棉花秸稈的綜合利用

盧洪俊，段愛琴

（新疆博州精河縣經(jīng)信委，新疆 博州　833400）

棉花秸稈的綜合利用

盧洪俊，段愛琴

（新疆博州精河縣經(jīng)信委，新疆 博州833400）

新疆瑪納斯縣綠寶生物科技有限公司的棉花秸稈綜合利用項目采用干法工藝和濕法工藝分別生產(chǎn)了木炭、木醋液、木焦油和緩釋磷有機復混肥，變廢為寶，既實現(xiàn)了廢棄棉花秸稈的資源最大化利用，又避免了棉稈就地掩埋、焚燒對生態(tài)環(huán)境的破壞，保護了環(huán)境。

棉花秸稈綜合利用；干法工藝；濕法工藝；變廢為寶

新疆棉花種植面積大，棉農(nóng)收割棉秸稈后，一部分經(jīng)粉碎還田掩埋使用，另一部分在田間就地焚燒。這不僅造成了大量的資源浪費，而且對環(huán)境污染嚴重。秸稈粉碎后還田掩埋，由于棉稈比較密實，并且新疆的氣候干燥，棉秸稈難以腐爛變?yōu)榉柿希瑢е峦寥劳笟庑栽黾?，土壤保水性下降，多次掩埋不僅增加了土壤的負擔，而且使土壤的肥力下降，不利于農(nóng)作物生長。秸稈直接焚燒，除嚴重污染環(huán)境外，焚燒還產(chǎn)生大量煙氣，并伴隨著多種有害氣體，對生態(tài)環(huán)境造成破壞。如何有效地開發(fā)利用當?shù)刎S富的棉花秸稈資源，成為解決當?shù)剞r(nóng)村能源問題、促進農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

農(nóng)作物秸稈中含有大量有機質(zhì)、氮、磷、鉀和微量元素，分析得出，每100 kg鮮秸稈中含氮0.48 kg，磷0.38 kg，鉀1.67 kg，相當于2.4 kg氮肥，3.8 kg磷肥，3.4 kg鉀肥。就新疆地區(qū)而言，1 000萬t的棉花秸稈所含的養(yǎng)分相當于尿素12萬t，普鈣16.8萬t，硫酸鉀21萬t。

搞好農(nóng)作物秸稈的綜合利用，變廢為寶，化害為利，合理有效地將這些棉秸稈開發(fā)綜合利用為可再生能源，對發(fā)展新疆農(nóng)村經(jīng)濟起到積極的推動作用。

為此，新疆瑪納斯縣綠寶生物科技有限公司在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上，改造并新增設(shè)備，建設(shè)了40萬t/a棉花秸稈綜合利用項目，生產(chǎn)機制木炭、炭基肥、木焦油、木醋液及緩釋磷有機復混肥。

1　總體工藝

1.1干法工藝

1.1.1干法工藝流程

生產(chǎn)木炭、木醋液和木焦油的干法工藝流程如圖1所示。

1.1.2干法工藝原理

棉花秸稈主要由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等組分構(gòu)成，其中木質(zhì)素是具有芳香族特性、結(jié)構(gòu)單體為苯丙烷的立體結(jié)構(gòu)高分子化合物。木質(zhì)素屬于非結(jié)晶體，只有軟化點而沒有熔點，在適當?shù)臏囟龋?00～300℃）下會軟化、液化。生物質(zhì)棉秸稈置于密閉的料管加熱，當溫度高于250℃時，生物質(zhì)中的高分子開始熱裂解，可生成炭、焦油、木醋液及可燃氣體，至600℃時可完成揮發(fā)裂解。熱解過程也是干餾過程，即在隔絕空氣或通入少量空氣的條件下，將生物質(zhì)加熱使其熱分解，生物質(zhì)熱分解產(chǎn)生氣體，經(jīng)冷凝后產(chǎn)生液體木焦油和木醋液，未冷凝氣是木煤氣即可燃氣體，剩余的固體物質(zhì)就是木炭，經(jīng)成形、烘干處理后便可得到機制木炭。

圖1　生產(chǎn)木炭、木醋液和木焦油的干法工藝流程示意圖

1.1.3干法工藝條件

生產(chǎn)木炭、木醋液和木焦油的干法工藝條件如下：粉碎后的細碎棉秸稈粒徑為6～8 mm；熱解溫度（物料溫度）為450℃；熱裂解時間為1 h左右；木炭成形車間的加料配比按m（木炭粉）∶m（黏結(jié)劑）∶m（水）=70∶5∶25將三者在混料倉內(nèi)經(jīng)雙螺帶攪拌機進行攪拌，混合均勻。

