CN110885275A - 一种废弃玉米秸秆的回收利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种废弃玉米秸秆的回收利用方法，包括如下步骤：将废弃玉米秸秆粉碎，筛分除去粉尘与杂质，加入浓度为0.5‑1mol/L硫酸溶液进行搓揉至少30min，搓揉过程中温度维持在40‑50℃，室温静置至少1天，得到预处理废弃玉米秸秆；将预处理废弃玉米秸秆送入蒸汽爆破罐中，以20‑40mL/min的速度通入蒸汽，调节蒸汽爆破罐内压强为3.2‑3.8Mpa，保压20‑40min，瞬间打开罐底阀门，出料得到爆破秸秆；将爆破秸秆调节呈中性，接种复合菌剂堆肥发酵，干燥，造粒得到颗粒状生物肥料。

Description

一种废弃玉米秸秆的回收利用方法
技术领域
本发明涉及秸秆回收技术领域，尤其涉及一种废弃玉米秸秆的回收利用方法。
背景技术
我国是农业大国，农业生产的发展离不开肥料，而且随着人们对种植业高产的追求，我国对肥料的需求与日俱增。众所周知，目前我国农业生产中所施用的肥料主要为化肥，化肥具有生产易于规模化、运输及施用便捷、高效提高农作物产量等优点，但是长期以来不合理使用化学肥料带来的土壤板结、地力下降、生态破坏、环境污染以及农副产品品质下降问题，已经受到国家有关部门和农业科技界的高度重视。
中国年产作物秸秆约7亿吨，由于农村劳动力转移和耕作方式的转变，大部分秸秆被就地焚烧或废弃。但由于秸秆就地焚烧或废弃所带来的环境污染和资源浪费问题已经成为相关管理部门和科研人员关注的焦点，而相应的处理技术滞后，两组之间的矛盾带来了一系列的环境与社会问题，如大气污染、火灾、水体富养化等。
目前农村处理秸秆的途径多为粗放式的焚烧、饲料和还田，其秸秆还田作为传统农业生产中的重要组成部分，而且相关报道也肯定了秸秆还田的养分效应、作物增产作用、环境以及生态效应等等，但秸秆进入土壤后在一定程度上还存在有机酸积累、腐解缓慢以及对耕作与农艺操作等的不利影响。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种废弃玉米秸秆的回收利用方法，使废弃玉米秸秆充分分解后腐熟得到优质的有机肥料再次返田，本发明使废弃的玉米秸秆变废为宝，而且工艺简单，使废弃物得到资源化循环利用，所需成本低廉。
一种废弃玉米秸秆的回收利用方法，包括如下步骤：
(1)将废弃玉米秸秆粉碎，筛分除去粉尘与杂质，加入浓度为0.5-1mol/L硫酸溶液进行搓揉至少30min，搓揉过程中温度维持在40-50℃，室温静置至少1天，得到预处理废弃玉米秸秆；
(2)将预处理废弃玉米秸秆送入蒸汽爆破罐中，以20-40mL/min的速度通入蒸汽，调节蒸汽爆破罐内压强为3.2-3.8Mpa，保压20-40min，瞬间打开罐底阀门，出料得到爆破秸秆；
(3)将爆破秸秆调节呈中性，接种复合菌剂堆肥发酵，干燥，造粒得到颗粒状生物肥料。
优选地，步骤(1)中，将废弃玉米秸秆粉碎至粒径小于5mm。
优选地，步骤(1)中，废弃玉米秸秆粉和硫酸溶液的质量比为5：1-2。
优选地，步骤(1)中，采用搓揉机进行机械搓揉，搓揉时间为1-2h。
优选地，步骤(1)中，室温静置时间优选为2-4天。
优选地，步骤(2)中，所得爆破秸秆的比表面积为2020-2100m2/g，孔隙容积为1.45-1.52cm3/g，平均孔径为15-45nm。
优选地，步骤(2)中，蒸汽通入速度为25-35mL/min，蒸汽爆破罐内压强调节为3.4-3.6Mpa，保压时间为25-35min。
优选地，步骤(3)中，复合菌剂的接种量为5-7×106cfu/g，其按质量百分比包括：侧孢芽孢杆菌35-45％，胶质芽孢杆菌20-30％，黑曲霉5-11％，余量为酵母菌。
优选地，步骤(3)的堆肥发酵过程中，维持温度为40-45℃，发酵物料厚度为6-7cm，湿度为35±2％，通气量为10-15L/min，搅拌频率为20-24h/次，堆肥发酵时间为10-20天。
