[科普中国]-农业废料

大部份农作物残体都被利用，所以其弃置一般不会造成污染；但动物便溺则往往被直接冲进水道中，成为一个主要的污染来源，对河流的影响尤大。此外。耕种用的农药和肥料可能滤进泥土中，然後进入河流和海洋，造成水污染。

处理方法水土保持局为了保护环境,在处理农业废料上曾对农、牧场主,食品加工厂和城乡人民进行技术指导.并帮助订计划,设计出处理动物粪肥和处理污水的一套废料装备系统.同时还通过耕种,帮助城乡居民充分利用周围环境回收各种废料。

生物质热解气化植物类固体燃料在缺氧条件下热解产生以一氧化碳(CO)为主要成分的可燃气体。这种气体燃料输送方便，燃烧充分，控制灵活，能扩大可燃生物质燃料的应用范围。

发展概况20世纪20年代末，德国首先利用煤和木炭气化，继而采用木柴气化。第二次世界大战中制取煤气代替石油驱动车辆。战后由于大量开采石油使气化技术停滞不前。直到1973年石油危机，发达国家为寻求代用能源，再次研究生物质的气化技术，并较多地考虑利用农林业加工后的废异物，如锯木屑、稻壳、玉米芯等以扩大能源的来源，同时能减轻废弃物对环境的污染。美国利用农业废弃物和城镇垃圾作原料，气化后用于烘干作业和发电。瑞典、比利时、澳大利亚等一些生产木材较多的国家，利用加工木材后的废弃物进行气化以驱动车辆或用于发电。中国在抗日战争时期，由于燃油短缺，曾利用木柴和木炭气化以驱动车辆。80年代初中国开始研制新一代的气化装置用于燃烧农业废料，现已制有能输出2万、5万、15万和60万千卡/时的煤气发生炉。

燃烧器的结构:

形式生物质热解气化过程是在同一个燃烧器里完成的，分氧化、还原、干馏、干燥四个阶段。根据流入空气和流出可燃气(通常称为煤气)的方向，有上吸式、下吸式和平吸式煤气发生炉三种结构形式(见图)。

上吸式煤气发生炉燃料由顶部装入炉内，使之停留在炉篦上，由炉篦下引入空气，点火燃烧。由于空气充足，燃料氧化生成二氧化碳(CO2)，并释放出热量Q1，此阶段谓之氧化阶段，其反应式为：

C+O2→CO2+405.899千焦/摩

此热流气体向上运动，二氧化碳和上层燃料碳接触，在缺空气条件下，吸入热量Q2还原成一氧化碳(CO)，谓之还原阶段，其反应式为：

C+CO2→2CO-164.453千焦/摩

当放热率大于吸热率，气化过程便能正常稳定进行。在氧化阶段中，燃烧温度可达1200～1500℃。还原阶段温度降至700～900℃。热气体继续上流，燃烧中的挥发质和焦油被分离，形成焦炭，这就是干馏阶段，温度在300～700℃间。最上层的物料在低于300℃热流体的温度下，水分被蒸发，这就是干燥阶段。一氧化碳同挥发气、水蒸气和空气中的氮气一齐由上部流出。这一煤气的热值约为4163.7千焦/米(≈995千卡/米)。为提高单位容积煤气的热值，可在进入空气中加一定量的水，水蒸气和灼热的燃料接触，可产生一部分热值较高的氢气。此时煤气的热值约为5104.7千焦/米(1219.5千卡/米)。

燃料中的焦油易被高温氧化区分解，燃料中的水分亦可参加反应形成氢，可随时打开炉盖添加燃料，空气便于调节，燃烧稳定。烟气中焦油含量少，但灰分高于上吸式，流出煤气的温度较高。燃料的适应性范围大，因而适用于一般的生物质，是采用较多的一种炉型。平吸式煤气发生炉进入空气和流出的煤气在同一水平位置上。燃烧快，炉温高，煤气温度也高，将超过灰分熔点，易产生结渣。还原区容积小，还原成CO的量也随之减少。适用于燃烧含焦油和灰分少的焦炭、木炭等燃料。

经热解气化而得到的煤气中仍含有少量焦油，因此用煤气作发动机燃料时，须经净化。煤气是一种有毒气体，易爆炸，使用中需注意安全。1

化学方法植物原料所含聚糖在催化剂与水的作用下水解成单糖的解聚过程。用于水解生产的主要植物纤维原料为森林采伐剩余物、木材加工废料和农业废料。20世纪60年代以前，水解科研及生产系以木质原料为主，当时常用“木材水解”一词。水解工业是以植物纤维为原料通过水解获得单糖等中间产物，再经生物化学或化学加工转换成一系列有机化工产品及蛋白饲料等产品的化工生产部门。

