CN112609491A - 一种水稻秸秆生物法无污染制浆方法 - Google Patents

一种水稻秸秆生物法无污染制浆方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水稻秸秆制浆领域，涉及制浆用水稻秸秆生物预处理方法，包括以下步骤：将水稻秸秆进行切割处理，得到长度为3‑15cm的水稻秸秆条；基于水稻秸秆的干重，向处理后的水稻秸秆条添加0.1％‑2％的铵盐与麸皮的混合物，得到发酵底物；基于发酵底物的体积，向发酵底物接种0.2％‑10％的发酵剂；将接种后的发酵底物的含水量调整为50‑70％，并混合均匀；以及将混合均匀的发酵底物进行微好氧发酵；还涉及水稻秸秆生物法无污染制浆方法，包括将生物预处理后的水稻秸秆除去杂质；蒸煮除去杂质后的水稻秸秆；及对蒸煮后的水稻秸秆进行磨浆，从而得到水稻秸秆纸浆。本发明的方法不采用任何化学药剂，实现了水稻秸秆高值化循环利用，工艺简单，环境友好。

Description

一种水稻秸秆生物法无污染制浆方法
技术领域
本发明属于水稻秸秆制浆技术领域，具体涉及利用微生物菌剂对水稻秸秆进行微好氧发酵、磨浆生产本色纸浆的生物法无污染制浆工艺，以及利用本色纸浆生产过程中产生的加工废弃物生产有机肥料的方法。
背景技术
水稻作为我国主要粮食作物之一，年产秸秆量巨大，可达2亿吨以上，约占我国秸秆总量的30％。水稻秸秆因受到自身的物质组成特点和种植方式的影响，还田难度大，资源化效率较低，污染环境严重。尤其是在我国大力发展粮食产业的东北地区，水稻收获后马上进入冬季，气温低、冬季时间长，加大了水稻秸秆的资源化利用难度。随着秸秆禁焚令的推广和连年作物种植后秸秆不断地产出，秸秆的处理问题成为影响农业可持续发展和环境保护的问题之一。因此，我国急需成本低、简便有效的水稻秸秆资源化利用技术。
我国是纸浆原料贫瘠国、纸浆需求大国，每年纸浆的进口量在50％左右；通过水稻等禾草类原料生产非木浆代替木浆可大大缓解我国纸浆原料贫瘠现象，因此，开发新的纸浆原料和低成本绿色环保的制浆新技术对于治理秸秆污染、破解我国制浆造纸产业发展瓶颈具有重要意义。
目前，国内利用水稻秸秆造纸制浆多采用化学处理法，虽然可以有效对水稻秸秆中的木质素、纤维素、半纤维素等进行分离，但化学制剂随制浆废水排除，极易对环境产生负面影响。在排废过程中，虽有制浆废水中化学药品回收工艺，但难以达到百分百回收，这不但使得水稻秸秆制浆成本提高，还提高了制浆工艺的复杂性。
因此，现有技术急需以水稻秸秆为原料的环境友好、污染低甚至无污染的制浆方法。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种以水稻秸秆为原料的生物法无污染制浆方法，利用微生物菌剂对水稻秸秆进行微好氧发酵，并通过物理磨浆方法获得造纸用水稻秸秆本色纸浆，以解决在我国水稻秸秆利用难，以及传统化学制浆环境污染严重、治污成本高等问题。
本发明的目的及其技术问题的解决可以通过以下技术方案来实现。
在第一方面，本发明提供了一种制浆用水稻秸秆生物预处理方法，包括以下步骤：
将水稻秸秆进行切割处理，得到长度为3-15cm的水稻秸秆条；
基于水稻秸秆的干重，向处理后的水稻秸秆添加0.1％-2％铵盐与麸皮的混合物，得到发酵底物；
基于发酵底物的体积，向发酵底物接种0.2％-10％的发酵剂；
将接种后的发酵底物的含水量调整为50-70％，并混合均匀；以及将混合均匀的发酵底物进行微好氧发酵。
在第二方面，本发明提供了一种水稻秸秆生物法无污染制浆方法，包括以下步骤：
S1.利用第一方面的方法对水稻秸秆进行生物预处理；
S2.将预处理后的水稻秸秆除去杂质；
S3.蒸煮除去杂质后的水稻秸秆；以及
S4.对蒸煮后的水稻秸秆进行磨浆，从而得到水稻秸秆纸浆。
在第三方面，本发明提供了利用第二方面的方法生产的水稻秸秆纸浆。