优选地，步骤(3)中，采用室温鼓风干燥，干燥至含水量为4-6wt％。
本发明具有如下技术效果：
(1)本发明能有效利用农业废弃物，不仅能够真正将大量秸秆资源实现高效转化，变废为宝，减少了环境污染，而且制备方法成本低廉，工艺简单，可操作性强，便于推广应用，同时方便运输和施用，具有很高的经济和社会效益；
(2)本发明能有效降解粗纤维，提高了生物氮的含量，廉价的无机氮经微生物发酵后转化为高价值的有机氮源，并增加了氨基酸、多肽、维生素、生理活性物质及未知生长因子等，提高肥料的营养价值，而且能够显著提高作物生长及产量，同时含有活性较为丰富的有益菌，能够在不同程度上改良盐碱土壤的pH值及活力，提高盐碱地土壤种植作物的粮食产量；
(3)由于废弃玉米秸秆主要由细胞壁组成，其基本组分为纤维素、半纤维素、木质素及一些可溶性成分，因此将玉米秸秆粉碎至粒径小于5mm后，在浓度为0.5-1mol/L硫酸溶液搅拌，秸秆变得极为疏松，出现大量的微孔，水溶液可充分进入纤维原料内部，并渗入纤维内部的空隙；经蒸汽爆破处理，高温、高压、高水分的条件加剧对纤维素内部氢键的破坏，实现纤维内部各化学组分的分离，纤维变得极为蓬松，在此结构基础上再接种复合菌剂，增加复合菌剂对底物的接触比表面积，可充分分解其组织中各种聚合物，改善其利用性能，并具有达到减少能耗和降低成本的目的。
本发明使废弃玉米秸秆充分分解后腐熟所得优质的有机肥料再次返田，使废弃的玉米秸秆变废为宝，工艺简单，使废弃物得到资源化循环利用，并且其回收利用所需成本低。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种废弃玉米秸秆的回收利用方法，包括如下步骤：
(1)将100kg废弃玉米秸秆粉碎至粒径小于5mm，筛分除去粉尘与杂质，加入20kg浓度为1mol/L硫酸溶液，在温度40℃搓揉机机械搓揉2h，室温静置2天，得到预处理废弃玉米秸秆；
(2)将预处理废弃玉米秸秆送入蒸汽爆破罐中，以40mL/min的速度通入蒸汽，调节蒸汽爆破罐内压强为3.2Mpa，保压40min，瞬间打开罐底阀门，出料得到比表面积为2020m2/g、孔隙容积为1.52cm3/g、平均孔径为15nm的爆破秸秆；
(3)将爆破秸秆调节呈中性，接种复合菌剂，复合菌剂的接种量为7×106cfu/g，复合菌剂按质量百分比包括：侧孢芽孢杆菌35％，胶质芽孢杆菌30％，黑曲霉5％，余量为酵母菌；
在温度45℃堆肥发酵10天，发酵物料厚度为7cm，湿度为35±2％，通气量为10L/min，搅拌频率为24h/次；将发酵产物送入鼓风干燥箱中，室温干燥至含水量为4wt％，通过造粒机制成颗粒状生物肥料。
实施例2
一种废弃玉米秸秆的回收利用方法，包括如下步骤：
(1)将100kg废弃玉米秸秆粉碎至粒径小于5mm，筛分除去粉尘与杂质，加入40kg浓度为0.5mol/L硫酸溶液，在温度50℃搓揉机机械搓揉1h，室温静置4天，得到预处理废弃玉米秸秆；
(2)将预处理废弃玉米秸秆送入蒸汽爆破罐中，以20mL/min的速度通入蒸汽，调节蒸汽爆破罐内压强为3.8Mpa，保压20min，瞬间打开罐底阀门，出料得到比表面积为2100m2/g、孔隙容积为1.45cm3/g、平均孔径为45nm的爆破秸秆；
(3)将爆破秸秆调节呈中性，接种复合菌剂，复合菌剂的接种量为5×106cfu/g，复合菌剂按质量百分比包括：侧孢芽孢杆菌45％，胶质芽孢杆菌20％，黑曲霉11％，余量为酵母菌；
在温度40℃堆肥发酵20天，发酵物料厚度为6cm，湿度为35±2％，通气量为15L/min，搅拌频率为20h/次；将发酵产物送入鼓风干燥箱中，室温干燥至含水量为6wt％，通过造粒机制成颗粒状生物肥料。
实施例3
一种废弃玉米秸秆的回收利用方法，包括如下步骤：
(1)将100kg废弃玉米秸秆粉碎至粒径小于5mm，筛分除去粉尘与杂质，加入25kg浓度为0.8mol/L硫酸溶液，在温度42℃搓揉机机械搓揉1.8h，室温静置2.5天，得到预处理废弃玉米秸秆；