原料

木质原料有等外材、梢头木、木片、刨花、板皮、板条及木屑等。林产品工业领域中的废渣废液，如栲胶渣、纤维板生产废水，也不同程度地用于水解生产，硫酸盐法预水解液也有用于水解生产的。制浆生产中的亚硫酸盐法纸浆废液，作为含糖水解液早已在全球范围内大量用作发酵原料。农业废料有玉米芯、甘蔗渣、燕麦壳、棉籽壳、稻壳以及玉米秆、麦秆等。据估计80年代全世界每年用于水解生产的原料约700万吨，林业原料及农业原料各占一半。

产品

水解生产的产品主要有酵母、糠醛、酒精(乙醇)、木糖醇、木糖、饲料糖浆、木质素植物刺激素、木质素植物生长刺激肥料、木质素活性炭等。由水解产品经再加工可形成大量二次产品及系列产品。例如糠醛除了本身可作为产品直接应用外，还是呋喃化工系列产品(包括呋喃类药物)的基本原料。按80年代末期统计数字，全球由植物纤维原料直接生产的饲料酵母每年在45万吨以上(未包括由制浆废液等工业废水生产的产品)，糠醛及酒精的年产量分别为25万吨及12万吨左右。

水解厂副产品的种类与所选择的主产品种类及水解工艺有关。如采用稀酸渗滤水解法生产酒精时，可得副产品糠醛、酵母、石膏、液体二氧化碳、干冰等。生产结晶木糖醇或结晶木糖时，可同时得到饲料酵母或饲料糖浆。醋酸及醋酸盐是糠醛生产的副产品。

水解

所得单糖中，属于己糖的除葡萄糖外，尚有甘露糖及半乳糖，戊糖为木糖及阿拉伯糖。在高温酸水解条件下，单糖将进一步发生分解。已得到生产应用和正处于研究开发中的水解方法主要有以下几个：稀硫酸高温渗滤水解法 简称渗滤水解法。是国际上目前大规模工业生产酵母和酒精唯一应用的一种水解方法。水解时由水解器顶部向器内连续泵入高温稀酸溶液，使其透过(渗滤)水解物料层及时地将已水解出的单糖液(水解液)排出反应空间，以减少糖的分解，获得高的得糖率。半纤维素、纤维素的水解速度及其水解出的单糖的分解速度均相差甚远，植物纤维原料的形态在水解过程中变化很大，这些因素要求水解温度要由低(175℃)向高(190℃)逐渐升温，且要严格控制渗透速度。水解时，硫酸浓度为0.5～0.8%，水解液比(水解液采出量与干基原料重量比)为14左右。渗滤法水解生产工艺包括原料制备(粗大原料削片、粉碎)、水解、水解液中和、澄清等基本工序。

能源资源能够提供某种形式能量的、处于自然储存状态的物质。能源资源的多少，一般用储量来表示。中国是一个能源资源比较丰富的国家。煤炭资源仅次于苏联和美国，居世界第3位。煤炭理论蕴藏量为15，000亿吨，至1982年，已探明的煤炭保有储量为7，000亿吨。中国水力资源的理论蕴藏量为6.8亿千瓦，居世界首位。目前已开发的水力资源，仅占可开发蕴藏量的4%左右。中国石油地质储量估计达到300～500亿吨，目前已探明的储量累计有70多亿吨。天燃气有5，000亿立方米。

农村能源资源 中国农村能源资源能够开发利用的有：

①薪炭林。中国森林资源中薪炭林面积约为5，400万亩，估计年产薪炭柴430亿斤，折标准煤1.2亿吨，它是农村能源构成中的主要部分。

②生物质能。农作物秸杆、木材废料、树皮、杂草等和人畜粪便等非常丰富。这些有机物经过高温(摄氏35～40度)无氧发酵提取沼气。目前农村生物质能利用甚低，直接燃烧掉的农业废料，估计折合标准煤约2.7亿吨。

③小水电资源。农村的小水电资源十分丰富，可达1万千瓦以下的小水电站9，052座，年发电可达649亿度，占中国水力资源的33%。④零星煤炭资源： 中国零星煤炭资源可达10，038万吨，折标准煤7，170万吨。

⑤太阳能资源： 中国国土上的太阳能资源平均每年有相当于2千亿吨标准燃料的能量。中国西部地区，主要包括西藏、青海、四川西部、云贵地区，是中国辐射资源最丰富的地区。其它地区也比较丰富。

⑥风能资源： 东南沿海及其岛屿、华东、华北沿海风力资源较丰富，年平均风速达6～7米/秒，西北地区地势较高，风速较大，年平均风速4米/秒以上。西南多山地区，一些山区风口，风速大，风向稳定。一小风口如同一座小煤窑。以上这些农村能源资源均可供乡镇企业开发利用。2

