CN112726266A - 一种处理秸秆的方法以及通过该方法获得的纸浆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理秸秆的方法以及通过该方法获得的纸浆，本发明的处理秸秆的方法包括：步骤1，将干燥的秸秆粉碎成颗粒，将颗粒过筛，除去粉尘；步骤2，将颗粒在复合微生物发酵液存在下堆积发酵；步骤3，将发酵后的产物进行磨浆，获得浆液；步骤4，挤压浆液，使纸浆和废液分离并分别收集纸浆和废液。采用本发明的方法处理秸秆，能减少化学制备纸浆工艺中的污染，实现纸浆废液的资源化利用。

Description

一种处理秸秆的方法以及通过该方法获得的纸浆
技术领域
本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种处理秸秆的方法以及通过该方法获得的纸浆。
背景技术
我国是一个农业大国，每年产生约7亿吨农作物秸秆(干物质)，加之我国木材资源短缺，所以全国大部分原浆造纸企业都采用禾草和秸秆原料制浆造纸。
然而，我国传统的麦草制浆过程多采用化学工艺，使用氢氧化钠、亚硫酸钠等钠碱蒸煮麦草，产生的黑液碱性强、泡沫多、耗氧多。不仅对水质环境和生态环境会造成严重的污染，而且限制了黑液中大量木素、腐殖酸等有机质的回收利用，浪费了大量的有机质资源。
因此，将秸秆发酵处理，进而获得纸浆，再将纸浆废液无害化处理，对于减少传统制浆过程中的污染意义重大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种处理秸秆的方法以及通过该方法获得的纸浆，减少化学制备纸浆工艺中的污染。
本发明提供一种处理秸秆的方法，其包括以下步骤：
步骤1，将干燥的秸秆粉碎成颗粒，将所述颗粒过筛除去粉尘；
步骤2，将所述颗粒在复合微生物发酵液存在下堆积发酵；
步骤3，将发酵后的产物进行磨浆，获得浆液；
步骤4，挤压所述浆液，使纸浆和废液分离并分别收集纸浆和废液。
优选地，在所述步骤2中的发酵物料温度≥45℃之后，再连续发酵5-45天，发酵期间按预定时间将所述发酵物料进行翻抛，当所述发酵物料的pH≤6.4时，发酵结束。
优选地，所述复合微生物发酵液中包含乳酸、醋酸、琥珀酸和苹果酸。
优选地，在所述复合微生物发酵液中，所述乳酸的质量百分浓度为1.2-2.0％，所述醋酸的质量百分浓度为0.1-0.2％，所述琥珀酸的质量百分浓度为0.01-0.02％，所述苹果酸的质量百分浓度为0.005-0.01％。
优选地，所述复合微生物发酵液是通过将复合微生物、糖蜜、尿素和清水混合均匀，然后在4-35℃的温度下兼氧发酵10小时以上制备而成的。
优选地，所述复合微生物包括按重量计的植物乳杆菌45-97份，酿酒酵母2-15份，枯草芽孢杆菌1-40份。
优选地，所述步骤2中的发酵物料的水分含量为35-85％。
优选地，还包括步骤5，调节所述废液的碳氮比，然后向所述废液中添加生物肥料发酵菌种，混合均匀后发酵制得生物肥料。
本发明还提供一种纸浆，所述纸浆是通过上述的处理秸秆的方法获得的。
优选地，所述纸浆的水分含量为30-50％。
采用本发明的方法处理秸秆，能减少化学制备纸浆工艺中的污染，实现纸浆废液的资源化利用。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但是应当理解，实施例仅是示例性的，不对本发明的范围构成限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
