生物燃料成分分析范文
时间：2023-10-25 17:34:43
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一、引言
我国能源生产结构中煤炭比例始终在67%及以上,煤炭是我国能源的主体。目前,我国已探明煤炭可采储量约1145亿吨,年消耗燃煤12亿～15亿吨,其中大多数直接作为燃料被消耗掉,以煤炭为主的中国能源结构可开采煤炭储量约能使用150年。另外,以煤为主的能源结构直接导致能源活动对环境质量和公众健康造成了极大危害。
二、生物质固体成型燃料简介
生物质固体成型燃料(简称生物质燃料,俗称秸秆煤)是利用新技术及专用设备将农作物秸秆、木屑、锯末、花生壳、玉米芯、稻草、稻壳、麦秸麦糠、树枝叶、干草等压缩碳化成型的现代化清洁燃料(目前国内外常用的生物质成型工艺流程如图1),无任何添加剂和粘结剂。既可以解决农村的基本生活能源,也可以直接用于城市传统的燃煤锅炉设备上,可代替传统的煤碳。其直径一般为6cm～8cm,长度为其直径的4～5倍,破碎率小于2.0%,干基含水量小于15%,灰分含量小于1.5%,硫和氯含量一般均小于0.07%,氮含量小于0.5%。在河南省,生物质燃料是政府重点扶持的新农村建设项目之一。
三、生物质燃料燃烧技术
根据试验研究及测试资料,生物质燃料燃烧特性为:生物质挥发物的燃烧效率比炭化物质快。燃烧着火前为吸热反应;到着火温度以后,生成气相燃烧火焰和固相表面燃烧的光辉火焰,为放热反应。具体的燃烧性能见表1。
生物质燃料专用锅炉燃烧原理如下:
①生物质燃料从上料机均匀进入高温裂解燃烧室,着火后,燃料中的挥发份快速析出,火焰向内燃烧,在气(固)相燃烧室内迅速形成高温区,为连续稳定着火创造了条件;
②高温裂解燃烧室内的燃料在高温缺氧的条件下不断地快速分解为可燃气体,并送往气相燃烧室内进行气相燃烧;
③在气相燃烧的同时,90%以上挥发份被裂解为炙热燃料,由输送系统输送到固相燃烧室内进行固相燃烧,完全燃烧后的灰渣排往渣池或灰坑;
④在输送过程中,小颗粒燃料和未燃尽的微粒在风动的作用下于气(固)相燃烧室内燃烧;
⑤从多个配氧处可按比例自动调配、补充所需量的氧气,为炉膛出口的燃烧助燃,完全燃烧后的高温烟气通往锅炉受热面被吸收后,再经除尘后排往大气。
生物质燃料燃烧的特点为:
①可迅速形成高温区,稳定地维持层燃、气化燃烧及悬浮燃烧状态,烟气在高温炉膛内停留时间长,经多次配氧,燃烧充分,燃料利用率高,可从根本上解决冒黑烟的难题。
②与之配套的锅炉,烟尘排放原始浓度低,可不用烟囱。
③燃料燃烧连续,工况稳定,不受添加燃料和捅火的影响,可保证出力。
④自动化程度高,劳动强度低,操作简单、方便,无需繁杂的操作程序。
⑤燃料适用性广,不结渣,完全解决了生物质燃料的易结渣问题。
⑥由于采用了气固相分相燃烧技术,还具有如下优点:
a从高温裂解燃烧室送入了气相燃烧室的挥发份大多是碳氢化合物,适合低过氧或欠氧燃烧,可达无黑烟燃烧及完全燃烧,可有效地抑制“热力――NO”的产生。
b在高温裂解过程中,处于缺氧状态,此过程可有效地制止燃料中氮转化为有毒的氮氧化物。
四、环境影响分析
生物质燃料燃烧污染物排放主要为少量的大气污染物及可综合利用的固体废弃物。
(1)大气污染物
生物质燃料纤维素含量高,为70%左右;硫含量大大低于煤;燃料密度大,便于贮存和运输;产品形状规格多,利用范围广;热值与中质煤相当,燃烧速度比煤快11%以上,燃烧充分、黑烟少、灰分低、环保卫生;另在采取配套的脱硫除尘装置后,大气污染物排放种类少、浓度低。根据河南德润锅炉有限公司对生物质固体成型燃料专用锅炉的研究:生物质燃料燃烧后可实现CO2零排放,NOx微量排放,SO2排放量低于33.6mg/m3,烟尘排放量低于46mg/m3。新建使用生物质燃料锅炉大气污染物排放控制指标执行《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271-2001)中燃气锅炉的排放标准。查阅该标准可知,燃气锅炉排放标准为:SO2≤100mg/m3、烟尘≤100mg/m3。生物质燃料锅炉燃烧后大气污染物排放浓度远低于国家标准。
(2)固体废弃物
生物质燃料锅炉燃烧固体废弃物主要为燃烧后的灰分,可以回收做钾肥,资源综合利用。
五、环境效益分析
生物质燃料的环境效益主要体现在以下几方面:
(1)生物质燃料代替煤等常规能源,能减少大气污染物的排放量,有效改善城乡空气环境质量。生物质燃料中硫的含量不到煤炭的1/10,其替代煤燃烧能有效地减少大气中二氧化硫的排放量;由于生物质在燃烧过程中排出的CO2与其生长过程中光合作用中所吸收的一样多,所以从循环利用的角度看,生物质燃烧对空气的CO2的净排放为零。煤炭与生物质固体燃料的污染物燃烧排放比较见表2。
(2)燃烧后的固体废物可综合利用
灰分可以回收做钾肥,实现“秸秆――燃料――肥料”的有效循环。
(3)合理处理废弃的农作物,降低对环境的影响
仅秸秆而言,我国每年农作物秸秆产重约为7.06亿千吨,河南省每年达7000万千吨,占全国的1/10。若秸秆等废弃的农作物自然腐烂,将产生大量的甲烷,通常认为甲烷气体的温室效应是二氧化碳的21倍。将废弃的农作物做成燃料,既变废为宝,节约资源,又可减排温室气体,保护环境。
六、结论
生物质燃料利用废弃的农作物作为原料,可实现就地取材、就地生产,降低了农业废弃物运输成本与运输过程中的污染,其产品具有节能、环保、保护不可再生资源等特点。生物质燃料生产的工艺、方法符合我国目前建设节约型社会要求和可持续发展的国策,具有突出的社会效益、经济效益和环境效益,有很好的实用性和推广价值,对缓解我国能源紧张和环境污染具有重大意义,有着广泛的市场前景和应用空间。
参考文献:
[1]洪成梅 徐士洪 魏良国 利用农作物秸秆生产生物质“颗粒”燃料 污染防治技术,2007
[2]江淑琴 生物质燃料的燃烧与热解特性[J] 太阳能学报,1995
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关键词 第二代密集烤房；生物质；高效环保炉
中图分类号 S216 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）05-0223-02
2010年“两会”期间，总理所作政府工作报告中多处提及低碳和新能源，低碳经济发展纳入“十二五”发展规划和重点产业发展规划，确立低碳经济发展的区域模式和产业模式，大力发展循环经济和低碳经济，努力建设资源节约型、环境友好型、低碳导向型社会，实现我国经济社会又好又快发展。在能源日趋紧张的今天，燃料匮乏、成本上涨已成为困扰烤烟生产的因素之一，如何降低能耗、减少生产成本已是烤烟生产亟待解决的问题[1-5]。随着煤、石油等常规能源的日益紧张，烘烤的能量来源应该朝多方向发展，电能、生物能等逐步成为节能研究的目标[6-10]。
1 材料与方法
1.1 试验概况
第二代密集烤房生物质高效环保炉由山东临沂烟草有限公司组织设计研发，山东百特机械设备有限公司生产。第二代生物质高效环保炉二次燃烧室进风管道位置发生改变，使用价格低廉的普通铁管即可，炉体高度为1 400 mm，直径1 000 mm，容量为0.73 m3，重量1.2 t左右，炉膛分为上、下室，上室为二次燃烧室，下室为热分解室，造价1.3万元左右，比第一代生物质高效环保炉造价降低近1/2。
工作原理：燃料在热解室内热分解气化，烟气伴随热量进入上室后，二次进风对上室烟气起到助燃作用，提高上室温度，燃烧室温度可达1 000 ℃以上，未燃尽烟气再次充分燃烧，焦油裂解，达到节能、高效、低污染、低排放效果。主要性能是能够控制燃烧速度，烟气能够充分燃烧，不产生焦油，节能效果明显，经检测污染为1级。
在联城镇郭家场村烘烤工场进行第二代生物质高效环保炉安装、测试，并进行烘烤试验。供试烤烟品种为NC55。
1.2 试验方法
1.2.1 空炉燃烧试验。2012年5月10日进行了空炉燃烧试验，在密集烤房相同条件下，设2个处理，即：第二代、第一代生物质高效环保炉分别以粉碎后的烟草秸秆为燃料进行空炉试验（K1、K2），烤房内起始温度是13 ℃，电机2.2 kW高速运转，风机5.88 kW，将密集烤房进风门和排湿窗全部关闭，仅保持内循环。
1.2.2 中部烟叶烘烤试验。2012年8月13日分别进行了以烟草秸秆、煤块、树皮为燃料的中部烟叶烘烤试验。3种燃料都是在密集烤房相同条件下，对鲜烟素质相同的NC55中部烟叶，在每竿绑烟量、装烟量相同情况下，起始温湿度相同，温湿度变化同步进行，烘烤时间一致情况下，按照8点式烘烤工艺进行了烟叶烘烤试验。3种燃料的烘烤试验分别设3个处理，即为：第二代生物质高效环保炉设备（K1）、第一代设备（K2），以隧道式加热设备作为对照（CK）。采集烤后有代表性烟叶进行烟叶外观质量和内在化学成分分析。
