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秸秆农用十大模式系列——秸-沼-肥能源生态利用模式

日期:2017-10-26            作者:             来源:

【片花】

 

为贯彻落实中央绿色发展要求,打好农业面源污染防治攻坚战,促进农作物秸秆综合利用,农业部组织遴选了秸秆农用十大模式,予以推介发布。在今天的节目中,我们将为您详细解读。

 

主持人:各位听众、农民朋友,大家好,我是志强。说起小麦、棉花、水稻……这些农作物的秸秆怎么用?不同地区最适合的方法是什么?大家可能都不是很清楚。最近,农业部给出了权威建议!近日,农业部办公厅印发了《关于推介发布秸秆农用十大模式的通知》,按区域、农作物品类分别推荐了相应的秸秆农用模式,不仅介绍了模式的内涵和特点,还给出了流程和案例。在今天的节目当中,我们主要介绍秸秆十大模式中的秸--肥能源生态利用模式。我们请到的专家是农业部规划设计研究院高级工程师田宜水老师,田老师您好!

 

专家:主持人好,各位听众大家好。

 

主持人:首先请您介绍一下什么是“秸--肥能源生态模式”?

 

专家:秸秆-沼气-有机肥能源生态模式(简称“秸沼肥”模式)。该模式利用玉米、小麦等农作物秸秆制取沼气,通过管道或压缩装罐供应农村居民生活用能,或者提纯后制取“生物天然气”供车用或工业使用;秸秆制沼气后的沼渣、沼液经深加工制成含腐植酸水溶肥、叶面肥或育苗基质等,应用于蔬菜、果树及粮食生产,可有效提高了农产品品质和产量,减少了化肥使用量,增加了土壤有机质。

 

主持人:什么是沼气?

 

专家:沼气是有机物在厌氧条件下经微生物分解发酵而生成的一种可燃性气体,其主要成分是甲烷和二氧化碳,此外还有少量的氢、氮、一氧化碳、硫化氢和氨等。沼气发酵广泛存在于自然界,江、河、湖、海的底层,沼泽、池塘、积水的粪坑,在这些地方常可看到有气泡从水底污泥中冒出,如将这些气泡收集起来便可以点燃,所以人们叫它沼气。

 

通常情况下,沼气中的甲烷含量为50%~70%,二氧化碳为30~40%,其他气体均含量很少。沼气中的主要可燃成分是甲烷,每立方米沼气的热值约为21520千焦,约相当于1.45立方米煤气或0.69立方米天然气的热值。

 

主持人:“秸--肥能源生态模式”这个模式有什么优势吗?

 

专家:“秸--肥能源生态模式”总结起来有五大优势:

 

1)有利于防治农业面源污染。我国是农业大国,农作物秸秆理论资源量约10亿吨。过去由于开发利用不足,给农村环境带来一定影响,多年来秸秆焚烧对大气质量的影响一直是社会各界广泛关注的问题。发展“秸沼肥”模式,可以减少农作物秸秆等乱排乱放乱烧带来的农业面源污染问题,有利于改善村容村貌、保护农村环境,是建设美丽乡村的重要举措。

 

2)有利于促进农业循环经济发展。通过厌氧发酵等形式,把农作物秸秆等农业生产废弃物生产成有机沼肥沼液还田,既可减少化肥使用量,又有利于培肥地力、提升耕地质量,实现种养结合循环发展。

 

3)有利于化石能源替代。沼气作为一种方便、清洁、高品位的能源,是多种气体的混合物,一般含甲烷50%~70%,其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等。发展“秸沼肥”模式,一方面利用秸秆建设大型沼气集中供气工程,构建农村新能源体系,加快农村能源消费升级,为新农村建设提供高品位的清洁能源,提高农村居民生活质量,改善居住环境,推动绿色、健康、生态文明的新型农村社区建设;另一方面,对沼气提质改进生产生物气,作为车用燃气的替代品,可有效缓解能源压力,替代石油等能源资源。

 

4)有利于带动县域经济发展。发展“秸沼肥”模式,是新的经济增长领域,可以为县域经济增加财政收入,并为增加农民收入、扶贫开发等作出重要贡献。同时,通过规模化、产业化发展,还可以形成高效产业,培育农村经济发展新的增长点。

 

5)有利于促进一二三产业融合发展。发展“秸沼肥”模式,将农业的生物质资源转换为商品能源,可以有效延长农业产业链,开辟一二三产业融合发展的新领域,促进以城带乡、以工促农,经济社会可持续发展。

 

主持人:“秸--肥能源生态模式”的工艺流程有哪些?