(2)将预处理废弃玉米秸秆送入蒸汽爆破罐中，以35mL/min的速度通入蒸汽，调节蒸汽爆破罐内压强为3.4Mpa，保压35min，瞬间打开罐底阀门，出料得到比表面积为2040m2/g、孔隙容积为1.50cm3/g、平均孔径为25nm的爆破秸秆；
(3)将爆破秸秆调节呈中性，接种复合菌剂，复合菌剂的接种量为6.5×106cfu/g，复合菌剂按质量百分比包括：侧孢芽孢杆菌38％，胶质芽孢杆菌28％，黑曲霉7％，余量为酵母菌；
在温度44℃堆肥发酵14天，发酵物料厚度为6.5cm，湿度为35±2％，通气量为14L/min，搅拌频率为21h/次；将发酵产物送入鼓风干燥箱中，室温干燥至含水量为5.5wt％，通过造粒机制成颗粒状生物肥料。
实施例4
一种废弃玉米秸秆的回收利用方法，包括如下步骤：
(1)将100kg废弃玉米秸秆粉碎至粒径小于5mm，筛分除去粉尘与杂质，加入35kg浓度为0.6mol/L硫酸溶液，在温度48℃搓揉机机械搓揉1.2h，室温静置3.5天，得到预处理废弃玉米秸秆；
(2)将预处理废弃玉米秸秆送入蒸汽爆破罐中，以25mL/min的速度通入蒸汽，调节蒸汽爆破罐内压强为3.6Mpa，保压25min，瞬间打开罐底阀门，出料得到比表面积为2080m2/g、孔隙容积为1.46cm3/g、平均孔径为35nm的爆破秸秆；
(3)将爆破秸秆调节呈中性，接种复合菌剂，复合菌剂的接种量为5.5×106cfu/g，复合菌剂按质量百分比包括：侧孢芽孢杆菌42％，胶质芽孢杆菌22％，黑曲霉9％，余量为酵母菌；
在温度42℃堆肥发酵18天，发酵物料厚度为6.5cm，湿度为35±2％，通气量为12L/min，搅拌频率为23h/次；将发酵产物送入鼓风干燥箱中，室温干燥至含水量为4.5wt％，通过造粒机制成颗粒状生物肥料。
实施例5
一种废弃玉米秸秆的回收利用方法，包括如下步骤：
(1)将100kg废弃玉米秸秆粉碎至粒径小于5mm，筛分除去粉尘与杂质，加入30kg浓度为0.7mol/L硫酸溶液，在温度45℃搓揉机机械搓揉1.5h，室温静置3天，得到预处理废弃玉米秸秆；
(2)将预处理废弃玉米秸秆送入蒸汽爆破罐中，以30mL/min的速度通入蒸汽，调节蒸汽爆破罐内压强为3.5Mpa，保压30min，瞬间打开罐底阀门，出料得到比表面积为2060m2/g、孔隙容积为1.48cm3/g、平均孔径为30nm的爆破秸秆；
(3)将爆破秸秆调节呈中性，接种复合菌剂，复合菌剂的接种量为6×106cfu/g，复合菌剂按质量百分比包括：侧孢芽孢杆菌40％，胶质芽孢杆菌25％，黑曲霉8％，余量为酵母菌；
在温度43℃堆肥发酵16天，发酵物料厚度为6.5cm，湿度为35±2％，通气量为13L/min，搅拌频率为22h/次；将发酵产物送入鼓风干燥箱中，室温干燥至含水量为5wt％，通过造粒机制成颗粒状生物肥料。
对比例1
一种废弃玉米秸秆的回收利用方法，包括如下步骤：
(1)将100kg废弃玉米秸秆粉碎至粒径小于5mm，筛分除去粉尘与杂质，得到物料a；
(2)将物料a送入蒸汽爆破罐中，以30mL/min的速度通入蒸汽，调节蒸汽爆破罐内压强为3.5Mpa，保压30min，瞬间打开罐底阀门，出料得到比表面积为2060m2/g、孔隙容积为1.48cm3/g、平均孔径为30nm的物料b；
(3)将物料b调节呈中性，接种复合菌剂，复合菌剂的接种量为6×106cfu/g，复合菌剂按质量百分比包括：侧孢芽孢杆菌40％，胶质芽孢杆菌25％，黑曲霉8％，余量为酵母菌；
在温度43℃堆肥发酵16天，发酵物料厚度为6.5cm，湿度为35±2％，通气量为13L/min，搅拌频率为22h/次；将发酵产物送入鼓风干燥箱中，室温干燥至含水量为5wt％，通过造粒机制成颗粒状生物肥料。
对比例2
一种废弃玉米秸秆的回收利用方法，包括如下步骤：
(1)将废弃玉米秸秆送入蒸汽爆破罐中，以30mL/min的速度通入蒸汽，调节蒸汽爆破罐内压强为3.5Mpa，保压30min，瞬间打开罐底阀门，出料得到比表面积为2060m2/g、孔隙容积为1.48cm3/g、平均孔径为30nm的物料b；