2 结果与分析
2.1 空炉试验
从表1可以看出，第二代生物质高效环保炉比第一代炉膛内最高温度低7 ℃，燃烧成本高11元，高出5%。
2.2 烟草秸秆燃料试验
2.2.1 经济效益分析。从表2可以看出，各种处理烤后烟叶均价差异不大，处理K1、处理K2、CK的烘烤成本分别为1.88、1.54、2.63元/kg，处理K1、处理K2的烘烤成本分别比CK低0.75、1.09元/kg，降幅分别达28.5%、41.4%；处理K1比处理K2高0.34元/kg，增幅22.1%。从表2中计算得出，第一代生物质高效环保炉1 kg干烟需耗烟草秸秆1.7 kg、煤0.4 kg、电0.54 kW·h，第二代生物质高效环保炉1 kg干烟需耗烟草秸秆2.2 kg、煤0.53 kg、电0.56 kW·h；普通炉1 kg干烟需耗煤球4.12块、电0.45 kW·h。
2.2.2 烤后烟外观质量对比。从表3可以看出，处理K1、处理K2、CK烤后烟叶在成熟度、颜色、光泽、油分、叶片结构、身份等外观质量方面无明显差异。
2.2.3 烤后烟化学成分分析。从表4可以看出，3种烘烤设备烤后烟叶C3F化学成分无明显差异。
2.3 煤块燃料试验
2.3.1 经济效益分析。从表5可以看出，处理K1、处理K2、CK烘烤成本分别为2.22、2.10、2.66元/kg，处理K1、处理K2比CK烘烤成本分别低0.44、0.56元/kg，降幅分别达16.5%、21.1%。处理K1比处理K2高5.7%。从表5计算可知，第二代、第一代生物质高效环保炉1 kg干烟分别耗煤1.73、1.64 kg，分别耗电0.60、0.57 kW·h，普通炉1 kg干烟耗煤球4.18块、电0.44 kW·h。各种处理烤后烟叶均价差异不大。
2.3.2 烤后烟外观质量对比。从表6可以看出，烤后烟叶处理K1、处理K2、CK烤后烟叶在成熟度、颜色、光泽、油分、叶片结构、身份等外观质量方面无明显差异。
2.3.3 烤后烟化学成分分析。从表7可以看出，3种设备烤后烟叶C3F化学成分无明显差异。
2.4 树皮燃料试验
2.4.1 经济效益分析。从表8可以看出，各种处理烤后烟叶均价差异不大，处理K1、处理K2、CK烘烤成本分别为1.85、1.56、2.92元/kg，处理K1、处理K2比CK烘烤成本分别低1.07、1.36元/kg，降幅分别达36.6%、46.6%，处理K1比处理K2高0.29元/kg，增幅18.6%。从表8计算可知，第一代生物质高效环保炉1 kg干烟需耗树皮8.58 kg、煤块0.08 kg、电0.59 kW·h，第二代生物质高效环保炉1 kg干烟需耗树皮6.96 kg、煤块0.06 kg、电0.56 kW·h；普通炉1 kg干烟需耗煤球4.62块、电0.47 kW·h。
2.4.2 烤后烟外观质量对比。从表9可以看出，烤后烟叶处理K1、处理K2、CK烤后烟叶在成熟度、颜色、光泽、油分、叶片结构、身份等外观质量方面无明显差异。
2.4.3 烤后烟化学成分分析。从表10可以看出，3种烘烤设备烤后烟叶C3F化学成分无明显差异。
3 结论与讨论
试验结果表明，第二代生物质高效环保炉在二次燃烧室进风管道改进后，使用秸秆、煤块、树皮作燃料，烘烤成本比目前推广的隧道式加热设备分别低0.75、0.44、1.07元/kg，降幅分别为28.5%、16.5%、36.6%，比第一代生物质高效环保炉烘烤成本分别高0.34、0.12、0.29元/kg，增幅分别为22.1%、5.7%、18.6%，3种烘烤设备在烤后烟叶外观质量、经济效益和化学分析等方面无明显差异。尽管第二代生物质高效环保炉比第一代烘烤成本有所提高，但造价比第一代生物质高效环保炉降低了1.2万元/台套，结构更合理，性能更良好，操作简单，更适宜推广。
4 参考文献
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篇3
目前，生物质热解液化技术作为大规模转化利用生物质的一个重要技术手段已越来越受到重视[1-4]。生物质的热化学转化技术是指在加热条件下，用化学手段将生物质中的高分子物质裂解成小分子燃料物质或化工原料的技术。国外在生物质真空热解液化制备生物油方面的研究较多[5]，我国还未见有相关的报道。生物质热解油是在某一真空度下，以一定的升温速率（10～100℃/min）将生物质加热到500℃左右，并使热解蒸汽停留时间短（1s左右），获取热解反应生成的液体产物。GC-MS是色谱质谱联用分析技术的英文简称，GC-MS分析是一种高效能的分离鉴定有机混合物的方法。目前，多采用GC-MS技术对热解油可挥发性成分进行定性、定量分析推断真空热解液化的反应机理。
一、生物油的制取
本实验室采用松树锯末原料在流化床反应器内进行的热解实验，热解温度、停留时间、进料速率对生物质热解油的产率有一定的影响。在此热解装置上进行了松树锯末、花生壳、大豆秸秆等原料的多次热解实验，得出了最佳热解条件，锯末热解油的产率达到65.9%，随后又加以改进，其实验系统装置如图1所示。
实验室采用松树锯末为原料，在流化床反应器内进行热解电捕获器为50KV高压静电捕获装置，连接于分级冷凝系统后，收集一种热解油，即电捕油。经实验证实，二、三、四级热解油水分含量大，可用于重整制氢研究。之前，对一级及二级热解油的分析己进行了研究，并初步建立了一套分析热解油的定性及定量分析方法。本文主要对松树锯末电捕油进行分析。
二、生物油的GC-MS分析
对松树锯末电捕油和一级热解油进行GC-MS分析，所得离子色谱图如图2、3所示，数据处理是采用Agilent数据分析工作站，化合物由NIST08谱库检索得到，检索到的化合物具有高准确度。从离子色谱图可以看到电捕油出峰时间主要集中在4.017 min至48.239 min之间，可以达到基线分离，且检测到54种化合物。
由图2、3可知，色谱图中峰相对较高的化合物主要是酮、酸、酚类化合物，其中以酚类居多，保留时间在26.814/26.808分的邻甲氧基苯酚之后，峰形最高的化合物均是酚类。GC-MS定性分析采用极性DB-FEAP毛细管柱，其主要成分是硝基对苯二酸改性的聚乙二醇。本实验的锯末热解油中以轻基丙酮、乙酸、邻甲氧基苯酚等的含量较高。电捕油的成分都是高含氧量的有机物，需要对其加以精制才能用于做燃料。但两种热解油的含水量不同，这主要是由于分级冷凝和电捕获器收集热解油装置的差异所造成的。电捕获器在分级冷凝系统的后面，经四级冷凝系统，未冷凝的气体被电捕获器捕集，故含水量较低，且电捕油的酚、酮、酸等类的组分含量相对较大。从热解装置收集热解油的产率来看，电捕油的收集也将热解油的产率提高到70%。热解油的GC-MS分析结果表明，热解油还可用来提取高附加值的化学品，如邻甲氧基苯酚，是合成多种原料和香料的重要起始原料。
三、结论
采用GC-MS对电捕油进行分析，经NIST08谱库检索，检测到54种化合物，主要是酚、酸、醛、酮类化合物，其中酚类物质的含量最高。松树锯末电捕油中酚类为41.65%，酮类为25.68%，酸类为35%，醛类15.03%。经分子蒸馏精制的木醋液馏分中还含有经基丙酮有害物质，需要进一步精制；另外，木醋液的抑菌杀菌实验由于时间关系尚未进行，是下一步研究的方向。
参考文献
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篇4
关键词：农作物秸秆；综合利用；资源化
我国是一个农业大国，据粗略估计，每年约产农作物秸杆8亿吨[1]。秸秆是农作物的主要副产品，也是十分宝贵的生物资源，主要含纤维、木质素、淀粉、粗蛋白、酶等有机物，还含有氮、磷、钾等营养元素。秸秆除了作燃料外，可以作肥料，也可以作饲料，还可以作工业原料。而目前只有一小部分用于纺织、造纸、建筑和饲料，绝大部分农作物秸杆仍露天焚烧或作燃料用，造成资源浪费，污染环境。
20世纪70年代后，世界能源危机的出现使人们开始将目光投向对可再生的生物能的开发利用上，并将研究开发的重点放在农作物秸秆的开发利用上。目前农作物秸秆开发与利用的主要技术手段分别是农作物秸秆的微生物发酵技术，如沼气发酵、燃料酒精发酵、饲料发酵；农作物秸秆的热化学转换技术，如热解液化技术、气化技术、致密成型及制炭技术；化学转化技术如化学制浆造纸。
1农作物秸秆利用基础
1.1秸秆的结构基础