农业废料利用沼气各种有机物质在一定的温度、湿度、酸碱度及空气隔绝条件下，经过微生物发酵分解作用所产生的一种可燃气体。沼气分为天然沼气和人工沼气。人工沼气是用秸杆、粪便、水等物质，经过低温或中温发酵制成，属二次能源。沼气是生物质能的一种利用方法，其原料来源很广，如城市有机垃圾、畜粪、农作物的秸杆以及农业废料均可用于沼气生产。在美国，已开始用城市污水或有机垃圾作原料生产沼气。沼气的用途，一是用作燃料。沼气是有机物在厌氧条件下，通过微生物的作用转化而成的可燃气体，这可用于生活炉灶、锅炉、内燃机动力和发电及沼气灯等。据测算，一个五口之家的农户，建一个10立方米的沼气池，可取得相当于792公斤原煤的热能。二是用作化工原料。如用沼气可制取一氯甲烷、二氯甲烷及合成氨、碳黑等。从能量利用的角度看，发展沼气是综合利用生物质能的最好途径之一，是解决农村能源问题的良好选择。3

甲基燃料一种包 含甲醇(CH3OH)、乙醇(C2H5OH) 和丙醇(C3H7OH)的醇类混合物燃 料。可从木材、农业废料或城市垃 圾中制得。燃烧时火焰清亮，不排 放硫氧化物或微粒，不污染空气。在室温下为液体，易于运输和贮存，适 用于采暖、发电和交通运输等部门。 内燃机不经改装即可使用含量高达 30%的甲基燃料混合物，在降低排 放物的同时，可节省燃料10%，加速 度提高7%。甲基燃料也可用于稍 加改装的内燃机和电厂锅炉。由于 目前价格比较昂贵和供应问题尚待 进一步解决，故使用范围受到一定 限制。4

农业废料生产酒精传统以玉米、薯干等粮食为原料生产工业用酒精，既耗用大量粮食又受到一定限制。利用农业废料如稻谷、 玉米秆、玉米芯、棉籽壳、向日葵残渣、甘蔗渣等制取酒精的方法，可为农副产品广开利用途径。

工艺流程

原料→洗涤水解→蒸煮→软化→糖化发酵→蒸馏→成品

洗涤水解

先将原料用水彻底洗涤干净， 除去泥沙、石块等杂物(质)，然后沥干水分。 经粉碎机碎成 1~2 厘米大小的原料， 然后入水泥池或缸中，用清水浸泡7天左右，使原料进行水解，有条件者可向池中通入蒸气，以加速解。

蒸煮软化

将浸泡水解好的原料捞出移入大锅中蒸煮，装料量占铁锅体积的 1/3 为宜，加 入 清 水，水 面 离 锅 沿 15 厘 米，随 即 向锅内徐徐注入浓硝酸， 使锅内溶液达到pH 值 5 即可。 然后紧盖锅盖加热煮沸，保持温度在 105℃以上， 煮沸小时后，向锅内加氧化钙，调整锅内溶液至 pH 值为5 即可，将熟料捞出。

糖化发酵

将捞出的熟料摊在水泥地上， 待温度降至 50℃左右时，拌入酒曲糖化发酵。把一般酒曲磨碎，用水调成浆状，按熟料与酒曲 100︰1 的比例， 充分搅拌均匀，然后入发酵池 (大锅中的剩余溶液一并加入)，保持发酵 30~35℃，经 5 天左右完成糖化发酵。

蒸馏取酒

将完成糖化发酵的料， 移入蒸馏器进行加热蒸馏， 其方法同一般酿制白酒的方法一样。 然后从蒸馏管中收集馏液，即为含乙醇 50%~60%的酒精。

5.杀菌：采用湿热杀菌法（沸水灭菌）对羊肉酱进行后杀菌。 当瓶装或袋装羊肉酱灌装后，趁热杀菌。 先将杀菌锅中的水升温到 50~60℃，把刚灌装后的产品放入杀菌锅内， 加热至锅内水沸计算杀菌时间：120 毫升瓶装酱杀 菌 25 分 钟，260毫升瓶装酱杀菌 40 分钟，17×11.8 厘米、21×15.8 厘 米、32×17.8 厘米蒸煮袋杀菌时间分别为 20、30、40 分钟。

6.冷却：羊肉酱经杀菌后，从杀菌锅中 取 出。 瓶装酱在室温下自然冷却到37℃。 袋装酱可用凉水快速冷却至室温。

7. 检验： 经冷却后的羊肉酱在常温（20~30℃）下保存3天，剔出胀盖，胀袋或有异味的不合格品。

8.贴标、装箱、入库：经检验合格的产品，将瓶、袋擦干净后，贴上产品标签，装箱入库。 库温稳定在 20~25℃。羊肉酱加工工艺简单，技术先进实用。 全过程能实现机械化操作，主要工艺参数容易控制，产品质量有保证。工艺涉及的设备不多，容易操作，投资少，见效快，效益好。生产原料来源广，生产季节不受限制，生产规模可自由调整。 因此，该项技术非常适用于各种规模的肉类食品加工企业。5