农作物秸杆综合利用的研究
一、概论
生态环境是人类生存和发展的基本条件，是经济、社会发展的基础、保护和建设好生态环境，实现可持续发展，是我国现代化建设中必须始终坚持的一项基本方针。近年来，我国工业污染防治已从单纯的点源治理转到了流域、区域的规模治理，转向了结合调整优化产业结构、强化环境与经济的国家宏调控上来。既大大促进了老污染的治理，又有效地遏制了新污染的产生。与过去比较，现在环境污染的类型与渠道发生了很大变化，也就是虽然工业污染防治取得较大进展，但由于生活污染，面源污染、养殖业污染等农业和农村污染比重逐步增大，总体的环境形势依然严峻，不容乐观。
农作物秸秆在广大农村过去有很好的利用手段。但是随着经济的发展，原有的秸秆利用方式正在被淘汰，新的秸秆利用方式并没有随之建立完善起来。机械化的普及降低了耕牛的作用，秸秆用作牛的饲料量大大减少;化肥的大量使用，影响了农民秸秆沤肥的积极性;小造纸厂的大量关闭，使秸秆造纸没有了出路;生活水平的提高，使秸秆作为过去农村常见的建筑材料而逐渐被淘汰。秸秆的大量剩余，无法处理，随之而来就是露天焚烧，严重污染环境的问题。
兖州市人口密度大，经济基础比较薄弱，保护生态环境面临的任务十分艰巨。为改善生态环境，保护生产力，促进自然生态系统的良性循环，确保经济、社会健康持续发展，兖州市在高效综合利用农作物秸秆方面做了大量有益的探索。
二、秸秆综合利用研究工作情况
一九九八年，兖州市环保局受山东省环保局委托，确定了农作物秸秆综合利用研究项目，研究内容是秸秆气化技术中焦油脱焦、净化、除尘等技术;秸秆还田技术;秸秆饲料技术及秸秆开发高档食用菌技术;建立一个农业生态示范区。三年来，我局在兖州蓝天环保公司、兖州玉丰收获机厂以及易家村等协作单位的密切配合下，积极开展科技攻关，深入进行农业生态环境建设，项目内容得到较好落实，较理想的实现了研究目标。
(一)成功开发了秸秆气化新技术、新设备。
兖州蓝天环保公司在我局大力扶持下，成功开发了JH系列秸秆气化机组，该机组能够把各种秸秆的生物质源转化为优质可燃气体，其造气原理是：生物资原料在缺氧状态下燃烧，产生的气体通过还原区与赤热的炭层反应，转换成CO、H2、CH4、CmHn等成分的可燃气体，由风机下部抽出，经冷却除尘，去除焦油和杂质后，送入气柜，通过地下管网输送到各户使用。目前国内研制生产的秸秆气化系统普遍存在以下缺点：一是秸秆气化率低，大约在72%左右;二是燃气净化度低，送入用户的燃气有效成分含量低，因而热值低，约为5MJ/Nm3;三是整套装置在运行过程中，因焦油含量高且不易清理，致使管道易堵塞，使整套装置无法正常运行。兖州蓝天环保公司通过科技开发，改进了焦油净化器等设备，有效地解决了以上缺点，各项技术指标均领先于国内同类产品。
1、采用先进、合理的焦油净化工艺。燃气产生后，先经高效冷却除尘器，除去灰尘和杂质，再进入净化器进行气水分离，分离后的燃气经罗茨风机增压，送入焦油处理设备，除去焦油，最后生成的燃气十分纯净。经中国科技大学热科学和能源工程系检测，焦油含量低于3.4g/Nm3，基本不含焦油，无需再安装其它过滤装置，即能保证机组长期正常运行。
2、消耗低，秸秆转换率高，固定床下吸式气化器的气化率为76%，每公斤秸秆可产2—3立方米燃气。
3、燃气中仅CO、H2、CH4三种可燃气体成分高达37%，所产燃气热值高，每标准立方米热值在5.5MJ/Nm3以上。
