棉花秸秆的综合利用

卢洪俊，段爱琴

（新疆博州精河县经信委，新疆 博州　833400）

棉花秸秆的综合利用

卢洪俊，段爱琴

（新疆博州精河县经信委，新疆 博州833400）

新疆玛纳斯县绿宝生物科技有限公司的棉花秸秆综合利用项目采用干法工艺和湿法工艺分别生产了木炭、木醋液、木焦油和缓释磷有机复混肥，变废为宝，既实现了废弃棉花秸秆的资源最大化利用，又避免了棉秆就地掩埋、焚烧对生态环境的破坏，保护了环境。

棉花秸秆综合利用；干法工艺；湿法工艺；变废为宝

新疆棉花种植面积大，棉农收割棉秸秆后，一部分经粉碎还田掩埋使用，另一部分在田间就地焚烧。这不仅造成了大量的资源浪费，而且对环境污染严重。秸秆粉碎后还田掩埋，由于棉秆比较密实，并且新疆的气候干燥，棉秸秆难以腐烂变为肥料，导致土壤透气性增加，土壤保水性下降，多次掩埋不仅增加了土壤的负担，而且使土壤的肥力下降，不利于农作物生长。秸秆直接焚烧，除严重污染环境外，焚烧还产生大量烟气，并伴随着多种有害气体，对生态环境造成破坏。如何有效地开发利用当地丰富的棉花秸秆资源，成为解决当地农村能源问题、促进农村经济发展的重要环节。

农作物秸秆中含有大量有机质、氮、磷、钾和微量元素，分析得出，每100 kg鲜秸秆中含氮0.48 kg，磷0.38 kg，钾1.67 kg，相当于2.4 kg氮肥，3.8 kg磷肥，3.4 kg钾肥。就新疆地区而言，1 000万t的棉花秸秆所含的养分相当于尿素12万t，普钙16.8万t，硫酸钾21万t。

搞好农作物秸秆的综合利用，变废为宝，化害为利，合理有效地将这些棉秸秆开发综合利用为可再生能源，对发展新疆农村经济起到积极的推动作用。

为此，新疆玛纳斯县绿宝生物科技有限公司在原有设备的基础上，改造并新增设备，建设了40万t/a棉花秸秆综合利用项目，生产机制木炭、炭基肥、木焦油、木醋液及缓释磷有机复混肥。

1　总体工艺

1.1干法工艺

1.1.1干法工艺流程

生产木炭、木醋液和木焦油的干法工艺流程如图1所示。

1.1.2干法工艺原理

棉花秸秆主要由纤维素、半纤维素、木质素等组分构成，其中木质素是具有芳香族特性、结构单体为苯丙烷的立体结构高分子化合物。木质素属于非结晶体，只有软化点而没有熔点，在适当的温度（200～300℃）下会软化、液化。生物质棉秸秆置于密闭的料管加热，当温度高于250℃时，生物质中的高分子开始热裂解，可生成炭、焦油、木醋液及可燃气体，至600℃时可完成挥发裂解。热解过程也是干馏过程，即在隔绝空气或通入少量空气的条件下，将生物质加热使其热分解，生物质热分解产生气体，经冷凝后产生液体木焦油和木醋液，未冷凝气是木煤气即可燃气体，剩余的固体物质就是木炭，经成形、烘干处理后便可得到机制木炭。

图1　生产木炭、木醋液和木焦油的干法工艺流程示意图

1.1.3干法工艺条件

生产木炭、木醋液和木焦油的干法工艺条件如下：粉碎后的细碎棉秸秆粒径为6～8 mm；热解温度（物料温度）为450℃；热裂解时间为1 h左右；木炭成形车间的加料配比按m（木炭粉）∶m（黏结剂）∶m（水）=70∶5∶25将三者在混料仓内经双螺带搅拌机进行搅拌，混合均匀。

1.2湿法工艺

1.2.1湿法工艺流程

圆盘混合造粒工艺流程是，原料干燥除去一定水分后（干燥时，即对原料进行了灭菌处理）进行破碎，然后加入一定量的酸或碱调节载体pH后与无机肥部分混合均匀，送入圆盘造粒机，在成粒过程中喷入一定量菌剂，成粒的产品在进行烘干、筛分后，即可得成品。图2为生产缓释磷复混肥料的湿法工艺流程示意图。

图2　生产缓释磷复混肥料的湿法工艺流程示意图

1.2.2湿法工艺原理

本项目工艺部分针对原缓释磷复混肥生产工艺质量存在的诸多缺陷而采用了一种新型的缓释磷复混肥的生产工艺。该新工艺可以大大缩短腐解周期，发酵腐解过程养分损失少，酸臭气体产生量少；腐解完全，发酵彻底。特定功能菌存活率高，施肥方便，应用广泛，增产增收效果明显。

本项目中的发酵工艺根据缓释磷复混肥生产特定的物理、化学和生物特性，在原有的发酵技术的基础上改进，采取秸秆预处理技术和深槽翻抛发酵技术，发酵槽深2～10 m，一般在2～5 m；根据农作物秸秆和畜禽粪便的有机质含量、含水量确定加入比例，控制调整碳氢比例和pH，严格控制发酵水分，同时采用挤压造粒后低温干燥工艺和生物菌剂喷涂冷却技术生产缓释磷复混肥。