在第四方面，本发明提供了利用第一方面和/或第二方面的方法产生的不适合制浆的水稻秸秆废物、分离物和废水生产有机肥的方法，包括以下步骤：将不适合制浆的水稻秸秆废物、分离物和废水混合均匀，堆成条垛或者堆置在发酵槽中，然后进行好氧高温肥发酵，从而生产有机肥。
在第五方面，本发明提供了利用本发明第四方面的方法生产的有机肥。
与现有技术相比，本发明具有明显的有益技术效果。由上述技术方案可知，本发明的有益技术效果至少包括：在每年的收获季节，我国水稻主产区有大量的水稻秸秆资源，因此水稻秸秆原料丰富，成本低廉，易得；使用的发酵剂成本低，获取容易，对生产条件要求不高，发酵效果好；整个工艺简单，操作方便，容易实现，经济效益好；与其他秸秆制浆工艺相比，能耗低，全程不适用化学药剂，无污染，经济效益高；发明利用收获后的水稻秸秆制浆和有机肥，把环保、农业与轻工业有机结合。
具体实施方式
下面将结合具体实施方案对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。本领域技术人员应当理解，下文所述的实施方案仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施方案，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方案，都属于本发明保护的范围。
水稻秸秆中含有大量的木质纤维素，通过对秸秆成分进行分析发现木质素、纤维素和半纤维素占比极高，约占水稻秸秆干重的70％-80％。在水稻秸秆中，纤维素被通过共价键相连接的木质素和半纤维素包裹，这种通过共价键相连接形成的稳定结构使得木质纤维素稳定性高、难以降解，因此水稻秸秆中木质素的剔除和纤维素的暴露是其生物质能源高效利用的关键。此外，制浆用水稻秸秆原料中纤维素的含量与成品纸张的拉伸强度、易折度等指标有着密切的关联，而水稻秸秆中的木质素又因其特性对纸张的柔韧度有一定的关联，因此制浆原料中纤维素和木质素的占比会对成品纸张的品质产生影响。目前，市面上常用的制浆用水稻秸秆化学预处理方法，多采用酸解蒸煮、碱法蒸煮等预处理方法，虽然可以有效对水稻秸秆中的木质素、纤维素、半纤维素等进行分离，但化学制剂随制浆废水排除，极易对环境产生负面影响。目前虽有制浆废水中化学药品回收工艺，但难以达到百分百回收，这不但使得水稻秸秆制浆成本提高，还提高了制浆工艺的复杂性。
因此，本发明的第一方面提供了一种制浆用水稻秸秆生物预处理方法，利用微生物菌剂对水稻秸秆进行微好氧发酵，达到破坏水稻秸秆内木质素和半纤维素通过共价键形成的稳定结构，提高水稻秸秆质地柔韧性，提高水稻秸秆中纤维素占比，降低水稻秸秆中木质素占比的目的，从而为水稻秸秆制浆提供优质原料。
本发明的制浆用水稻秸秆生物预处理方法包括以下步骤：将水稻秸秆进行切割处理，得到长度为3-15cm的水稻秸秆条；基于所述水稻秸秆的干重，向处理后的水稻秸秆条添加0.1％-2％的铵盐与麸皮的混合物，得到发酵底物；基于所述发酵底物的体积，向所述发酵底物接种0.2％-10％的发酵剂；将接种后的发酵底物的含水量调整为50-70％，并混合均匀；以及将混合均匀的发酵底物进行微好氧发酵。
I.水稻秸秆的生物预处理
在本发明的实施方案中，可通过粉碎机、揉丝机等将水稻秸秆切割成长度为3-15cm的水稻秸秆条，以便对水稻秸秆进行充分发酵。在本发明方法的具体实施方案中，水稻秸秆条的长度可以为3cm、4cm、5cm、6cm、7cm、8cm、9cm、10cm、11cm、12cm、13cm、14cm、15cm，以及上述两个长度之间的任意长度，例如3.1cm、3.2cm、3.3cm、3.4cm、3.5cm、4.5cm、5.5cm、6.5cm、7.5cm、8.5cm、9.5cm、10.5cm、11.5cm、12.5cm、13.5cm、14.5cm等。
在本发明的实施方案中，可以以水稻秸秆干重0.1％-2％的量，将铵盐与麸皮的混合物添加到水稻秸秆，形成发酵底物，例如以0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1.0％、1.1％、1.2％、1.3％、1.40％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2.0％，以及上述两个百分比之间的百分比添加。