在下文的描述中，所涉及的方法如无特别说明，则均为本领域的常规方法。所涉及的原料如无特别说明，则均是能从公开商业途径获得的原料。
本发明是利用微生物发酵方法处理秸秆，从而将秸秆分解转化为造纸的纸浆，同时将纸浆制备过程产生的废液制备成生物肥料。采用本发明的方法处理秸秆，能减少化学制备纸浆工艺中的污染，实现纸浆废液的资源化利用。
在本发明的一个具体实施方式中，处理秸秆的方法主要包括以下步骤：1)预处理秸秆；2)发酵秸秆；3)磨浆；4)挤压制浆。
在预处理秸秆的步骤1)，先将秸秆干燥，然后将秸秆粉碎成颗粒，再将秸秆颗粒过筛，去掉其中的粉尘杂质。秸秆优选为麦秸、水稻秸秆、芦苇秸秆中的任意一种、两种或多种的组合。秸秆颗粒优选为长条状，其长度优选为1-5cm，。
在发酵秸秆的步骤2)，向秸秆颗粒上喷洒复合微生物发酵液，然后搅拌混合，两者按照重量计的配比优选为秸秆颗粒15-70份和复合微生物发酵液0.1-5份，两种物料混合均匀后再用清水将物料的水分含量调整为35-85％，最后将混合物料堆积发酵。混合物料优选投放入发酵池内，也可以采用发酵仓、发酵罐等设备。当物料温度≥45℃之后，再连续发酵5-45天，发酵期间按照预定时间将发酵物料进行翻抛，优选每隔3-5天进行一次翻抛，进一步优选每隔5天进行一次翻抛。当发酵物料的pH值在3.3-6.4范围内时，发酵结束。在整个发酵过程中，每天向发酵物料表层喷淋少量水，以使发酵物料水分含量保持在35-85％范围内。同时，注意观察秸秆的色泽变化，去除发霉变质、色泽发灰的秸秆，保留金黄色的秸秆。
在磨浆的步骤3)，将秸秆发酵产物采用磨浆机进行初次磨浆，同时用清水降温，然后将初次的浆液进行第二次磨浆，得到最后的浆液。
在挤压制浆的步骤4)，对步骤3)得到的浆液进行挤压以去除多余的水分，使纸浆和废液分离，并且分别收集纸浆和废液。纸浆的水分含量优选为30-50％。
上述步骤2)中的复合微生物发酵液可以自行制备。先将复合微生物、糖蜜和/或红糖、尿素和清水组成的原料混合均匀，然后在4-35℃的温度下兼氧发酵10小时以上，得到复合微生物发酵液。该发酵液的pH值在3.0-4.2的范围内，并且发酵液中含有乳酸、醋酸、琥珀酸和苹果酸，四种有机酸在发酵液中的质量百分浓度分别为乳酸1.2-2.0％、醋酸0.1-0.2％、琥珀酸0.01-0.02％、苹果酸0.005-0.01％。
在上述复合微生物发酵液的原料中，复合微生物的质量百分含量优选为2-5％，糖蜜和/或红糖的质量百分含量优选为1-7％，尿素的质量百分含量优选为0.1-1％。其中的复合微生物由植物乳杆菌菌液、酿酒酵母菌液和枯草芽孢杆菌菌液按照重量计的配比关系复配而成，优选植物乳杆菌菌液45-97份，酿酒酵母菌液2-15份，枯草芽孢杆菌菌液1-40份。三种菌液的含菌量分别为：植物乳杆菌的含菌量≥3.0×1011cfu/mL，酿酒酵母的含菌量≥4.0×108cfu/mL，枯草芽孢杆菌的含菌量≥2.0×109cfu/mL。
在本发明的另一个具体实施方式中，处理秸秆的方法还包括废液的处理步骤，向步骤4)收集的废液中添加氮肥调节废液的碳氮比为20:1-30:1，然后向废液中添加生物肥料发酵菌种，混合均匀后将废液在4-37℃的温度下进行发酵，当发酵液的pH值≤6.5范围内时，结束发酵，得到生物肥料。其中的生物肥料发酵菌种优选与步骤1)中的复合微生物组成相同的菌种，氮肥优选为硫酸铵、尿素、碳酸氢铵、氯化铵中的任意一种、两种或多种的组合。
为了帮助更好地理解本发明的技术方案，以下提供实施例，说明采用本发明的方法处理秸秆的过程。
