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详细内容

稻麦秸杆应用生物菌种制草筋技术研发

一、立项依据

1、本项目国内外科技创新发展概况和最新发展趋势

微生物菌种在自然界广泛存在,无处不有,它们维护了地球的生态平衡。近年来,应用微生物菌种处理可生化有机废弃物,越来越受到业界重视。一些发达城市如广州、北京、天津、上海、济南、南京等。力图通过提高市民的素质,实施城市生活垃圾分类收集,以便分类资源化处置。以寻求一条源头处理城市生活垃圾的捷径。于是,利用微生物处理城市有机 废弃物技术应运而生。分别从日本、法国引进了EM、CM菌种,用以处理物业小区分类收集的生活垃圾中可生化有机废弃物,以及畜禽养殖场的畜禽粪便。日本也看准了中国城市有机废弃物垃圾处理的潜在市场,先后在北京、天津、上海等城市成立公司,推销菌种和处理设备。目前国内、外处理可生化有机弃物应用的EM微生物菌种主要是由日本相关专家从原始森林原生土壤中提取,微生物快速发酵机械大多为日本引进或仿制日本机型。采用电加热,运行成本高,中心轴搅拌坢拌,机械动力大,保温、除湿、进 、出料都存不在不足,最大机型为日处理量约几吨,处理一吨有机废弃物运转费需约300元。至今未能商业化应用。时至今日EM微生物菌种除在处理畜禽粪便方面部分应用外,尚无有在处理农业有机废弃物其他方面应用。更无稻麦秸杆有机废弃物应用好氧微生物菌种制草筋的技术及产品。

2、本项目研究的目的、意义

(1)本项目研究目的

改革开放以来,随着农村城市化步伐的加快,农村集镇人口迅速增长,农村居民生活水平逐年提高,农村生产、生活产生的农业有机废弃物量日渐增加。以稻麦秸杆为例:全国每年产生量约21亿吨。由于现时农村燃料结构发生变化,农村村民以燃气为主;另一方面种田以化肥为主,秸杆再不还田,当今秸杆己完全成为农业有机废弃物,汚染大气环境的一大公害。每年稻麦收获之时,村民将秸杆随意焚烧,或随意倾倒,小沟边、塘边随处可见,已成为农村急待解决的环境问题。致使乡村有机废弃物面源污染日渐严重,城乡面貌反差越来越大。为了适应经济社会发展的新要求和农民群众的新期盼,建设江苏“强富美高” 新农村,省政府决定,“十三五”期间组织实施新一轮农村实事工程,从解决农民群众最需要、最紧迫的实际困难着手,不断提高农村生产生活条件。要求全省各地、各有关部门要切实提高思想认识,把实施新一轮农村实事工程摆上重要位置,带着责任、带着感情,把这项事关全局和长远的民生工程办实办好,确保扎实推进、取得实效。让广大农民共享改革发展成果,为全省率先全面建成小康社会奠定坚实基础。治理农村秸杆的汚染是实施新一轮农村实事工程的重要内容。为此,提出在盐城市盐都区张庄镇龙海村建设“稻麦秸杆应用生物菌种制草筋示范工程”项目。该项目的目标是:稻麦秸杆应用好氧微生物菌种制粗纤维。即从自然界筛选好氧发酵微生物菌种,然后经培养、提纯、复壮,制成菌群制剂;再设计一种好氧生物反应器,为好氧生物菌群进行生物发酵提供一个最佳的发酵环境;利用好氧生物菌群,在好氧生物反应器中2-3天将稻麦秸杆中木质素、各类杂细胞等降解为腐殖土,只剩难降解的粗纤维,用于制草浆造纸、或人造板原料。

(2)本项目研究意义

该项目一旦研究开发成功,意义深远:

一是应用稻麦秸杆制草浆造纸,是我国四大发明之一,历史远久。但应用稻麦秸杆造纸,需约三吨草制一吨浆,二吨草成了污染物随污水排放。因此,草浆造纸污染极其严重,危害大,近年来绝大部分草浆造纸厂均被关停。均改为再生纸厂,或应用木片制木浆造纸。一般1.8-2吨木片制一吨纸浆。我国木材不足,大部分木片靠进口。与草浆造纸相比,大量砍伐森林将破坏生态平衡,且用木浆造纸成本高。该项目应用好氧微生物菌种将稻麦秸秆中木质素、各类杂细胞发酵降解为腐殖质,剩余难降解的纤维、无机物制草浆造纸、或作业造板原料。一旦取得成效,用草筋代替木片造纸,必将改变草浆造纸污染极其严重局面,使稻麦秸秆变废为资源,减轻农村焚烧稻麦秸杆产生的面源污染,改善农村生态环境,造福于民,造福于社会。