本发酵工艺是将农作物秸秆先经过预处理工艺再和畜禽粪便有机组分和活性生物菌剂组配，经翻抛充氧、深槽发酵、粉碎制成生物有机肥，再与无机肥料和微量元素混配。生产工艺包括以下过程。

（1）秸秆预处理：在发酵工艺之前使用本公司研发的秸秆预处理技术，对秸秆进行浸渍、蒸煮和研磨，可以大大缩短发酵周期。

（2）拌料：将农作物秸秆、畜禽粪便有机组分与活性生物菌剂按比例混合搅拌，调整物料碳氢质量比为 26～35，pH为 5.5～8.5，水分质量分数控制在40%～65%。

（3）发酵：将混合物料置于槽深2～10 m的发酵槽内与温度为-15～75℃条件下发酵20～50天，有效活菌数为0.3亿～2亿个/g，可纵横行走的翻抛过氧机随时在槽体之间的任何部位、任意深度进行翻抛作业。

（4）翻抛：发酵过程中用翻抛机每间隔18～36 h翻抛1次，采用行走车与横走车结合的双向行走机构，可纵横移动，实现相邻二槽之间的跨区作业，为物料强制给养、蒸发水分和降温。

发酵完毕后的物料经粉碎后经过造粒工艺、菌剂喷涂得到复混肥成品。

2　产品性质与用途

2.1机制木炭

机制木炭与传统观念的树炭相比含碳量高、发热量大［热值高达7.5千卡/kg（31 275 J/kg）］、挥发性小，燃烧时间是普通树炭的2～4倍，无烟无味，外形美观、规范，深受海内外用户的青睐，在价格上比树炭也更具竞争优势。

生物质热裂解产品炭是一种比煤焦炭更纯的木炭，有块状和粉状的，由于灰分含量低，反应性能好，比表面积大，可用作有色冶金业的还原剂，医药、仪器和环保行业的吸附剂及农业土壤改良剂，其用途比煤焦炭更广泛。

木炭广泛应用于食品、制药、化工、冶金、国防、农业及环境保护等诸多领域，也是烧烤、火锅、家用取暖的优质燃料。

2.2木焦油

木焦油的主要成分是木杂酚油，还含有烃类、酸类和酚类等有机化合物，具有柔和度好、耐老化和耐高温等优点。木焦油加工后可获得杂酚油、抗聚剂、浮选起泡剂和木沥青等产品，也可用于医药、合成橡胶和冶金等行业。

木焦油是生产防水材料、防腐涂料和船舶漆的重要原料，进一步加工可以提炼名贵药材。在农业上可与底肥混合施田，有效杀死地下害虫，也是植物生长促进剂；木焦油也可作燃料，品质等同于燃料油；木焦油还可以用作提炼冰醋酸的原料。

木焦油中的化学成分以小分子物质比较多，优于煤焦油，目前多用于油漆业、有机肥制造业、橡胶业中，还是生物柴油的生产原料。

木焦油的应用当前在国外开发得较为完善，国内木焦油产品主要出口发达国家。随着国内木焦油实用技术的进步，市场前景将非常广阔。

2.3木醋液

木醋液是以醋酸为主要成分的酸性液体，与食醋的成分和色调极为相似。木醋液是树木炭化，把木头里的能量变成气体浓缩、液化而成，含有K、Ca、Mg、Zn、Ge、Mn和Fe等矿物质，此外还含有维生素B1和B2。木醋液是经生物化学技术提取获得的天然植物素材，主要成分为醋酸、酚类和水，其中有机质成分醋酸占47%以上，在高浓度下具有较强的杀菌、抗菌的功能，在低浓度下能抑制杂菌的繁殖，具有防菌、防虫的功效。木醋液能中和氮硫化合物而作为消臭剂使用；木醋液因含有许多酚类物质能杀菌、消毒避害虫，作为消毒、驱虫剂使用。在发达国家有机农业栽培中己被广泛利用。木醋液主要应于土壤改良剂、除臭剂、食品熏制用品、植物生长调节剂和生产肥料（抑制杂草的生长、减少农药用量和虫害的驱避剂等）；还可用于食品的抗霉、抗菌、抗氧化性，医药用品，饮料添加剂，饲料添加剂。

木醋液肥料在国外应用十分广泛，已经形成了产业，用量巨大。国内还处在初级阶段，新疆土地经过多年的耕作，土壤板结、盐碱化已经非常严重，急需要大量的土壤改良剂进行改良。木醋液可以制成木醋液叶面喷施剂，对人体安全无毒无害，具有很强的吸附性，使用后具有良好的发根壮根能力，对病害、药害和冻害具有很强的解毒恢复功能，可提高果实食用品质，提升商品等级，稳定提高产量；木醋液冲施剂，作为土壤调理剂。木醋液冲施剂对人体安全、无毒无害，具有很强的土壤渗透性，改善土壤生态环境、抗重茬、防早衰，抑制有害病菌和根结线虫，对病害、药害和冻害具有很强的解毒恢复功能，调节土壤pH，净化和改良土壤，尤其用于盐碱地，改良土壤的效果更为明显。