实施例一
本实施例对麦秸进行发酵处理，同时得到了造纸纸浆和生物肥料，具体的过程包括以下步骤：
1)先将复合微生物、玉米糖蜜、尿素和清水组成的原料混合均匀，然后在4-35℃的温度下，兼氧发酵10小时，得到复合微生物发酵液。该发酵液的pH值为4.2，并且发酵液中含有乳酸、醋酸、琥珀酸和苹果酸，四种有机酸在发酵液中的质量百分浓度分别为乳酸1.2％、醋酸0.1％、琥珀酸0.02％、苹果酸0.01％。在该发酵液的原料中，复合微生物的质量百分含量为2％，玉米糖蜜的质量百分含量为1％，尿素的质量百分含量为0.1％。其中的复合微生物由按照重量计的45份植物乳杆菌菌液、15份酿酒酵母菌液和40份枯草芽孢杆菌菌液复配而成。三种菌液的含菌量分别为：植物乳杆菌的含菌量≥3.0×1011cfu/mL，酿酒酵母的含菌量≥4.0×108cfu/mL，枯草芽孢杆菌的含菌量≥2.0×109cfu/mL。
2)选取颜色金黄，无霉变的麦秸，然后将麦秸晒干，再将麦秸粉碎成长度为1-3cm的长条状颗粒，将麦秸颗粒过筛，去掉其中的粉尘杂质。
3)向发酵池中添加按重量计的15份麦秸颗粒和0.1份复合微生物发酵液，然后搅拌混合均匀，再加入清水调整混合物料的水分含量为35％。然后将混合物料堆积发酵，每天用清水喷淋物料表面，保持物料水分含量为35％，当物料温度≥45℃之后，再连续发酵5天，同时，将发酵物料翻抛一次，测定发酵物料的pH值为6.4，发酵结束。发酵过程中注意观察秸秆的色泽变化，去除发霉变质、色泽发灰的秸秆，保留金黄色的秸秆。
4)将秸秆发酵产物采用磨浆机进行初次磨浆，同时用清水降温，然后将初次的浆液进行第二次磨浆，得到最后的浆液。
5)对步骤4)得到的浆液进行挤压，去除多余的水分，收集得到水分含量为30％的纸浆，同时收集挤压产生的废液。
6)向收集的废液中添加硫酸铵，调节废液的碳氮比为20:1，再按照质量百分含量2％的量向废液中添加与步骤1)中的复合微生物组成相同的菌种，混合均匀后，在4-37℃的温度下发酵，当发酵液的pH值≤6.5时，结束发酵，得到生物肥料。
实施例二
本实施例对水稻秸秆进行发酵处理，同时得到了造纸纸浆和生物肥料，具体的过程包括以下步骤：
1)先将复合微生物、红糖、尿素和清水组成的原料混合均匀，然后在4-35℃的温度下，兼氧发酵15小时，得到复合微生物发酵液。该发酵液的pH值为3.6，并且发酵液中含有乳酸、醋酸、琥珀酸和苹果酸，四种有机酸在发酵液中的质量百分浓度分别为乳酸1.4％、醋酸0.13％、琥珀酸0.016％、苹果酸0.008％。在该发酵液的原料中，复合微生物的质量百分含量为3％，红糖的质量百分含量为3％，尿素的质量百分含量为0.04％。其中的复合微生物由按照重量计的60份植物乳杆菌菌液、9份酿酒酵母菌液和31份枯草芽孢杆菌菌液复配而成。三种菌液的含菌量分别为：植物乳杆菌的含菌量≥3.0×1011cfu/mL，酿酒酵母的含菌量≥4.0×108cfu/mL，枯草芽孢杆菌的含菌量≥2.0×109cfu/mL。
2)选取颜色金黄，无霉变的水稻秸秆，然后将水稻秸秆晒干，再将水稻秸秆粉碎成长度为2-4cm的长条状颗粒，将水稻秸秆颗粒过筛，去掉其中的粉尘杂质。
3)向发酵池中添加按重量计的35份水稻秸秆颗粒和2.0份复合微生物发酵液，然后搅拌混合均匀，再加入清水调整混合物料的水分含量为50％。然后将混合物料堆积发酵，每天用清水喷淋物料表面，保持物料水分含量为50％，当物料温度≥45℃之后，再连续发酵15天，同时，每隔3天将发酵物料翻抛一次，测定发酵物料的pH值为6.0，发酵结束。发酵过程中注意观察秸秆的色泽变化，去除发霉变质、色泽发灰的秸秆，保留金黄色的秸秆。