二是该课题一旦研制成功并推广,将推动应用微生物发酵菌种处理农业有机废弃物的相关生物发酵菌种制备产业,制造生物反应器发酵设备的机械加工产业,及应用稻麦秸秆制粗纤维加工性产业的发展。惠及民生,拉动内需。其意义不言而喻。

3、本项目研究现有起点科技水平及已存在的知识产权情况

多年来“盐城市中环绿洲环境成套技术设备有限公司” 与盐城市EM生物菌研究所协作,一直从事微生物应用技术的开发研究。近年来为处理城市生活垃圾中的厨余物,该公司与复旦大学郭杰炎教授等协作,从自然界筛选了21株好氧微生物菌株群,以好氧型孢子菌为主,定名为TY-1(天元1号)。

该项目应用的转动滚筒式“好生物发酵反应器”,由盐城市中环绿洲环境成套技术设备有限公司自行设计,整机封闭运行,自动调节发酵温度、湿度在设定値范围内。滚筒转动动力消耗小,发酵滚筒内设搅料板,使发酵物料充分搅动,以利供氧、排气、保温、保湿均匀,能为TY-1好氧微生物菌种群提供最佳的快速发酵生态环境。经小试(1立方米),放大(10立方米)试验,该生物反应器能保证TY-1好氧微生物菌种群在1-2天内将生活垃圾中厨余物发酵降解为腐殖质。2-3天内可将稻麦秸秆中木质素、各类杂细胞发酵降解为腐殖质,仅剩余难降解的纤维素草筋,用以制浆造纸,或压制纤维板。经有权部门测定该菌种及反应生成物对人、畜无毒。该菌株群、及滚筒式“好生物发酵反应器” 圴处于国内先进水平,并具有自主知识产权。

4、本项目研究国内外竞争情况及产业化前景

(1)国内外竞争情况

该研究项目国内外目前暂无竞争对手,因国内外目前应用好氧微生物发酵处理可生化有机废弃场大多为固定床,尚没有应用好氧微生物菌群能在2-3日内快速生物发酵处理可生化有机废弃物达几十立方、几百立方/日的转动式快速发酵“好氧生物反应器”机械设备。

(2)产业化前景

全国有县级城市2800多个,乡镇35000多个,年产稻麦秸秆约21亿吨。广大农村都面临治理农村秸杆的难题,都急待解决农村秸杆的无害化处理问题。因此,该项目的市场十分广阔。

二、研究内容

1、具体研究开发内容和要点解决的关键技术问题;

(1)研究开发内容

一是以现有TY-1号好氧生物菌种菌群为基础,针对稻麦秸杆的物理特性,从自然界补充筛选对稻麦秸杆中木质素、杂细胞降解能力强的菌株,进行复活、提纯、培养、复壮、制剂。并进行小试试验,确定以好氧生物发酵降解稻麦秸杆中木质素、杂细胞的工况参数。

二是针对稻麦桔杆的生物特性、及小试结果,研究设计1只20立方米容积的生物反应器,进行好氧生物发酵快速降解稻麦秸杆中木质素、杂细胞的应用性试验。同时将生产出的草筋送江苏双灯集团造纸厂进行应用草筋制草浆造纸试验。

三是依据中型试验结果进一步优化YC-1好氧生物菌种的配方,设计并建设一条可制0.5吨/日好氧菌种制剂的生产线。设计并建造1台套50立方米容积的好氧生物反应器,保证2-3天可降解约4吨秸杆(一吨秸杆体积约8立方米),生成约2.4吨草筋的可产业化的生产设备。同时将生产出的草筋送江苏双灯集团进行草筋制草浆造纸的工业化生产性试验。

四是进行各种技术数据记录测试,编制技术工作报告,修改、审定产品设计图纸,编制产品标准,申请产品鉴定。

2、项目的特色和创新之处

该项目的特色及创新之处表现为:

①应用的TY-1好氧微生物菌群。其特色是从自然界针对处理稻麦秸杆而筛选,发酵降解稻麦秸秆中木质素、杂细胞能力强、适应性强,制成的复合制剂一次性加入微生物发酵滚筒后,再次投料只需添加发酵后熟料,至少三个月内,无须再添加新的微生物菌种复合制剂。

②生物发酵滚筒。其特色是处理能力大,动力消耗小,运行稳定,通过筒体的转动,保证其加热均匀,搅拌均匀,通气排气均匀,保证微生物处于最佳繁殖和发酵环境。能保证在2-3天内将秸杆中木质素、杂细胞快速降解为腐殖质,剩余草质粗纤维与现木片相当,约1.8-2吨可制浆造纸1吨。   

应用TY-1微生物菌群和生物发酵滚筒发酵降解稻麦秸杆制草筋造纸,一旦成功,将为稻麦秸杆制粗纤维开辟一条新路,是该项目最具创新亮点。

3、要达到的主要技术、经济指标及社会、经济效益

(1)主要技术指标

①一台套50立方米容积应用微生物菌种快速发酵降解稻麦秸杆制草质粗纤维生产装置,所达技术指标为:2-3天发酵降解稻麦秸杆约4吨,生成草筋约2.4吨。每台套设备总动力约5kW/只。

②完成可供产业化生产的50立方米容积成套应用好氧微生物菌种快速发酵降解稻麦秸杆生产装置全套设备图纸。

③提供鉴定的全套技术资料、工作报告;申报2-3项发明专利:《一种稻麦秸杆应用好氧微生物制草质粗纤维造纸的方佉》、《一种好氧生物反应器》。

(2)主要经济指标

50立方米容积成套应用好氧微生物菌种快速发酵降解稻麦秸杆生产装置 制造成本约20万元/只,总动力约5kW/只。

每处理一吨稻麦秸杆运转费约100元/吨

微生物菌种制剂活性周期大扵3个月,每吨制剂3万元,毎吨秸杆需投加制剂约50公斤。

每吨稻麦秸秆经好氧生物发酵处理2-3天降解生成1.8-2吨粗纤维。

(3)社会效益

该项目一旦推广应用,将产生较好的社会效益:

①减轻了稻麦秸杆对大气、农村生态环境的汚染,

②该项目推广可以推动微生物菌种制备产业、应用稻麦秸杆制草筋服务性产业,及制造快速降解稻麦秸杆生产装置的机械加工产业。拉动内需,增加就业岗位。

(4)经济效益:

 一是本项目的推广应用可以带动制造生物发酵设备的产业化,以年产500台套50立方米容积成套设备,每台套销售50万元,可以新增年销售收入2.5亿元。

 二是本项目的推广应用可以带动微生物菌种制剂的生产企业产业化。

三是本项目推广应用可以带动从业应用微生物菌群发酵降解稻麦秸杆制纤维的服务性产业。依每台套50立方米设备2-3日处理稻麦秸杆4吨,产2.4吨粗纤维,年产粗纤维约300吨,每吨粗纤维售价约1000元/吨,年收益约30万元。

四是全国每年稻麦秸杆产生量约2.1亿吨,以1吨稻麦秸杆产0.6吨粗纤维,计可产粗草筋1.26亿吨/年,需要约420万台套50立方米容积生物发酵设备;该草筋用扵造纸、或用扵制人造板等,其经济效益巨大,环境效益明显,社会效益显着。

三、研究试验方法、技术路线以及工艺流程

1、研究试验方法

(1)先小试、放大试验,再生产性试验,最终完成50立方米工业性生产装置,并完成50立方米容积可供工业性生产的成套设备图纸设计。

(2)按设计图纸加工单机,进行单机调试、测试,使其达到设计技术参数要求。并运行调试、试验。

(3)进行试运转试验,全流程运行稳定后,投入运行试验,并进行各种技术数据记录测试,进行产品测试,编制技术、工作报告,修改、审定产品设计图纸,编制产品标准,申请产品鉴定。。

2、技术路线与工艺流程

对现有TY-1号微生物菌群进行复活、再提纯、培养、复壮。并依据稻麦桔杆的生物特性,针对桔杆中木质素生物、杂细胞等生物降解特性,从自然界筛选新的好氧生物菌株予以补充一并制备复合制剂。