1.2濕法工藝

1.2.1濕法工藝流程

圓盤混合造粒工藝流程是，原料干燥除去一定水分后（干燥時，即對原料進行了滅菌處理）進行破碎，然后加入一定量的酸或堿調(diào)節(jié)載體pH后與無機肥部分混合均勻，送入圓盤造粒機，在成粒過程中噴入一定量菌劑，成粒的產(chǎn)品在進行烘干、篩分后，即可得成品。圖2為生產(chǎn)緩釋磷復混肥料的濕法工藝流程示意圖。

圖2　生產(chǎn)緩釋磷復混肥料的濕法工藝流程示意圖

1.2.2濕法工藝原理

本項目工藝部分針對原緩釋磷復混肥生產(chǎn)工藝質(zhì)量存在的諸多缺陷而采用了一種新型的緩釋磷復混肥的生產(chǎn)工藝。該新工藝可以大大縮短腐解周期，發(fā)酵腐解過程養(yǎng)分損失少，酸臭氣體產(chǎn)生量少；腐解完全，發(fā)酵徹底。特定功能菌存活率高，施肥方便，應(yīng)用廣泛，增產(chǎn)增收效果明顯。

本項目中的發(fā)酵工藝根據(jù)緩釋磷復混肥生產(chǎn)特定的物理、化學和生物特性，在原有的發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上改進，采取秸稈預(yù)處理技術(shù)和深槽翻拋發(fā)酵技術(shù)，發(fā)酵槽深2～10 m，一般在2～5 m；根據(jù)農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便的有機質(zhì)含量、含水量確定加入比例，控制調(diào)整碳氫比例和pH，嚴格控制發(fā)酵水分，同時采用擠壓造粒后低溫干燥工藝和生物菌劑噴涂冷卻技術(shù)生產(chǎn)緩釋磷復混肥。

本發(fā)酵工藝是將農(nóng)作物秸稈先經(jīng)過預(yù)處理工藝再和畜禽糞便有機組分和活性生物菌劑組配，經(jīng)翻拋充氧、深槽發(fā)酵、粉碎制成生物有機肥，再與無機肥料和微量元素混配。生產(chǎn)工藝包括以下過程。

（1）秸稈預(yù)處理：在發(fā)酵工藝之前使用本公司研發(fā)的秸稈預(yù)處理技術(shù)，對秸稈進行浸漬、蒸煮和研磨，可以大大縮短發(fā)酵周期。

（2）拌料：將農(nóng)作物秸稈、畜禽糞便有機組分與活性生物菌劑按比例混合攪拌，調(diào)整物料碳氫質(zhì)量比為 26～35，pH為 5.5～8.5，水分質(zhì)量分數(shù)控制在40%～65%。

（3）發(fā)酵：將混合物料置于槽深2～10 m的發(fā)酵槽內(nèi)與溫度為-15～75℃條件下發(fā)酵20～50天，有效活菌數(shù)為0.3億～2億個/g，可縱橫行走的翻拋過氧機隨時在槽體之間的任何部位、任意深度進行翻拋作業(yè)。

（4）翻拋：發(fā)酵過程中用翻拋機每間隔18～36 h翻拋1次，采用行走車與橫走車結(jié)合的雙向行走機構(gòu)，可縱橫移動，實現(xiàn)相鄰二槽之間的跨區(qū)作業(yè)，為物料強制給養(yǎng)、蒸發(fā)水分和降溫。

發(fā)酵完畢后的物料經(jīng)粉碎后經(jīng)過造粒工藝、菌劑噴涂得到復混肥成品。

2　產(chǎn)品性質(zhì)與用途

2.1機制木炭

機制木炭與傳統(tǒng)觀念的樹炭相比含碳量高、發(fā)熱量大［熱值高達7.5千卡/kg（31 275 J/kg）］、揮發(fā)性小，燃燒時間是普通樹炭的2～4倍，無煙無味，外形美觀、規(guī)范，深受海內(nèi)外用戶的青睞，在價格上比樹炭也更具競爭優(yōu)勢。

生物質(zhì)熱裂解產(chǎn)品炭是一種比煤焦炭更純的木炭，有塊狀和粉狀的，由于灰分含量低，反應(yīng)性能好，比表面積大，可用作有色冶金業(yè)的還原劑，醫(yī)藥、儀器和環(huán)保行業(yè)的吸附劑及農(nóng)業(yè)土壤改良劑，其用途比煤焦炭更廣泛。

木炭廣泛應(yīng)用于食品、制藥、化工、冶金、國防、農(nóng)業(yè)及環(huán)境保護等諸多領(lǐng)域，也是燒烤、火鍋、家用取暖的優(yōu)質(zhì)燃料。

