与秸秆发生氨解反应，破坏连接木质素与多糖之间的酯键，也可提高秸科消化率。(4)复合化学处理：此处理融合了碱化和氨化处理，先把秸秆饲料进行氨化处理，再进行碱化处理。但增加了成本和技术难度。3、生物处理技术（1）秸秆微贮技术秸秆微贮技术通过在秸秆中加入生物秸秆发酵剂，在密闭的厌氧条件下，促进秸秆纤维素，半纤维素和木质素的分解，改善秸秆的适口性，提高其消化率，并增加营养。特点：①成本低、产量高、无毒害。②微贮饲料消化率高。③秸秆软化，且有酸香味，可增加家畜的采食率。（2）秸秆青贮技术包括传统的青贮技术和机械化青贮技术两种。

传统的青贮技术是把新鲜的秸秆填入密封的青贮塔或青贮窖内，经微生物发酵作用，以达到长期保存秸秆青绿多汁的营养特性。它具有饲草利用率高、养分流失少、保存期长、有利消化、占用空间小、省工省时等优点。

机械化青贮技术

小型裹包青贮技术

该技术是将收割好的新鲜牧草、玉米秸秆、稻草等各种青绿植物揉碎后，用打捆机高密度压实打捆，然后用裹包机把打好的草捆用青贮塑料拉伸膜裹包起来，创造一个最佳的密封、厌氧发酵环境。经3～6周时间，最终完成乳酸型自然发酵的生物化学过程。

