重慶煙區(qū)廢棄煙稈再利用探討

曹學(xué)鴻 唐小波 田維華

摘要 介紹了當(dāng)前煙稈利用的研究現(xiàn)狀，綜述了煙稈利用的主要方式及特點，并針對目前重慶煙區(qū)的自身特點，對重慶煙區(qū)廢棄煙稈再利用進行了探討。

關(guān)鍵詞 廢棄煙稈；再利用；重慶

中圖分類號 TS49 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）25-0086-03

Abstract The current research status of tobacco stem utilization was introduced， and the main methods and characteristics of tobacco stem utilization were summarized. In view of the present characteristics of Chongqing tobacco growing areas， the reuse of waste tobacco stems in Chongqing tobacco growing areas was discussed.

Key words Waste tobacco pole；Reuse；Chongqing

烤煙是重慶山區(qū)的重要經(jīng)濟作物，常年種植烤煙面積在4萬hm2左右。煙稈是烤煙生產(chǎn)的必然產(chǎn)物，煙草生產(chǎn)中可產(chǎn)干煙稈2 250～3 000 kg/hm2[1]。長期以來，煙農(nóng)采用焚燒、丟棄田邊的方式處理煙稈，不但會成為來年煙葉生產(chǎn)的病源，也會造成環(huán)境污染。煙稈通常都殘留著病菌、病毒，因此不適宜直接還田，也不適宜直接作燃料。煙稈的處理一直是困擾烤煙生產(chǎn)的重要問題。特別是在山地特征明顯、耕地資源相對較少的重慶地區(qū)，更是制約烤煙產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。如何將煙稈“變廢為寶”合理利用，實現(xiàn)煙葉生產(chǎn)的“綠色、生態(tài)、優(yōu)質(zhì)、安全”是亟待解決的難題。

筆者分析了目前煙稈利用的研究進展，并結(jié)合重慶煙區(qū)實際情況，探討了不同的利用方式，旨在為重慶煙區(qū)推進廢棄煙稈再利用提供參考。

1 廢棄煙稈利用現(xiàn)狀

目前，廢棄煙稈綜合利用的研究已受到研究人員的廣泛關(guān)注，利用方式和手段越來越多樣化，大體可分為兩大類：一是提取有效物質(zhì)，如煙堿、煙酸、茄尼醇、果膠、蛋白質(zhì)等重要化合物；二是深加工，如煙稈制作纖維板、有機肥、活性炭、壓塊燃料等。

1.1 煙稈提取有效物質(zhì)

煙草體內(nèi)已經(jīng)檢測出的化學(xué)物質(zhì)超過 1 000種，主要包括烴、醛、醌、酯、生物堿、色素、類異戊二烯衍生物、氨基酸和蛋白類等物質(zhì)[2]，其中許多物質(zhì)具有較高的利用價值和良好的應(yīng)用前景。而煙稈中含有煙堿、果膠、蛋白質(zhì)、茄尼醇、氨基酸、有機酸和糖類等化合物，特別是煙堿、茄尼醇等物質(zhì)是煙草所特有的組分，在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。將這些化合物加以提取分離，將極大地提高煙稈資源的利用率和經(jīng)濟價值。

1.1.1 提取煙堿。

煙堿是茄科植物（茄屬）含有的一種特殊生物堿，在煙稈中的含量為2.1%～2.6%[3]。煙堿廣泛應(yīng)用于精細化工、制藥、有機合成、農(nóng)藥等領(lǐng)域，可用于制取高效綠色殺蟲劑和殺菌劑，具有低毒高效、殘效期長等優(yōu)點；高純度煙堿可配制成煙用香精，作為卷煙工業(yè)中的添加劑，能提高卷煙的等級[4]；煙堿在醫(yī)藥工業(yè)上可用于研制治療皮膚、蛇蟲咬傷和無名腫痛等疾病的藥物[5]。煙堿和過渡金屬配合使用，制成煙堿和鐵、銅、錳、鉬等微量元素肥料，用于田間后更兼具肥料和殺蟲的雙重作用。

從煙稈中提取煙堿的方法較多，主要有蒸餾萃取法、離子交換法、復(fù)合萃取法、超臨界萃取法[6]、超聲波萃取法[7]、膜分離技術(shù)、微波萃取法等，其中蒸餾法、離子交換樹脂法和常規(guī)的溶劑萃取已實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)[8]。

1.1.2 提取果膠。

果膠是一種天然提取物，在煙稈中的含量為3.89%[9]，沒有毒性，使用安全可靠，可作為膠凝劑和增稠劑運用于果凍、果醬及糖果制品中；在紡織行業(yè)它還是一種良好的乳化劑；在醫(yī)藥方面，可作為重金屬鹽和甲醇中毒的解毒劑[10]，可防止血液凝固、腸出血和便秘等病癥。果膠的提取方法有酸提取法[11]、離子交換法[12]、微波法[13]等，其中酸提取法操作簡便、工藝成熟，是工業(yè)上廣泛運用的生產(chǎn)方法。但提取液中的果膠濃度低，為果膠的沉析分離帶來一定困難，如果pH控制不當(dāng)，易引起果膠分子降解或降低果膠提取率[14]。