将菌群制剂与定量的附料一并加入生物发酵滚筒中培养五到七天,然后每天加入适量经水浸泡过的潮湿秸杆进行适应性发酵试验。待10-15天后即可按设备能力每天足量加入秸杆,每隔2-3天出料一次,通过筛分出的粗纤维压缩打包送造纸厂,筛分出的腐殖土残渣与定量经水浸泡过的潮湿秸杆一并再加入生物发酵滚筒中进行生物好氧发酵,以此循环不断。当生物发酵滚筒中筛分出的腐殖土残渣超过一定量后,出除一部分可作腐殖土有机肥料。

四、工作基础和条件

1、承担单位概况,与项目相关的知识产权状况

该项目承担单位:“中环绿洲环境成套技术工程有限公司”曾承担中国环科院刘培哲付院长《八五》攻关课题子课题,该攻关课题曾获国家科技成果二等奖。后环科院将该公司列为“中国环境科学院实验基地”。该公司核心研发人员,长期以来,一直从事应用好氧微生物菌种处理城市生活垃圾及农业可生化有机物的研究,为配合应用YC-1好氧生物菌种处理城市生活垃圾中厨余物,曾设计了10立方米容积的好氧生物反应器。该反应器进、出料便捷,密闭运转,整机动力消耗小,运转费用低。单体大容积时能绝对保证搅拌均匀,加温、保温均匀,供氧、排湿均匀。为好氧微生物菌种快速繁殖提供保温、排湿、供氧、排气等最佳发酵环境,保证可生化废弃有机物在2—3天内被降解为腐殖质。YC-1好氧生物菌种、好氧生物反应器均为自行开发和设计,拥有自主知识产权。

2、本项目现有的研究工作基础

(1)全面了解国内外微生物处理可生化有机废弃物的现状。深刻了解农业有机废弃物的构成特点和综合处理的难点。因此对综合处理农村秸杆有更深刻的感性认识,制定的工艺技术路线及设计的处理设备更适合国情。

(2)有一支从事研究应用微生菌种处理有机废弃物多年的技术团队,具有很强的研究开发能力。

(3)完成了TY-1型好氧发酵菌种的提纯、复壮、复合制剂制备,及经有权部门鉴定,对人畜无毒。并完成应用该TY-1号微生物菌群,在10立方米容积好氧生物反应器中降解城市垃圾中厨余物、稻麦秸秆、畜禽粪便的放大实验,在2—3天内可被降解为腐殖土。

3、项目负责人简介及以往承担国家、省级等各类科技计划项目完成情况

该项目负责人黄业鉴 ,一直从业电镀污水处理设备及城市生活垃圾处理设备的制造。曾承担国家“八五”攻关课题”电镀废水零排放子课题,获国家环保部科技成果二等奖。  

 该项目技术负责人赵石林曾承担国家“八五”攻关课题电镀废水零排放子课题《含铬污泥制鞣铬剂》。获国家科技成果二等奨。

4、项目实施具备的人才队伍、经费配套投入能力及科技服务管理能力;

项目实施主体是“盐城市中环绿洲环境成套技术设备有限公司”, 该公司赵石林及其工作团队长期以来潜心于生活垃圾资源化预处理技术、设备的开发研究,曾获得多项国家发明专利和实用新型专利。开发的生活垃圾资源化预分选系统,能将构成厐杂的生活垃圾通过机械分选为十一类,分选出的以厨余物为主可生化有机物几乎不含任何无机物,经应用好氧生物反应器及YT-1型好氧微生物菌种生物发酵试验,1-2天可降解为腐殖土。该公司核心研发人员,长期以来,与 “上海复旦大学生物系”孙崇荣、郭杰炎教授等密切合作,研究开发成功YT-1型好氧微生物菌种及好氧生物反应器。此外还与南京工业大学刘传义教授协作利用腐殖土制颗粒有机复合肥,以及利用废塑料混合造粒等项目,在国内均处扵先进水平,为该项目提供技术支持。

● 一种“乡镇生活垃圾生物发酵处理方法”

●一种“旋转式好氧生物反应器”

混装生活垃圾预分选主要技术指标为:

