论生物质成型机在秸秆畜禽粪污处理中的应用

刘军林¹，刘舰林¹，罗志根²，刘褔元²

（1.新疆西域牧歌农业科技有限公司，新疆石河子832000；2.新疆农垦科学院）

　　摘要：新疆兵团是传统的种植区和养殖区，农业秸秆、畜禽粪污处理压力巨大。在众多处理方式中生物质成型机具有快捷、生态环保和节能的特点，日益受到人们的重视。文章针对制约新疆多功能生物质成型机发展的不利因素进行分析，对国内各种机型进行对比、改进和创新，研发出适宜新疆地区，可以添加添加剂的多功能生物质成型机。该生物质成型机能将农作物秸秆、牛粪等压制成块、条等生物质燃料，以及能将青草、可食性秸秆压制成饲料，也可添加添加剂调节口味和营养，是促进农业废弃物资源利用、养殖业健康可持续发展的一条新途径。

　　0前言

　　新疆的农作物秸秆主要以棉花秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆为主，尤其是棉花种植面积较大。玉米秸秆一般作为青贮饲料或直接粉碎作为牛羊的饲料，棉花秸秆直接还田作为肥料继续使用利用，但是，玉米秸秆作为饲料若不能及时加工，堆放需要很大的空间，而棉花秸秆还田的试验证明，秸秆分解过程中要消耗土壤中的氮肥，并且分解过程缓慢，所以，若将这些秸秆通过生物质成型机压制成生物质块，将能大大节省存放的空间，减少运输的费用，达到其利用效率的最大化。另外，随着新疆的养牛业的迅猛发展，牛的粪污，已经严重地影响到周边环境，污染地下水源，养殖场附近牛粪到处堆积，污水横流，居民怨声载道，同时牛粪又是多种细菌病原体孳生繁殖的源头，对养殖群体有着严重的影响，如不妥善处理，将会严重制约养牛业的健康发展。若用生牛粪做肥料，它会产生热量，消耗土壤氧气，导致烧根烧苗，还对寄生虫的卵、病源微生物起到传播作用。发展沼气工程是解决秸秆、畜禽粪污处理的好方法，而快捷、方便的生物质成型机压块处理模式，也越来越受到人们的重视。

　　农业部最新数据显示，2016年，全国主要农作物秸秆总产量为9.84亿t，秸秆可收集资源量为8.24亿t，利用量为6.70亿t，综合利用率达到81.3%，其中肥料化、饲料化、燃料化、基料化、原料化分别占46.5%、17.9%、11.5%、2.2%、2.5%。可以看出，秸秆由过去的主要用于农村生活能源和牲畜饲料，已拓展到肥料化、饲料化、燃料化、原料化和基料化等利用领域，发展新型多功能生物质成型机已迫在眉睫。

　　1生物质成型机的工作原理及发展方向

　　1.1工作原理

　　生物质成型技术是生物质能的有效利用技术之一，是指在一定的温度与压力作用下，将各类分散的、无一定形状的农林剩余物经加工制成有一定形状、密度较大的各种燃料产品的技术[1]。生物质原料从接料斗进入环模与压轮之间，压轮在主轴的带动下绕主轴公转，同时，在自身与物料之间的摩擦力作用下，绕压轮轴自转，物料在压轮的挤压下进入环模孔，随着挤压力的增加，温度越来越高，秸秆当中的木质素在一定温度下分解，充当着粘结剂的作用，将物料粘结在一起，随着更多的物料进入环模孔，已经成型的压块燃料从环模孔中不断被挤出，在自身重力作用下，折成一定长度的成型燃料，从环模孔出口处落下[2]。公司经过研发设计了一种可以添加添加剂的生物质料斗成型机：其添加剂加料系统由进料控制器、搅拌机、添加剂料斗、均料盘、带圆孔的添加剂料斗底板组成；进料控制器与添加剂料斗相连，均料盘与搅拌机连接，均料盘上有2个四分之一扇形，互为对角，上面安装有圆孔，通过旋转圆孔与带圆孔的添加剂料斗底板形成通道，添加剂料斗底板上的圆孔比均料盘上的圆孔大2~4mm，生物质料斗底板和添加剂料斗底板上都均匀分布着圆孔；添加剂包括煤粉、燃料助剂、催化剂、成型剂、微生物活性菌剂、微量元素和生长调节剂。该生物质成型机能将农作物秸秆、牛粪等压制成块、条等生物质燃料，以及能将青草、可食性秸秆压制成饲料，也可添加添加剂调节口味和营养，是促进农业废弃物资源利用的一个新装备。如图1所示。

