我國秸稈綜合利用的研究進展*

金 惠 平

(湖州職業技術學院 物流與信息工程學院, 浙江 湖州 313000)

我國是糧食生產大國，每年會產生大量的稻草、麥稈、大豆稈、玉米稈等秸稈廢棄物。我國年產各類農作物秸稈7億噸左右，約占全球的1/3[1]132-133。田間焚燒農作物秸稈會嚴重影響生態環境，被國家明文禁止。過量秸稈直接還田，其腐爛、分解會產生過多有機酸，會嚴重損害作物根系，極易引起病蟲害暴發[2]29-31。由于國內缺乏秸稈產業化利用龍頭企業，且技術水平不高，導致秸稈綜合利用得不到充分發展[3]86-87。如何充分利用豐富的秸稈資源，減少環境污染，變廢為寶，取得良好的經濟效益和社會效益，是一個值得研究的問題。本文對我國的秸稈綜合利用研究成果進行了歸納總結，以期為進一步提高秸稈資源的綜合利用水平提供參考。

一、秸稈的生物燃料資源化開發

(一)固化成型制備秸稈燃料

秸稈固體廢棄物經烘干、粉碎、添加膠粘劑、擠壓成棒狀或球狀，制成固化成型的秸稈燃料，可大大減少體積，一般可使體積縮小30多倍，其熱值可達4 000 J/kg左右[1]132-133。固化成型的秸稈燃料可用于普通反燒式低壓鍋爐燃燒，其煙塵排放量只有原煤的1/10，二氧化硫排放量只有原煤的1/3，而其供熱量則是原煤的2倍[4]27-30。

煤泥是煤炭加工的副產物，具有灰分高、顆粒細、粘度大等特點，不易利用[5]61-63。把秸稈粉碎至3 mm以下，與煤泥按一定比例混合，再利用煤泥的粘性，把它們擠壓并烘干成煤泥秸稈生物質型煤。這種型煤具有較高的機械強度，便于運輸和存放，既可避免煤泥燃燒產生污染，又可充分利用秸稈資源。

城市洗浴業的燃煤小鍋爐普遍存在燃燒不完全、冒黑煙等嚴重污染，目前也被國家嚴令禁止。生物質燃料鍋爐具有熱效率高、自動化程度高、成本費用低、環境污染小等優點，是今后的發展方向。目前，已有部分地區率先利用國家政策的支持，集中大型企業的優勢，建立了大型固化成型秸稈燃料生產企業。這些企業采用集中供熱方式，與使用單位根據蒸汽使用量的多少進行結算，取得了較好的效益。

(二)秸稈水解發酵制備乙醇燃料

把稻草秸稈鍘斷成10 cm左右，通過高溫高壓和突然降壓的蒸汽爆破方法進行預處理，壓力3.5 MPa,時間2 min，再經過綠木霉纖維素酶水解，稻稈中的多糖就可全部轉化成為單糖，然后再通過畢赤酵母轉化為酒精，其產率可達到80%以上。再把這些酒精在帶有滲透蒸發系統的膜生物反應器中進行發酵，生產成乙醇燃料，其濃度可達50 g/L左右[6]75-78。玉米秸稈在130 ℃的溫度下，通過70 min稀硫酸預處理。把固液分離后的水解液進行發酵，其殘渣采用氫氧化鈣繼續進行處理。然后經酶水解，發酵生產乙醇燃料。糖利用率達90%以上，酒精轉化率達90%左右[7]89-94。

目前，全球石油危機愈趨嚴峻，各國紛紛探尋新能源。為了減少汽車尾氣對空氣造成的嚴重污染，國內正在大力推廣乙醇汽油。在汽油中添加10%乙醇，汽車發動機不易結炭，汽車尾氣一氧化碳排放減少30%。