农作物秸杆主要是玉米秸、高粱杆、稻草、麦杆、葵花杆以及花生壳、瓜籽皮、玉米芯等，其细胞壁的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，亦即天然纤维素原料的主要组成成分。秸秆之所以难以被开发利用，其原因在于细胞外存在由纤维素、半纤维素和木质素等构成的坚韧细胞壁。构成细胞壁的结构单位是微纤丝，微纤丝相互交织成网状构成细胞壁的基本构架，在纤维素的网络结构中交联着非纤维素的基质，这些分子包括半纤维素、木质素和果胶类物质。关于细胞壁各层的微纤丝结构，具有代表性的是Fengel所提出的木材细胞壁结构模型。Fengel[2]认为：直径为3nm的基元原纤维是最基本的形态结构单元，由16根（4×4）基元原纤维组成直径约为12nm的原纤维，再由4根（2×2）这样的原纤维组成一根比较粗的微纤丝，其直径约25nm。微纤丝相互缠绕构成了直径约为0.5nm，长度约为4um的大纤丝，以这种方式聚合而成的纤维素分子，其强度超过了同样粗细的钢丝。基元原纤维之间填充着半纤维素，而微纤丝周围包裹着木质素和半纤维素。纤维素、半纤维素和木质素相互交织，任何一类物质的降解必然受其它成分的制约，如木质素对纤维素酶和半纤维素酶降解天然纤维素原料中的碳水化合物有空间阻碍作用，致使许多纤维素分解菌不能侵袭完整的天然的纤维素原料。
1.2秸秆成分的理化性质
纤维素的聚集体分为结晶区和无定形区结构，结晶区部分分子排列比较整齐、有规则，密度较大，为1.588g/cm3，可以呈现清晰的X射线衍射图。无定形区部分分子链排列不整齐、较疏松，分子间距离大、密度较小，为1.500g/cm3。
纤维素链中每个葡萄糖基环上有3个活泼的羟基，这些羟基可以综合成分子和分子间的氢键，增强了纤维素分子链的完整性和刚性，使分子链紧密排列成高度有序的结晶区，增加了反应试剂到达纤维素羟基的难度。纤维素的物理性质包括以下几个方面：第一，纤维素的润胀，当纤维素吸收液体后，其外形的均一性虽然没有变化，但固体内的内聚力减小而容积增大，固体变软，即纤维素的润胀。对纤维素的润胀处理，可使纤维素大分子间的羟基结合力变弱，从而提高试剂向纤维素内部的扩散速度。其次，由于纤维素分子量大，内聚力也较大，扩散能力差，纤维素在容积中溶解所得的不是真的纤维素溶液，而是纤维素和存在于液体中的组分形成的一种加成的产物。纤维素的溶解问题在于纤维素的溶解度低。另外，纤维素热降解在300-375℃较窄的温度范围内发生热分解，加热进程不同，产物不同。在低温下（200-280℃）加热，脱水生成脱水纤维素，随后生成木炭和气体产品。在较高温度下（280-340℃）加热，生成易燃的挥发性产物(焦油)。
半纤维素既溶于碱（5%的Na2CO3溶液）又溶于酸（2%的HCl溶液）。由于半纤维素聚合度低，结晶结构无或少，因此，在酸性介质中比纤维素容易降解。
原本木质素是一种白色或接近无色的物质，我们看到的木质素的颜色是在分离、制备过程中形成的。木质素的相对密度大约在1.35-1.50之间，非常坚硬，从而增加细胞壁的硬度，不溶于任何溶剂，但在分离木质素时因发生了缩合或降解而使性质改变，在酚羟基和羧基存在时，木质素能溶于浓的强碱溶液中。
2农作物秸秆的利用技术
2.1秸秆饲料化技术
作物秸秆可以直接用作食草动物的饲料，但适口性较差，采食量少。秸秆氨化处理后，粗蛋白由3-4%提高到8%左右，有机物的消化率提高10－35个百分点，并含有多种氨基酸，可以代替30%－40%的精饲料。因此，氨化秸秆喂羊、牛等，效果很好。秸秆也可以粉碎成草糠，作动物辅助饲料。秸秆氨化处理实际上是碱处理的一种形式，即NH3溶于水变成NH40H。通过氨化处理的秸秆，将不易溶解的木质素变成较易溶解的羟基木质素，使细胞间的镶嵌物质与细胞壁变得松散，利于纤维素酶和消化液渗透其内。大量研究结果表明：品位越差的秸秆，氨化处理的效果越显著。小麦秸秆氨化处理后，使有机物的消化率提高35%；玉米秸秆氨化处理后，使有机物的消化率提高25%。
秸秆青贮主要是利用玉米、豆类、甘薯等优质秸秆进行青贮。通过青贮，既保存秸秆原有的品质、增加醇香味、增强适口性，而且保存时间较长，可把夏秋的青绿饲料保存到冬季利用，特别对促进幼畜生长发育增加母畜产奶量效果好，已逐步成为反刍动物的重要饲料。
微生物发酵秸秆饲料是利用高活性微生物菌剂，放入密封的容器(如水泥窖、土窖等)中贮藏，经过一定的厌氧发酵过程，将秸秆饲料的某些成分进一步合成为营养价值较高或适口性较好的物质，使秸秆变成质地松软、湿润蓬松、酸香适口的粗饲料，是解决人畜争粮矛盾的有效途径之一。
目前秸秆经微生物发酵转化生产蛋白质饲料或单细胞蛋白（SCP）有一定进展。陈庆森等[3]以秸秆为原料，利用多菌种混合发酵，经测定发酵液中玉米秸秆的纤维素利用率达70%，粗蛋白得率在23%以上，大大提高了玉米秸秆的营养值，同时对替代饲用粮生产蛋白富集饲料提供了很好的基料。杨学震[4]用发酵法将玉米秸秆生物转化为蛋白饲料，将秸秆中原6.7%的蛋白含量提高到14.7%，同时使纤维素含量降低38.0%，半纤维素含量降低21.2%。
2.2秸秆能源化技术
秸秆的能源密度为13-15MJ/Kg，作为农村主要的生活燃料，其能源化用量占农村生活用能的30%-35%。现行主要的秸秆能源化利用技术有秸秆直燃、供热技术、秸秆气化集中供气技术、秸秆发酵制沼技术、秸秆发酵生产燃料酒精技术、秸秆压块成型及炭化技术等。
秸秆直燃供热作为传统的能量转换方式，直接燃烧具有经济方便、成本低廉、易于推广的特点，可在秸秆主产区为中小型企业、政府机关、中小学校和相对比较集中的乡镇居民提供生产、生活热水和用于冬季采暖。目前，英国、荷兰、丹麦等国家已采用大型秸秆锅炉用于供暖、发电或热电联产。我国秸秆直燃供热技术起步较晚，适合我国农村特点的、运行费用低于燃煤锅炉的小型秸秆直燃锅炉的研究正加紧进行。
秸秆气化是高品位利用秸秆资源的一种生物能转化方式。经适当粉碎后，秸秆在气化装置内不完全燃烧即可获得理论热值为5724KJ/m3的燃气，其典型成分为：CO20%，H215%，CH42%，CO212%，O21.5%，N249.5%。燃气经降温、多级除尘和除焦油等净化和浓缩工艺后，由罗茨风机加压送至储气柜，然后直接用管道供用户使用。秸秆气化集中输供系统通常由秸秆原料处理装置、气化机组、燃气输配系统、燃气管网和用户燃气系统等五部分组成，供气半径一般在1公里之内，可供百余户农民用气。秸秆气化经济方便、干净卫生、在小康村镇建设中广受欢迎。但大规模推行秸秆制气还需解决气化系统投资偏高，燃气热值偏低，以及燃气中氮气与焦油含量偏高等问题。
秸秆发酵制沼气技术历史悠久，是多种微生物在厌氧条件下，将秸秆降解成沼气，并副产沼液和沼渣的过程。沼气含有50%-70%的甲烷，是高品位的清洁燃料，它可在稍高于常压的状态下，通过PVC管道供应农家，用于炊事、照明、果品保鲜等，或加工成动力燃料和甲醇等做双料发动机燃料。秸秆可直接投入沼气池，也常用做牲畜饲料，转化成粪便进入沼气池，池中秸秆、人畜粪便、和水的配比一般为1:1:8，在产沼过程中，需定期投入发酵基质及清理沼渣。实践表明：一个3-5口人的家庭，建一口8-10m3的沼气池，年产300-500m3的沼气，可满足一日三餐和晚间的照明用能。因此，秸秆制沼不仅可优化农村能源结构，节约不可再生能源的消耗，还具有良好的经济、环境和生态效益。
秸秆发酵生产燃料酒精技术是以秸秆纤维素为原料制备乙醇的研究，早在100多年前就开始了。这一过程包括三个阶段：第一，通过物理的、化学的或酶技术将纤维素聚合物降解为单糖；第二，微生物将糖转化为乙醇；第三，通过蒸馏回收乙醇。其中，第一阶段最为重要。早期的研究主要是采用蒸汽爆破法和浓酸法水解糖化纤维素成葡萄糖。蒸汽爆破法是用蒸汽将原料加热至200-240℃[5]。维持30S～20min高温高压造成木质素的软化，然后迅速使原料减压。造成纤维素晶体和纤维束的爆裂，使木质素和纤维素分离。稀酸水解一般采用稀硫酸（0.5%～0.2%），可在较温和条件下进行，水解一般分二个阶段，第一阶段为低温操作，从半纤维素获得最大糖产量。第二阶段采用高温操作，使纤维素水解为六碳糖，糖的转化率一般为50%左右。稀酸水解容易产生大量副产物，浓酸法耗酸量大，对设备腐蚀性大，能耗高。20世纪60年代人们认识到可以从纤维素获得葡萄糖来补充人类食物的来源，这样就加速了纤维素酶的研究。1979年，遗传育种技术[6]用于提高纤维素酶产量，使纤维素酶的发酵活力较原始出发菌株提高了20多倍。从现有的水平来看，采用温和的酶水解技术可能更为合适，酶水解是生化反应，与酸水解相比，它可在常压下进行。这样减少了能量的消耗，并且由于酶具有较高选择性，可形成单一产物，产率较高（>95%）。
2.3秸秆肥料化技术
目前秸秆肥料的利用技术有秸秆直接还田和秸秆堆沤还田。秸秆直接还田有翻压还田和覆盖还田两种形式。翻压还田指作物收获后，将秸秆粉碎或留高茬直接翻压土中。覆盖还田是将秸秆覆盖于田间地表或作物株行之间，或是残茬覆盖，即当农作物收获时，留高茬还田，采取免耕翻覆盖。秸秆堆沤还田是将秸秆用铡草机切碎堆起来或投入坑中，灌入水，然后用土封起来沤制秸秆[7]。目前，通过选育出分解纤维素的优良微生物菌种或加快秸秆腐熟的化学制剂，解决了传统堆沤形式劳动强度大、堆沤时间长、污染环境等问题。用秸秆与畜禽粪积制堆肥，粪与草隔层堆积、压实。这样可以促进熟化，提高肥效。
