CN104690066A - 一种能源草的综合利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能源草的综合利用方法，以能源草为原料同时生产沼气、纸浆和植物栽培营养液。本发明将“草-沼渣-沼液”有机连接起来，能源草制备沼气、沼渣生产纸浆、沼液生产无土栽培营养液，实现了资源的高效利用和附加值提升，构筑了一个高效的农业综合利用系统。

Description

一种能源草的综合利用方法

技术领域

本发明属于农业生产系统领域，具体涉及一种能源草的综合利用方法。

背景技术

能源草系指一类以禾本科植物为主的，一年生或多年生的，高产量，高纤维素含量的能源植物。在生物能源领域有广泛的应用，但目前的应用较为孤立，没有形成完善的系统，因而能源草的经济利用价值没有得到充分的体现。

沼气，是各种有机物质，在隔绝空气（还原条件），并在适宜的温度、pH值下，经过微生物的发酵作用产生的一种可燃烧气体。沼气属于二次能源，并且是可再生能源。沼气是多种气体的混合物，一般含甲烷50～70%，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。其特性与天然气相似。沼气除直接燃烧用于炊事、烘干农副产品、供暖、照明和气焊等外，还可作内燃机的燃料以及生产甲醇、福尔马林、四氯化碳等化工原料。

植物营养液具有植物营养和水质改善的功效，可代替土壤向植物提供水、肥、气、热等生长因子，能满足植物生长所需的条件。

纸浆是以植物纤维为原料，经不同加工方法制得的纤维状物质。可根据加工方法分为机械纸浆、化学纸浆和化学机械纸浆；也可根据所用纤维原料分为木浆、草浆、麻浆、苇浆、蔗浆、竹浆、破布浆等。又可根据不同纯度分为精制纸浆、漂白纸浆、未漂白纸浆、高得率纸浆、半化学浆等。一般多用于制造纸张和纸板。精制纸浆除用于制造特种纸外，也常常作为制造纤维素酯、纤维素醚等纤维素衍生物的原料。还用于人造纤维、塑料、涂料、胶片、火药等领域。纸浆是以某些植物为原料加工而成的，它是造纸的基本原料。通常用以制浆原料的植物可分为4大类：茎干纤维类、韧皮纤维类、种毛纤维类和木材纤维类。其中尤以木材纤维类为最重要。目前我国木材资源远不能满足日益发展的制浆造纸工业的需要。为了弥补原料的不足， 每年要从国外进口相当数量的纸浆。主要进口国为美国、加拿大、巴西。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能源草的综合利用方法，将“草-沼渣-沼液”有机连接起来，能源草制备沼气、沼渣生产纸浆、沼液生产无土栽培营养液，实现了资源的高效利用和附加值提升，构筑了一个高效的农业综合利用系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种能源草的综合利用方法，以能源草为原料同时生产沼气、纸浆和植物栽培营养液。

所述的能源草为狼尾草属植物、拟高粱、甜高粱、芦竹、芦苇、类芦、甘蔗、斑茅、彼特草、苏丹草、五节芒、荻、芒、芒萁、大芒萁、野古草、石芒草、青贮玉米、香茅、互花米草、大米草、柳枝稷中的一种或几种。

具体步骤为：

（1）能源草发酵制备沼气：能源草收割后，切割或粉碎成1~10cm，加入预处理菌剂，密闭预发酵20天以上；然后进行厌氧发酵，发酵温度35~58℃；不经过预发酵而直接厌氧发酵；产生的沼气直接应用，或提纯到甲烷浓度97%以上制备生物天然气；

（2）采用离心或过滤的方法分离沼液和沼渣；

（3）沼渣制备纸浆：将沼渣用水冲洗2~5次，加工成纸浆；

（4）沼液制备植物栽培营养液：将沼液进一步过滤或离心得到沼液清液，经浓缩，调节pH为5.0~6.5，添加营养元素，制成植物无土栽培营养液。

步骤（1）所述的预处理菌剂中含有产乳酸微生物、降解纤维素和半纤维素的微生物。

步骤（1）中厌氧发酵工艺步骤：在沼气发酵罐中加入预发酵或未经过预发酵的能源草，每隔3~5天加料一次，使料液总干物质浓度每次增加0.5~3%，当料液总干物质浓度为5~25%时，停止加料，每隔5~10天排出20~40%沼渣后再添加相同干物质重量的原料；每隔6~12个月排出50~80%的沼液和沼渣，再添加新料开始新的发酵过程。

