棉花秸秆生产新型板材在新疆的推广

棉花秸秆生产新型板材在新疆的推广 设计者:徐帅 曲佳钰 指导老师:韩越 (塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆阿拉尔市，843300) 摘要:新疆是中国的主要棉区之一，每年在产出棉花的同时会剩余大量的棉花秸秆，针对如何科学的利用这些棉花秸秆并将其最大资源化，国家和各地政府都加大了对此项目的投入。目前，国内外对棉秆的主要利用方式有粉碎回田作为肥料改善土壤，压块作为民用燃料，发酵作为生产沼气的原料，深加工生产饲料、新型板材以及造纸等，其中部分技术已经相当成熟。结合新疆本对棉花秸秆的处理方法，走出一条适合新疆本地基本情况的发展道路已成为一项急需解决的重大课题。本研究主要是以新疆阿拉尔市为例，针对棉花秸秆利用率低、浪费严重的现状，提出科学合理的发展途径。 通过走访调查阿拉尔周边团场、阿拉尔农业局获得阿拉尔市当地棉秆的处理情况和官方数据，利用网络将国内外对棉花秸秆的利用方式进行汇总得出相关结论。科学利用棉花秸秆可以推进社会主义新农村建设、改善新疆的生态环境、加快新疆经济发展，向可持续发展道路迈进。 综合国内外对棉秆的利用现状及南疆的实际情况得出结论，优先发展棉花秸秆生产无公害新型板材，以棉花秸秆生产饲料、化学加工为辅;对于棉花秸秆粉碎回田及回收采用两年回收一年回田的交替方式处理，是目前处理新疆棉花秸秆最为科学有效的方式。 关键词:新疆; 棉花秸秆; 新型板材; 综合利用; 背景 南疆棉区位于新疆天山以南的塔里木盆地, 是我国最适宜的植棉地区, 也是新疆棉花的主产区和重要的长绒棉生产基地, 其棉花种植面积占农业耕种面积的90%以上, 棉花产量约占新疆棉区产量的80%左右。 近年来，我国经济的快速增长致使资源问题变得空前严峻，中央提出的“循环经济论”是解决此问题的不二之选。中央经济工作会议明确提出，“节约能源、资源是优化经济结构的重要目标，必须坚决扭转高消耗、高污染、低产出的状况。”走出一条具有中国特色的节约型发展道路，是中国经济可持续发展的必然选择。同时，国家对于“保护森林资源”的态度日益坚定，对森林采取限伐、禁伐政策的力度不断加大，从而使板材行业的发展也受到了严重的限制，因此寻求一种新型材料代替天然木材生产板材必将成为板材行业未来发展的必然之选。棉花秸秆可谓是一种“取之不尽，用之不竭”的一种资源，如果以新型棉花秸秆板材取代木质板材，其产生的经济、环境效益是难以估量的。同时新型棉花秸秆板材具有优异的特性，因而深受国内经济发达城市和国外发达国家的青睐。 1. 棉秆的部分特性 1.1 棉秆的主要成分 棉秆主要化学成分为纤维素、半纤维素和木质素, 还含有单宁、果胶素、有机溶剂抽取物( 包括树脂、脂肪、蜡等) 、色素及灰分等少量组分。1比较了棉花秸秆、胡杨的 [1]纤维长度和宽度。 - 1 - 表 1 棉秆与速生杨纤维形态比较 种名 纤维平均长度 中央平均直径/ 长径比 壁腔平均直径/ 单臂平均厚度/ 壁腔比 ,m,m,m 棉秆 1012 22.2 46.4 15.96 3.12 0.39 胡杨 941 22.8 41.2 12.2 5.13 0.86 从表中可以看出棉花秸秆纤维的壁厚腔径比接近或优于速生杨。综合比较可以看出，棉花秸秆的部分特性与一般木材相当。