2.4秸秆其它应用技术
秸秆除了以上用途之外，还可以利用秸秆发电，造纸，生产可降解的包装材料，制作人造板等。目前我国造纸制浆原料中，1/3来源于秸秆，其制浆具有成本低廉、成纸平滑度好，容易施胶等优点。用麦秸、稻草、玉米秸、苇秆、棉花秆等生产出的可降解型包装材料，如瓦楞纸芯、保鲜膜、一次性餐具、果蔬内包装衬垫等，具有安全卫生、体小质轻、无毒、无臭、通气性好等特点，同时又有一定的柔韧性和强度，制造成本与发泡塑料相当，而大大低于纸制品和木制品，在自然环境中，一个月左右即可全部降解成有机肥。
3展望
目前秸秆的综合利用技术，正从早期的直接或堆沤还田、烧火做饭取暖、加工粗饲料，向着快速腐熟堆肥、气化集中供气、优质生物煤、高蛋白饲料和易降解包装材料、有价工业原料及高附加值工艺品等方向发展。从农业生态系统能量转化的角度来分析，单纯采用某一种利用方式，秸秆能量转化率和利用率会受到限制。因此，根据各类秸秆的组成特点，因地制宜，把其中几种方法有机地组合起来，形成一种多层次、多途径综合利用的方式，从而实现秸秆利用的资源化、高效化和产业化是未来生态农业发展的必然趋势。
参考文献
[1]邢廷铣.农作物秸秆饲料的加工和利用.北京:金盾出版社,2000.
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篇5
关键词：花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxin）子；提取物；抑菌效果
中图分类号：S482.29 文献标识码： A 文章编号：0439-8114（2013）03-0578-02
花椒（Zanthoxylum bungeanum Maxin）属芸香科多年生灌木或小乔木，主要分布在四川、山西、山东及秦岭以南等地区[1]。截至2009年底，四川省花椒种植面积为8.04 hm2，总产量21 000 t，产值5.7亿元。四川汉源县是花椒的著名产地，汉源花椒以皮厚肉丰、色艳味浓而闻名全国，有“贡椒”之称[2]。花椒子是花椒果皮生产中的主要副产物，但长期以来一直未被利用，在产地大量的花椒子被当作燃料烧掉或作为肥料，甚至被当作废物丢弃。
花椒子黑色、有光泽，内含丰富的油脂和蛋白质，占花椒总产量的60%～70%。花椒和花椒子均可以作为药材，花椒子在中药中被称为椒目，该药味苦、辛，性寒，有小毒，具有利水、平喘之功；主治水肿胀满、痰饮喘逆等症[3，4]。目前，对花椒的研究主要集中在根、叶、子、果皮的化学成分分析，生物药理活性及花椒的加工应用[5]等方面，而对花椒子的抑菌作用鲜有研究。本试验采用管碟法，研究花椒子提取物对常见的几种病原菌的抑制作用，为花椒子的进一步开发利用提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料
花椒子2011年采自四川汉源县，经四川农业大学动物医学院药学系范巧佳副教授鉴定为正品。
1.2 供试菌种
大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、沙门氏菌（Salmonella）由四川农业大学药学实验室提供。
1.3 材料及试剂
材料包含索氏提取器、旋转蒸发仪、恒温培养箱、培养皿、超净工作台、灭菌锅、微量加样器、钢管。试剂石油醚（b.p.60～90 ℃）、乙酸乙酯、正丁醇、无水乙醇均为分析纯。
1.4 方法
1.4.1 花椒子不同提取物的制备 取花椒子粉末10 g，加90 mL石油醚索氏法提取3 h，提取液浓缩，得石油醚提取液；残渣再用乙酸乙酯90 mL提取3 h，浓缩得乙酸乙酯提取液；药渣再用正丁醇90 mL提取3 h，浓缩得正丁醇提取液；药渣晾干再用80 mL无水乙醇提取3 h，提取液浓缩得无水乙醇提取液；药渣晾干再用80 mL蒸馏水在80 ℃水浴提取4 h，过滤得水提液。
1.4.2 细菌的活化及菌悬液的配制 将供试菌种接入相对应的试管斜面培养基上，将供试菌种活化，细菌置37 ℃恒温培养箱内培养18～24 h，在无菌操作的条件下，取培养活化好的菌株，用接种环挑取少量菌体，用无菌生理盐水配制成菌体悬浮液，使菌悬液浓度达到106～107 CFU/mL。
1.4.3 体外抑菌试验 体外抑菌试验采用管碟法进行[6]。用无菌棉签蘸取浓度为106～107 CFU/mL的细菌稀释液，涂布于普通营养琼脂平板上，用无菌镊子将钢管均匀摆放平板上，静置10～15 min后滴加花椒子提取液，加至液面与钢管表面平行即可。将平板37 ℃培养18～24 h后，用游标卡尺测量抑菌圈大小。分别用相应试剂做对照。
1.4.4 试验结果判定标准 试验结果判定标准：抑菌圈直径大于20 mm为高度敏感，10～19 mm为中度敏感，小于10 mm为低度敏感[7]。
1.4.5 最小抑菌浓度（MIC）的测定 采用试管二倍稀释法[8]。将抑菌效果最好的提取原液用相应溶剂倍比稀释，依次配成浓度为50.000、25.000、12.500、6.250、3.125、1.563 mg/mL 6个浓度的肉汤培养基试管，向各管中添加菌悬液50 μL，置于37 ℃条件下恒温培养。18～24 h 后，观察记录各试管是否长菌及生长情况。每个浓度梯度做3组平行试验，不长菌的最小浓度为该样品的最小抑菌浓度。以相应试剂做对照试验。
1.4.6 最小杀菌浓度（MBC）的测定 在最小抑菌浓度的基础上，分别将无细菌生长试管的肉汤培养基划线接种于琼脂平板上，置于37 ℃条件下恒温培养18～24 h，以琼脂平板上无菌落生长的提取液浓度为最小杀菌浓度。
2 结果与分析
2.1 不同溶剂提取液抑菌效果比较
由表1可以看出，花椒子的乙酸乙酯提取液和水提液对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均有一定的抑菌效果。抑菌活性为金黄色葡萄球菌>大肠杆菌，且乙酸乙酯提取液的抑菌效果优于水提液。石油醚、正丁醇和无水乙醇提取液无抑菌活性，且5种提取液对沙门氏菌都无抑菌效果。
2.2 花椒子乙酸乙酯提取液最小抑菌浓度的确定
把抑菌效果较好的乙酸乙酯提取液稀释为不同浓度，进行最小抑菌浓度试验，测定结果见表2。乙酸乙酯提取液对金黄色葡萄球菌的MIC为12.500 mg/mL，对大肠杆菌的MIC为25.000 mg/mL，说明花椒子提取液对金黄色葡萄球菌的抑菌效果较好。
2.3 花椒子乙酸乙酯提取液最小杀菌浓度的确定
由表3可知，乙酸乙酯提取液对金黄色葡萄球菌的最小杀菌浓度为25.000 mg/mL，对大肠杆菌的为50.000 mg/mL，说明花椒子提取液对金黄色葡萄球菌的杀菌效果较好。
3 小结与讨论
通过抑菌试验确定花椒子的抑菌活性成分主要是极性很小的亲脂性成分及水溶性成分，其具体抑菌成分有待进一步研究。
同时抑菌试验证明了花椒子对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有良好的抑菌活性。花椒子的抑菌活性部位是乙酸乙酯和蒸馏水的提取物。乙酸乙酯的提取物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈直径分别为16 mm和13 mm，均为中度敏感；水提液对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌圈直径分别为11 mm和7 mm，分别为中度敏感和低度敏感。可知乙酸乙酯提取物的抑菌作用较强，对金黄色葡萄球菌的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度分别为12.500 mg/mL和25.000 mg/mL，对大肠杆菌的最小抑菌浓度和最小杀菌浓度分别为25.000 mg/mL和50.000 mg/mL。且对金黄色葡萄球菌的抑制作用相对较强，对大肠杆菌的抑制作用相对稍弱。
本试验选用常见致病菌作为研究对象。金黄色葡萄球菌是动物和人类的一种重要病原菌，可引起许多严重的感染性疾病；大肠杆菌是畜禽最常见的病原菌之一，可引起胚胎死亡、脐炎、脑炎等一系列病症，发病率及死亡率高。本试验已初步确定花椒子提取物对这两种细菌均有抑制作用，为临床常见疾病的生物防治以及为花椒子扩大药源提供了理论依据，以期实现花椒子资源的充分利用。
参考文献：
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[2] 祝瑞雪，曾维才，赵志峰，等.汉源花椒精油的化学成分分析及其抑菌作用[J].食品科学，2011，32（17）：85-88.