另外，该机组还有产气快、噪音低、体积小等诸多优点，深受国内外专家和用户青睐，于一九九八年十一月通过了省科委组织的鉴定。兖州市地处鲁西南，是我国重要的商品粮生产基地之一，小麦、玉米年播种面积分别在49万亩和30万亩左右，年产秸秆约52.5万吨，过去作为农村主要传统燃料出现大量过剩，剩余秸秆随地燃烧，污染了环境。JH秸秆气化机组的问世，无疑为解决农村高品位能源短缺和大量农作物秸秆过剩的矛盾提供了契机。兖州市已安装了18套JH系列气化系统，使数万名农民告别了烟薰火燎的传统炊事方式，效果奇佳。姜春云、宋健等国家领导人以及美国总统科技顾问吉本斯博士来兖考察后，认为我们已找到了一条能够合理利用资源，保护生态环境，促进农村可持续发展之路。
(二)秸秆还田机顺利投用。
有关资料表明，我国目前每年秸秆产量约7亿吨，若拿出1/3用于秸秆气化，基本可以满足全国农民炊事需要，剩余的2/3可用秸秆还田及其他用途。在美国等发达国家， 2/3以上秸秆都经粉碎、留茬、覆盖等方法直接入田，而我国秸秆还田仍处于试验阶段，广大农村大多采用沤制还田等方式，秸秆生物质漏失现象严重。为填补这一技术空白，我局与协作单位兖州玉丰收获机厂在充分总结传统还田机械基础上，联合研制生产了4JGH系列秸秆还田机，在该机与拖拉机配套方面，摘穗机构在前，还田机构在后，同时收割三至四行玉米，并将秸秆打碎还田。该机设计科学，技术含量高，普遍适用玉米秸秆直接还田，为山东省唯一推广产品。测试结果表明，经过该机械粉碎后，地内玉米秸秆可粉碎为5cm碎段，秸秆机内各种营养物质得到保存，培肥了地力，能有效防止土质退化，还田一亩秸秆可增产15—20%，由此而带来的社会效益和环境效益十分可观。当年该厂生产了5000台还田机很快就被抢购一空，产品销往全国各地，该机的优良性能得到广大用户的一致认可。
(三)农业生态示范村基本建成。
一九九八年起，我局以兖州市新兖镇易家村为示范点，深入扎实地开展了农村生态环境建设。易家村地处平原，以农业生产为主，村内无工副业，一方面造成经济繁荣程度不足，另一方面，因没有工业污染，生态农业发展潜力较大，有较大开发价值和突出的资源优势。因此，我局在加强该村道路硬化，提高农业机械程度的同时，把农业生态示范工程建设提高到了重要位置。
一是制订规划。我局驻村人员帮助该村制订了三年发展规划和《农业资源综合利用与环境保护工程实施方案》，确定了该村以生态农业为导向的经济发展模式，详细规划了实现农业生态示范村各项指标的实现方式、期限。根据该方案，该村将在三年内建成农业生态示范村。
二是利用农作物秸秆和废锯未培养香菇。现在该村大多数农户不再焚烧或随地堆放小麦、玉米、棉花秸秆，而是收集起来养殖香菇等食用菌，即减少污染，又增加了农民收入，带动了全村庭院经济的发展。
三是科学施用化肥。我局从济宁农科所请来三位专家对该村土壤进行抽样化验，根据化验结果有针对性地实施科学配方施肥，有效防止了因滥施化肥而造成浪费、土地板结、碱化程度加重等不良后果。
四是科学种植。我局有关人员陪该村负责人走访了济宁农产所，并邀请有关专家来村实地考察，进行了优良品种生产对比试验，决定因地制宜，大面积种植小麦种，建成了济宁市第一个小麦种种植基地。小麦种销售形势良好，每亩单季可提高收入200元。
五是在村南兖宁铁路北开展植树造林，目前1公里长的林木绿化带已初具规模。
(四)秸秆饲料化和生物有机肥的推广应用