 

专家:“秸--肥能源生态模式”的工艺流程包括农作物秸秆经粉碎、预处理、厌氧发酵等,生产沼气、沼渣、沼液;其中,沼气是一种具有较高热值的可燃气体,大中型秸秆沼气工程生产的沼气作为优质清洁能源可以向农户供气,也可以发电或烧锅炉,还可以净化提纯后并入天然气管网或作为车用燃气;沼渣、沼液可生产有机肥或直接销售。

 

主持人:我们都知道,工业生产是连续的,而秸秆供应是季节性的,如何解决这个问题?

 

专家:这个问题非常好。为了实现连续生产,我们需要农作物秸秆进行贮存。

 

秸秆贮存设施的容积应根据秸秆特性、收获次数、消耗量等因素确定,通常以秸秆收获周期内需要消耗的秸秆量进行设计和贮存,以保证原料供应。

 

秸秆沼气工程场区内或附近应设置秸秆短期堆放场所,可根据需要设置长期堆放场所,以满足工程长期连续运行的原料需求。

 

自然堆放秸秆水分含量应小于18%,青贮秸秆水分含量控制在65%~75%

 

主持人:刚才提到预处理,为什么对秸秆进行预处理,如何进行预处理?

 

专家:我们都知道秸秆由纤维素、半纤维素和木质素等组成。由于纤维素被难以降解的木质素所包裹,且纤维素本身也存在晶体结构,阻止发酵菌群接近纤维素表面,使发酵菌群难以起作用,必须先对原料进行预处理来破坏木质素的包裹作用和纤维素的结晶结构。目前,国内外针对秸秆预处理开发相关技术,秸秆原料的预处理有物理、化学和生物等方法。其中:

 

一是物理预处理,主要是利用机械、热等方法来改变秸秆的外部形态或内部组织结构,如机械剪切或破碎处理、蒸汽爆破、膨化等。

 

二是化学预处理,使用酸、碱、有机溶剂等作用于秸秆,破坏细胞壁中半纤维素与木质素形成的共价键,破坏纤维素的结晶结构,打破木素与纤维素的连接,达到提高秸秆消化率的目的,如酸处理、碱处理、氨处理和氧化还原试剂处理等。

 

三是生物预处理,在人工控制下,利用一些细菌、真菌等微生物的发酵作用来处理秸秆,如青贮、白腐菌处理等。

 

【电台间奏】

 

【片花】农业部给出秸秆农用“十大模式”,总有一款适合你!

 

——东北高寒区玉米秸秆深翻养地模式——

 

基于东北地区玉米生产所处的气候与生态条件,以“深翻还田”为核心,通过促进农机农艺技术的结合,凸显出秸秆还田对黑土地资源保护的生态效益。

 

适宜范围:东北、中原以及东部等主要玉米种植区,气候条件为降雨量450mm以上,积温2600℃以上。

 

具体怎么做:联合收割机收割玉米后,将玉米秸秆粉碎均匀抛洒地面,然后用重型拖拉机深翻还田,在春季进行耙平,开展下一季农事生产。这样做,可以实现深层土壤增碳的效果,构建黑土地合理耕层,提高土壤有机质含量。此外,还能形成良好的土壤空隙结构,提高黑土地土壤的储水能力与入渗能力。

 

——西北干旱区棉秆深翻还田模式——

 

将棉秆还田的模式,可以疏松土壤、改良土壤理化性、增加有机质、培肥地力等多重目标,同时消灭病虫害、提高产量、减少环境污染,从而有效解决我国棉花主产区棉秆利用率不高的问题。

 

适宜范围:全国棉花种植的区域,尤其适宜于新疆等西北地区棉花规模化种植区域。

 