若不能将其科学的利用，将是资源的巨大浪费。 2. 阿拉尔市棉花秸秆处理现状及国内外利用方式 2.1 阿拉尔市概况 阿拉尔市地处天山南麓，塔克拉玛干大沙漠北缘，阿克苏河与和田河、叶尔羌河三河交汇之处的塔里木河上游，这里水土资源充沛，光照时间长，气候宜人，年均气温10.7?,?10?积温4113?,无霜期220天,年日照2900余小时,4-10月平均日照9.5小时,适宜长绒棉、细绒棉栽培。灌溉水源主要引自阿克苏河和塔里木河，已建有多浪、胜利、上游三大平原水库，总水面248.8平方公里，库容5.18亿立方米。阿拉尔市是全国重要的细绒棉和最大的长绒棉生产基地以及新疆特色农副产品转化增值的示范基地。据阿拉尔市农业局提供数据，阿拉尔市棉花种植面积为165万亩;根据有关统计棉秸秆的平均产量为400kg/亩，可知阿拉尔每年可产棉花秸秆66万吨。通过实地走访调查获知对于棉花秸秆的处理方式以粉碎回田为主，只有极少部分作为生活燃料和其他用途，传统的直接焚烧已不再是主要的处理方式了。 2.2 国内外主要利用方式 2.2 .1 棉秆粉碎回田 新疆南疆地区属于典型的荒漠绿洲灌溉农业区, 厩肥等有机肥源不足, 种植绿肥受水制约, 在当前土壤肥力普遍不高的情况下, 棉花单产的提高主要还是依赖化肥。因此本区鼓励棉秆切碎还田, 发展农田生态系统养分的良性循环, 实现蓄水、增温、保墒、肥田和改土，降低化肥依赖程度。目前棉秆还田主要是机械化作业, 在实施过程中出现了几方 [2]面问题: ( 1) 棉秆还田质量不稳定。由于还田机械的刀杆易变钝, 致使切碎的棉秆长 无法起到快速培肥土壤的目的; 而棉度过大, 翻压入土后,腐熟度降低, 不能当年成肥, 根残留在地中, 或者影响春播生产作业, 或者会增加人力拔根的成本消耗。( 2) 棉秆还田与施肥配合亟待科学化。由于棉秆还田, 使化肥追肥量无法准确控制, 追肥过多会降低棉秆还田的功效, 过少又可能降低棉花产量。因此考虑还田棉秆的养分问题和平衡施肥, 今后应该合理控制化肥用量, 建立平衡施肥技术体系。( 3) 棉秆粉碎还田易造成土壤全层污染。由于切碎的棉秆成为病虫的寄生源, 对来年播种的棉子发芽、生长形成危害, 最近研究表明棉秆还田与棉花枯萎病、黄萎病的危害加重之间存在着因果关系。所以对于棉秆最好是部分回田，部分回收。 2.2.2 棉秆作为生活燃料以及发电 作为生活燃料直接燃烧污染环境，不利于新疆生态环境的发展，属于对资源的一种浪费。利用棉花秸秆生产沼气是处理棉花秸秆的一个很好的方式，但是由于新疆的石油、天然气、煤炭等资源丰富且价格相对便宜，同时利用沼气池生产沼气操作过程繁琐、产生的沼气量有限不能满足于家庭的生活的用电、用气。利用棉花秸秆进行生物发电是一个很好的利用方式，但情况与秸秆生产沼气类同，不适于在新疆发展;在南疆推广均有一定的难 - 2 - 度。例如，在调查一个养猪厂时，农户表示之所以建沼气池是因为牲畜粪便没有地方放置，处理不好会污染空气，如果要是考虑以利用沼气为主就不会建沼气池了，建沼气池太麻烦且沼气量太少只能供应几盏灯。因此对于使用棉花秸秆发酵生产沼气而言，人民更加倾向于使用便宜方便的天然资源。 [3]有研究认为，利用棉花秸秆进行火力发电是目前处理新疆棉花秸秆的较好方式。虽然这种方式和传统的火力发电方法相比可以减少有害物质的排放量。但是还是污染严重且集中回收相对不便，加大运输成本。