兖州市是传统的农业强市。农、林、牧、副业发展在本地区颇有代表性和典型意义。其中全市畜禽饲养总量达到3245万头、只，肉蛋奶总产12.89万吨，畜牧业生产值8.8亿元，占农业的比例42%。我局除易家村之外，还重点扶持了新兖镇的代村、马桥村等重点农业生态建设示范村。在这些示范村中，都卓有成效地开展了秸秆饲养和种植。以秸秆代替大量宝贵的粮食饲养牛、羊，不仅节约农业资源，而且秸秆过腹还田，家畜的粪便又可做优质肥料，有效地支持畜牧业和农业生产的协调发展。兖州市目前用秸秆转化饲料饲养的牛、羊已达2.4万头和38万只，平均年消耗秸秆9万吨。以秸秆为原料种植培养食用菌是农民发家致富的有效途径。代村、易家村等以秸秆为主要原料建立食用菌种植大棚，形成了摇钱树一样的庭院经济效益，极大地刺激农民利用秸秆种植脱贫致富的愿望，起到了很好的示范作用。
兖州市大桥生物有机肥厂，在我局的扶持下，通过引进技术，采用高科技工艺制成了安全、无毒、无害、无污染的绿色生物有机肥料。该产品最大优点就是经过高温发酵，杀灭病源微生物和杂菌，产生大量有益菌，不仅可以减少化肥和农药对农产品的污染，增加农产品的品质，而且能有效地利用农村的两大主要污染源——畜禽粪便和农作物秸秆，具有十分诱人的前景和应用价值。目前，生物有机肥厂年产上千吨优质肥料，就地转化畜禽粪便上千吨，农作物秸秆近千吨。随着二十一世纪绿色农业、绿色肥料、绿色食品的农业发展方向和WTO的影响，该产品的作用和生产规模将不断扩大，蔚成风气。
三、研究成果的应用前景
农作物秸秆的随意焚烧，对生态的破坏、对环境的污染，已成为普遍关注的社会问题。不少地方为解决此类问题采取了各种措施，但禁烧农作物秸秆光靠行政手段是不行的。真正的禁烧秸秆只有走秸秆综合利用的道路。要做好农作物秸秆综合利用的文章，首先要搞好宣传教育工作，解决广大农民对秸秆综合利用的认识问题，调动他们的积极性，而政府有关部门则应加大投入，强化推广应用力度，同时，综合利用秸秆必须靠科技进步，要有切实可行的科技硬件支持。
秸秆气化对农业废弃物的资源化利用和保护环境，加快农民生活奔小康，实现现代化具有重要意义。JH系列秸秆气化机组通过选取结构简单、造价低廉、使用方便的固定床下吸式气化炉，采用内置式焦油裂解催化床技术，将催化床设计在气化炉内部，借助发生炉燃气热量，裂解重分子焦油，利用催化床的气体流道，提高裂解所需的滞留时间，省去了外部热源，结构简单、合理，提高了燃气热值，大大降低了焦油含量，使秸秆气化技术真正走向实用。目前，该研究成果已在山东省和外省推广使用。广大用户纷纷反映该机组燃气质量稳定、焦油处理理想，并且适用原料广泛，省时省力又省钱，和石油液化气没什么两样。
JH系列秸秆气化机组目前各项技术指标均达到国内领先水平，与国内同类产品相比质量稳定、技术先进、性能优越、价格低廉、配件易购、维修服务网点齐全，产品市场竞争优势十分明显。同时，秸秆气化工程的经济效益、社会效益、环境效益十分可观，据统计，该公司平均年销售利润为912万元，年净利润为611万元。秸秆气化使广大农民告别了烟薰火燎的传统炊事方式，提高了农民的生活质量，推动了农村致富、农村现代化的进程。秸秆气化既节约农业资源，解决了秸秆随处堆放易形成火灾的隐患和有碍村容村貌的敝病，又保护了环境，改善了生态状况。如果我国有1%的乡村(约7500个村)使用秸秆气化技术，每年可消化150万吨秸秆替代148万吨优质煤碳或液化气27万吨，年削减烟尘10万吨、二氧化硫6万吨。