具体怎么做:这种模式主要通过集成机械粉碎和深翻还田技术,利用秸秆粉碎还田机,将刚收获完的棉花秸秆粉碎后均匀抛撒于土壤表面,然后进行耕翻掩埋。

 

——黄淮海地区麦秸覆盖玉米秸旋耕还田模式——

 

麦秸覆盖还田免耕播种玉米,不用翻耕,节约成本,同时能减少土壤扰动,有利于提高作物产量。玉米秸秆粉碎旋耕还田可同时完成碎土、松土、混拌秸秆、平整土壤等作业,生产效率高,成本低。

 

适宜范围:一年两熟制小麦-玉米轮作区,光热资源丰富,在秸秆还田后有一定的降雨(雪)天气,或具有一定的水浇条件;土地平坦、土层深厚。

 

具体怎么做:基于黄淮海地区小麦-玉米轮作种植制度,在小麦收获季节,利用带有秸秆粉碎还田装置的联合收割机将小麦秸秆就地粉碎,均匀抛撒在地表,直接免耕播种玉米;在玉米收获季节,用秸秆粉碎机完成玉米秸秆粉碎,然后采用大马力旋耕机趁秸秆青绿时进行旋耕,完成秸秆还田作业后播种小麦。

 

——黄土高原区少免耕秸秆覆盖还田模式——

 

在作物收货后,将农作物秸秆及残茬覆盖地表,土地不进行翻耕,翌年采用免耕播种机进行播种或进行表土层耕作播种,防止水土流失,降低生产成本。

 

适宜范围:黄土高原区、两茬平作区、农牧交错区和东北冷凉区。

 

具体怎么做:需要从前茬作物收获开始考虑,其主要作业环节包括作物收获→秸秆粉碎处理→土壤深松→表土作业→免耕播种→田间管理等。

 

——长江流域稻麦秸秆粉碎旋耕还田模式——

 

农作物秸秆通过机械化粉碎和旋耕机作业直接混埋还田,配套农机农艺相结合的方式,充分发挥秸秆还田在培肥能力和增产增收等方面的积极作用,是目前长江流域应用范围最广的一种秸秆直接还田技术。

 

适宜范围:长江流域的水稻-小麦、水稻-水稻与水稻-油菜轮作区,长江流域的部分小麦-玉米轮作区。

 

具体怎么做:秸秆经收割机粉碎或秸秆还田机粉碎并均匀抛撒后,经旋耕机1~2次作业,即可栽插或播种下茬作物,流程简单、操作方便。

 

秸秆农用“十大模式”稍后继续播出。

 

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主持人:欢迎继续收听,我是志强。在今天的节目当中,我们主要介绍秸秆十大模式中的秸--肥能源生态利用模式。我们请到的专家是农业部规划设计研究院的田宜水老师,那田老师我还想问一下沼气生产有什么技术吗?

 

专家:大中型秸秆沼气工程选用的工艺需根据原料特性及工艺特点,经技术经济分析比较后确定,要能适应两种或以上秸秆的物料特性及发酵要求。

 

常见的秸秆沼气工艺有全混合厌氧消化工艺 (CSTR)、一体化两相厌氧消化工艺 (CTP)、全混合自载体生物膜厌氧消化工艺(CSBF)、竖向推流式厌氧消化工艺 (VPF)和覆膜槽厌氧消化工艺 (MCT)等。

 

主持人:沼气生产设施有什么设备吗?

 

专家:沼气生产设施主要包括进出料设备、厌氧发酵装置、搅拌设备、回流设备、增温保温设施、避雷针、防火设施以及监控设备等,根据不同工艺要求进行配备。厌氧发酵装置可采用钢筋混凝土发酵装置,也可采用拼装或焊接钢板发酵装置,但必须达到抗震、防渗、防腐和气密性要求。增温保温设施宜优先考虑太阳能、风能、生物质能等多能互补形式;供热锅炉或其他热源需满足厌氧发酵装置在极端条件下的热量需求。

 

主持人:沼气为什么要净化,是如何净化的?