4)将秸秆发酵产物采用磨浆机进行初次磨浆，同时用清水降温，然后将初次的浆液进行第二次磨浆，得到最后的浆液。
5)对步骤4)得到的浆液进行挤压，去除多余的水分，收集得到水分含量为35％的纸浆，同时收集挤压产生的废液。
6)向收集的废液中添加碳酸氢铵，调节废液的碳氮比为23:1，再按照质量百分含量3％的量向废液中添加与步骤1)中的复合微生物组成相同的菌种，混合均匀后，在4-37℃的温度下发酵，当发酵液的pH值≤6.0时，结束发酵，得到微生物肥料。
实施例三
本实施例对芦苇秸秆进行发酵处理，同时得到了造纸纸浆和生物肥料，具体的过程包括以下步骤：
1)先将复合微生物、甜菜糖蜜、尿素和清水组成的原料混合均匀，然后在4-35℃的温度下，兼氧发酵18小时，得到复合微生物发酵液。该发酵液的pH值为3.4，并且发酵液中含有乳酸、醋酸、琥珀酸和苹果酸，四种有机酸在发酵液中的质量百分浓度分别为乳酸1.7％、醋酸0.16％、琥珀酸0.012％、苹果酸0.006％。在该发酵液的原料中，复合微生物的质量百分含量为4％，甜菜糖蜜的质量百分含量为5％，尿素的质量百分含量为0.07％。其中的复合微生物由按照重量计的80份植物乳杆菌菌液、4份酿酒酵母菌液和16份枯草芽孢杆菌菌液复配而成。三种菌液的含菌量分别为：植物乳杆菌的含菌量≥3.0×1011cfu/mL，酿酒酵母的含菌量≥4.0×108cfu/mL，枯草芽孢杆菌的含菌量≥2.0×109cfu/mL。
2)选取颜色金黄，无霉变的芦苇秸秆，然后将芦苇秸秆晒干，再将芦苇秸秆粉碎成长度为3-5cm的长条状颗粒，将芦苇秸秆颗粒过筛，去掉其中的粉尘杂质。
3)向发酵池中添加按重量计的55份芦苇秸秆颗粒和4.0份复合微生物发酵液，然后搅拌混合均匀，再加入清水调整混合物料的水分含量为65％。然后将混合物料堆积发酵，每天用清水喷淋物料表面，保持物料水分含量为65％，当物料温度≥45℃之后，再连续发酵32天，同时，每隔4天将发酵物料翻抛一次，测定发酵物料的pH值为4.5，发酵结束。发酵过程中注意观察秸秆的色泽变化，去除发霉变质、色泽发灰的秸秆，保留金黄色的秸秆。
4)将秸秆发酵产物采用磨浆机进行初次磨浆，同时用清水降温，然后将初次的浆液进行第二次磨浆，得到最后的浆液。
5)对步骤4)得到的浆液进行挤压，去除多余的水分，收集得到水分含量为40％的纸浆，同时收集挤压产生的废液。
6)向收集的废液中添加尿素，调节废液的碳氮比为26:1，再按照质量百分含量4％的量向废液中添加与步骤1)中的复合微生物组成相同的菌种，混合均匀后，在4-37℃的温度下发酵，当发酵液的pH值≤5.5时，结束发酵，得到生物肥料。
实施例四
本实施例对麦秸和水稻秸秆的混合物进行发酵处理，同时得到了造纸纸浆和生物肥料，具体的过程包括以下步骤：
1)先将复合微生物、甘蔗糖蜜、尿素和清水组成的原料混合均匀，然后在4-35℃的温度下，兼氧发酵13小时，得到复合微生物发酵液。该发酵液的pH值为3.0，并且发酵液中含有乳酸、醋酸、琥珀酸和苹果酸，四种有机酸在发酵液中的质量百分浓度分别为乳酸2.0％、醋酸0.2％、琥珀酸0.01％、苹果酸0.005％。在该发酵液的原料中，复合微生物的质量百分含量为5％，甘蔗糖蜜的质量百分含量为7％，尿素的质量百分含量为1％。其中的复合微生物由按照重量计的97份植物乳杆菌菌液、2份酿酒酵母菌液和1份枯草芽孢杆菌菌液复配而成。三种菌液的含菌量分别为：植物乳杆菌的含菌量≥3.0×1011cfu/mL，酿酒酵母的含菌量≥4.0×108cfu/mL，枯草芽孢杆菌的含菌量≥2.0×109cfu/mL。