在本发明的实施方案中，铵盐与麸皮的重量比可以为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5、2:1、2:2、2:3、2:4、2:5、3:1、3:2、3:3、3:4、3:5、4:1、4:2、4:3、4:4、4:5、5:1、5:2、5:3、5:4、5:5，以及上述两个比例之间的任意比例，例如1:1.5、4:2.1等。
在本发明的实施方案中，铵盐可以为硫酸铵、硝酸铵或两者的混合物。在本发明的具体实施方案中，铵盐为硫酸铵。在本发明的具体实施方案中，铵盐为硝酸铵。在本发明的具体实施方案中，铵盐为硫酸铵和硝酸铵。
在本发明的实施方案中，麸皮可以为小麦麸、燕麦麸等。
在本发明的实施方案中，发酵剂的接种量可以为发酵底物体积的0.2％-10％，例如0.2％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、9.6％、9.7％、9.8％、9.9％、10％，以及上述两个添加量之间的任意添加量，例如0.4％、1.2％等。
在本发明的实施方案中，发酵剂可以为粗毛栓菌(Trameteshirsuta)、黄孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)、嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌(Aneurinibacillusthermoaerophilus)和波茨坦短芽孢杆菌(Brevibacillus borstelensis)中的至少一种，例如上述两种、三种、四种的混合菌种。在本发明的具体实施方案中，发酵剂为粗毛栓菌、黄孢原毛平革菌、嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌或波茨坦短芽孢杆菌。在本发明的具体实施方案中，发酵剂为粗毛栓菌和黄孢原毛平革菌的混合物。在本发明的具体实施方案中，发酵剂为粗毛栓菌和嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌的混合物。在本发明的具体实施方案中，发酵剂为粗毛栓菌和波茨坦短芽孢杆菌的混合物。在本发明的具体实施方案中，发酵剂为黄孢原毛平革菌和嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌的混合物。在本发明的具体实施方案中，发酵剂为黄孢原毛平革菌和波茨坦短芽孢杆菌的混合物。在本发明的具体实施方案中，发酵剂为嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌和波茨坦短芽孢杆菌的混合物。在本发明的具体实施方案中，发酵剂为粗毛栓菌、黄孢原毛平革菌和嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌的混合物。在本发明的具体实施方案中，发酵剂为粗毛栓菌、黄孢原毛平革菌和波茨坦短芽孢杆菌的混合物。在本发明的具体实施方案中，发酵剂为粗毛栓菌、嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌和波茨坦短芽孢杆菌的混合物。在本发明的具体实施方案中，发酵剂为粗毛栓菌、黄孢原毛平革菌、嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌以及波茨坦短芽孢杆菌的混合物。
在本发明的实施方案中，如果发酵剂为粗毛栓菌、黄孢原毛平革菌、嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌和波茨坦短芽孢杆菌中的两种、三种或四种时，各菌种之间的用量可以相同或不同。