塑料膜袋破袋率                 >95%

 厨余物破碎率                   >95%

 渣土破碎率                     >90%

 塑料膜袋回收率                 ≥95%

 黑色金属回收率                 ≥90%

 厨余物分离率                   ≥95%

 灰渣土分离率                   ≥90%

 砖、石块等无机物分离率         ≥90%

 总装机动力 小于                 100Kw

●厨余物2-3天降解为腐殖质。

● 站区总动力 约150Kw。

● 经处理后垃圾减量化率达90%左右。

●工艺过程中排放的废气、废水、废渣均达国家排放标准。。

● “混装生活垃圾资源化预处理机”、“旋转式好氧生物发酵仓”性能、产品检测报告。

其它材料

●“生话垃圾生物处理填埋场”、“混装生活垃圾资源化预处理机” “旋转式好氧生物发酵仓”、,正常运行后连续半年以上原始记录台账。

● 工作人员上岗培训记录,岗位操作规程等操作规范要求。

● 研究、工作报告,及其他必备的鉴定材料。

附件:

曾先后获得二项发明专利:

1、《提高硅光电池光电转换效率的方法及装置》(专利号:20081023519.6);

2、《生活垃圾湿式前处理方法》(专利号CN1280887A);多项实用新型专利:

3、《旋削式混装生活垃圾破袋机》(专利号201120476131.9);

4、《生活垃圾有机物湿式分离机》(专利号ZL03278844.4)

5、《一种垃圾分离滚筛》(专利号ZL01263076.4)

6、《一种离心式生活垃圾破碎机》(专利号ZL01263077.2) 

7、《垃圾焚烧炉》(专利号ZL99228004.4)

8、《生活垃圾湿式分选处理机》 (专利号ZL98242618.6)

9、《生活垃圾湿式破碎水选装置》(专利号ZL98227602.8)                     

10、《一种免跟踪太阳能复合抛物面聚光器》(专利号:201520438044.2)新申报三项发明专利国家专利局收理,并进入实审程序:

11、《一种混装生活垃圾资源化预分选方法及装置》(专利号:201510540074.9)

12、《电力,建材行业协同填埋场资源化、无害化处理生活垃圾的方法》(专利号:201510541724.1)

13、《一种免跟踪太阳能复合抛物面聚光器》(专利号:201510353275.8)

专有技术:

1、生活垃圾生物除臭技术

2、生活垃圾生物菌种快速发酵技术

3、TY-I型好氧微生物菌种培育技术

4、本项目实施可能对环境的影响及预防治理方案。

本项目为环境污染治理项目,对环境的影响主要是好氧生物发酵产生的水蒸汽、二氧化碳废气,经处理后达标排放。

五、项目研究预期成果及效益

本项目研究将取得如下成果:

1、是我国农村秸杆废弃物资源实现资源化、无害化处理,避免二次污染,

 2、在盐城市盐都区张庄镇龙海村建成2-3日可处理稻麦秸杆约4吨能力的生产型示范装置,并提供全套鉴定材料及可供工业化生产全套图纸。为江苏仍之全国农村稻麦秸杆源头好氧微生物处理制粗纤维造纸提供样板。

 3、申报2-3项发明专利:

● 一种“稻麦秸杆生物发酵制草筋方法”

●一种”旋转式好氧生物反应器“

4、提供全套菌种、生物发酵滚筒等企业生产标准。

5、好氧生物发酵达技术指标

●稻麦秸秆2-3天降解为腐殖质。总动力 约5Kw

●TY-I型好氧微生物菌种活性周期大扵3个月

●工艺过程中排放的废气、废水、废渣均达国家排放标准。

● “TY-I型好氧微生物菌种”、“旋转式好氧生物发酵仓”性能、产品检测报告。 

● 工作人员上岗培训记录,岗位操作规程等操作规范要求。

6、其它材料

● 工作人员上岗培训记录,岗位操作规程等操作规范要求

● “旋转式好氧生物反应器”正常运行后连续半年以上原始记录台账。

● 工作人员上岗培训记录,岗位操作规程等操作规范要求。

● 研究、工作报告,及其他必备的鉴定材料。

本项目研究将取得如下效益:

本项目的推广应用可以带动从业应用微生物菌群发酵降解稻麦秸杆制纤维的服务性产业。依每一生产单元配置三台套50立方米好氧生物反应器,每台套设备2-3日处理稻麦秸杆4吨,日产约2吨粗纤维,年产粗纤维约600吨(以300天计),每吨粗纤维售价约1000元/吨,年收益约60万元。


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