2.4缓释磷复混肥

缓释磷复混肥（即新型的生物有机无机复混肥）是以经过生物化学方法处理过的农作物秸秆与其他无机肥料和微量元素等农作物生长必须成分为原料，按照一定配方和特定的工艺生产的肥料产品。

该产品消除了有机肥和无机肥的弱点，将有机肥和无机肥各自的优点集中于一个载体。缓释磷复混肥既有无机化肥肥效快的长处，又具备有机肥料改良土壤、肥效长的特点，可以起到提高化肥肥效、疏松活化土壤的作用，促进土壤有益菌的繁殖，提高作物抗旱、抗寒、抗重茬及抗病虫害等抗逆能力，促进作物健壮生长，提高产量和改善品质。复混肥还可以作基肥、种肥、秧田肥、育苗肥和追肥使用。

随着我国化肥工业的发展，有机肥施用比例逐年下降，造成我国农田用肥的有机肥和无机肥比例严重失调。缓释磷复混肥作为一种既含有有机质又含有适量化肥的复混肥，具有高效化（提高肥料利用率）、多元化（满足不同作物生长需求）、长缓化（更大限度控制养分释放周期）等特征，养分全面，利用率高，对培肥土壤有较大作用，最近几年得到较大推广，迅速成为农民广泛使用的肥料品类，被广泛应用于大田作物、蔬菜、果树、花卉和茶树等农作物及经济作物上。

3　棉花秸秆的综合利用变废为宝，保护了生态环境

3.1产品价格

机制木炭的价格一直处于上升趋势，国内市场价格一般为2 800～3 600元/t，国际市场价格一般为2 800～4 600元/t，高达700～800美元/t。

木醋液中含有多种有机酸，日本的木醋液产品已以4万元/t的高价打入我国市场。国内木醋液价格在3 000～5 000元/t，精制木醋液价格在8 000元/t左右。

木焦油的应用当前在国外开发得较为完善，国内木焦油产品主要出口发达国家，价格约1 000美元/t，国内市场价格在3 600～4 000元/t，精制木焦油价格在7 800元/t左右。

近年，我国经济发展良好，国内生产总值不断提高，有机农业持续快速发展，这为缓释磷复混肥需求打下了良好基础。国内化肥市场虽然已经饱和，但缓释磷复混肥依然有潜在的市场空间，产品价格为2 600元/t。

3.2生态效益

对棉花秸秆进行回收加工，生产高附加值的产品，变废为宝，利国利民，每年可减少固体秸秆浪费40万t、减少二氧化硫排放800万t，可彻底实现废弃棉花秸秆资源的最大化利用，实现农业循环经济，也可解决剩余棉花秸秆就地焚烧或随意堆弃造成大气污染、土壤矿化、火灾和交通事故等大量的社会经济和生态问题。

4　结束语

采用棉花秸秆热解制木炭、木焦油、木醋液及燃料气等，既可以解决新疆地区大量废弃物造成的环境污染，又实现了秸秆能源的高效清洁利用，生产的木炭、木醋液等不存在产品消费的地域限制问题。

单纯施用常规有机肥，虽然在一定程度上提高了农产品的质量，但肥效差且不稳定；而缓释磷有机复混肥可以改善土壤环境，尤其是土壤中各种微生物的组成和数量。农作物产品的品质和产量也会因施用缓释磷有机复混肥而提高，它利用有机质的培肥土壤、改良土壤的特点，同时又发挥了无机养分的速效性，既保证了作物的产量又改善了产品的品质，是目前积极提倡的一种施肥方式。

因此，棉花秸秆综合利用项目的实施和推广应用，可实现废弃棉花秸秆资源的最大化利用，实现农业循环经济，也可解决剩余棉花秸秆就地焚烧或随意堆弃造成大气污染、土壤矿化、火灾和交通事故等大量的社会经济和生态问题，对于农业和农村发展具有重要的现实意义。

Cotton Straw Comprehensive Utilization

LU Hong-jun，DUAN Ai-qin
（Xinjiang Bozhou Jinghe County Council of economic information，Bozhou 833400，China）

The cotton straw utilization project of Emerald Biological Technology Co.，Ltd.at Manas County in Xinjiang， Respectively use dry process and wet process，Produce charcoal，wood vinegar，wood tar and organic fertilizer which release phosphorus slowly，Turning waste into treasure，Not only achieving a waste resources of cotton stalks to maximize the use，and avoid the destruction of the ecological environment with cotton stalks buried，burned，Protect the environment.

cotton straw utilization；dry process；wet process；turning waste into treasure

TS721

A

1007-2225（2015）04-0025-04

卢洪俊先生（1966-），工程师；精河县经信委总工程师；研究方向：制浆造纸工艺及造纸化学品；E-mail：461036306@qq.com。

2015-05-23（修回）

本文文献格式：卢洪俊，段爱琴．棉花秸秆的综合利用［J］．造纸化学品，2015，27（4）∶25-28．