接种发酵剂后，为了充分活化菌株，充分进行发酵，应当将接种后水稻秸秆的含水量的调整为50-70％，例如50％、51％、52％、53％、54％、55％、60％、65％、66％、67％、68％、69％、70％，以及上述两个含水量之间的任意含水量，例如55.5％、63.2％等。若含水量高于或低于此值都会影响发酵菌种的生长以及水稻秸秆中粗纤维的降解效果。
本领域技术人员众所周知，环境温度对秸秆体系微好氧发酵有着直接关联，当温度较高时秸秆体系可快速启动微好氧发酵，加快预处理进程，而温度较低时，秸秆体系的微好氧发酵将进程缓慢或不能进行发酵。因此，在进行微好氧发酵时环境温度在0℃以上时，可较快启动秸秆发酵体系的内部发酵，达到微好氧发酵效果。
发酵通常通过将接种并调整含水量后的发酵底物置于发酵罐或发酵槽中进行微好氧发酵。在本发明具体的实施方案中，可以将接种发酵剂、调整含水量并混合均匀后的发酵底物置于发酵罐(槽)中进行微好氧发酵。发酵罐(槽)的体积通常不小于10m3。
进行微好氧发酵的方法通常为本领域技术人员众所周知。在本发明的具体实施方案中，为了保证和促进微好氧发酵时，通常采取以下措施：1)检测每日发酵体系温度，当温度达到50℃以上时开始搅拌，保持体系的溶氧量在0.5％-5％之间；2)补充水分，保持体系含水量60％-65％；3)当体系温度下降到40℃以下后，停止搅拌；4)发酵体系发酵时间应不少于7天。
在本发明的具体实施方案中，每次搅拌后发酵体系的溶氧量应该在0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％，以及上述两个溶氧量之间的任意溶氧量，例如0.4％、1.2％等，以保证发酵体系中微好氧菌种的正常生存，溶氧量过高或过低都将影响微好氧菌种活性，这也将直接影响好氧发酵效果。
在第二方面中，本发明提供了一种利用第一方面的方法预处理的水稻秸秆进行生物法污染制浆方法，包括以下步骤：将预处理后的水稻秸秆除去杂质；蒸煮除去杂质后的水稻秸秆；以及对蒸煮后的水稻秸秆进行磨浆，从而得到水稻秸秆纸浆。
II.除杂
生物预处理后的水稻秸秆往往会夹带细砂、碎石等杂质，这些杂质会影响到纸张的质量，降低磨浆机刀头的使用寿命等，为了去除水稻秸秆中的细砂、碎石等杂质，以提高水稻秸秆纸浆原料的纯度和质量、延长磨浆机寿命，需要对水稻秸秆进行清洗和过滤。
在本发明的实施方案中，清洗和过滤可以利用水在洗涤罐中进行，将水稻秸秆与水混合并搅拌均匀来进行清洗，然后通过例如筛分器将洗净的水稻秸秆与砂石等杂质分开。
在本发明的实施方案中，可以按水稻秸秆干重的200％-500％添加水，以30-60r/min(转/分钟)进行搅拌，搅拌时间为8-15min(分钟)。
在本发明的具体实施方案中，清洗水稻秸秆时，可以按水稻秸秆干重的200％、210％、220％、230％、240％、250％、260％、270％、280％、290％、300％、350％、400％、450％、460％、470％、480％、490％、500％添加水，以及上述两个比例之间的任意比例，例如225％、311％等。
在本发明的具体实施方案中，搅拌速度可以位30r/min、35r/min、40r/min、45r/min、50r/min、55r/min、60r/min，以及上述任意两个速度之间的速度，例如33r/min、42r/min等。
在本发明的具体实施方案中，搅拌时间可以为8min、9min、10min、11min、12min、13min、14min、15min，以及上述任意两个速度之间的速度，例如8.7min、9.6min、10.3min、12.9min、14.5min等。
在上述条件下，可以较好地实现水稻秸秆的分散，同时将包裹在水稻秸秆发酵物内部的细砂、碎石等杂质与水稻秸秆分离，在达到较好的清洗目的的同时节约清洗用水。
III.蒸煮
蒸煮通常可以在蒸煮罐中进行。蒸煮秆可以有效提高水稻秸秆柔软度，便于后续磨浆。