[3] 江苏新医学院.中药大辞典[M].上海：上海人民出版社，1977.
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[5] 刘锁兰，魏璐雪，王 动，等.青花椒化学成分的研究[J].药学学报，1991，26（11）：836-840.
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篇6
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篇7
[关键词]城市污泥；污泥处理处置；污泥利用
中图分类号：TD353.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）20-0079-01
前言：
据全国日统计污水排放量达13.4×105万吨. 经处理后约0.5%～1.0%的转化为固态凝聚沉下来形成污泥。污泥的成分很复杂，是由多种生物 形成的菌胶体与其吸附的有机物、无机物组成的集合 ，除大量的水分外这含有难降解的有机物、重金 属、盐类及病原微生物和寄生虫等.大量的未经处理的城市污泥任意排放对环境造成新的污染. 城市污 泥处理费用相当昂贵，与污水处理费用基本相当.因而如何将大量的成分复杂的城市污泥无害化、资源，已成为全世界较为关注的问题。
1、污泥对环境的影响
尽管污泥含丰富的养分，但也含有大量病原菌、寄生虫、铜、铬、汞等重金属，盐类以及多氯联苯、二恶英、放射性核素等难降解的有毒有害物，这些物质对环境和人类以及动物健康有可能造成较大的危害
2 污泥的脱水
从污水处理厂排出的污泥和城市沟河溏清淤产生的污泥，由于含水量高、体积庞大，容易腐败发臭不利于运输和处置。常常需要进行脱水，污泥脱水主要降低污泥的含水率，减少污泥的体积，降低运输成本。污泥脱水浓缩后可利用物质的含量相对增高，有利于污泥的后续处置和利用。
2.1 机械脱水
机械脱水是使用各种机械将污泥中水份除去.常用机械有真空过滤机、板框过滤机、带压压滤机、离心机等.
2.2 自然干燥
自然干燥是利用太阳能将污泥脱水、干化的方式。传统的方法一般采用干化床。这种方法适用干燥气候，占地面积较大，易给周围环境带来卫生隐患。
利用芦苇编织物进行污泥脱水试验。芦苇编制一定规格“容皿”，置于硬化的地面（水泥地面）上再将污泥移入。芦苇编织物起“格栅”作用。这种污泥脱水方法可将污泥中干固体含量由排出时的1%左右增加到50%。这种利用芦苇编织物进行污泥干燥，不需要电能，也不需要其它物质消耗，是一种可持续的过程。这种污泥脱水方法缺点是占地面积较大，地面必须硬化防止引起地下水污染。
3、污泥的预处理
污泥主要来源于污水处理厂， 刚排出的污泥中含有诸多的有害成为，且体积庞大，如果直接处理会有一定的难度，因此在对污泥进行环保化处理之前会对其进行预处理， 污泥的预处理方法主要包括污泥的稳定化、消化、热处理、脱水等处置方式，最终达到降低污泥中微生物含量、杀菌减量化的目的。此外，经过预处理的污泥的成分、性质发生改变，有利于后续能源和资源的再利用。
3.1 污泥的稳定
污泥脱水后仍含较高的水份、大量的有机物和病原菌。污泥稳定是充分利用污泥中的微生物降解污泥中的有机物质进一步减少污泥中的含水量，杀灭污泥中病原菌，消除臭味，使污泥中的各种成分处于一种相对稳定的状态。污泥稳定的主要方法有：污泥堆肥化（污泥堆沤）、干燥、厌氧消化等。
3.2 污泥堆肥化
污泥堆肥实质是利用污泥中的好氧微生物进行好氧发酵的过程。把污泥按一定比例与各种植物残体（秸杆、稻草、树叶等）、生活垃圾等混合，借助混合微生物群落地湿润环境中对有机物进行氧化分解，把有机物转化为类腐殖质。经堆肥处理的污泥质地疏松阳离子代换量显著增加，溶重减少，可被植物利用的成分增加，病原微生物被杀灭。
3.3 干燥
干燥是将已脱水的污泥进一步降低其含水量，便于储存和运输，避免因微生物的作用发霉变臭，使污泥处于稳定状态。
干燥工艺除了最简单的日晒外，常用的是热干燥技术。热干燥过程也就是对污泥进行灭菌处理的过程。若干燥温度大95℃。完全可以达到杀灭病原菌的卫生要求。干燥后污泥含水率在10%左右（含水率小于23%时就能完全抑制微生物的活性）。所以干燥使污泥处于稳定状态。干燥使污泥性能全面改善，干燥后的污泥仅是最初污泥量5～10%，有机质比重增加，发热值提高，相当劣质煤，提高了污泥的有效利用的价值。
3.4 厌氧消化
厌氧消化也是污泥处理中较为普遍采用的污泥稳定技术。一般是在密闭的消化池30℃条件下贮存一个月。主要是通过兼性厌氧微生物和厌氧微生物的作用，使污泥有机物分解，最终生成象甲烷等为主的气体物质，或可被植物吸收利用的简单物质。这种厌氧消化污泥产生的可燃性物质可作为能源用于发电及其他领域。利用这种方法稳定城市污泥无论是在运行管理还是在经济效益方面具广阔前景。
4 城市污泥的有效利用
根据城市污泥主要成分监测和已报道过的城市污泥成分分析，城市污泥实施有效利用主要有污泥土壤施用和污泥焚烧。
4.1 污泥堆肥土壤施用
城市污泥一般重金属及其他有毒成分都很低，并且含N、P等农作物生长所必需的物质。污泥中有机腐殖质是良好的土壤改良剂。将污泥土壤施用有良好的环境效益和经济效益。污泥土壤施用按含水量不同分为污泥堆肥肥料和干燥污泥肥料。影响污泥土壤施用的主要因素是：污泥可能引起重金属后污染，污泥中难降解的有机物及N、P的流失对地表水和地下表的污染。
近年来众多研究表明，城市污泥中重金属含量呈下降趋势。若严格控制污泥堆肥质量合理施用的情况下，一般不会对土壤和作物产生造成重金属污染。不会影响植物安全和生物食物链的安全。通过对污泥堆肥作为园林绿地肥料的研究表明，将污泥与生活垃圾1：1混合堆沤处理既提高了有效成分的含量，又消除了污泥的臭味，降低了有害物质的含量，非常适用于城市园林绿化。通过对园林绿地施用污泥堆肥对环境影响的研究污泥堆肥施用主要引起硝酸盐的增加。但严格控制污泥质量和施用量（60吨/公顷），不会对地表水及地下水造成影响。研究表明，污泥堆肥施用既可改良土壤，尤其是扰动土地，效果 更为显著，又可增加肥力，提高植物产量和品质。
4.2 污泥的焚烧
污泥中含有一定量的有机成分，经脱水干燥可用焚烧处理。干燥污泥接近于劣质煤，焚烧从技术要求来说比垃圾焚烧简单，但为防止污泥焚烧过产生二恶英等有毒气体。焚烧温度应高于850℃.污泥焚烧所产生的焚烧灰具有较好的吸水性、凝固性。
最近有人将污泥中加入引然剂、催化剂、固硫剂等添加剂制成合成燃料，用于工业和生活锅炉的燃料（目前处于实验阶段）。若能符合锅炉要求和环保要求，这将是一种污泥有效利用的理想途径。
4 结论
城市污泥处理处置及其无害化，作为再生资源进行有效利用是全球共同关注的问题。一种有效的污泥处理处置方法应当兼顾到生态环境效益、社会 效益和经济效益的均衡。对于我们这样一个农业国家，经济基础较为薄弱，将污泥制成污泥复合肥料用 于植物造林、园林绿化、农业种植、土地改良等。污泥 堆肥高水平采用大规模的机械化生产保证污泥堆肥质量增加污泥肥诳降低有害物质含水量量。为加大污泥土壤施用，一方面要加强基础性研究，确定科学的施用量，制定污泥安全标准，防止对土壤、地下水、地表水、植物、造成污染，另一方面要采取切实的管理措施，严格控制污泥堆肥质量，采取有效监控措施，防止重金属污染。
参考文献
篇8