1.1.3 提取茄尼醇。

煙稈中的茄尼醇含量在0.037%[15]。茄尼醇具有抗菌、消炎和止血作用，是一種重要的醫(yī)藥中間體，是泛醌類藥物中間體不可替代的成分，是合成心血管疾病、抗癌、抗?jié)兊刃滦退幬锏闹虚g體，如輔酶 Q10和維生素K2[16-18]。

提取茄尼醇的方法有常規(guī)溶劑萃取法、微波輔助萃取法[19]、超臨界CO2流體萃取法[20-21]等，其中常規(guī)溶劑萃取法工藝較成熟，易于工業(yè)化，但是其“三廢”排放大，溶劑消耗量大。

1.1.4 提取其他物質(zhì)。

煙稈中還含有植物蛋白質(zhì)、氨基酸、有機酸和糖類等其他重要化合物，這些化合物在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域均得到廣泛應(yīng)用，但其在煙稈中含量相對較低且提取成本較高，一般作為副產(chǎn)品進行回收利用。

1.2 廢棄煙稈深加工

1.2.1 煙稈制作有機肥。

煙稈中含量較高的纖維素（77%）和木質(zhì)素（18%），可以作為土壤腐殖質(zhì)的重要來源。其N含量1.44%，P2O5含量1.69%，K2O含量1.85%，高于稻草、小麥稈、玉米稈的N、P、K含量[22-23]，還存在鋅、錳、硼、銅、鐵等微量元素[9]，可作為制作有機肥的原料。通過添加適宜的微生物菌劑，將煙稈與雞糞、豬糞[24-25]等畜禽糞便進行混合發(fā)酵，調(diào)整投料比例以配比適宜的 C/N；同時堆肥腐熟過程中產(chǎn)生的高溫，可有效殺滅煙稈中所含的病原微生物，實現(xiàn)無害化，可制成良好的煙用有機肥料。因此，將煙稈用于制作有機肥料是可行的。

1.2.2 煙稈制作生物質(zhì)燃料。

在能源日趨緊張的今天，生物質(zhì)能源因其清潔、安全、可再生及來源廣泛等優(yōu)點越來越多受到關(guān)注。在眾多生物質(zhì)利用技術(shù)中，生物質(zhì)固體成型燃料具有原料豐富、 生產(chǎn)工藝簡單、 操作方便、成本低等優(yōu)點[26]，是較適合在我國大規(guī)模推廣和應(yīng)用的技術(shù)之一。目前，我國生物質(zhì)固體成型的關(guān)鍵技術(shù)已取得突破，特別是壓模輥壓式成型技術(shù)，已經(jīng)達到國際同類產(chǎn)品先進水平，并已實行商業(yè)化。煙稈在秸稈類樣品中干質(zhì)量熱值較高，可作為生物質(zhì)成型燃料制作的理想原料[27]。目前以烤煙秸稈為原料的固體成型燃料研究和生產(chǎn)工藝較多[28-29]，且研究表明，煙稈壓塊做燃料能夠滿足烤煙烘烤工藝要求[30-31]。

1.2.3 煙稈制作活性炭。

煙稈中木質(zhì)素和纖維素含量高，有機碳含量在45%以上[32]，可作為制備活性炭的原料，一般分為常規(guī)加熱和微波加熱條件下系列活化劑活化制備活性炭。楊麗萍[33]采用常規(guī)加熱化學(xué)活化法制備活性炭，得到該法制備煙稈基活性炭的最佳條件；夏洪應(yīng)等[34]以二氧化碳為活化劑，研究了煙稈制備活性炭；張利波等[35]采用微波法，以碳酸鉀為催化劑制備出煙稈活性炭；王平[36]以磷酸作為活化劑進行煙稈基活性炭的制備。這些新的制備手段，為煙稈綜合利用提供了新的途徑，也改變了傳統(tǒng)制備方法勞動強度較大、加熱時間偏長、操作條件落后、環(huán)境染嚴重等缺點，對于開發(fā)優(yōu)質(zhì)活性炭具有一定的指導(dǎo)意義。

1.2.4 其他深加工方式。

由于煙稈中存在木素和果膠，在高溫高壓作用下可以將纖維粘結(jié)起來，實現(xiàn)無膠制板。李曉薇等[37]采用半干法探索了煙稈制造無膠纖維板的工藝，研制出煙夾板和高密度纖維板；李全喜等[38]和曲桉等[39]驗證了煙稈用于造紙業(yè)的可能性；張先進[40]等以煙稈為原料制備出可為煙草薄片提供優(yōu)質(zhì)漿料的纖維漿板；劉傳森[41]和李為民等[42]研究了煙稈在食用菌栽培原料上的應(yīng)用。這些研究為廢棄煙稈再利用提供了一些新的思路和領(lǐng)域。