2.2木焦油

木焦油的主要成分是木雜酚油，還含有烴類、酸類和酚類等有機化合物，具有柔和度好、耐老化和耐高溫等優(yōu)點。木焦油加工后可獲得雜酚油、抗聚劑、浮選起泡劑和木瀝青等產(chǎn)品，也可用于醫(yī)藥、合成橡膠和冶金等行業(yè)。

木焦油是生產(chǎn)防水材料、防腐涂料和船舶漆的重要原料，進一步加工可以提煉名貴藥材。在農(nóng)業(yè)上可與底肥混合施田，有效殺死地下害蟲，也是植物生長促進劑；木焦油也可作燃料，品質(zhì)等同于燃料油；木焦油還可以用作提煉冰醋酸的原料。

木焦油中的化學成分以小分子物質(zhì)比較多，優(yōu)于煤焦油，目前多用于油漆業(yè)、有機肥制造業(yè)、橡膠業(yè)中，還是生物柴油的生產(chǎn)原料。

木焦油的應(yīng)用當前在國外開發(fā)得較為完善，國內(nèi)木焦油產(chǎn)品主要出口發(fā)達國家。隨著國內(nèi)木焦油實用技術(shù)的進步，市場前景將非常廣闊。

2.3木醋液

木醋液是以醋酸為主要成分的酸性液體，與食醋的成分和色調(diào)極為相似。木醋液是樹木炭化，把木頭里的能量變成氣體濃縮、液化而成，含有K、Ca、Mg、Zn、Ge、Mn和Fe等礦物質(zhì)，此外還含有維生素B1和B2。木醋液是經(jīng)生物化學技術(shù)提取獲得的天然植物素材，主要成分為醋酸、酚類和水，其中有機質(zhì)成分醋酸占47%以上，在高濃度下具有較強的殺菌、抗菌的功能，在低濃度下能抑制雜菌的繁殖，具有防菌、防蟲的功效。木醋液能中和氮硫化合物而作為消臭劑使用；木醋液因含有許多酚類物質(zhì)能殺菌、消毒避害蟲，作為消毒、驅(qū)蟲劑使用。在發(fā)達國家有機農(nóng)業(yè)栽培中己被廣泛利用。木醋液主要應(yīng)于土壤改良劑、除臭劑、食品熏制用品、植物生長調(diào)節(jié)劑和生產(chǎn)肥料（抑制雜草的生長、減少農(nóng)藥用量和蟲害的驅(qū)避劑等）；還可用于食品的抗霉、抗菌、抗氧化性，醫(yī)藥用品，飲料添加劑，飼料添加劑。

木醋液肥料在國外應(yīng)用十分廣泛，已經(jīng)形成了產(chǎn)業(yè)，用量巨大。國內(nèi)還處在初級階段，新疆土地經(jīng)過多年的耕作，土壤板結(jié)、鹽堿化已經(jīng)非常嚴重，急需要大量的土壤改良劑進行改良。木醋液可以制成木醋液葉面噴施劑，對人體安全無毒無害，具有很強的吸附性，使用后具有良好的發(fā)根壯根能力，對病害、藥害和凍害具有很強的解毒恢復功能，可提高果實食用品質(zhì)，提升商品等級，穩(wěn)定提高產(chǎn)量；木醋液沖施劑，作為土壤調(diào)理劑。木醋液沖施劑對人體安全、無毒無害，具有很強的土壤滲透性，改善土壤生態(tài)環(huán)境、抗重茬、防早衰，抑制有害病菌和根結(jié)線蟲，對病害、藥害和凍害具有很強的解毒恢復功能，調(diào)節(jié)土壤pH，凈化和改良土壤，尤其用于鹽堿地，改良土壤的效果更為明顯。

2.4緩釋磷復混肥

緩釋磷復混肥（即新型的生物有機無機復混肥）是以經(jīng)過生物化學方法處理過的農(nóng)作物秸稈與其他無機肥料和微量元素等農(nóng)作物生長必須成分為原料，按照一定配方和特定的工藝生產(chǎn)的肥料產(chǎn)品。

該產(chǎn)品消除了有機肥和無機肥的弱點，將有機肥和無機肥各自的優(yōu)點集中于一個載體。緩釋磷復混肥既有無機化肥肥效快的長處，又具備有機肥料改良土壤、肥效長的特點，可以起到提高化肥肥效、疏松活化土壤的作用，促進土壤有益菌的繁殖，提高作物抗旱、抗寒、抗重茬及抗病蟲害等抗逆能力，促進作物健壯生長，提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)。復混肥還可以作基肥、種肥、秧田肥、育苗肥和追肥使用。