根据表1可以看出利用棉花秸秆去发电就好比是拿优质的木材去发电，无疑是一种对资源的不合理利用，会造成资源的浪费。 2.2.3棉秆的化学加工利用 国外将棉秆用化学法(酸法)和生物法(酶法)做制取葡萄糖的原料，发展精细化工业，生产酒精、干冰、冷冰剂、灭火剂，能抽取20余种氨基酸或生产维生素C、香草醛，用于 [4]食品香精及电镀光亮剂。国内利用棉秆制备木糖和活性炭等。国内山东淄博有机化工厂利用棉秆制备木糖(又名五碳醛糖，其用途是:制造木糖醇的原料;可供糖尿病患者食用;鞣革及燃料工业的重要化工原料)，将粉碎的棉秆预处理，即除去棉秆中少量的单宁、果胶素、狄分、水溶性糖分和租蛋白，然后在无机酸主要是硫酸的作用下，棉秆中的多缩戊糖水解成木糖，再经过脱色、去杂、浓缩结晶、干燥等工艺过程。可制备纯度为98(5,的木糖，有效改善了原有制备方法的技术复杂、生产周期长、产品成本高等缺点，降低了设备投资，有效提高了产品的经济效益。 2.2.4 棉秆生产饲料 以往玉米秆、高粱秆、麦秆等都被制作成饲料，棉秆却较少用于饲料，因棉秆木质化程度高、牲畜适口性差及游离棉酚含量严重超标，用一般技术处理又难以达到饲料， [5]所以弃之不用。但是，饲草料不足一直是困扰农牧区畜牧业发展的主要因素之一。开发新的、更适合本地实际的饲料资源，将棉秆变废为宝显得尤为重要。中科院新疆化学研究所秸秆饲料项目组专家一致认为:棉秆发酵饲科项目技术可行，经济效益明显，符合国家的产业政策，应尽早实施，大范围推广。开发棉秆资源饲畜，已不再是天方夜谭。 2.2.5 棉花秸秆生产新型板材概况 目前，在山东、河南等地针对利用棉花秸秆生产新型板材的技术已经相当成熟，并且已经获得了非常好的经济效益。生产出的新型棉秸秆板材主要销往北京、上海 、日本、新加坡等发达的地方，并深受这些地方的青睐。在棉花秸秆回收方面，秸秆回收机可将棉秆直接粉碎、压块、抛送装车，相关技术已经非常成熟，能够将棉花秸秆很好的回收利用;农民也希望将棉秆售出进行回收利用，将其最大资源化，并且从中获得一部分的收入。 3. 棉花秸秆板材的生产 3.1 新型板材生产工序 以棉花秸秆为原料，经粉碎、制备、上胶、干燥、铺装、预压、切割、热压、砂光等一系列物理工序，能够制成纤维板、刨花板、防火板、 胶合板等多种板材。由于新疆光照时间长、强度高、温差大等因素，导致新疆棉花秸秆中含糖量高。含糖量高容易使虫蛀，不利于板材的耐久性;针对这一问题可以采用秸秆脱糖技术对秸秆进行深加工处理，利用其中的糖分生产木糖醇。 3.2新型板材的特点 - 3 - 传统木门具有多种弊端，在木芯板、三夹板中含有大量脲醛树脂等有害化工原料，释放出甲醛、苯、氨等有害气体，极易给室内装修造成污染。同时由于木材本身的局限性，制成的门在使用中经常会出现发霉、变形的现象。秸秆板材，不含任何有害成分，其材料质轻如木、坚韧如石，可钉、可锯、可粘、可刨;防火、耐油、耐水、耐腐蚀、隔热、隔音、不老化、不变形、不发黑、防鼠咬虫蛀、经久耐用。秸秆板材系列产品，经国家权威部门最新检测，各项性能指标十分优越，已达到国际先进水平。 高强度环保秸秆板制作采用胶粘剂MDI，不含甲醛，防水性能好，吸水膨胀率很低，胶粘剂用量仅3%，无须添加防水剂;秸秆基材板引进英国COMPAK系统的先进技术，不使用传统的脲醛胶，而是使用不会产生游离甲醛的MDI胶，并且成功地将MDI施胶量控制在3%左右，从而大大降低了产品的生产成本，完全符合绿色环保要求，广泛用于建筑、装潢、家具、工艺品、家电外壳和容器制造等方面。 