在本发明的实施方案中，蒸煮在0.5-0.6兆帕的压力下进行60-120min。
在本发明的具体实施方案中，蒸煮时的压力可为0.5、0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.57、0.58、0.59、0.6兆帕。
在本发明的具体实施方案中，蒸煮时间可为60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min、95min、100min、105min、110min、111min、112min、113min、114min、115min、116min、117min、118min、119min、120min，以及上述任意两个蒸煮时间之间的时间，例如61min、62min、64min等。
在上述条件下，可以较好地实现水稻秸秆的软化，便于后续磨浆。
IV.磨浆
磨浆是造纸工艺中的重要步骤。磨浆时，如果水稻秸秆含水量过低则会造成磨浆机的刀片和浆池的磨损。如果水稻秸秆含水量过高则会在磨浆过程中产生飞溅，且获得的纸浆也会较为粗糙。因此，在磨浆开始前，需要调整蒸煮的水稻秸秆的含水量。
在本发明的实施方案中，可以通过添加水或者蒸发水，将蒸煮后的水稻秸秆的干物质浓度调整为5％-30％，然后以1000-5000r/min的的磨浆转速在例如磨浆机中进行磨浆，磨浆间隙0.06-0.30cm，从而得到符合要求的水稻秸秆本色纸浆。
在本发明的具体实施方案中，磨浆前可以将蒸煮后水稻秸秆的干物质浓度调整为5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％，以及上述任意两个物料磨浆浓度之间的浓度，例如5.5％、6.5％、7.5％、8.5％、9.5％、10.5％、11.5％、12.5％、13.5％、14.5％、15.5％、16.5％、17.5％、18.5％、19.5％、0.5％、21.5％、22.5％、23.5％、24.5％、25.5％、26.5％、27.5％、28.5％、29.5％等。
在本发明的具体实施方案中，磨浆时磨浆机的转速可以为1000r/min、1100r/min、1200r/min、1300r/min、1400r/min、1500r/min、1600r/min、1700r/min、1800r/min、1900r/min、2000r/min、2100r/min、2200r/min、2300r/min、2400r/min、2500r/min、2600r/min、2700r/min、2800r/min、2900r/min、3000r/min、3500r/min、4000r/min、4100r/min、4200r/min、4300r/min、4400r/min、4500r/min、4600r/min、4700r/min、4800r/min、4900r/min、5000r/min。
在本发明的具体实施方案中，磨浆间隙可以为0.06cm、0.07cm、0.08cm、0.09cm、0.10cm、0.11cm、0.12cm、0.13cm、0.14cm、0.15cm、0.16cm、0.17cm、0.18cm、0.19cm、0.20cm、0.21cm、0.22cm、0.23cm、0.24cm、0.25cm、0.26cm、0.27cm、0.28cm、0.29cm、0.30cm，以及上述任意两个磨浆间隙之间的距离。
在上述条件下，可以较好地进行水稻秸秆的磨浆，有利于优质纸浆的生产。
在第三方面中，本发明提供了利用第二方面的方法生产的水稻秸秆纸浆，其符合GB/T3332-2004标准，利用该纸浆所制得产品符合GB/T453-2002和GB/T2679.8-1995标准。
在第四方面中，本发明提供了利用第一方面和第二方面方法产生的不适合制浆的水稻秸秆废物、分离物和废水生产有机肥的方法，包括以下步骤：将第一方面和第二方面中生产加工过程产生的不适合制浆的水稻秸秆废物分离物和废水混合均匀，堆成条垛或者堆置在发酵槽中，然后进行好氧高温肥发酵，从而生产有机肥。
