我国秸秆综合利用的研究进展*

金 惠 平

(湖州职业技术学院 物流与信息工程学院, 浙江 湖州 313000)

我国是粮食生产大国，每年会产生大量的稻草、麦秆、大豆秆、玉米秆等秸秆废弃物。我国年产各类农作物秸秆7亿吨左右，约占全球的1/3[1]132-133。田间焚烧农作物秸秆会严重影响生态环境，被国家明文禁止。过量秸秆直接还田，其腐烂、分解会产生过多有机酸，会严重损害作物根系，极易引起病虫害暴发[2]29-31。由于国内缺乏秸秆产业化利用龙头企业，且技术水平不高，导致秸秆综合利用得不到充分发展[3]86-87。如何充分利用丰富的秸秆资源，减少环境污染，变废为宝，取得良好的经济效益和社会效益，是一个值得研究的问题。本文对我国的秸秆综合利用研究成果进行了归纳总结，以期为进一步提高秸秆资源的综合利用水平提供参考。

一、秸秆的生物燃料资源化开发

(一)固化成型制备秸秆燃料

秸秆固体废弃物经烘干、粉碎、添加胶粘剂、挤压成棒状或球状，制成固化成型的秸秆燃料，可大大减少体积，一般可使体积缩小30多倍，其热值可达4 000 J/kg左右[1]132-133。固化成型的秸秆燃料可用于普通反烧式低压锅炉燃烧，其烟尘排放量只有原煤的1/10，二氧化硫排放量只有原煤的1/3，而其供热量则是原煤的2倍[4]27-30。

煤泥是煤炭加工的副产物，具有灰分高、颗粒细、粘度大等特点，不易利用[5]61-63。把秸秆粉碎至3 mm以下，与煤泥按一定比例混合，再利用煤泥的粘性，把它们挤压并烘干成煤泥秸秆生物质型煤。这种型煤具有较高的机械强度，便于运输和存放，既可避免煤泥燃烧产生污染，又可充分利用秸秆资源。

城市洗浴业的燃煤小锅炉普遍存在燃烧不完全、冒黑烟等严重污染，目前也被国家严令禁止。生物质燃料锅炉具有热效率高、自动化程度高、成本费用低、环境污染小等优点，是今后的发展方向。目前，已有部分地区率先利用国家政策的支持，集中大型企业的优势，建立了大型固化成型秸秆燃料生产企业。这些企业采用集中供热方式，与使用单位根据蒸汽使用量的多少进行结算，取得了较好的效益。

(二)秸秆水解发酵制备乙醇燃料

把稻草秸秆铡断成10 cm左右，通过高温高压和突然降压的蒸汽爆破方法进行预处理，压力3.5 MPa,时间2 min，再经过绿木霉纤维素酶水解，稻秆中的多糖就可全部转化成为单糖，然后再通过毕赤酵母转化为酒精，其产率可达到80%以上。再把这些酒精在带有渗透蒸发系统的膜生物反应器中进行发酵，生产成乙醇燃料，其浓度可达50 g/L左右[6]75-78。玉米秸秆在130 ℃的温度下，通过70 min稀硫酸预处理。把固液分离后的水解液进行发酵，其残渣采用氢氧化钙继续进行处理。然后经酶水解，发酵生产乙醇燃料。糖利用率达90%以上，酒精转化率达90%左右[7]89-94。

目前，全球石油危机愈趋严峻，各国纷纷探寻新能源。为了减少汽车尾气对空气造成的严重污染，国内正在大力推广乙醇汽油。在汽油中添加10%乙醇，汽车发动机不易结炭，汽车尾气一氧化碳排放减少30%。

二、秸秆在微生物发酵方面的开发

(一)秸秆发酵制备食用菌培养基

食用菌是老百姓的家常菜肴，具有较高的营养价值。它的主要活性成分具有抗疲劳、抗氧化和调节免疫等多种保健功效。食用菌生产也是解决农民剩余劳动力，提高农民收入的重要渠道。

选择油菜秸秆和棉籽壳为主要基料，以麸皮、蔗糖、石膏等为添加剂，加水混匀、袋装、灭菌，做成培养基[8]60-64。然后在传统的棉籽壳基料中添加40%的油菜秸秆，接种香菇、平菇和黑木耳，其效果最佳，产量最高且时间最短，平均不到20天。也可以采用稻、麦秸秆进行加热、加碱软化处理，做成培养基[9]7-8。这种培养基适合接种平菇、鸡腿菇、蘑菇、草菇、香菇等，而且其培养基废料(菌糠)还是很好的有机肥和畜禽饲料。

(二)秸秆发酵制备饲料

把糖、盐、尿素、发酵剂、促进剂、玉米面和水等混合均匀配制成生物饲料发酵液[10]41-42。将发酵液均匀地喷洒在铡碎的玉米秸秆料上，水份控制在手握刚要滴水为宜，用小型塑料袋装袋并踩实，每20 cm撤一层玉米面。然后密封进行厌氧发酵。数天后，待饲料呈浅黄色且有酒香味，即可饲用。也可用尿素溶液喷洒在铡碎成10 cm长短的小麦秸秆料上，堆高并压实密封，氨化一个月，待饲料呈暗黄色、变柔软，即可饲用[11]73-74。

采用厌氧发酵，且酸度较高，有利于消灭寄生害虫和病原微生物。充分利用生物有益菌群，可以保护牛羊消化道，降低牛羊发病率，提高产能，节约成本，有效解决高寒牧区饲草短缺的问题。