二、秸稈在微生物發酵方面的開發

(一)秸稈發酵制備食用菌培養基

食用菌是老百姓的家常菜肴，具有較高的營養價值。它的主要活性成分具有抗疲勞、抗氧化和調節免疫等多種保健功效。食用菌生產也是解決農民剩余勞動力，提高農民收入的重要渠道。

選擇油菜秸稈和棉籽殼為主要基料，以麩皮、蔗糖、石膏等為添加劑，加水混勻、袋裝、滅菌，做成培養基[8]60-64。然后在傳統的棉籽殼基料中添加40%的油菜秸稈，接種香菇、平菇和黑木耳，其效果最佳，產量最高且時間最短，平均不到20天。也可以采用稻、麥秸稈進行加熱、加堿軟化處理，做成培養基[9]7-8。這種培養基適合接種平菇、雞腿菇、蘑菇、草菇、香菇等，而且其培養基廢料(菌糠)還是很好的有機肥和畜禽飼料。

(二)秸稈發酵制備飼料

把糖、鹽、尿素、發酵劑、促進劑、玉米面和水等混合均勻配制成生物飼料發酵液[10]41-42。將發酵液均勻地噴灑在鍘碎的玉米秸稈料上，水份控制在手握剛要滴水為宜，用小型塑料袋裝袋并踩實，每20 cm撤一層玉米面。然后密封進行厭氧發酵。數天后，待飼料呈淺黃色且有酒香味，即可飼用。也可用尿素溶液噴灑在鍘碎成10 cm長短的小麥秸稈料上，堆高并壓實密封，氨化一個月，待飼料呈暗黃色、變柔軟，即可飼用[11]73-74。

采用厭氧發酵，且酸度較高，有利于消滅寄生害蟲和病原微生物。充分利用生物有益菌群，可以保護牛羊消化道，降低牛羊發病率，提高產能，節約成本，有效解決高寒牧區飼草短缺的問題。

(三)秸稈發酵制備纖維素

將稻草秸稈粉碎與麩皮按6∶4的比例混合均勻，然后加入等量的水，接種3%綠色木霉，控制溫度，進行數天發酵，可生產纖維素酶[12]18-19。將玉米秸稈烘干粉碎，加入15%的氫氧化鈉溶液，加熱并保溫數小時，然后去雜烘干，加入乙醇和氫氧化鈉，堿化1小時，再加入氯乙酸，加熱反應1小時，二次加堿，再加熱反應1小時，可制得粗品羧甲基纖維素CMC[13]10-11。

羧甲基纖維素是重要的纖維素醚類之一，廣泛應用于紡織、石油、牙膏、醫藥、建筑、陶瓷、造紙等行業。采用玉米秸稈制備羧甲基纖維素，不僅原料來源充足，而且成本很低。

三、秸稈在材料方面的開發

(一)秸稈制備復合材料

將貯存了幾個月的稻草秸稈粉碎，并用稀氨水浸泡2天，取出，加入適量的淀粉和少量的粘結劑，混合均勻，注入模具中。在加熱加壓的條件下模壓成型，進行烘干，可制成可降解花盆和一次性餐具[14]23。該技術可解決目前嚴重的“白色污染”問題[15]26-28。

采用玉米秸稈稈皮碎料與木材刨花，按一定比例進行混合，添加少量改性脲醛樹脂膠粘劑，通過施膠、鋪裝、預壓、熱壓等工藝，可以生產出合格的秸稈刨花板[16]21-25。采用新鮮玉米秸稈內的白瓤，浸泡蒸透，制成糊狀，加入玉米淀粉、聚乙烯醇和少量甘油，加溫攪拌，倒膜烘干，制成可降解聚乙烯薄膜。該薄膜具有較強的抗拉強度[17]60-62。

2020年1月19日，國家發改委、生態環境部印發《關于進一步加強塑料污染治理的意見》(發改環資〔2020〕80號)。該《意見》規定：到2020年底，全國范圍的所有餐飲行業，一律禁止使用不可降解的一次性塑料吸管，地級以上城市建成區、景區景點的餐飲堂食服務，禁止使用不可降解的一次性塑料餐具。這為利用秸稈生產可降解餐具提供了很好的發展機會。