隨著我國化肥工業(yè)的發(fā)展，有機肥施用比例逐年下降，造成我國農(nóng)田用肥的有機肥和無機肥比例嚴重失調(diào)。緩釋磷復混肥作為一種既含有有機質(zhì)又含有適量化肥的復混肥，具有高效化（提高肥料利用率）、多元化（滿足不同作物生長需求）、長緩化（更大限度控制養(yǎng)分釋放周期）等特征，養(yǎng)分全面，利用率高，對培肥土壤有較大作用，最近幾年得到較大推廣，迅速成為農(nóng)民廣泛使用的肥料品類，被廣泛應(yīng)用于大田作物、蔬菜、果樹、花卉和茶樹等農(nóng)作物及經(jīng)濟作物上。

3　棉花秸稈的綜合利用變廢為寶，保護了生態(tài)環(huán)境

3.1產(chǎn)品價格

機制木炭的價格一直處于上升趨勢，國內(nèi)市場價格一般為2 800～3 600元/t，國際市場價格一般為2 800～4 600元/t，高達700～800美元/t。

木醋液中含有多種有機酸，日本的木醋液產(chǎn)品已以4萬元/t的高價打入我國市場。國內(nèi)木醋液價格在3 000～5 000元/t，精制木醋液價格在8 000元/t左右。

木焦油的應(yīng)用當前在國外開發(fā)得較為完善，國內(nèi)木焦油產(chǎn)品主要出口發(fā)達國家，價格約1 000美元/t，國內(nèi)市場價格在3 600～4 000元/t，精制木焦油價格在7 800元/t左右。

近年，我國經(jīng)濟發(fā)展良好，國內(nèi)生產(chǎn)總值不斷提高，有機農(nóng)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，這為緩釋磷復混肥需求打下了良好基礎(chǔ)。國內(nèi)化肥市場雖然已經(jīng)飽和，但緩釋磷復混肥依然有潛在的市場空間，產(chǎn)品價格為2 600元/t。

3.2生態(tài)效益

對棉花秸稈進行回收加工，生產(chǎn)高附加值的產(chǎn)品，變廢為寶，利國利民，每年可減少固體秸稈浪費40萬t、減少二氧化硫排放800萬t，可徹底實現(xiàn)廢棄棉花秸稈資源的最大化利用，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟，也可解決剩余棉花秸稈就地焚燒或隨意堆棄造成大氣污染、土壤礦化、火災(zāi)和交通事故等大量的社會經(jīng)濟和生態(tài)問題。

4　結(jié)束語

采用棉花秸稈熱解制木炭、木焦油、木醋液及燃料氣等，既可以解決新疆地區(qū)大量廢棄物造成的環(huán)境污染，又實現(xiàn)了秸稈能源的高效清潔利用，生產(chǎn)的木炭、木醋液等不存在產(chǎn)品消費的地域限制問題。

單純施用常規(guī)有機肥，雖然在一定程度上提高了農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，但肥效差且不穩(wěn)定；而緩釋磷有機復混肥可以改善土壤環(huán)境，尤其是土壤中各種微生物的組成和數(shù)量。農(nóng)作物產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量也會因施用緩釋磷有機復混肥而提高，它利用有機質(zhì)的培肥土壤、改良土壤的特點，同時又發(fā)揮了無機養(yǎng)分的速效性，既保證了作物的產(chǎn)量又改善了產(chǎn)品的品質(zhì)，是目前積極提倡的一種施肥方式。

因此，棉花秸稈綜合利用項目的實施和推廣應(yīng)用，可實現(xiàn)廢棄棉花秸稈資源的最大化利用，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟，也可解決剩余棉花秸稈就地焚燒或隨意堆棄造成大氣污染、土壤礦化、火災(zāi)和交通事故等大量的社會經(jīng)濟和生態(tài)問題，對于農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

Cotton Straw Comprehensive Utilization

LU Hong-jun，DUAN Ai-qin
（Xinjiang Bozhou Jinghe County Council of economic information，Bozhou 833400，China）

The cotton straw utilization project of Emerald Biological Technology Co.，Ltd.at Manas County in Xinjiang， Respectively use dry process and wet process，Produce charcoal，wood vinegar，wood tar and organic fertilizer which release phosphorus slowly，Turning waste into treasure，Not only achieving a waste resources of cotton stalks to maximize the use，and avoid the destruction of the ecological environment with cotton stalks buried，burned，Protect the environment.

cotton straw utilization；dry process；wet process；turning waste into treasure

TS721

A

1007-2225（2015）04-0025-04

盧洪俊先生（1966-），工程師；精河縣經(jīng)信委總工程師；研究方向：制漿造紙工藝及造紙化學品；E-mail：461036306@qq.com。

2015-05-23（修回）

本文文獻格式：盧洪俊，段愛琴．棉花秸稈的綜合利用［J］．造紙化學品，2015，27（4）∶25-28．