CN103255178A - 一种农作物秸秆综合利用的方法 - Google Patents

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Abstract

农作物秸秆是世界上最丰富的生物质能来源之一。目前大部分秸秆以燃料、垫料等形式消耗。秸秆焚烧，不仅损失了大量的生物资源、造成环境污染，并且影响交通安全以及存在的火灾隐患。本发明提供一种解决农作物秸秆资源化处理和综合利用的方法，是利用农作物秸秆厌氧发酵产生的沼气中的一部分为能源，以沼渣作为原料制备活性炭，实现农作物秸秆的能源/资源的综合利用，可以获得生物能源——沼气和活性炭，增加农作物秸秆的利用价值。

Description

一种农作物秸秆综合利用的方法
技术领域
本发明涉及一种综合利用农作物秸秆生产能源和资源的方法，属于固体废弃物资源化处理技术领域。具体地说，是利用农作物秸秆厌氧发酵生产的部分沼气作为能源，将秸秆厌氧发酵的残余固体——沼渣，制备活性炭。充分利用秸秆资源。
背景技术
农作物秸秆是世界上最丰富的生物质能来源之一，我国秸秆资源非常丰富，每年产生近7亿吨。秸秆主要由纤维素、半纤维素，可溶性蛋白质、糖等细胞内容物组成。目前大部分秸秆以燃料、垫料等形式消耗。秸秆焚烧，不仅损失了大量的生物资源、造成环境污染，并且焚烧秸秆密集季节产生的大量烟雾影响交通安全以及存在的火灾隐患。因此，秸秆的处理与利用是我国农村面临的主要的资源环境问题之一，迫切需要寻找新的利用途径。
2007年，农业部把秸秆生产沼气技术列为我国农业和农村“十大节能减排技术”之首。以秸秆生产沼气，原料来源充足、分布广泛，不受时间和空间限制，不产生焦油和废气等污染物，可实现秸秆的循环和高效利用。这不仅可以解决我国大量秸秆的环境污染问题，还可为我国的沼气生产开辟新的大宗原料来源，为在更大规模和更大范围推广沼气提供原料保障，具有十分广阔的推广应用前景。
活性炭是被广泛应用于产品制造、医学治疗及环境保护等领域，是国民经济建设和人们日常工作中不可缺少的产品。传统的活性炭制备多以木材、木炭、椰子壳、果核为原料，随着国家政策的调整，制备活性炭的原料受到限制，价格也呈上涨趋势。在此情况下寻找替代材料成为当务之急。利用农作物秸秆制备活性炭不仅可解决了大量的农业废料占用土地、无处堆放的矛盾，还实现了变废为宝、资源再生，开辟了活性炭原料的新来源。
通过厌氧发酵，可以将秸秆转化成可燃性气体-沼气，既可以解决生态环境问题，也有望缓解甚至改善当前对矿物能源的依赖。据统计，2005年全国秸秆资源产量为7.28×108吨，除去用于饲料、工业原料和直接还田外，约有3.995×108吨秸秆资源可作为能源利用。若这些秸秆全部用以生产沼气，则可替代0.815×108吨标准煤。
从秸秆的综合利用途径看，以秸秆厌氧消化产生的沼气为能量来源，用水解酸化残余固体制备活性炭的能源/资源综合利用模式符合循环经济减量化、再使用和再循环的原则(即3R原则)，能实现农作物利用低消耗、低排放和高效率的目标。在利用方式上，实现秸秆从简单利用向综合利用的转变；在利用机制上，实现秸秆从自给自足利用向商品化利用的转变；在管理办法上，实现秸秆从粗放管理向科学管理的转变，以提高农业资源利用效率，对促进农村经济发展和农民增收、改善生态环境有着重要地位和作用。
发明内容