(二)秸稈制備建筑材料

在石灰乳中加鹵水，邊加邊攪拌，在pH值小于10的條件下獲得沉淀物，經洗滌、過濾、烘干，可制成氧化鎂粉體。然后，與用氫氧化鈉浸泡處理過的稻草秸稈粉體混合均勻，注入鹵水，濕拌均勻，澆注成一定形狀的墻體試件[18]801-805。或將秸稈用氯化鋅浸泡，取出，烘干，粉碎，按一定比例與廢玻璃、污泥和爐渣混合，成型干燥，用1 000 ℃以上高溫燒結成多孔建筑板材[19]61-64。還可將粉碎后的秸稈與助劑、稀料混合，注模成形，生產各種高密度和中密度板材，或者，直接生產復合地板、家具、廚房用具及帶工藝性的浮雕門柱等模壓制品。用這些材料生產出的產品，具有阻燃、防潮、隔音、不變形、不開裂、強度高等優點，是“ 綠色材料” 的代表[3]86-87。

(三)秸稈制備泥皮護坡材料

將稻草秸稈切碎成一定的長度，加入粘土和水，攪拌均勻，并均勻地鋪于邊坡坡面上[20]24-30。該泥坡具有很高的緊密度，抗雨水沖刷、抗崩解和開裂的能力較強。以稻草秸稈、小麥秸稈和亞麻為基底，用聚乙烯絲網加工成秸稈草毯，并植入植物種子和營養基料。秸稈草毯應用于公路邊坡，具有施肥和澆灌少，植被生長旺盛等特點[21]220-225。

四、秸稈化學改性制備高效吸附劑開發

采用乙酸酐，在催化劑吡啶或二甲基甲酰胺的作用下，對稻草秸稈、小麥秸稈進行化學改性，制成用于溢油污染的吸油劑[22]51-55。這種吸附劑可廣泛應用于海洋和河流中防治石油污染。將稻草秸稈烘干、粉碎，加入無水乙醇，加熱加壓數小時，除去乙醇，烘干制成處理印染廢水的吸附劑。該吸附劑具有吸附效果好、成本低等優點[23]57-59。

將苯胺加入鹽酸中，攪拌反應，再加入過硫酸銨，反應數小時，抽濾、沉淀和烘干，可制得玉米秸稈/聚苯胺吸附劑。該吸附劑對弱酸性紅B染料廢水具有較好的處理效果[24]38-41。將小麥秸稈烘干、粉碎，溶于乙醇溶液中，以氫氧化鈉作為催化劑，并加入離子改性劑，加熱反應數小時，抽濾后真空干燥，可制得兩性離子吸附劑。該吸附劑對Pb2+和As5+具有較好的吸附作用[25]210-216。將油菜秸稈烘干粉碎，加入到含有Cr+6的廢水中。在酸性條件下，Cr+6的去除率達到90%以上[26]1740-1748。

2019年12月3日，浙江省嘉興海寧市的一家印染公司污水罐體坍塌。罐體內的大量污水瞬間向廠房內傾泄，造成數十人員傷亡。化工印染企業會產生大量廢水，所以要大力開發污水處理吸附劑，及時處理污水，以避免重大事故發生。

五、展 望

我國秸稈資源十分豐富，焚燒秸稈會嚴重污染空氣，全部還田副作用又很大。合理利用秸稈資源，必須加大政策、法規、稅費、銀行貸款等方面的扶持力度[27]54-56。目前，國內在秸稈復合材料、建筑材料及化學改性高效吸附劑方面有較多研究，并均有一定的應用。各地可根據本地特點，開發適合本地區的秸稈資源化利用技術，特別是在制造高強度秸稈綠色環保板材等方面，可進行深入研究[28]146-147，使秸稈資源化利用更快更好地發展。