在第四方面中提到的不适合制浆的水稻秸秆废物包括粉碎时不便于粉碎的秸秆结节、粉碎后粉碎程度不达标的秸秆条；分离物包括除杂过程中分离出来的残余的秸秆短条以及磨浆后在磨浆槽中残余的纸浆；废水包括除杂过程中洗涤用水、蒸煮时产生蒸煮废水及其制浆结束后设备冲洗的废水。
在第五方面，本发明提供了利用本发明第四方面的方法生产的有机肥。
本发明的水稻秸秆生物法无污染纸浆方法利用微生物进行微好氧发酵，再利用例如磨浆机进行磨浆，生产水稻秸秆本色纸浆。该方法不但工艺简单，制浆量大，并且全过程不采用任何化学药剂，制浆废料与废水可直接用于堆肥处理，生产有机肥，在极大程度上避免了环境污染现象的发生，解决了在我国水稻秸秆难以利用及传统化学制浆环境污染严重，治污成本高等问题。
下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂、仪器等，如无特殊说明，均可通过商业途径获得。
在下述实施例中，黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium，菌种保藏编号CCICC 40299)由中国工业微生物菌种保藏管理中心提供，粗毛栓菌(Trametes hirsuta，菌种保藏编号CCTCC M20191095)、嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌(Aneurinibacillusthermoaerophilus，菌种保藏编号CCTCC M20191097)和波茨坦短芽孢杆菌(Brevibacillusborstelensis，菌种保藏编号CCTCC M20191098)由中国典型培养物保藏中心提供，但本领域技术应当理解，发酵剂并不限于上述具体菌株。
实施例1
将粗毛栓菌和黄孢原毛平革菌用PDA培养基活化，嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌和波茨坦短芽孢杆菌用MSM培养基活化。将活化的单菌和四种菌(1:1:1:1)的混合菌液按固态发酵培养基体积的10％分别接种到固态发酵培养基(其组成见下文)中，添加80％的Mandels营养液和10％的蒸馏水，发酵10天，测定固态发酵培养基的木质素降解率。
发酵结果：在分别接种粗毛栓菌、黄孢原毛平革菌、嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌、波茨坦短芽孢杆菌和混合菌液的固态发酵培养基中，木质素降解率分别为14.4％、19.5％、10.1％、11.1％、25.4％，说明该四种菌可有效破坏水稻秸秆中木质素和半纤维素共价连接所形成的稳定结构，对制浆原料处理有利，并且四种菌的组合降解木质素的效果更好。
PDA培养基包括以下成分：去皮马铃薯200g，葡萄糖20g，。将马铃薯切成小块，放入锅中，加水1L，煮沸30min，用纱布滤去马铃薯残渣，加入葡萄糖、再加入适量的水补充至1L。
MSM培养基包括以下成分：NaNO3 2.5g；KH2PO4 1.0g；NaCl 0.5g；MgSO4·7H2O0.5g；CaCl2 0.1g；碱木质素3g，蒸馏水1000mL，pH为8.3。
固态发酵培养基括以下成分：水稻秸秆干粉9.8g，麦麸0.2g，按要求加入Mandels营养液，并将水分含量调整至50％-60％，装于250mL锥形瓶中。
Mandels营养液：(NH4)2SO4 3g，KH2PO4 3g，MgSO4·7H2O 2g，Na NO3 0.3g，FeCl30.5g，加入1000mL水。
实施例2
通过粉碎机对水稻秸秆(含水量55％)进行切割和揉搓处理，切割成长度为3cm的水稻秸秆条，按水稻秸秆、硫酸铵和麸皮干重比为98％：1％:1％添加硝酸铵和麸皮制备发酵底物，之后接种嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌和波茨坦短芽孢杆菌的混合菌液，接种量为发酵底物体积的10％，将接种后发酵底物的含水量调整为65％，混匀。将含水量调整后的发酵底物置于体积为10m3的发酵罐中；在18℃的环境条件下进行微好氧发酵。