(2)将物料b调节呈中性，接种复合菌剂，复合菌剂的接种量为6×106cfu/g，复合菌剂按质量百分比包括：侧孢芽孢杆菌40％，胶质芽孢杆菌25％，黑曲霉8％，余量为酵母菌；
在温度43℃堆肥发酵16天，发酵物料厚度为6.5cm，湿度为35±2％，通气量为13L/min，搅拌频率为22h/次；将发酵产物送入鼓风干燥箱中，室温干燥至含水量为5wt％，通过造粒机制成颗粒状生物肥料。
对比例3
一种废弃玉米秸秆的回收利用方法，包括如下步骤：
(1)将100kg废弃玉米秸秆粉碎至粒径小于5mm，筛分除去粉尘与杂质，加入30kg浓度为0.7mol/L硫酸溶液，在温度45℃搓揉机机械搓揉1.5h，室温静置3天，得到物料a；
(2)将物料a调节呈中性，接种复合菌剂，复合菌剂的接种量为6×106cfu/g，复合菌剂按质量百分比包括：侧孢芽孢杆菌40％，胶质芽孢杆菌25％，黑曲霉8％，余量为酵母菌；
在温度43℃堆肥发酵16天，发酵物料厚度为6.5cm，湿度为35±2％，通气量为13L/min，搅拌频率为22h/次；将发酵产物送入鼓风干燥箱中，室温干燥至含水量为5wt％，通过造粒机制成颗粒状生物肥料。
对实施例5和对比例1-3所得生物肥料进行理化性质检测，其结果(以烘干基计)如下：
实施例5 对比例1 对比例2 对比例3
有机质，％ 54.7 49.5 47.6 46.3
总养分，％ 6.43 5.83 5.79 5.80
氮元素，％ 2.35 2.05 2.04 2.02
五氧化二磷，％ 3.02 2.83 2.82 2.84
氧化钾，％ 1.06 0.95 0.93 0.94
pH值 6.7 6.4 6.1 5.9
总镉含量，mg/kg <0.1 <0.1 <0.1 <0.1
粪大肠菌群，个/g <1 <1 <1 <1
蛔虫卵死亡率，％ 100 100 100 100
由上表可知：本发明经酸处理，秸秆变得极为疏松，具有大量的微孔，经蒸汽爆破处理，纤维变得极为蓬松，增加复合菌剂对底物的接触比表面积，可充分分解其组织中各种聚合物，提高其中有机质和总养分含量。
采用实施例5和对比例1-3所得生物肥料进行水稻种植试验，具体如下：
向45kg干燥猪粪中加入5kg上述生物肥料，调整含水量至60％，静置2天，静置过程中每12h搅拌均匀一次，得到生物质有机肥；
采用江苏地区某滨海盐碱地进行试验，土质为沙壤土，随机取若干深度为20cm的土壤进行检测，其pH值为8.12，电导率为9.63mS/cm，可溶盐10.46g/kg，有机质0.618％，碱解氮60.31mg/kg，速效磷20.38mg/kg，速效钾105.06mg/kg。
采用南粳9108作为试验作物，随机选取5亩试验田，试验田为圩区水稻土，肥力中等，前茬为棉花，分为5组，每组为1亩；
4月10日在水稻种植前，对土地进行深松整地；再将上述各组所得生物质有机肥作为底肥施撒在土壤表面，对照组采用安徽某上市公司生物有机肥(以多种植物秸秆为原料，经高温腐熟，并科学添加多种土壤有益菌及蛋白质)，施用量均为80kg/亩；接着进行旋耕，覆膜；5月10日进行播种，6月12日移栽，人工模拟机插，每穴四苗；种植过程中田间管理操作保持一致，做好田间“三虫两病”防治。
进入收获时间后，在各组试验田中分别设置4个取样点，每个取样点随机取样3蔸，其数据如下所示：
实施例5 对比例1 对比例2 对比例3 对照组
穗均粒数，粒 111.6 101.9 93.6 92.8 82.5
瘪壳率，％ 18.7 22.2 26.0 26.9 30.6
株高，cm 87 83 80 81 74
千粒重，g 24.82 23.96 23.05 22.98 22.78
亩产量，kg 355.6 333.3 315.6 310.8 304.9
接着将各组收割得到的水稻颗粒进行脱壳，将所得米粒进行性质测试，其结果如下：
实施例5 对比例1 对比例2 对比例3 对照组