4. 新型板材市场及分析 4.1各种板材使用量 中国人造板总体市场需求快速上升，市场潜力巨大。这为高强度环保均质板材市场的发展创造了巨大的发展空间。据有关数据绘得下图 中国人造板国内需求预测图1 3单位:万m 3000 2500 刨花板 中密度纤维板2000 其他板材 1500 秸秆纤维板 1000 500 0 1998年2000年2004年2005年2010年 在上图中，刨花板和密度纤维板在2005年后的虚线为随着秸秆板销售额的上升，而出现替代效应后的新的市场预测线。从图中可以看出，目前新型板材所占市场份额少，但其市场前景广阔，应大力发展秸秆板材。如果用秸秆板材将以上几种板材替代，将会取得巨大的综合效益。 - 4 - 5. 产生的效益以阿拉尔市为例 以200元/亩(根据秸秆亩产量及对农户调查得出)的价格收购棉花秸秆，则直接经济价值为3.3亿元;调查中发现，每户村民平均有80亩地;经计算，每户村民的收入可提高16000元。若以在阿拉尔市投资秸秆板材厂为例，阿拉尔位于塔河流域有丰富的水资源能够满足一定的工业用水，在此建厂也具有可行性;不仅可以增加就业人数、提高经济发展，而且可以满足南疆大开发的板材需求，能间接的改善阿拉尔市的生态环境。 综合效益 科学利用棉花秸秆可以提高新疆各族群众生活水平、增加农民的收入、推进社会主义新农村建设，是在2020年之前实现新疆全面小康社会的重要一步。目前，新疆正是高速发展时期，各地都在大兴土木，新型板材正好能满足这巨大的市场需求。整个西部的生态环境脆弱，棉花秆的利用将有效地减少树木的砍伐量，保护绿地面积，改善生态环境。这将是发展新疆循环经济的有利一步;是实现新疆经济跨越发展的重要一步，这将会推动整个国家对新型板材的开发和利用的进程。 结论: 综合国内外对棉花秸秆的利用现状及南疆的实际情况得出结论，优先发展棉花秸秆生产无公害新型板材，以棉花秸秆生产饲料、化学加工为辅;对于棉花秸秆粉碎回田及回收采用两年回收一年回田的交替方式处理，是目前处理新疆棉花秸秆最为科学有效的方式。当地政府应抓住国家大力发展新疆及建设喀什经济特区的背景下，加大招商引资的力度，引进具有实力企业到新疆投资。 参考文献 [1] 韩芹芹.棉秆循环利用理论模式探讨.农业与资源环境. 中国农学通报第24 卷第11 期2008 年11 月 [2] 吴杰. 新疆棉花秸秆综合利用现状探讨[J] . 中国棉花. 2005, 33(2) : 9-11. [3] 韩芹芹, 杨跃辉, 姜逢清等.新疆棉秆循环经济利用的适宜模式探讨( [4] 郭学阳(棉秆制备木糖的生产技术【J】(河南化工，1990，(8):17,20( [5] 魏敏，雒秋江，潘榕，李春兰(对棉花秸秆饲用价值的基本评价【J】(新疆农业 大学学报，2003，26(11:l,4( [6] 国家发展和改革委员会、中国人民银行、中国银行业监督管理委员会、中国证券监督 管理委员会文件 .关于支持循环经济发展的投融资政策意见的通知. [7] 我国秸秆资源的利用现状及其综合利用前景 山东大学威海分校 郑凤英 张英珊 2007.1 说明:以上资料均是在CNKI中检索文献 - 5 -