步骤（3）中纸浆的加工方法采用碱法、亚硫酸盐法、溶剂制浆、尘物制浆、机械法、化学机械法、化学热磨机械法中的一种或几种。

本发明的显著优点在于：本发明高效利用了能源草这一宝贵资源，通过能源草、沼渣和沼液的综合利用，产出沼气、纸浆、植物栽培营养液三种不同的商品，实现了资源的高效利用和附加值提升。本发明工艺绿色，通过前后工艺衔接，使得前一步生产的废弃物变成后一步生产的原料，全工艺无任何废弃物排放。

具体实施方式

下面用10吨巨菌草（干物质含量25%）为实例进一步阐述本发明的具体实施方式，本发明包括但不限于以下实例。

（1）能源草制备沼气：能源草收割后，切割或粉碎成5 cm左右，加入预处理菌剂，密闭预发酵60天；

（2）经过预发酵的能源草进行厌氧沼气发酵。将初发酵能源草加入沼气发酵罐中，每隔5天加料一次，使料液总干物质浓度每次增加1%。当料液总干物质浓度为8%时，每隔5天排出30%发酵后的沼渣后再添加相同干物质重量的原料。每隔12个月排出80%的沼液和沼渣，再添加新料开始新的发酵过程。产生的沼气可以直接应用到实际生产，也可以提纯到甲烷浓度97%以上制备生物天然气。

（3）采用离心或过滤的方法分离沼液和沼渣。

（4）沼渣制备纸浆：将步骤（3）得到的发酵渣用水冲洗4次。清洗后的沼渣加工成纸浆，加工方法采用碱法、亚硫酸盐法、溶剂制浆、尘物制浆、机械法、化学机械法、化学热磨机械法其中的一种或几种。

（5）沼液制备无土栽培营养液：将步骤（3）分离得到沼液进一步过滤或离心得到沼液清液。将沼液清液进行浓缩制成无土栽培营养液，并可以根据特定植物的需要，添加某些营养元素制成特定的无土栽培营养液。调节沼液浓缩液pH为5.0~6.5。然后包装成品。

应用本发明10吨干物质含量25%巨菌草可以生产甲烷含量55%的沼气1250立方米，可以稀释成300立方米植物营养液的浓缩液，和含有0.9吨干物质的纸浆，大大提升了巨菌草的经济价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种能源草的综合利用方法，其特征在于：以能源草为原料同时生产沼气、纸浆和植物栽培营养液。

2.根据权利要求1所述的能源草的综合利用方法，其特征在于：所述的能源草为狼尾草属植物、拟高粱、甜高粱、芦竹、芦苇、类芦、甘蔗、斑茅、彼特草、苏丹草、五节芒、荻、芒、芒萁、大芒萁、野古草、石芒草、青贮玉米、香茅、互花米草、大米草、柳枝稷中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的能源草的综合利用方法，其特征在于：具体步骤为：

（1）能源草发酵制备沼气：能源草收割后，切割或粉碎成1~10cm，加入预处理菌剂，密闭预发酵20天以上；然后进行厌氧发酵，发酵温度35~58℃；或不经过预发酵而直接厌氧发酵；产生的沼气直接应用，或提纯到甲烷浓度97%以上制备生物天然气；

（2）采用离心或过滤的方法分离沼液和沼渣；

（3）沼渣制备纸浆：将沼渣用水冲洗2~5次，加工成纸浆；

（4）沼液制备植物栽培营养液：将沼液进一步过滤或离心得到沼液清液，经浓缩，调节pH为5.0~6.5，添加营养元素，制成植物无土栽培营养液。

4.根据权利要求3所述的能源草的综合利用方法，其特征在于：步骤（1）所述的预处理菌剂中含有产乳酸微生物、降解纤维素和半纤维素的微生物。

5.根据权利要求3所述的能源草的综合利用方法，其特征在于：厌氧发酵工艺步骤：在沼气发酵罐中加入预发酵或未经过预发酵的能源草，每隔3~5天加料一次，使料液总干物质浓度每次增加0.5~3%，当料液总干物质浓度为5~25%时，停止加料，每隔5~10天排出20~40%沼渣后再添加相同干物质重量的原料；每隔6~12个月排出50~80%的沼液和沼渣，再添加新料开始新的发酵过程。

6.根据权利要求3所述的能源草的综合利用方法，其特征在于：纸浆的加工方法采用碱法、亚硫酸盐法、溶剂制浆、尘物制浆、机械法、化学机械法、化学热磨机械法中的一种或几种。