介绍一种农作物秸秆纤维提取方法

2018/1/26 15:43:15    秸秆产业 作者: 陈海军 沈 瑾 冯志琴 孙文浩

  

摘要:农作物秸秆是产量丰富的可再生生物质资源,具有多种用途。但由于其分布范围广,体积大,收集运输不便,未被充分利用而成为废弃物,甚至被农民就地焚烧,既污染环境,又浪费资源。本文介绍一种产地秸秆预处理方法,以解决大量秸秆的运输与销纳问题。

农作物秸秆通常是指小麦、水稻、玉米、棉花及薯类等农作物在收获籽实后的剩余部分。水稻秸秆最多,约占总量的29.93%;其次为玉米秸秆,约占27.39%;第三为小麦秸秆,约占18.31%。秸秆是农作物生产系统中的一项重要的可再生生物质资源,具有多种用途。中国是农业大同,也是秸秆资源最为丰富的国家之一。据统计,我国年少秸秆约7亿吨。传统农业中,秸秆是农村的丰要燃料、牲畜饲料、还田肥料和工业原料。随着传统农业向现代农业的转变以及经济、社会的发展,农村能源、饲料结构等发生了深刻变化,传统的秸秆利用途径发生了历史性的转变,秸秆作为农村生活能源、畜牧饲料和造肥还田的比例在不断下降。

因此,秸秆大量过剩问题日趋突出,有些地区废弃秸秆量甚至占秸秆总量的60%以上,被农民就地露天焚烧,不仅污染环境,危害群众健康,而且影响交通安全,还极易引发火灾,引起严重的社会问题。针对这一现状,通过研究试验,提供了一种适合农村特色的户用农作物秸秆纤维提取方法,设计了一种秸秆纤维疏解与提取装置;利用该装置,对秸秆进行切断分丝、疏解、挤压等工序,即可获得秸秆中的有效成分――纤维,既解决了大量废弃秸秆焚烧带来的生态环境污染和资源浪费问题,又为农民增收创造了有利途径。

切断分丝

为了使秸秆疏解时浸泡均匀,缩短疏解时间和减少疏解液用量,提高秸秆纤维质量,需对收集的秸秆进行预处理,切断成30~50mm长度,并揉搓分丝。可选用秸秆切断分丝机,机器为双螺旋辊结构,主要由进料、切断分丝、支撑、驱动、传动、排料等组成。首先接通电源(柴油驱动的启动柴油发电机),电机开始工作,通过传动系统带动双螺旋辊转动,将秸秆原料由进料口喂入,在转动的双螺旋辊作用下,秸秆向前移动并被挤压搓磨成丝状,由排料口排出。利用双螺旋辊的挤压搓磨原理,不仅可以减少纤维切断,而且使纤维细胞壁分裂,加速疏解液渗透,从而可减少疏解液用量。

筛选

丝状秸秆中含有叶、节、穗、尘土等杂质。可选用双锥筛或羊角筛(辊式除尘机)进行除杂处理。

双锥筛:由两个锥形鼓筒、筛网、螺旋叶片、主轴、电机、传动等组成。运转时,丝状秸秆由鼓筒的小端进料口进入,经螺旋叶片搅动,在向前运动的同时,尘土、穗粒等通过筛网排出,丝状秸秆由鼓筒大端出料口排出。

羊角筛(辊式除尘机):由羊角辊、机架、筛网、灰斗、传动、电机等组成。运转时,丝状秸秆由进料口进入,经转鼓上固定的锥形短棒(羊角)拨动,在弧形筛板(筛网)上向前运动,同时沙砾、尘土、穗粒等杂物通过筛板落下,丝状秸秆由排料口排出。

除尘

秸秆切断分丝与筛选过程中产生的灰尘不仅污染环境,而且影响人体健康,都必须进行除尘处理。可选用旋风除尘器加脉冲除尘器。分别在切断分丝设备和筛选设备上方做一个气罩,通过除尘风机产生一定的负压,将切断分丝和筛选过程中产生的灰尘吸到旋风除尘器。旋风除尘器的除尘效率为80%左右,对于微粒小于5μm的尘粒效率不高,从旋风除尘器排除的气流经脉冲除尘器进一步净化,脉冲除尘器除尘效率高,达99.9%,可以过滤细小尘粒,经脉冲除尘器排出的气体可以达到国家环保标准要求。

疏解

建四个截面为圆形或方形的水泥池或金属池,一个在最高位,作为配药池,两个在中间位置作为疏解池,另一个在最低位置为沉淀池。配药池在高位,可使配制好的疏解液自流到疏解池中。建两个疏解池,目的是一个池疏解好进行固液分离的同时,另一个池在疏解,以保证疏解过程连续运转。配备液位计和浓度检测仪,以便观察物料量和疏解液浓度。在配药池内,将疏解剂与水混合,混合液中水分含量为88%。将处理好的丝状秸秆放入疏解池,打开配药池阀门,调制好的疏解液流入疏解池,疏解液要漫过秸秆,浸泡时间约18~24h。

固液分离

秸秆疏解后,打开疏解池底部的控制门,秸秆及液体由螺旋输送机输送到固液分离系统。可选用挤压式固液分离机。机器主要由进料、机架、筛网、挤压螺旋、传动、电机、排料等组成。运转时,物料由进料口喂入,在挤压螺旋的作用下,混合物向前移动并使所含液体被挤压分离,通过筛网滤出,干物质秸秆纤维由排料口排出。

疏解后的秸秆纤维可以运到造纸厂作为造纸原料。

分离液澄清沉淀

固液分离系统滤出的液体流入沉淀池,经自然沉淀,上清液用泵输送回配药池与水和疏解剂重新调配后循环使用;沉淀物可用作有机肥回田。

户用农作物秸秆纤维疏解提取工艺简单,投资小,操作维修方便,适合在秸秆产地建设。将秸秆预处理建在产地,可以减少秸秆运量,节约能源;秸秆处理过程中疏解液可循环使用,没有废水排放;提取的秸秆纤维可替代木材用于造纸和建材,可有效解决我国木材资源稀缺的问题;随着我国草浆造纸领域无污染清洁制浆技术的不断发展,使造纸产业更加节能环保。因此,使用秸秆做造纸原料,不仅可以减少对森林资源的破坏,还可以使农村废弃物变废为宝,增加农民收入,产生良好的经济效益、社会效益和生态效益。 (作者: 陈海军 沈 瑾 冯志琴 孙文浩)