秸秆资源化和沼气工程技术

秸秆资源化和沼气工程技术1.为什么现在要提秸秆资源化？（要从秸秆使用的历史说起）传统农业和简单再生产对秸秆的利用,仅仅局限于烧火做饭、饲养牲畜、盖房、取暖和肥田等,随着农村生活向现代化的迈进,使用液化气的农民越来越多,用作燃料的秸秆已不足20%。20世纪80年代初曾大力推广秸秆直接还田技术,约有20%的秸秆被还田利用,进入20世纪90年代,随着免少耕、轻型种植技术的应用,秸秆不能很好地翻入土中,影响了种植质量,加上普及了机械收割和栽插,秸秆不再移出田外,农民就在田间直接焚烧秸秆,造成对大气的严重污染,而其中的氮、磷元素燃烧分解升空后最终将随降水返回地面进入水体,造成二次污染。现状：而据资料表明秸秆焚烧的比例全国平均为22.4%2.怎么去资源化？（技术）国家发展改革委会同农业部编制了《秸秆综合利用技术目录（2014）》1.秸秆直接还田技术2.秸秆腐熟还田技术3.秸秆生物反应堆技术4.秸秆堆沤还田技术5.秸秆青（黄)贮技术6.秸秆碱化/氨化技术7.秸秆压块饲料加工技术8.秸秆揉搓丝化加工技术9.秸秆人造板材生产技术10.秸秆复合材料生产技术11.秸秆清洁制浆技术12.秸秆木糖醇生产技术13.秸秆固化成型技术14.秸秆炭化技术15.秸秆沼气生产技术16.秸秆纤维素乙醇生产技术17.秸秆热解气化技术18.秸秆直燃发电技术19.秸秆基料化利用技术3.现技术处理中存在的诸多问题成本问题、政策法律问题、使用范围、技术成熟度、利用中产生的污染问题1.秸秆直接还田技术秸秆直接还田包括秸秆翻压还田、秸秆混埋还田和秸秆覆盖还田。秸秆翻压还田技术是以犁耕作业为主要手段，将秸秆整株或粉碎后直接翻埋到土壤中。秸秆混埋还田技术以秸秆粉碎、破茬、旋耕、耙压等机械作业为主，将秸秆直接混埋在表层和浅层土壤中。秸秆覆盖还田是保护性耕作的重要技术手段，包括留茬免耕、秸秆粉碎覆盖还田和秸秆整株覆盖还田。2.秸秆腐熟还田技术秸秆腐熟还田技术是在农作物收获后，及时将收下的作物秸秆均匀平铺农田，撒施腐熟菌剂，调节碳氮比，加快还田秸秆腐熟下沉，以利于下茬农作物的播种和定植，实现秸秆还田利用。3.秸秆生物反应堆技术原理是秸秆通过加入微生物菌种，在好氧的条件下，秸秆被分解为二氧化碳、有机质、矿物质等，并产生一定的热量。4.秸秆堆沤还田技术将秸秆与人畜粪尿等有机物质经过堆沤腐熟，不仅产生大量可构成土壤肥力的重要活性物质—腐殖质，而且可产生多种可供农作物吸收利用的营养物质如有效态氮、磷、钾等。5.秸秆青（黄)贮技术例说明一下把秸秆填入密闭的设施里（青贮窖、青贮塔或裹包等），经过微生物发酵作用，达到长期保存其青绿多汁营养成分的一种处理技术方法。6.秸秆碱化/氨化技术秸秆碱化/氨化技术是指借助于碱性物质，使秸秆饲料纤维内部的氢键结合变弱，酯键或醚键破坏，纤维素分子膨胀，溶解半纤维素和一部分木质素，反刍动物瘤胃液易于渗入，瘤胃微生物发挥作用，从而改善秸秆饲料适口性，提高秸秆饲料采食量和消化率。7.秸秆压块饲料加工技术秸秆压块饲料加工技术是指将秸秆经机械铡切或揉搓粉碎，配混以必要的其他营养物质，经过高温高压轧制而成的高密度块状饲料或颗粒饲料。8.秸秆揉搓丝化加工技术秸秆揉搓丝化加工技术是通过对秸秆进行机械揉搓加工，使之成为柔软的丝状物，有利于反刍动物采食和消化的一种秸秆物理化处理手段。9.秸秆人造板材生产技术秸秆人造板材生产技术是秸秆经处理后，在热压条件下形成密实而有一定刚度的板芯，进而在板芯的两面覆以涂有树脂胶的特殊强韧纸板，再经热压而成的轻质板材。10.秸秆复合材料生产技术秸秆复合材料生产技术是以秸秆为原料，添加竹、塑料等其他生物质或非生物质材料，利用特定的生产工艺，生产出可用于环保、木塑产品生产的高品质、高附加值功能性的复合材料。11.秸秆清洁制浆技术秸秆清洁制浆技术主要采用新式备料、高硬度置换蒸煮+机械疏解+氧脱木素+封闭筛选等组合工艺，降低制浆蒸汽用量和黑液粘度，提高制浆得率和黑液提取率的制浆工艺。12.秸秆木糖醇生产技术秸秆木糖醇生产技术是指利用含有多缩戊糖的农业植物纤维废料，通过化学法或生物法制取木糖醇的技术。13.秸秆固化成型技术秸秆固化成型技术是在一定条件下，利用木质素充当黏合剂，将松散细碎的、具有一定粒度的秸秆挤压成质地致密、形状规则的棒状、块状或粒状燃料的过程。14.