本发明的目的是解决农作物秸秆资源化处理和利用的问题，提供一种充分、有效利用秸秆的方法，增加农作物秸秆的利用价值。该方法采用两相厌氧技术结合微生物菌剂、活性炭制备技术对农作物秸秆进行处理，可以获得生物能源——沼气，活性炭，可以实现农作物秸秆的能源/资源综合利用。
具体的说，本发明提供的农作物秸秆综合利用的方法，是利用农作物秸秆厌氧发酵生产沼气过程中产生的沼渣作为原料制备活性炭，即采用两相厌氧技术结合微生物菌剂、活性炭制备技术对农作物秸秆进行综合利用。首先采用高效秸秆水解菌剂，对农作物秸秆进行水解，处理后的秸秆进入两相厌氧消化工艺，酸液用作厌氧产沼气，而水解酸化残余固体，集中用来制备活性炭，实现农作物秸秆的能源/资源利用的耦合，开辟了秸秆利用的新途径，增加了农作物秸秆的利用价值。
本发明中的活性炭制备的原料是沼渣，主要包括经过厌氧发酵的秸秆残渣和厌氧污泥。秸秆残渣的主要成分是纤维素、半纤维素、木质素，厌氧污泥的主要成分是微生物。
本发明中的制备的活性炭是以农作物秸秆发酵沼渣为原料、通过添加不同的活性物质(如ZnCl2、磷酸等)对残余固体进行预处理。
本发明中的活性炭制备是利用厌氧发酵制得的沼气为能源，加热炭化。本发明中的菌剂可以是细菌、真菌中的一种或几种。
本发明中的真菌可以是木酶属、曲霉属和青霉属中的一种或几种。
本发明中农作物秸秆厌氧发酵产生的沼气含硫量在25-300ppm，甲烷含量50-90％。
本发明中厌氧反应器产沼气系统的容积产气率为0.6-1.0m3/m3·d。
附图说明
图1农作物秸秆能源/资源耦合利用技术
具体实施方式
下面通过实施例对本发明给予进一步详细的说明。
实施例1：活性炭的制备
原料处理：对秸秆厌氧发酵残渣进行清洗、晾晒。然后，将氯化锌配成约50波美度的溶液。经过过滤，再用盐酸调整pH值为6，再按3-4的比例倒入原料中，即每百斤原料加300-400斤调整好的氯化锌溶液。在40-50℃以上的温度条件下浸渍，充分搅拌均匀后静置5小时，再搅一次再静置5小时，使氯化锌溶液全部被吸收，如未全被吸收则再延长时间。
炭化和活化：将拌好的原料放入炭化炉中密闭加热炭化，炭化温度300-450℃约30-60分钟。炭化要注意不能见明火，还要不断翻动物料，使之受热均匀，逐渐降温到100℃以下再搅拌彻底一些，保证炭化均匀，搅拌后再密封继续炭化，并加温到400-500℃，严封24小时左右，或500-600℃封2-2.5小时。每15分钟翻动一次，使物料活性化而具有活性，至炭呈暗红色、蔬松状态时，逐渐降温至100℃以下，倒入冷却槽冷却。若开炉时炭化还不好，可继续密闭升温再炭化，直至冷却。

Claims (7)

1.一种农作物秸秆综合利用的方法，其特征在于是利用农作物秸秆厌氧发酵生产沼气过程中产生的沼渣作为原料制备活性炭，同时获得沼气和活性炭。
2.根据权利要求1所述的方法，活性炭制备的特征在于利用厌氧发酵制得的沼气为能源，加热炭化。
3.根据权利要求1所述的方法，沼渣的特征在于包括经过厌氧发酵的秸秆残渣和厌氧污泥。
4.根据权利要求3所述的经过厌氧发酵的秸秆残渣，其特征在于主要成分是纤维素、半纤维素、木质素。
5.根据权利要求3所述的厌氧污泥，其特征在于主要成分是微生物。
6.根据权利要求1所述的方法，厌氧发酵生产沼气的特征在于产生的沼气含硫量在25-300ppm，甲烷含量50-90％。
7.根据权利要求1所述的方法，厌氧发酵生产沼气的特征在于厌氧反应器产沼气系统的容积产气率为0.6-1.0m3/m3·d。
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