 

专家:沼气净化一般包括脱水和脱硫。沼气需要脱水的原因一方面是沼气输送管道中如果积累了水,会溶解硫化氢从而腐蚀管道;另外当沼气被加压储存时,为了防止因为凝结水而冻坏储气罐,也必须进行脱水。常见的脱水方法有冷凝法、吸收法和吸附法。脱硫的目的主要是去除沼气中的硫化氢,其含量一般为5005000毫克每升。硫化氢是一种可燃性无色气体,在燃烧过程中产生二氧化硫对人的身体和环境的危害较大,溶于水后对与之接触的输送管道和使用机械的使用寿命具有较大影响,因此沼气在使用过程中须脱除硫化氢。在选择沼气净化方法时除了考虑成本外还应尽量考虑便于日常运行管理。目前大多数沼气工程采用的脱硫方法一般为化学干法脱硫(氧化铁脱硫法)和生物脱硫。

 

主持人:沼气为什么要求提纯,如何提纯?

 

专家:一般来说,沼气的热值约为2225 兆焦每立方米,而甲烷的高位热值为39.8兆焦每立方米,将沼气脱碳提纯后,可直接并入供气管网或者是经过加压、液化后成为压缩、液化天然气,具有更好的经济效益。因此,沼气提纯主要是进行脱碳净化,即对沼气中的二氧化碳进行去除,以达到减少二氧化碳含量、增加甲烷的含量的目的,从而提高燃气的热值。沼气经过净化提纯后甲烷含量能达到95%97%,可达到天然气标准(GB17820-1999),并入天然气管网替代石化天然气,也可达到车用压缩天然气(GB18047-2000)的相关规定,用作车用燃气。

 

目前沼气中二氧化碳的脱除工艺有变压吸附、压力水洗、物理吸收、化学吸收、胺洗、膜分离法和低温分离法等多种方法。其中变压吸附法、压力水洗法、化学吸收法和膜分离法这4种方法在沼气净化提纯方面应用较多,有各自的优缺点,可根据工程现场的实际情况来进行选用。

 

主持人:发酵剩余物有哪些?

 

专家:大中型秸秆沼气工程的发酵剩余物宜先固液分离,沼液尽量回流利用,沼渣可加工成固体有机肥或作为有机基质。场区内发酵剩余物贮存调节设施的有效容积应不小于5天平均出料量。

 

沼渣沼液的利用设施应按照NY/T 2065的规定,结合当地生产条件确定,包括固液分离设备、沼渣晾晒场、有机肥加工设备、沼液储存池、沼液输配管网、沼液运输罐车、沼液深度处理设施等。

 

主持人:沼液有什么用途?

 

专家:沼液是沼气发酵后的残留液体,其总固体含量约小于1%。沼气发酵过程中,作物生长所需的氮、磷、钾等营养元素基本上都保持下来,因此沼液是很好的有机肥料。同时,沼液中存留了丰富的氨基酸、B族维生素、各种水解酶、某些植物生长素、对病虫害有抑制作用的物质或因子,因此它还可用来防治作物的某些病虫害,具有广泛的综合利用前景。虽然养分含量不高,但其养分主要是速效性养分。

 

沼液中除含有肥料三要素(氮、磷、钾)外,还含有种子萌发和发育所需的多种养分和微量元素,且大多数呈速效状态。同时,微生物在分解发酵原料时分泌出的多种活性物质,具有催芽和刺激生长的作用。因此,在浸种期间,钾离子、铵离子、磷酸根离子等都能因渗透作用或生理特性,不同程度地被种子吸收,而这些离子在幼苗生长过程中,可增强酶的活性,加速养分运转和新陈代谢过程。因此,幼苗“胎里壮”,抗病、抗虫、抗逆能力强,为高产奠定了基础。

 

沼液中营养成分相对富集,是一种速效的水肥,用于果树和蔬菜叶面施肥,收效快,利用率高。一般施后24小时内,叶片可吸收喷施量的80%左右,从而能及时补充果树和蔬菜生长对养分的需要。果树和蔬菜地上部分每一个生长期前后,都可以喷施沼液,叶片长期喷施沼液,可增强光合作用,有利于花芽的形成与分化;花期喷施沼液,可保证所需营养,提高座果率;果实生长期喷施沼液,可促进果实膨大,提高产量。

 

主持人:沼渣有什么用途?