(三)秸秆发酵制备纤维素

将稻草秸秆粉碎与麸皮按6∶4的比例混合均匀，然后加入等量的水，接种3%绿色木霉，控制温度，进行数天发酵，可生产纤维素酶[12]18-19。将玉米秸秆烘干粉碎，加入15%的氢氧化钠溶液，加热并保温数小时，然后去杂烘干，加入乙醇和氢氧化钠，碱化1小时，再加入氯乙酸，加热反应1小时，二次加碱，再加热反应1小时，可制得粗品羧甲基纤维素CMC[13]10-11。

羧甲基纤维素是重要的纤维素醚类之一，广泛应用于纺织、石油、牙膏、医药、建筑、陶瓷、造纸等行业。采用玉米秸秆制备羧甲基纤维素，不仅原料来源充足，而且成本很低。

三、秸秆在材料方面的开发

(一)秸秆制备复合材料

将贮存了几个月的稻草秸秆粉碎，并用稀氨水浸泡2天，取出，加入适量的淀粉和少量的粘结剂，混合均匀，注入模具中。在加热加压的条件下模压成型，进行烘干，可制成可降解花盆和一次性餐具[14]23。该技术可解决目前严重的“白色污染”问题[15]26-28。

采用玉米秸秆秆皮碎料与木材刨花，按一定比例进行混合，添加少量改性脲醛树脂胶粘剂，通过施胶、铺装、预压、热压等工艺，可以生产出合格的秸秆刨花板[16]21-25。采用新鲜玉米秸秆内的白瓤，浸泡蒸透，制成糊状，加入玉米淀粉、聚乙烯醇和少量甘油，加温搅拌，倒膜烘干，制成可降解聚乙烯薄膜。该薄膜具有较强的抗拉强度[17]60-62。

2020年1月19日，国家发改委、生态环境部印发《关于进一步加强塑料污染治理的意见》(发改环资〔2020〕80号)。该《意见》规定：到2020年底，全国范围的所有餐饮行业，一律禁止使用不可降解的一次性塑料吸管，地级以上城市建成区、景区景点的餐饮堂食服务，禁止使用不可降解的一次性塑料餐具。这为利用秸秆生产可降解餐具提供了很好的发展机会。

(二)秸秆制备建筑材料

在石灰乳中加卤水，边加边搅拌，在pH值小于10的条件下获得沉淀物，经洗涤、过滤、烘干，可制成氧化镁粉体。然后，与用氢氧化钠浸泡处理过的稻草秸秆粉体混合均匀，注入卤水，湿拌均匀，浇注成一定形状的墙体试件[18]801-805。或将秸秆用氯化锌浸泡，取出，烘干，粉碎，按一定比例与废玻璃、污泥和炉渣混合，成型干燥，用1 000 ℃以上高温烧结成多孔建筑板材[19]61-64。还可将粉碎后的秸秆与助剂、稀料混合，注模成形，生产各种高密度和中密度板材，或者，直接生产复合地板、家具、厨房用具及带工艺性的浮雕门柱等模压制品。用这些材料生产出的产品，具有阻燃、防潮、隔音、不变形、不开裂、强度高等优点，是“ 绿色材料” 的代表[3]86-87。

(三)秸秆制备泥皮护坡材料

将稻草秸秆切碎成一定的长度，加入粘土和水，搅拌均匀，并均匀地铺于边坡坡面上[20]24-30。该泥坡具有很高的紧密度，抗雨水冲刷、抗崩解和开裂的能力较强。以稻草秸秆、小麦秸秆和亚麻为基底，用聚乙烯丝网加工成秸秆草毯，并植入植物种子和营养基料。秸秆草毯应用于公路边坡，具有施肥和浇灌少，植被生长旺盛等特点[21]220-225。

四、秸秆化学改性制备高效吸附剂开发

采用乙酸酐，在催化剂吡啶或二甲基甲酰胺的作用下，对稻草秸秆、小麦秸秆进行化学改性，制成用于溢油污染的吸油剂[22]51-55。这种吸附剂可广泛应用于海洋和河流中防治石油污染。将稻草秸秆烘干、粉碎，加入无水乙醇，加热加压数小时，除去乙醇，烘干制成处理印染废水的吸附剂。该吸附剂具有吸附效果好、成本低等优点[23]57-59。

将苯胺加入盐酸中，搅拌反应，再加入过硫酸铵，反应数小时，抽滤、沉淀和烘干，可制得玉米秸秆/聚苯胺吸附剂。该吸附剂对弱酸性红B染料废水具有较好的处理效果[24]38-41。将小麦秸秆烘干、粉碎，溶于乙醇溶液中，以氢氧化钠作为催化剂，并加入离子改性剂，加热反应数小时，抽滤后真空干燥，可制得两性离子吸附剂。该吸附剂对Pb2+和As5+具有较好的吸附作用[25]210-216。将油菜秸秆烘干粉碎，加入到含有Cr+6的废水中。在酸性条件下，Cr+6的去除率达到90%以上[26]1740-1748。

2019年12月3日，浙江省嘉兴海宁市的一家印染公司污水罐体坍塌。罐体内的大量污水瞬间向厂房内倾泄，造成数十人员伤亡。化工印染企业会产生大量废水，所以要大力开发污水处理吸附剂，及时处理污水，以避免重大事故发生。

五、展 望

我国秸秆资源十分丰富，焚烧秸秆会严重污染空气，全部还田副作用又很大。合理利用秸秆资源，必须加大政策、法规、税费、银行贷款等方面的扶持力度[27]54-56。目前，国内在秸秆复合材料、建筑材料及化学改性高效吸附剂方面有较多研究，并均有一定的应用。各地可根据本地特点，开发适合本地区的秸秆资源化利用技术，特别是在制造高强度秸秆绿色环保板材等方面，可进行深入研究[28]146-147，使秸秆资源化利用更快更好地发展。