　　1.2发展现状

　　我国的生物质成型机生产企业以中小企业为主。生物质成型的设备主要有螺旋挤压式成型机、机械活塞冲压式成型机、环模辊压式和液压活塞冲压式成型机等几种主要类型[3]，从其主要技术指标来看，环模辊压式具有较高的生产率，而且产品成本低，但是技术要求较高，生物质成型机按压块生产技术类型可以分为环模和平模2种成型机。据了解，我国生物质资源丰富，能源化利用潜力大，全国可作为能源利用的农作物秸秆及农产品加工剩余物、林业剩余物和能源作物、生活垃圾与有机废弃物等生物质资源总量每年约4.6亿t标准煤。生物质成型机的发展也十分不平衡，存在南北不平衡，产业成带状聚集，生物质供热在中、小城市和城镇应用空间不断扩大等特点。现阶段，生物质成型机产品制造质量、工艺水平参差不齐。生物质成型机存在设备机组可靠性差、能耗高、设备适应范围小等缺点，由于原料的供应受季节、成本、运输半径等影响，难以满足连续生产的需求，设备只好间歇工作，一年中有多半时间处于闲置状态，导致资源浪费，设备自然损耗严重，增大了设备回收年限。建议同类科研单位与生产企业联合起来，取长补短，抓住机遇，共谋发展，为使生物质成型技术早日产业化，造福社会而共同努力[3]。

　　1.3发展方向

　　生物质成型机的发展方向：秸秆压块、饲料压块、牛粪压块，对生物质进行压缩处理后，可以用作饲草料，也可以用作生物质能源。另外，利用生物质原料制备生物质成型炭是农林废弃物利用的一个重要途径[4]。在环模成型机的产能与能耗计算模型方面，分析结果表明：产率随环模宽度、线速度和开孔率的增大而增加；能耗与物料特性和设备工艺参数有关，在保证物料顺利挤出并稳定成型的前提下，改进模辊材料和加工工艺、选择锥角大且短粗的模孔结构均可降低设备能耗[5]。新疆是传统的畜牧养殖区，牛粪的处理是每一个养殖场都要面临的环保问题，生物质成型机在畜禽粪污处理方面也是具有优势的，也应该成为其发展方向之一。利用牛粪中有机质的可燃性及纤维类的黏结作用，通过与煤的合理配比制成生物质型煤的方法成功解决了牛粪的污染问题，压力、燃烧等试验表明，牛粪生物质型煤能够满足预期的燃烧性能要求，采用牛粪制备生物质型煤不但解决了畜牧业区的环境污染问题，也为当地提供了一种洁净、环保和廉价的燃料，具有显著的社会和经济效益[6]。在饲料压块方面，增加添加剂料斗，改善饲草料体积、口味和营养也是成型机发展的一个方向，它必将为促进秸秆资源化利用，保护环境做出积极的贡献。

　　2影响新疆生物质成型机发展的因素

　　2.1原材料的影响

　　新疆地广人稀，生物质原料的收集、储存、运输、

　　加工等各个环节都需要大量的人力和物力，机械设等运输成本高，造成原材料成本偏高。目前原材料收集等环节没有一个统一的标准和政策支持，造成原材料不好收集，有些人图省事将秸秆一烧了之，有些人漫天要价造成原材料无法收集，制约了生物质成型机的发展。

　　2.2经济性的影响

　　农村对优质能源的需求巨大，采用致密成型技术将秸秆等加工成优质燃料供应给农民，可以大幅度减少农村对其他商品能源的依赖。

　　农民有个适应过程，对于我国尤其是农村成型燃料还是新生事物，农民已经适应了燃烧免费的秸秆，突然对高出秸秆价格2～3倍的成型燃料不能接受。另外，一些经济条件稍好的地方燃煤取暖，因为成型燃料的热值比煤要低，而价格稍微高于煤炭，即便是他们对优势燃料有需求，也不会选择成型燃料。这就要求各级政府从环境效益和社会效益的角度出发，对使用成型燃料的农民给予合理的补贴。

　　与同等热值的油气能源相比，生物质成型燃料具有明显的价格优势，价格相当于燃油的50％~60％，相当于燃气的70％，综合成本与煤基本持平[7]。生物质成型燃料压块也可以开辟供热和发电领域。近年来，生物质成型燃料越来越多地在区域供热、热电联产以及混燃发电系统中使用，用于发电和供热。生物质成型燃料的成本高于煤炭等常规能源，由煤炭等化石燃料进行的电力转化价格比可再生能源低，但电力生产同时造成的环境污染却没有进行成本计算。生物质发电和供热增长速度较快，主要源于政策的支持[8]。另外，一台生物质成型机一般售价在二、三十万元，如果得不到政府的财政补贴，购买人不能尽快收回投资，经济效益差，都会影响生物质成型机的发展。