 

专家:有机物质在厌氧发酵过程中,除了碳、氢等元素逐步分解转化,最后生成甲烷、二氧化碳等气体外,其余各种养分元素基本都保留在发酵后的剩余物中,其中一部分水溶性物质保留在沼液中,另一部分不溶解或难分解的有机、无机固形物则保留在沼渣中,在沼渣的表面还吸附了大量的可溶性有效养分。所以沼渣含有较全面的养分元素和丰富的有机物质,具有速缓兼备的肥效特点,在实际应用中能够起到增产的作用。一项试验证明,每亩使用沼渣1000~1500千克的条件下,配合其他措施,水稻约能增产9.1%,玉米增产8.3%,红薯增产13%,棉花增产7.9%

 

沼渣中的主要养分含量有:30%~50%的有机质、10%~20%的腐殖酸、0.8%~2.0%的全氮、0.4%~1.2%的全磷、0.6%~2.0%的全钾。与食用菌栽培料养分含量相近,且杂菌少,十分适合食用菌的生长,利用沼渣栽培食用菌具有取材广泛、方便、技术简单、省工省时省料、成本低、品质好、产量高等优点。目前较常见的综合利用有沼渣菇床栽培蘑菇、平菇以及沼渣瓶栽灵芝。

 

主持人:“秸--肥能源生态模式”有什么典型案例吗?

 

专家:河北青县在秸秆沼气技术研究与工程应用等方面进行了多年研究,秸秆沼气工程技术已经成熟,成为可行、可靠、可发展的实用技术。目前青县已建成耿官屯村、东姚庄村、王胜武屯村、范官屯村、陈缺屯村5个秸秆沼气集中供气示范村,发酵罐总容积达到7200立方米,5个村沼气工程满负荷运行后,年可生产沼气315万立方米,可满足8000户以上居民用气,促进节支增收800万元;工程基本无沼液排出,产生的沼渣直接用于大田、果树、蔬菜、花卉底肥或追肥,实现有机农业生产。通过秸秆沼气工程的建设,有效解决了秸秆就地焚烧、乱堆乱放等问题,变废弃秸秆为宝物,促进了循环经济发展和农业节能减排,成为青县新农村建设的新亮点。

 

随着农村用能形势的变化和沼气工艺技术的提升,近年来,各地出现了一批用于集中供气、发电并网及制取生物天然气的特大型沼气工程。其中,内蒙古赤峰市阿鲁科尔沁旗特大型沼气和村镇集中供气项目于201312月建成并投产运营,该项目由赤峰元易生物质科技有限责任公司建设,总投资3.2亿元,主要生产原料为农作物秸秆,同时也处理城区的粪便、污泥和餐厨垃圾等废弃物。项目每年可以生产沼气1752万立方米,提纯出876万立方米的甲烷。生产出的沼气除了供4万户城镇居民厨房、洗澡用外,还可以经过提纯压缩后输送到加气站,作为汽车燃料。同时,该项目每年能生产出5万吨生物肥料,可以施用到周边土地中,生长出的农作物秸秆又将成为沼气的主要生产原料,形成良性农业产业循环。

 

主持人:好的,非常感谢田老师做客我们的节目,就“秸--肥能源生态模式”,给我们大家所做的一个详细的介绍。好的,再次感谢田老师,谢谢!

 

专家:谢谢大家,希望我介绍的这些内容,对大家的生产生活有所帮助!

 

【片尾】好,听众朋友,又到了节目结束的时候了,感谢今天专家的精彩介绍,同时也感谢听众朋友您的收听!如果对节目有什么意见或建议,需要了解节目相关资料、收听更多的节目,与我们在线交流互动,您可以登录中国农村远程教育网、央广网,可以关注《乡村讲堂》新浪微博,关注“中央农广校—乡村讲堂”微信公众账号。同时欢迎您关注“中国新型职业农民”微信公众账号,了解更多培育新型职业农民的服务内容。我们的通讯地址是:北京市朝阳区麦子店街农业部北区24号楼,中央农业广播电视学校广播教育中心,邮政编码:100125,热线电话是:010-591960688008。欢迎您继续收听中国乡村之声的其他精彩内容!

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