秸秆炭化技术秸秆炭化技术是将秸秆经晒干或烘干、粉碎后，在制炭设备中，在隔氧或少量通氧的条件下，经过干燥、干馏（热解）、冷却等工序，将秸秆进行高温、亚高温分解，生成炭、木焦油、木醋液和燃气等产品，故又称为“炭气油”联产技术。15.秸秆沼气生产技术秸秆沼气生产技术是在严格的厌氧环境和一定的温度、水分、酸碱度等条件下，秸秆经过沼气细菌的厌氧发酵产生沼气的技术。16.秸秆纤维素乙醇生产技术秸秆纤维素乙醇生产技术是目前秸秆能源化利用的高新技术之一。秸秆降解液化是秸秆纤维素乙醇生产的主要工艺过程，是指以秸秆等纤维素为原料，经过原料预处理、酸水解或酶水解、微生物发酵、乙醇提浓等工艺，最终生成燃料乙醇的过程。17.秸秆热解气化技术秸秆热解气化技术是利用气化装置，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸汽或氢气等作为气化剂，在高温条件下，通过热化学反应，将秸秆部分转化为可燃气的过程。18.秸秆直燃发电技术秸秆直燃发电技术主要是以秸秆为燃料，直接燃烧发电。其原理是把秸秆送入特定蒸汽锅炉中，生产蒸汽，驱动蒸汽轮机，带动发电机发电。19.秸秆基料化利用技术秸秆基料化利用技术主要是利用秸秆生产食用菌。秸秆微生物处理（秸秆腐熟还田技术、秸秆生物反应堆技术、秸秆堆沤还田技术）的机理：纤维素是作物秸秆最重要的组成成分之一，是细胞壁的主要组成成分，约占秸秆干重的在细胞壁的结构中40%左右，纤维素的纤丝嵌在木质素和半纤维素的基质中，这种聚合物彼此通过非共价键和共价键紧密连接，形成复合物木质纤维素!这种结构使得纤维素在天然环境中降解缓慢，严重影响着秸秆堆肥过程中碳素的循环和养分的转化!以纤维素为主要成分的细胞壁包裹着秸秆的营养成分，纤维素降解程度直接导致养分转化的程度，进而进一步影响微生物秸秆的降解过程由于纤维素的葡萄糖亚基排列紧密有序，形成高度晶体的不透水刚性结构，结构比较稳定，常温下不溶于水，不溶于乙醚#稀酸和稀碱而溶于浓酸,但能够在产纤维素酶的微生物的作用下，分解成容易被有机体利用的结构较简单的糖类纤维素可通过酸水解#酶水解#热解或催化热解生成葡萄糖!纤维素酶的组成及作用机制由于纤维素大分子不能通过渗透进入微生物细胞，因此，微生物必须分泌胞外酶，才能把不溶性物质转化为简单的#可透过细胞膜的#水溶性的单糖或双糖，这样才能利用纤维素这种碳源!纤维素酶是指所有降解纤维素的各种酶的总称，研究表明，纤维素酶是一种复合酶系，由三类不同催化反应功能的酶组成!这三类纤维素酶分别为外切葡聚糖纤维二糖水解酶;内切葡聚糖酶;葡聚糖苷酶等对纤维进行研究发现，纤维素酶是由球状催化结构域#高度糖基化的连接肽以及氨基酸序列较为保守但没有催化作用的纤维素结合结构域组成。研究表明，大多数纤维素酶都有一个或多个催化结构域和纤维素结合区，中间由一段连接肽所连接，只有少数微生物和高等植物产生的纤维素酶不具有这类结构。各种微生物在秸秆降解过程中分阶段的交替与物质转化，大致可分为3个阶段:第一阶段以细菌作用为主，主要利用秸秆中的可溶性物质生长，该阶段开始积累腐殖质;第二阶段以真菌降解木质素为主，是腐殖质大量积累的阶段;第三阶段以放线菌作用为主，开始分解腐殖质!还田问题时间：水稻种植模式下,稻秆还田后随着时间的推移,稻秆腐解率呈持续增加趋势,并且表现出前期增加快,后期增加慢的特点。还田后15d时,全量还田和半量还田的稻秆的腐解率分别是17.36%和23.15%;在30d时,稻秆的腐解率都超过30%上,而且到90d时,两者的稻秆腐解率都达到50%左右;但在120d时,还田的稻秆的腐解率分别是53.91%和60.28%,仅比90d时的腐解率高4.60%和4.49%。深度：一定程度深度上腐解率递增油菜种植模式下,水稻稻杆5cm深度的腐解率〉10cm深度的腐解率表层覆盖腐解率。在15d时,水稻稻秆在表层覆盖深度10cm深度的腐解率分别是11.41%、18.17%和16.62%;到60d时,稻秆三种深度的腐解率分别是22.04%、43.59%和38.45%;到120d时,稻秆三种深度的腐解率分别为26.76%、54.58%和49.01%。其它的污染问题：重金属、有害菌群、抑制因子、土壤富营养二、沼气工程技术优势：这项技术具有4大优势。一是沼气热值高。二是气体无毒,不存在焦油2次污染问题;三是发酵呈连续性,管理容易,操作简便;四是发酵后,沼渣可生产有机肥料,大大提高了秸秆的资源化利用效益。缺点：