2 重慶煙區(qū)廢棄煙稈利用前景

重慶煙區(qū)年產(chǎn)煙稈在8.4萬～11.2萬t/a，數(shù)量巨大。雖然意識到煙稈處理不當(dāng)可能出現(xiàn)的問題，但一直缺少行之有效的解決方法。目前煙葉采收結(jié)束后由煙農(nóng)將煙稈及時拔除，遠離煙田集中堆放。雖然在一定程度上減少了煙稈的焚燒和病蟲害的傳播，但堆放的煙稈自然分解較慢，對環(huán)境仍有一定的影響。綜合上述煙稈利用研究進展，結(jié)合重慶煙區(qū)實際，考慮到工業(yè)化提取有效物質(zhì)對設(shè)施設(shè)備要求較高，資金投入較大，且能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的提取方式存在能源耗費量大、預(yù)處理及再生較為繁瑣、溶劑消耗量大、污染環(huán)境嚴重等問題。煙稈深加工設(shè)備簡單、成熟，投入較少，無二次污染，特別是制作有機肥和制作燃料2種方式，既能夠解決煙稈污染問題，又能夠與烤煙生產(chǎn)有機結(jié)合，是當(dāng)前重慶煙區(qū)較為合適的選擇。

近年來，重慶煙區(qū)注重土壤保育，大力推行減少無機肥，增施有機肥的措施。特別是加大了農(nóng)家肥的施用，制訂了農(nóng)家肥制作標準，由煙農(nóng)合作社集中堆漚發(fā)酵，施量增加至2 250 kg/hm2，用以改良土壤理化性質(zhì)，改善土壤微生物菌落，提高煙葉品質(zhì)。如進一步擴大推廣應(yīng)用，則存在原料來源不穩(wěn)定及秸稈收集運輸成本高等瓶頸，而將煙稈作為主要原料代替秸稈，通過生物發(fā)酵制作有機肥，不但能解決煙稈污染問題，還可節(jié)約農(nóng)家肥成本，減少煙農(nóng)生產(chǎn)投入，增加種煙收入。利用廢棄煙草生產(chǎn)有機復(fù)合肥分別在核桃[43]、夏玉米[44]、水稻[45]種植上施用取得了較好的肥效，能使農(nóng)作物產(chǎn)量顯著增加，而在煙草上的應(yīng)用研究卻鮮見報道。重慶部分煙區(qū)已開展了一些有益的探索應(yīng)用，但應(yīng)在充分論證的基礎(chǔ)上從菌種選擇、投料比例等方面制訂出最適配方，確保無害化處理到位，開展相應(yīng)的區(qū)域試驗充分論證，為推廣應(yīng)用提供有力的技術(shù)支撐。

在烤煙調(diào)制過程中，需燃煤3 750 kg/hm2左右，煤炭燃燒產(chǎn)生二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及大量粉塵和難以處理的煤渣，能耗高、排放高、污染大。雖然煙草行業(yè)正積極探索推動傳統(tǒng)調(diào)制方式的轉(zhuǎn)型，引進太陽能熱泵、電煤混合、太陽能光伏發(fā)電、生物質(zhì)等新能源烤房，推動節(jié)能減排、清潔烘烤、走可持續(xù)發(fā)展之路。但新能源烤房存在設(shè)備昂貴、電力不配套等問題，短期內(nèi)難以實現(xiàn)大面積推廣應(yīng)用。而重慶地區(qū)正積極落實煤炭行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，淘汰落后產(chǎn)能，加快煤礦關(guān)閉退出。截至2017年上半年，已累積有13個區(qū)縣整體退出煤炭行業(yè)，導(dǎo)致區(qū)域烤煙燃煤供應(yīng)緊張，外調(diào)價格上漲，增加煙農(nóng)生產(chǎn)投入成本，尋求新的替代能源是今后一段時期烤煙生產(chǎn)面臨的迫切問題。煙稈通過壓塊作為燃料設(shè)備投入少，燃燒穩(wěn)定，點火容易，污染排放較少，煙農(nóng)易接受。依托煙農(nóng)合作社和烘烤工場，可以實現(xiàn)規(guī)?；偷厣a(chǎn)，降低生產(chǎn)成本，提供就業(yè)崗位，多方位減工降本，促農(nóng)增收。此外，煙草為喜鉀作物，煙稈燃燒后灰分中含有較多的鉀元素，可作為鉀肥還田，可實現(xiàn)綠色循環(huán)經(jīng)濟。

3 結(jié)語

目前，針對煙稈再利用的研究大多只停留在實驗室階段，真正工業(yè)化利用較少，真正結(jié)合煙區(qū)實際情況進行市場化利用的研究更少。因此，在大力開展科研攻關(guān)的同時，更要加快成果的轉(zhuǎn)化和推廣。重慶煙區(qū)也一直在積極借鑒、引進新的技術(shù)設(shè)備，通過試驗示范來推動煙稈再利用工作，從而促進煙草產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康穩(wěn)定發(fā)展。

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