袋式青贮技术

将秸秆切碎后，用袋式灌装机械将秸秆高密度地装入由塑料拉伸膜制成的专用青贮袋，在厌氧条件下，实现青贮。适合于玉米秸秆、牧草、高粱等的大量青贮。该技术青贮含水率高达60%～65%，一只33米长的青贮袋可灌装近100吨秸秆，灌装机灌装速度每小时60～90吨。秸秆青贮秸秆微贮二、秸秆能源化利用技术（一）秸秆直燃供热技术秸秆直燃集中供热技术是将秸秆作为生物质燃料，经过锅炉燃烧转化为热能（工业蒸汽），然后通过热力管道输送至工业园区热用户处实行集中供热，以替代企业用户自备的天然气锅炉自产蒸汽。秸秆在高温、足氧的锅炉炉膛内充分燃烧后释放出热量，燃烧后的烟气经旋风与布袋除尘后达标排放，燃烧后的灰渣作为优质的有机肥原料利用，实现完全无害化的循环利用。秸秆直燃集中供热技术前期投入资金相对较大。利用秸秆直燃所产生的热能，可用于发电、纯供热或热电联产。（二）秸秆气化集中供气技术秸秆气化是高效利用秸秆资源的一种生物转化方式。它是以农村丰富的秸秆为原料，适当粉碎后，在缺氧状态下不完全燃烧，经过热解和还原反应后生成可燃性气体，通过管网送到农户家中，供炊事、采暖燃用。国家对这项技术开发利用和示范推广工作十分重视，“七五”期间开始进行科研攻关，“八五”期间由国家科委、农业部在山东等地进行试点，从1996年开始在全国各地示范推广。秸秆气化集中供气示意图秸秆原料处理气化机组净化处理储存终端用户（三）秸秆压块成型及炭化技术秸秆压块燃料生产原理为利用秸秆压块机等设备，将农作物如秸秆等通过设备进行侧切、揉丝和粉粹，并利用设备高温高压功能进行热成型，当秸秆被压实到一定密度时，以固态形状压模成型。秸秆压块燃料原材料可以是农作物秸秆、麦秸、麦糠、杂草等可以压缩成固体块状的燃料，在一定的高温度、高压下压热成型等工序制成，是一种环保、清洁、可再生的新型燃料。秸秆热解炭化技术在隔绝空气的情况下，加热秸秆，使固体秸秆分解，从而生成秸秆炭和少量焦油及低热值可燃气。优点：1、制作工艺简单、可加工成各种形状规格、体积小、储运方便；2、利用率可达到40%左右；3、导热速度快，使用方便、干净卫生；4、可用于热解气化产煤气、活性炭和各类“成型炭”。（四）秸秆发酵制沼秸秆沼气，秸秆做沼气发酵原料主要是采用小麦、玉米、花生、大豆等作物秸秆，农村常用的秸秆沼气主要分为全秸秆沼气发酵和秸秆与人畜粪便混合沼气发酵。三、秸秆肥料化技术农作物秸秆中含有丰富的有机质和氮、磷、钾等元素，以及钙、镁、硫等微量元素，是可利用的有机肥料来源。秸秆肥料化技术，包括秸秆直接还田、堆沤还田、覆盖还田、腐熟还田、保护性耕作等秸秆还田技术。技术要点：1.机械翻压还田直接还田。用秸秆切碎机械将水稻、玉米秸秆就地粉碎，均匀地抛撒在地表，随即采用翻耕机械耕翻入土，使秸秆与表层土壤充分混匀，并在土壤中分解腐烂，从而改善土壤的结构、增加有机质含量、促进水稻、玉米持续增产。2.覆盖还田。在水稻、玉米收获前套播下茬作物，将秸秆粉碎或整秆直接均匀覆盖在地表，或在作物收获秸秆覆盖后，进行下茬作物免耕直播；或将收获的秸秆覆盖到其它田块，从而起到调节地温、减少土壤水分的蒸发、抑制杂草生长、增加土壤有机质的作用。3.腐熟还田。将水稻、玉米秸秆等有机物料堆放在地表或坑池中，物料中保持适量水分，并添加各类快速腐熟菌剂，通过科学合理调整碳氮比、温度、水分等环境因子，使秸秆快速腐熟形成有机肥料，施入耕地中增加土壤有机质和改善土壤理化性状。4.有机肥生产。将水稻、玉米秸秆经机械粉碎后，与其他粪肥按照一定的比例混合，利用速腐剂中菌种制剂和各种酶类在一定湿度（秸秆持水量65％）和一定温度下（50℃～70℃）剧烈活动，释放能量，将秸秆的纤维素快速分解，同时生成大量菌体蛋白，为植物直接吸收或转化为腐殖质。稻草机械化粉碎还田模式秸秆堆沤腐熟还田模式随着生态化的深入应用，秸秆直接还田（一级转换）逐步转变为“过腹还田”和综合利用后还田（多级转化）。秸秆直接还田，即一级转化，又可分为秸秆就地翻压和制作秸秆堆肥。秸秆就地翻压还田的技术要求有:①秸秆还田要及时，应选择秸秆在青绿时进行，以便加快秸秆腐烂;②采用联合割机收获时，如果秸秆成堆状或条状，应采取措施将秸秆铺撒均匀，以免影响秸秆还田的效果;③在机械作业前，应施用适量的氮肥，以便加速秸秆的腐烂;④要及时耕地灭茬和深耕;⑤要浇足塌墙水，防止架空影响幼苗生长。秸秆过腹还田，即二级转换，是将秸秆作为饲料，经过动物利用后，排出粪便用于还田。方法大体上分为三种：直接饲喂、氨化后饲喂、微生物发酵处理后饲喂。秸秆综合利用后还田，即多级转化。多级转换的循环流程是：秸秆先用来培育食用菌，菌渣作畜禽饲料、养蚯蚓喂鸡；畜禽粪便养蝇蛆喂鸡，粪渣用来制取沼气，沼气用来培育灵芝，最后肥料用作肥料还田。四、秸秆材料化技术(一)草绳编结生产模式草绳是一种以稻草秸秆为原料加工而成的草制品其价格低廉，对环境无污染，是一种属于绿色环保的农业加工产品。其用途较广，主要用于:瓷器厂、砖瓦厂、预制件机械厂、园林公司、建筑工地等。以秸秆为主要原料，添加其它有机废弃物以调节C/N比、物理性状（如孔隙度、渗透性等），同时调节水分使混合后物料含水量在55-65%，在通风干燥防雨环境中进行有氧高温堆肥，使其腐殖化与稳定化。它主要是代替土壤，为栽培作物提供适宜养分和pH，具备良好的保水、保肥、通气性能和根系固着力的混合轻质材料。（二）栽培食用菌模式畜禽粪便混合秸秆、砻糠、河泥等搅拌后作为食用菌种植的基质。种植食用菌后的混合基质物，可直接作为有机肥施用于农作物种植；（三）植物育苗与栽培基质；（四）动物饲养过程中所使用的垫料、固体微生物制剂生产所用的吸附物料；（五）逆境环境条件下用于阻断障碍因子或保水、保肥等功能的秸秆物料，如盐碱土土壤上植树，需要在根部以下填充大量基质材料以防止盐份上移等。秸秆基料化主要有三个流程，一是秸秆堆腐，二是堆腐后物料与其他物料，如：泥炭、珍珠岩、蛭石、矿渣等合理配比（复配）；三是基质性状调配（通常添加高吸水树脂、生物炭等材料，提高保水保肥能力）。（六）生产可降解的包装材料用麦秸、稻草、玉米秸、棉花秸秆等生产出的可降解型包装材料，如瓦楞纸芯、保鲜膜、次性餐具、果蔬内包装袋衬垫等，具有安全卫生、体小质轻、无毒、无臭、通气性好等特点，同时又有一定的柔韧性和强度，制造成本与发泡塑料相当，但是大大低于纸制品和木制品。在自然环境中，可降解型包装材料在一个月左右即可全部降解为有机肥。秸秆材料牙刷杯一次性餐具(七)生产建筑装饰材料将粉碎后的秸秆按照一定的比例加入黏合剂、阻燃剂和其他配料，进行机械搅拌、挤压成型恒温固化，可制得高质量的轻质建材，如秸秆轻体板、轻型墙体隔板、黏土砖、蜂窝芯复合轻质板等，这些材料成本低、重量轻、美观大方，而且生产过程中无污染。目前，秸秆在建材领域内的应用已相当广泛，由于产品附加值高，且能节约木材，具有发展前景