随着社会发展和人口增加，以及国际、国内市场天然橡胶价格的剧烈波动，海南农垦面临着地少人多、种植业结构单一造成的职工收入偏低的问题。利用垦区丰富的林下空间资源进行开发和产业结构调整，改变垦区单一的经济模式，发展林下经济，实现多物种良性循环的新型产业，对垦区有限的土地资源实现二次增值具有重要意义。橡胶林下种植鹿角灵芝是响应垦区产业结构调整、土地增值、职工创收的政策下开展的项目。鹿角灵芝与橡胶林不争空间、阳光、水分和养分，具有较高的食药用价值，市场前景广阔。发展芝—胶间作模式是垦区林下经济模式的创新，为国内首创，可以充分延伸灵芝和橡胶产业链，实现多物种的良性循环，形成垦区特有的经济发展模式。本研究旨在通过对海南农垦橡胶林下鹿角灵芝循环农业模式分析，提出农业废弃物（橡胶木屑）食用菌养殖菌糠综合利用（肥料化、饲料化）循环体系，使林下种植鹿角灵芝发挥更大的经济效益和生态效益。
一、高效循环农业模式
（一）气候和土地资源优势橡胶林内温度变化缓和、湿润、静风[1]，开割胶园郁闭度达到70%以上，林下温度在正常气温的1～2℃范围波动，年平均相对湿度在83%～88%[1]。其特有的小冀春花1张永北1史欧阳1吴振忠2（1海南省农垦科学院海南海口5702062福建省菌草开发工程协会福建福州350002）气候生态环境非常适合中高温型菌种鹿角灵芝生长。目前，海南垦区拥有393万亩胶园，开割胶园294.26万亩，开发和利用的林下种植面积仅9.26万亩，只占开割胶园的3%。大批闲置的胶林空间为开展食药用菌业提供了保障。
（二）资源利用垦区每年有约10万亩的胶园需要更新，开割胶园林下树枝、更新橡胶木屑都可作为鹿角灵芝的栽培基质。因地取材，经过改良的栽培基质既可以废物利用、降低成本，又含有丰富的营养成分满足鹿角灵芝生长需要。栽培料配方为橡胶木屑73%～75%，麦皮20%，玉米粉3%，石膏粉1%，碳酸钙1%，石灰粉0.5%～1%，含水量为60%。培养料养分分析见表1。
（三）节水高效在开割胶园胶菌间作实施节水灌溉高产模式，灌溉覆盖率占胶园面积至少为50%以上，可以有效降低高温对鹿角灵芝生长的影响，对胶园土壤的滋润程度和效果也非常显著。从表2可知，采用胶菌高产栽培模式下橡胶产量明显比对照高，增产效果最高达到20.8%。其中4、5月增产效果最为明显。此时正值海南少雨季节，可以大大缓解干旱对橡胶产量的影响。（四）菌糠多元化利用在鹿角灵芝采收之后，有大量的菌丝体和有益菌留在菌包中，并且在菌丝生长过程中通过酶解作用产生多种糖类、有机酸类、酶和生物活性物质。菌糠中含有丰富的蛋白质、纤维素和氨基酸等。鹿角灵芝菌糠的主要营养成分见表3。营养成分含量丰富，具有很高的研究利用价值。
1.肥料化菌糠发酵作为肥料已经使用在蔬菜[2]、水稻[3]、脐橙[4]等试验上，可以明显改良土壤，提高品质和产量。本研究利用鹿角灵芝菌糠与牛粪等进行堆沤发酵，施入橡胶肥穴作为有机肥使用。鹿角灵芝采收后第二年冬春干旱季节的土壤检测数据表明，土壤腐殖质、有机质、有效氮、有效磷和有效钾比对照土壤高，菌糠回田可以有效培肥土壤。
2.饲料化出芝结束后的培养料，纤维素由38.39%下降到23.3%，下降了39.3%；粗蛋白由5.44%提高到11.4%，粗脂肪由0.40%提高到4.7%（见表1和表3）。同时干料中仍有50%的菌丝体残留在菌糠中[5]，并且菌糠通气性好，易保温、保湿，为利用菌糠作饲料原料提供了科学依据。对菌糠进行挑选、粉碎、配料并接种发酵菌剂，按一定的生产工艺处理，就制成了菌糠饲料。本研究对80日龄的育肥猪进行了20天的试喂试验，菌糠的配比为10%。结果表明，采用灵芝菌糠喂饲的猪平均增重0.88公斤/天，个体生命活力旺盛，得病少。菌渣作为饲料或添加剂可取代麦麸、豆粕等常规饲料，具有一定安全性[6]；能降低生产成本，有效缓解饲粮不足的矛盾，有广阔的发展前景。对于不同动物、最佳添加量、最佳配比使用的效果等方面有待进一步研究确定。
二、技术创新
（一）种植环境创新高郁闭度的开割胶园林下种植鹿角灵芝的林下经济模式创新，突破了传统林下经济模式难以突破的发展界限。传统林下经济模式，只能在郁闭度低于0.4的幼龄胶园种植，而林下种植鹿角灵芝的新模式，可以在郁闭度0.6以上的开割胶园种植，给海南热区林下经济发展拓展了巨大空间。开割胶园林下成功试种鹿角灵芝是热区林下经济的新突破，有望成为热区林下经济新的发展方向。
（二）栽培技术创新本研究开展“室内培菌，林下出菇”、“菌袋覆土起垅”、“菌床加棚盖膜”和“节水灌溉”等鹿角灵芝栽培技术模式，是一套应对海南气候气温高低多变的实际情况采取的组合措施和栽培技术创新。对于超过36℃高温天气，可以较好地克服菌丝培育阶段烧菌和林下出菇阶段减产的难题，确保了鹿角灵芝在海南胶园林下能够顺利生产。
（三）培养料配方改良首次采用海南当地资源改进鹿角灵芝培养料配方。原料就地取材，充分利用橡胶林资源，以开割胶园树枝、更新橡胶木屑等原料，成功配制了鹿角灵芝的培育基料。
（四）产品优势通过栽培料配方改进和栽培技术完善等综合因素，该研究获得鹿角灵芝产品有效成分含量分析见表5。虽灵芝多糖低于菌草鹿角灵芝（2.3%），但其灵芝多糖（1.52%）和三萜酸（1.0%）含量，均高于国内野生赤芝、段木赤芝和草粉赤芝，也高于松杉灵芝、中芝及其原产地的日本赤芝。
篇9
关键词：意愿；公众意识；因子分析
园林绿化废弃物（Garden Waste）是指园林植物自然凋落或人工修剪所产生的枯枝、落叶、花败、草屑、树木与灌木剪枝等。园林绿化废弃物在传统观念中被当作“废弃物”处理，多数园林绿化废弃物与其他生活垃圾一起被填埋，不仅会增加垃圾处理成本、浪费土地资源，对土壤、水质和大气均有不同程度的污染。美国环境保护署在1994年专门颁布了EPA530-R-94-003法则，园林绿化废弃物和城市固体废弃物堆肥的收集、分类、发酵和后加工等工艺流程的标准和相关法令都做出了严格规定。日本政府1991年颁布的《废弃物处理法（修订版）》中体现了废弃物从“卫生处理”到“正确处理”到“控制排出量，进行再生利用”的重大转换，同时提出废弃物处理遵循 “等级化”原则，即减量化（Reduce）、再利用（Reuse）、物理化学回收（Recycled）、热回收（Recover）及填埋（Dispose）。各国的实践已经证实，若能将丰富的园林绿化废弃物进行资源化再利用，如生产花土基质、生物质能源、木塑、菌棒等，不仅能够创造价值，还能改善环境，符合可持续发展的要求，因此其资源化、无害化处理是未来的必然趋势。
一、描述性统计
本次调研共发放问卷100份，收回有效问卷92份。其中，了解园林绿化废弃物构成的仅占9.8%；了解园林绿化废弃物资源化再利用概念的占13%；了解堆肥、生物质能源、木塑、地表覆盖物四种利用方式所占比例分别为14%、31%、13%、16%；能够对园林绿化废弃物进行正确分类的占15%；认为政府需要加大宣传的占78%；认为需加强其技术资金投入的占75%；愿意参与园林绿化废弃物资源化再利用的占68%。
二、因子分析
项目调研采用因子分析的方法，寻找潜在的起支配作用的因子。初步将调查问卷分为三个层次：第一个层次是目标层，即公众关于园林绿化废弃物资源化再利用的意愿程度；第二层次，公众对于园林绿化废弃物资源化再利用的认知，公众对于园林绿化废弃物资源化再利用的参与；第三层次，园林绿化废弃物的构成、园林绿化废弃物资源化再利用的概念、是否愿意参加园林绿化废弃物资源化再利用等20个细化指标。首先根据20个细化指标，建立集合X={X1，X2，X3，X4，...X20}，对V={完全不同意，比较不同意，一般，比较同意，完全同意}，分别赋值N={1，2，3，4，5}。接下来，在进行因子分析前对数据进行KMO检验，计算得KMO指数为0.780，即所收集数据较为适宜做因子分析。然后进行主成分分析提取因子，采用最大方差旋转法对变量进行旋转变换，计算因子得分。
下表给出了成分得分系数矩阵。根据该表中因子得分系数和原始变量的标准化值可以建立如下的因子得分模型
F1=0.036x1+0.007x2+0.033x3-
0.014x4-...+0.257x20
F2=-0.161x1-0.026x2-0.075x3-