胶稠度，mm 66 63 62 61 58
直链淀粉，％ 17.0 16.4 16.0 15.9 15.7
蛋白质，％ 7.6 7.2 6.8 6.8 6.5
由上述结果可知：本发明能有效降解粗纤维，提高了生物氮的含量，廉价的无机氮经微生物发酵后转化为高价值的有机氮源，并增加了氨基酸、多肽、维生素、生理活性物质及未知生长因子等含量，提高秸秆的营养价值，而且能够显著提高水稻在盐碱地中的产量和品质。
然后对收割后土壤进行测试，其结果如下：
实施例5 对比例1 对比例2 对比例3 对照组
pH值 7.35 7.52 7.83 7.77 8.04
可溶盐，g/kg 6.31 7.09 7.76 7.92 8.25
有机质，g/kg 8.63 8.24 7.65 7.73 7.07
碱解氮，mg/kg 79.27 75.26 71.52 70.48 68.35
速效磷，mg/kg 45.33 42.41 39.33 39.02 36.21
速效钾，mg/kg 140.21 131.74 124.41 120.59 112.36
由上述结果可知：本发明通过接种复合菌剂，增加复合菌剂对底物的接触比表面积，提高了生物氮的含量，能降低盐碱土壤的pH值和可溶盐含量，提高土壤中有机质、碱解氮、速效磷、速效钾含量，从而有效改善盐碱土壤的品质。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种废弃玉米秸秆的回收利用方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将废弃玉米秸秆粉碎，筛分除去粉尘与杂质，加入浓度为0.5-1mol/L硫酸溶液进行搓揉至少30min，搓揉过程中温度维持在40-50℃，室温静置至少1天，得到预处理废弃玉米秸秆；
(2)将预处理废弃玉米秸秆送入蒸汽爆破罐中，以20-40mL/min的速度通入蒸汽，调节蒸汽爆破罐内压强为3.2-3.8Mpa，保压20-40min，瞬间打开罐底阀门，出料得到爆破秸秆；
(3)将爆破秸秆调节呈中性，接种复合菌剂堆肥发酵，干燥，造粒得到颗粒状生物肥料。
2.根据权利要求1所述废弃玉米秸秆的回收利用方法，其特征在于，步骤(1)中，将废弃玉米秸秆粉碎至粒径小于5mm。
3.根据权利要求1所述废弃玉米秸秆的回收利用方法，其特征在于，步骤(1)中，废弃玉米秸秆粉和硫酸溶液的质量比为5：1-2。
4.根据权利要求1所述废弃玉米秸秆的回收利用方法，其特征在于，步骤(1)中，采用搓揉机进行机械搓揉，搓揉时间为1-2h。
5.根据权利要求1所述废弃玉米秸秆的回收利用方法，其特征在于，步骤(1)中，室温静置时间优选为2-4天。
6.根据权利要求1所述废弃玉米秸秆的回收利用方法，其特征在于，步骤(2)中，所得爆破秸秆的比表面积为2020-2100m2/g，孔隙容积为1.45-1.52cm3/g，平均孔径为15-45nm。
7.根据权利要求1所述废弃玉米秸秆的回收利用方法，其特征在于，步骤(2)中，蒸汽通入速度为25-35mL/min，蒸汽爆破罐内压强调节为3.4-3.6Mpa，保压时间为25-35min。
8.根据权利要求1所述废弃玉米秸秆的回收利用方法，其特征在于，步骤(3)中，复合菌剂的接种量为5-7×106cfu/g，其按质量百分比包括：侧孢芽孢杆菌35-45％，胶质芽孢杆菌20-30％，黑曲霉5-11％，余量为酵母菌。
9.根据权利要求1所述废弃玉米秸秆的回收利用方法，其特征在于，步骤(3)的堆肥发酵过程中，维持温度为40-45℃，发酵物料厚度为6-7cm，湿度为35±2％，通气量为10-15L/min，搅拌频率为20-24h/次，堆肥发酵时间为10-20天。
10.根据权利要求1所述废弃玉米秸秆的回收利用方法，其特征在于，步骤(3)中，采用室温鼓风干燥，干燥至含水量为4-6wt％。
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