在发酵体系温度下降到50℃以前，每天搅拌1次，保持发酵体系的溶氧量在0.5％-5％之间；随着温度升高和搅拌次数的增加，发酵体系的含水量会逐渐降低，当含水量低于55％时，补充水分达到65％左右；当微好氧发酵体系温度下降到40℃以下后，停止搅拌。发酵时间为15天。
发酵结果：水稻秸秆质地变得柔软，水稻秸秆中木质素、纤维素、半纤维素降解率分别为12.2％、12.1％、14.6％。
实施例3
通过揉丝机将水稻秸秆(含水量65％)进行切割和揉搓处理，切割成长度为15cm的水稻秸秆条，按秸秆、硫酸铵和麸皮干重比为98.5％：0.5％:1％添加硫酸铵和麸皮制备发酵底物，之后接种粗毛栓菌，接种量为发酵底物体积的10％，将接种后发酵底物的含水量调整为50％，混匀。将含水量调整后的发酵底物置于发酵槽中，体积为10m3；在14℃的环境条件下，进行微好氧发酵。
在发酵体系温度下降到50℃以前，每天搅拌1次，保持发酵体系的溶氧量在0.5％-5％之间；随着温度升高和搅拌次数的增加，发酵体系的含水量会逐渐降低，当含水量低于55％时，补充水分达到65％左右；当微好氧发酵体系温度下降到40℃以下后，停止搅拌。发酵时间为25天。
发酵结果：水稻秸秆质地变得柔软，水稻秸秆中木质素、纤维素、半纤维素降解率分别为19.2％、16.2％、22.2％。
实施例4
取实施例2中发酵后的水稻秸秆2kg送入洗涤罐，按水稻秸秆干重的200％添加水，以30r/min进行搅拌，搅拌时间为10min，之后通过筛分器将洗净的秸秆与砂石等杂质分开。将洗净的水稻秸秆加入蒸煮罐中，蒸煮压力为0.5兆帕，蒸煮时间为60min。之后将蒸煮好的水稻秸秆以5％的干物质浓度利用磨浆机进行磨浆，磨浆转速1000r/min，磨浆间隙0.06cm。磨浆后得到水稻秸秆本色纸浆。
纸浆品质：根据GB/T 3332-2004纸浆打浆度的测定(肖伯尔-瑞格勒法)测定实施例4得到的纸浆，结果为35°SR，从表面看，纸浆的质感较粗，色泽较深，柔软度较硬，但依据GB/T453-2002和GB/T2679.8-1995对用该纸浆制造的纸张成品的抗张强度和环压强度进行测定，结果显示皆符合国家标准。
实施例5
取实施例2中发酵后的水稻秸秆2kg送入洗涤罐，按水稻秸秆干重的200％添加水，以60r/min进行搅拌，搅拌时间为10min，之后通过筛分器将洗净的水稻秸秆与砂石等杂质等分开。将洗净的水稻秸秆加入蒸煮罐，蒸煮压力为0.6兆帕，蒸煮时间为120min。之后将蒸煮好的水稻秸秆以30％的干物质浓度利用磨浆机进行磨浆，磨浆转速5000r/min，磨浆间隙0.30cm。磨浆后得到水稻秸秆本色纸浆。
纸浆品质：根据GB/T 3332-2004纸浆打浆度的测定(肖伯尔-瑞格勒法)测定实施例5得到的纸浆，结果为55°SR，从表面看，该纸浆的质感较细，色泽较深，柔软度较软，依据GB/T453-2002和GB/T2679.8-1995对用该纸浆制造的纸张成品的抗张强度和环压强度进行测定，结果显示皆高于国家标准。
实施例6
将生产加工过程(实施例2、3、4、5)产生的不适合制浆的玉米秸秆废物和分离物按8:2进行混合，以生产加工过程产生的制浆废水为补充水分，将混合物的含水量调整为60％，混匀，并堆成圆锥形，堆体堆料总量为200kg，体积约为2m3，从而进行微好氧高温堆肥发酵。
每三天同一时段，将温度计插进堆体中心部位，测量堆体温度，当堆体温度高于55℃时进行翻堆。第27天堆体温度下降到35℃以下，进行取样检测。
测定有机肥肥力结果如下表所示：
项目 C/N 全氮 全磷 全钾 总养分 有机质
结果 17.58∶1 0.91％ 0.84％ 0.79％ 2.54％ 54.37％