秸秆还田是秸秆综合利用工作的重头戏，在西方发达国家，2/3以上的秸秆用作还田。4JGH系列秸秆粉碎还田机是在引进国际先进技术开发研制设计的锤爪式粉碎还田机，可以配置于30马力、50马力、65马力等多种马力拖拉机的农田作业机械，是山东省唯一推广产品。该系列还田机具有设计先进、结构简单、配装主机方便，粉碎效率高等特点。使用还田机将农作物秸秆粉碎还田，可提高土地作物生长力。经国家农科院测定，还田一亩玉米秸秆，相当于增施4000公斤土杂肥的有机质含量，相当于增施碳铵18.75公斤，过磷酸钙10公斤，硫酸钾7.65公斤，经过秸秆还田的土地可增产15-20%，还可有效地避免因焚烧秸秆造成的土地干碱化和环境污染问题。
目前，4JGH系列秸秆粉碎还田机已达到年产5000台，年新增产值2600万元，取得了很好的经济、环境、社会效益，并受到广大农民用户的好评。
四、秸杆综合利用的主要措施和目标
农作物秸秆综合利用研究是实施可持续发展战略，改善生态环境质量、促进农业现代化和提高农民生活水平的利国、利民的大好事。对于这样一个系统工程，国家和地方有关方面十分重视，并取得了显著成效。兖州市在农作物秸秆综合利用方面一是领导机关重视，行动快，工作扎实;二是各部门配合协调一致，有关政策效果好;三是有科技含量高的相关技术支持和过硬的技术服务网络;四是较好地调动了广大农民的积极性，生产了良好的示范效应。从一九九七年十二月二十三日兖州市人民政府提出建立国家秸秆气化示范市，到目前秸秆气化还田、秸秆养殖、秸秆种植、秸秆有机物肥等综合利用全面开花，兖州市在秸秆综合利用方面取得显著的经济效益、环境效益和社会效益。
兖州市蓝天环保公司不仅在本市、本省取得了骄人的战绩，而且在安徽省阜阳地区等外省打开了市场，占领了阵地。在阜阳安装的两处秸秆气化机组被确定为省级秸秆气化示范工程，安徽省还专门在阜阳召开了能源工作现场会。河南省新郑市在本地二十个村推广使用JH气化机组，受到广大农民用户的好评。在秸秆还田方面，兖州市已实现50万亩小麦全部机械化收割和还田。同时，使用玉丰公司的4JGH系列秸秆粉碎还田机平均每年还田玉米秸秆19万亩。据统计，兖州市2.7万公顷小麦平均单产7950公斤/公顷，比还田开发前平均增产13.63%，玉米平均单产9750公斤/公顷，比还田开发前增产10.5%。3年累计增产小麦4963万公斤，增产玉米3392万公斤，直接经济效益1.26亿元。本地区土壤有机质含量平均提高0.09个百分点，达到1.28%。
兖州大桥生物有机肥厂目前已生产高效生物有机肥1500吨，实现利润15万元。该厂近期计划购置价值350万元的上海产全自动肥料生产机械一套，使生物有机肥达到年产3万吨水平。
在下一步秸秆综合利用工作中，我局将积极会同有关部门，在重点抓好秸秆还田的同时，在秸秆气化、秸秆养殖、秸秆种植、秸秆制肥等方面继续总结经验，扩大影响，不断开拓市场，力争在近年内使农作物综合利用率达到98%以上。农作物秸秆综合利用研究为我市卓有成效地开展省级生态示范区建设试点市工作打下了良好的基础，在今后的工作中，我局将继续不断努力提高农作物秸秆综合利用的整体水平，加大生态示范区建设力度，按照可持续发展战略要求，努力把我市建设成基础强、产出高、效益好、环境美、后劲足的现代化生态农业示范区。
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