0.005x4-...+0.009x20
F3=0.376x1+0.371x2+0.297x3+
0.135x4-...-0.077x20
F4=0.010x1-0.056x2-0.001x3-
0.002x4+...-0.066x20
F5=0.070x1-0.210x2-0.035x2+
0.101x4+...+0.051x20
F=（18.041%F1+17.212%F2+13.977%F3+13.575F4+6.475F5）/69.28%
其中，F为综合得分，由于模型中各指标实际反映的是该指标对综合得分评价的影响程度，经过归一化处理确定原模型中各指标的实际权重，即Ci的实际权重为Ci/Ci，其中Ci为综合因子得分模型中的Xi的系数。
归一化计算，得到评价指标X1至X21的权重向量，即
W={0.0631，0.0476，0.0545，0.0370，0.0607，
0.0591，0.0543，0.0402，0.0377，0.0510，
0.0427，0.0494，0.0548，0.0333，0.0547，
0.0465，0.0617，0.0466，0.0513，0.0533}
由收集的数据求出各指标的平均得分，即
S={2.359，2.5，2.609，1.989，3.543，3.565，
3.837，2.272，2.511，2.924，2.326，2.380，
3.467，3.163，3.174，4.076，4.021，3.772，
3.913}
加权汇总后得到公众对于园林绿化废弃物资源化再利用意愿程度的平均得分：F=W*S=3.073分。
三、结论
F=3.073在1～5的得分中处于一般得分。在与数据的平均得分S比较，变量5、变量6、变量7、变量14、变量15、变量16、变量17、变量18、变量19、变量20的平均得分大于3.073，上述变量同时都是旋转得分矩阵中因子载荷量大于0.8的因子只有变量5、变量6、变量19，而在平均得分小于3.073的变量中，变量1、变量2、变量9、变量13是旋转得分矩阵中因子载荷量大于0.8的因子。
由上可知，公众现在更加注重园林绿化废弃物资源化再利用在介于土地和节约垃圾处理成本两方面的意义，若缺乏合理有效地宣传和引导，公众将来关注的方向仍会局限在这两个方面。同时，应注意到公众并不完全了解园林绿化废弃物的构成及其资源化再利用的概念，导致公众在园林绿化废弃物正确分类上操作难度大。
四、建议
（一）进一步提高公众的主动性
园林绿化废弃物资源化再利用的关键是提高公众意识。通过新闻媒体等渠道和相关科普活动，使公众进一步了解园林植物废弃物资源化再利用的重要性和紧迫性，尤其是可以结合当下雾霾天气的热点，突出园林绿化废弃物资源化再利用在环保方面的重要意义。另外，可在公众中树立宣扬典型，提高广大群众的积极性，鼓励群众建立良好的环保社区，把环保从身边做起。
（二）加强基础知识理论的宣传
政府应借助公交、公园和旅游景点，依托漫画、图册、宣传片等形式，普及园林绿化废弃物资源化再利用的基础知识，如概念、构成、应用等，加大对园林绿化废弃物资源化再利用的宣传。
（三）政府及时出台相关政策
首先，各级政府、职能部门应根据城市构架和区域环境特点，对园林绿化废弃物资源化再利用进行合理规划和布局，出台资金、政策等扶持方案，做好政策跟进。其次，政府可制定优惠政策引导消费，如医院、酒店等单位如果使用生物质能源可享受一定的价格或税收优惠。最后，政府可运用政策和法规，推广生物质燃料，限制使用化石能源。可划定部分区域为试点强制使用，逐步扩大推行范围。
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篇10
关键词 农业废弃物；肥料化；饲料化；能源化；基质化；工业原料化
中图分类号 F303.4 文献标识码 A文章编号 1002-2104(2010)12-0112-05doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2010.12.023
农业废弃物也称为农业垃圾，是指农业生产和农村居民生活中不可避免的非产品产出， 具有数量大品种多形态各异、可储存再生利用、污染环境等特性，主要包括植物性纤维性废 弃物（农作物秸秆、谷壳、果壳及甘蔗渣等农产品加工废弃物）和动物性废弃物(畜禽粪便 、冲洗水、人粪尿)。中国是世界上农业废弃物产出量最大的国家，据统计，我国每年产生 放入畜禽粪便量26亿t，农作物秸秆7亿t，蔬菜废弃物1.0亿t，乡镇生活垃圾和人粪便25亿t ，肉类加工厂和农作物加工场废弃物1.5亿t，林业废弃物（不包括薪炭柴）0.5亿t，其 它类有机废弃物约有0.5亿t，折合7亿t的标准煤［1，2］。从资源经济学上讲 ，它是一种特殊形态的农业资源，如何充分有效地利用将其加工转化不仅对合理利用农业生 产和生活资源、减少环境污染、改善农村生态环境具有十分重要的影响，而且对能源日益枯 竭的今天具有重大意义。近年来，国内外农业废弃物的资源化利用技术与研究得到较大的发 展，其资源化利用日益多样，从总体来看，国内外农业废弃物的资源化利用主要分为肥料化 、饲料化、能源化、基质化及工业原料化等几个方向。
1 肥料化
农业废弃物肥料化利用是一种非常传统的用方式，分为直接利用和间接利用。直接利用是一 种最直接最省事的方法，在土壤中通过微生物作用，缓慢分解，释放出其中的矿物质养分， 供作物吸收利用，分解成的有机质、腐殖质为土壤中微生物及其他生物提供食物，从而一定 程度上能够改善土壤结构、培育地力、增进土壤肥力、提高农作物产量，但自然分解速度较 慢，尤其是秸秆类废弃物腐熟慢，发酵过程中有可能损害作物根部［3］。
间接利用是指废弃物通过堆沤腐解（堆肥）、烧灰、过腹、菇渣、沼渣、或生产有机生物复 合肥等方式还田。堆沤腐解还田是数千年来农民提高土壤肥力的重要方式，传统的堆沤腐解 具有占用的空间大，处理时间较长等缺点［4］，随着科学技术水平的提高，利用催 腐剂、速腐剂、酵素菌等经机械翻抛，高温堆腐、生物发酵等过程能够将其高值转化为优质 的有机肥，具有流水线生成作业、周期短、产量高、无环境污染、肥效高、宜运输等优点； 烧灰还田主要指秸秆通过作为燃料、田间直接焚烧的方式，由于田间直接焚烧损失肥力、污 染空气、浪费能源、影响交通等缺点［5］，现政府已出台相关禁止焚烧的法律法规 ；过腹还田具有悠久历史，是一种效益很高的方式，是适当处理的废弃物经饲喂后变为粪肥 还田，对保持与促进农牧业持续发展和生态良性循环有积极作用；菇渣还田是指培育食用菌 后，菇渣进行还田，经济、社会、生态效益兼得；沼渣还田是指厌氧发酵后副产品沼液、沼 渣还田，其养分丰富、肥效缓速兼备，是生产无公害农产品良好选择；生产有机生物复合肥 是能够进行工业化制作、商品化流通、高效利用方式。
农业废弃物的饲料化主要包括植物纤维性废弃物饲料化和动物性废弃物饲料化。植物纤维性 废弃物主指秸秆类物质，秸秆中的木质素与糖结合在一起使得瘤胃中的微生物及酶很难分解 ，并且蛋白质低及其他必要营养缺乏，导致直接饲喂不能被动物高效吸收利用，需要对其进 一步的加工处理改进其营养价值、提高适口性和利用率［6］。归纳为：机械加工、 辐射、蒸汽等物理处理，NaOH、氨化、Ca（OH）2-尿素、氧化等化学处理，青贮、发酵、 酶解等生物学处理，还有就是多种方法复合处理。各种处理方法对于改进营养价值、提高利 用率均有不同程度的作用，究竟采用何种方法好，应根据具体条件因地适宜的综合选择［7］。例如孙清等［8］采用黑曲霉、白地霉组合菌株对榨汁后的甜高粱茎秆渣及 发酵残渣进行发酵，所得蛋白饲料的粗蛋白含量由2.01%提高到21.43%，粗纤维由12.37%降 为2.34%；英国Aston大学的研究者从农作物秸秆中筛选出一种白腐菌属真菌,它能降解木质 素,但不能降解纤维素,用这种真菌发酵农作物秸秆 ,能最大限度地提高农作物秸秆的消化率 ,使农作物秸秆的消化率从9.63%提高到41.13%,效果极为明显。据粗略测算，如果我国秸秆 资源的40%用于发酵饲料，就会产生即相当于112亿t粮食的饲用价值。