由上表可知，测得第27天有机肥的总养分(全氮+全磷+全钾)为2.54％，有机质(重铬酸钾容量法)为54.37％，C/N比值为17.58∶1，这说明在第27天有机肥已完全腐熟。有机肥外观呈褐色疏松的絮状结构，无臭味。
综上所述，本发明的方法与传统化学制浆工艺区别在于，利用微生物对水稻秸秆进行微好氧发酵处理，通过微生物的作用去除水稻秸秆中的木质素并软化水稻秸秆，提高纤维分离效果；再通过例如磨浆机进行大量磨浆，在不添加漂白剂的条件下，生产本色纸浆；此外，将生产加工过程中产生的不适合制浆的水稻秸秆废物与分离物混合，进行好氧高温堆肥发酵，生产有机肥。本发明的方法全过程不采用任何化学药剂，主产品为水稻秸秆本色浆，副产物为优质有机肥，从而使水稻秸秆得以高值化循环利用，创新我国禾草类秸秆浆生产技术路线和模式。本发明的方法工艺简单，经济效益高，模式可复制，具有广阔的推广前景。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种制浆用水稻秸秆生物预处理方法，包括以下步骤：
将水稻秸秆进行切割处理，得到长度为3-15cm的水稻秸秆条；
基于所述水稻秸秆的干重，向处理后的水稻秸秆条添加0.1％-2％的铵盐与麸皮的混合物，得到发酵底物；
基于所述发酵底物的体积，向所述发酵底物接种0.2％-10％的发酵剂；
将接种后的发酵底物的含水量调整为50-70％，并混合均匀；以及
将混合均匀的发酵底物进行微好氧发酵。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铵盐与所述麸皮的重量比1-5:1-5。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述铵盐是硫酸铵或硝酸铵或两者的组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发酵剂选自粗毛栓菌(Trameteshirsuta)、黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)、嗜热嗜气解硫胺素芽孢杆菌(Aneurinibacillus thermoaerophilus)和波茨坦短芽孢杆菌(Brevibacillusborstelensis)中的至少一种。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于发酵时间至少为7天。
6.一种水稻秸秆生物法无污染制浆方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.利用权利要求1-5中任一项所述方法对水稻秸秆进行生物预处理；
S2.将预处理后的水稻秸秆除去杂质；
S3.蒸煮除去杂质后的水稻秸秆；以及
S4.对蒸煮后的水稻秸秆进行磨浆，从而得到水稻秸秆纸浆。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括按水稻秸秆干重的200％-500％添加水，以30-60r/min的搅拌速度搅拌5-10min，并将洗净的水稻秸秆与杂质分开。
8.根据权利要求6所述方法，其特征在于，在步骤S3中，所述蒸煮在0.5-0.6兆帕的压力下进行60-120min。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤S4具体包括将蒸煮后的水稻秸秆的干物质浓度调整为5％-30％，然后进行磨浆，优选磨浆转速为1000-5000r/min，磨浆间隙为0.06-0.30cm。
10.利用权利要求1和/或权利要求2所述方法产生的不适合制浆的水稻秸秆废物、分离物和废水生产有机肥的方法，包括以下步骤：
将所述不适合制浆的水稻秸秆废物、分离物和废水混合均匀，堆成条垛或者堆置在发酵槽中，然后进行好氧高温肥发酵，从而生产所述有机肥。
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