　　2.3政策的影响

　　新疆地区目前没有专业化的生物质成型机生产企业，产品也没有列入农机补贴目录。各地政府采用了多种办法疏导秸秆、畜禽粪便产生的污染，生物质成型机的出现，为农牧民解决了如何处理废弃物的难题。建议政府给予生物质成型机产业必要的政策扶持：一是将生物质成型机综合利用方案列入当地农业绿色发展战略；二是采取多种优惠政策，加大购置设备补贴力度，加快机械设备的推广使用；三是在全疆范围内组织开展生物质成型机的秸秆、牛粪压块应用、饲料压块应用的推广试验研究，探索出新的废弃物处理的新途径；四是在现有的税收优惠政策基础上加大减免力度，对其压块产品实施免征增值税优惠政策。通过免收过桥过路费、发放物流补贴等，降低秸秆、牛粪等的运输成本；五是政企联动，促进秸秆、畜禽粪便综合利用；鼓励政府、养殖场、饲料厂、生物质成型机厂、科研院所等利用各自优势资源与生物质成型机企业形成互补，实现技术、效益、人才、生物质流等各方良性循环，尽快促进提升农业废弃物综合利用的产业化水平。

　　2.4服务体系的影响

　　新疆现阶段还没有处理秸秆、畜禽粪便污染的相关服务体系，没有生物质成型机的服务体系和产品售后服务体系，制约了新疆农业废弃物综合利用事业的发展。随着新疆农业废弃物综合利用事业的发展，一批采用新技术、新工艺的生物质成型机企业、沼气工程企业和生物有机肥企业的出现，以及国家相关能源环保企业的发展、环保政策、法规的落实和人们对农业废弃物综合利用的重视，创新的新型秸秆、畜禽粪便综合利用服务体系一定会迅速的建立起来。创新的服务体系的建立，对新疆秸秆、畜禽粪便的综合利用、生物质成型机的发展、宣传和引导将起到积极的促进作用。

　　3结论

　　发展新疆农业废弃物资源化利用事业，要引进新技术和新装备，同时也要开拓视野，积极引进吸收国内外环保、可再生能源领域先进的思想、技术和成功模式，把生物质资源综合利用的上下游链条连接起来，形成产业链，实现综合处理和高效利用。发展生物质成型机事业，也离不开政府政策支持，农民种田使用有机肥的支持、秸秆回收的支持和燃煤电厂的支持等等，我们只有用创新的方法和创新的理念，在实现多方共赢的情况下，才能健康可持续发展农业废弃物资源化利用事业。

　　发展新疆农业废弃物资源化利用事业，既可以解决秸秆焚烧导致的环境问题，又可以缓解能源危机，既可以解决牛粪污染问题，也可以解决青贮饲料储存、运输及口味营养等问题，可以说生物质成型机是促进农业废弃物综合利用，实现农业资源多层次、多方位良性循环利用的纽带。推广生物质成型机是促进农业废弃物资源利用、养殖业健康可持续发展的一条新途径。

　　参考文献

　　[1]贾敬敦，马隆龙，蒋丹平，等.生物质能源产业科技创新发展战略[M].北京：化学工业出版社，2014.

　　[2]姚宗路，赵立欣，田宜水，等．立式环模生物质成型机设计与试验[J]．农业机械学报，2013，44（11）：139-143.

　　[3]邱凌．生物质致密成型研究进展[J]．能源技术，1998（3）：57-61．

　　[4]刘石彩，蒋剑春．生物质能源转化技术与应用（Ⅱ）——生物质压缩成型燃料生产技术与设备[J]．生物质化学工程，2007，41（4）：59-63．

　　[5]刘璐，孙姣，张旭，等.环模成型机产率与能耗建模及影响因素分析[J]．太阳能学报，2017，38（12）：3426-3432.

　　[6]张镜.煤与牛粪生物质混合成型的研究[J].洁净煤技术，2012，18（5）：42-44，59．

　　[7]洪浩，叶文虎，宋波，等.中国生物质成型燃料产业化问题及实证研究[J].资源科学，2010，32（11）：2172-2178.

　　[8]霍丽丽，姚宗路，田宜水，等.波兰生物质成型燃料的发展及借鉴[J].可再生能源，2013（12）：130-141.