而动物性废弃物饲料化主要指畜禽粪便中含有为消化的粗蛋白、消化蛋白、粗纤维、粗脂肪 和矿物质等，经过热喷、发酵、干燥等方法加工处理后掺入饲料中饲喂利用［9，10］ ，该技术需要特别注意灭菌彻底消除饲料安全隐患。有试验表明利用米曲霉和白地霉接入 鲜鸡粪与麸皮等混合料中进行固态发酵，并在发酵过程中添加氮源制的饲料适口性较好，可 替代部分配合饲料，添加40％鸡粪饲料喂猪后,猪日增重比单喂配合饲料增加10.83%［11］。
3 能源化
农业废弃物的能源化利用主要分为厌氧发酵及直燃热解两个方向。厌氧发酵分为制沼气和微 生物制氢技术；厌氧发酵制沼气技术是指农业废弃物经多种微生物厌氧降解成高品位的清洁 燃料―沼气（甲烷含量50%-70%）及副产品沼液和沼渣的过程。研究表明，农作物秸秆、蔬 菜瓜果的废弃物和畜禽粪便都是制沼气的好原料［12，13］，并且混合废弃物共处理 比单独处理时生物气的产量有显著提高［14］。沼气除了可供日常生活（如烧饭、照 明、取暖）外，还可以进行大棚温室种菜、孵化雏鸡、增温养蚕、发电上网、车用燃气供应 等，副产品沼液沼渣含有丰富的氮、磷、钾等营养物质，可作为优质的有机肥，采用热电肥 联产模式，实现资源高效利用，废物零排放［15］。据报道，截至2007年底，全国沼 气工程总数到达26871处［16］，并且主要以畜禽养殖业的废弃物为原料工程居多［17，18］。而微生物制氢技术是指利用异养型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物 制氢 的过程，具有微生物比产氢速率高、 不受光照时间限制、可利用的有机物范围广、工艺简 单等优点，是农业废弃物利用非常具有潜力的方向［19］，目前对其有较多的实验研 究［20-24］，但该技术至今没有被广泛的利用,工程实例较少，只在哈尔滨有世界首 例发酵法生物制氢［25］。
直燃热解又分直燃和热解两方面。直燃作为一种传统获得热能的技术一直存在，例如使用秸 秆（其能源密度能达到13 376-15 466 kJ/kg［26］）和草原地区牛马粪便直燃做饭 、取暖，但随着社会发展与人民生活水平的提高，绝大部分正逐步由煤、燃气或电取代，目 前只有在贫困地区少量使用，在城市周围或比较富裕地区秸秆消耗为零［27］。而现 阶段直燃有表现为生物质固体成型燃料供热与发电和有机垃圾混合燃烧发电，例如使用生物 质能成型燃料在工业锅炉和电厂中代替部分煤、天然气、燃料油等化石能源［28］， 将收集的废旧农膜、城市垃圾直接放进焚烧炉里焚烧，产生的热能可以用于采暖或发电。农 业废弃物通过热解技术可以转化为清洁的气体燃料、热解油和固体热解焦等产品，富氢燃料 气体部分可以进入锅炉燃烧、进行城镇（或集中居住的较大乡村）的集中供热供气、供发电 机发电或者供燃料电池等；热解液体经过加工制备生物柴油、生物汽油或者生产酸、醇、酯 、醚等有机化工产品，对我国的原油资源短缺有所缓解；固体热解焦由于空隙发达、比表面 积较大可作为吸附材料用于环境污染治理，或者作为燃料供热解所需的热源。迄今为止，国 内外对与农业废弃物有关的生物质进行过多方面的加工研究。例如：唐兰等［29］对 生物质在高频耦合等离子体中的热解气化行为进行研究表明该技术能大幅度提高生物质气的 热值及产率；张振华等［30］对锯末、稻壳、纸屑、橱芥、塑料和橡胶6种固体废弃 物 热解表明除谷壳外液体产物收率都在50%左右，并且其中汽油和柴油馏分共达到60%以上，是 一种具有很高价值的粗成品；梁新等［31］通过对生物质热裂解制得热解油并进行热 解油的精制研究；德国进行固体废弃物热解的工业化示范［32］。
4 基质化
基质化是指利用经适当处理的农业废弃物作为农业生产（如栽培食用菌、花卉、蔬菜等，及 养殖高蛋白蝇蛆、蚯蚓等）的基质原料。作为基质,主要起支持、固定植株，并为植物根系 提供稳定协调的水、气、肥环境的作用，应达到有适宜理化性质，易分解的有机物大部分分 解，施入土壤后不产生氮的生物固定，通过降解除去酚类等有害物质，消灭病原菌、病虫卵 和杂草种子等标准［33］；其关键在于原料的选取及配比，和原料的前处理。玉米秸 、稻草、油菜秸、麦秸等农作物秸秆，稻壳、花生壳、麦壳等农产品的副产物，木材的锯末 、树皮等，甘蔗渣、蘑菇渣、酒渣等二次利用的废弃有机物，鸡粪、牛粪、猪粪等养殖 废弃物都可以作为基质原料［34］。刘伟等［35］采用炉渣、菇渣、锯末和玉 米秸混配有机基质，施用有机固态肥，番茄产量最高达36.05kg／m3以上, 蒋伟杰等 ［36，37］采用向日葵秆、玉米秆、玉米芯、菇渣、锯末等作为原料配制成基质栽培蔬菜 ，产 量和品质均得到大幅度提高，李瑞哲等［38］使用蘑菇底料、动物粪便等农业废弃物 对蚯蚓生长的影响进行研究，以便为低成本高效生产蚯蚓这种高效动物蛋白，制造优质饲料 的添加剂。
5 工业原料化
农业废弃物中的高蛋白资源和纤维性材料可以生产多种生物质材料和农业资料，例如秸秆作 为纸浆原料、保温材料、包装材料、各类轻质板材的原料，可降解包装缓冲材料、编织用品 等，或稻壳作为生产白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料； 棉籽加工废弃物清洁油污 地面；或棉秆皮、 棉铃壳等含有酚式羟基化学成分制成聚合阳离子交换树脂吸收重金属； 或利用甘蔗渣、玉米渣等二次利用废弃物制取膳食纤维食品，提取淀粉、木糖醇、糖醛等, 或者把废旧农膜、编织袋、食品袋等经过一定的工艺处理后作为基体材料，同时加入适当的 添加剂，通过一定的处理和复合工艺形成以球-球、球-纤维堆砌体系为基础的复合材料［39，40］。目前我国已经成功开发出了"秸秆清洁纸浆及综合利用新技术”，因此只要 能科 学合理地应用，适当扩大规模，实现清洁生产，在一定时期内秸秆仍将是一种较可靠的非木 材纤维造纸原料［27］。使用秸秆制造各类轻质板材其保温性、装饰性、耐久性均属 上乘，不仅可以弥补木材的短缺，减少森林的砍伐， 保护森林资源， 而且还可消耗大量以 稻草、麦秸为主的秸秆资源，降低秸秆焚烧所带来的大气污染， 具有较高的生态效益。原 料化是农业废弃物利用的一个重要途径，其关键是依靠科技开发利用，最大程度的利用农业 废弃物中有益的物质循环利用，是未来农业废弃物利用的一个重要方向。
6 小 结
针对农业废弃物的特性应用现代的生物工程技术提升农业废弃物的肥料化、饲料化、能源化 、基质化及工业原料化水平，使技术上向机械化、无害化、资源化、高效化、综合化发展， 产品上向廉价化、商品化、高质化、多样化和多功能化靠拢。物尽其用、变废为宝、高效利 用废弃物达到消除污染、改善农村生态环境、促进农业可持续发展的目标。
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Development of the Application of Resource Utilization Technology in Agricultura l Waste
CHEN Zhiyuan SHI Dongwei WANG Enxue ZHANG Zheng(Hangzhou Energy and Environment Engineering Co. Ltd, Hangzhou Zhejiang 310020,China)
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