2)选取颜色金黄，无霉变的麦秸和水稻秸秆，然后将麦秸和水稻秸秆晒干，将两种秸秆按照重量比1:1的比例混合，再将混合的秸秆粉碎成长度为2-4cm的长条状颗粒，将混合的秸秆颗粒过筛，去掉其中的粉尘杂质。
3)向发酵池中添加按重量计的70份混合秸秆颗粒和5.0份复合微生物发酵液，然后搅拌混合均匀，再加入清水调整混合物料的水分含量为85％。然后将混合物料堆积发酵，每天用清水喷淋物料表面，保持物料水分含量为85％，当物料温度≥45℃之后，再连续发酵45天，同时，每隔5天将发酵物料翻抛一次，测定发酵物料的pH值为3.3，发酵结束。发酵过程中注意观察混合秸秆的色泽变化，去除发霉变质、色泽发灰的秸秆。
4)将混合秸秆发酵产物采用磨浆机进行初次磨浆，同时用清水降温，然后将初次的浆液进行第二次磨浆，得到最后的浆液。
5)对步骤4)得到的浆液进行挤压，去除多余的水分，得到水分含量为50％的纸浆，同时收集挤压产生的废液。
6)向收集的废液中添加氯化铵，调节废液的碳氮比为30:1，再按照质量百分含量为5％的量向废液中添加与步骤1)中的复合微生物组成相同的菌种，混合均匀后，在4-37℃的温度下发酵，当发酵液的pH值≤5.0时，结束发酵，得到生物肥料。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种处理秸秆的方法，其包括以下步骤：
步骤1，将干燥的秸秆粉碎成颗粒，将所述颗粒过筛除去粉尘；
步骤2，将所述颗粒在复合微生物发酵液存在下堆积发酵；
步骤3，将发酵后的产物进行磨浆，获得浆液；
步骤4，挤压所述浆液，使纸浆和废液分离并分别收集纸浆和废液。
2.根据权利要求1所述的处理秸秆的方法，其特征在于：在所述步骤2中的发酵物料温度≥45℃之后，再连续发酵5-45天，发酵期间按预定时间将所述发酵物料进行翻抛，当所述发酵物料的pH≤6.4时，发酵结束。
3.根据权利要求1所述的处理秸秆的方法，其特征在于：所述复合微生物发酵液中包含乳酸、醋酸、琥珀酸和苹果酸。
4.根据权利要求3所述的处理秸秆的方法，其特征在于：在所述复合微生物发酵液中，所述乳酸的质量百分浓度为1.2-2.0％，所述醋酸的质量百分浓度为0.1-0.2％，所述琥珀酸的质量百分浓度为0.01-0.02％，所述苹果酸的质量百分浓度为0.005-0.01％。
5.根据权利要求1所述的处理秸秆的方法，其特征在于：所述复合微生物发酵液是通过将复合微生物、糖蜜、尿素和清水混合均匀，然后在4-35℃的温度下兼氧发酵10小时以上制备而成的。
6.根据权利要求5所述的处理秸秆的方法，其特征在于：所述复合微生物包括按重量计的植物乳杆菌45-97份，酿酒酵母2-15份，枯草芽孢杆菌1-40份。
7.根据权利要求1所述的处理秸秆的方法，其特征在于：所述步骤2中的发酵物料的水分含量为35-85％。
8.根据权利要求1所述的处理秸秆的方法，其特征在于：还包括步骤5，调节所述废液的碳氮比，然后向所述废液中添加生物肥料发酵菌种，混合均匀后发酵制得生物肥料。
9.一种纸浆，其特征在于：所述纸浆是通过权利要求1至7中任一项所述的处理秸秆的方法获得的。
10.根据权利要求9所述的纸浆，其特征在于：所述纸浆的水分含量为30-50％。
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