秸稈亞銨法製漿廢液在防治沙塵暴和荒漠化土地中的應用的製作方法

2023-10-29 18:27:17

專利名稱：秸稈亞銨法製漿廢液在防治沙塵暴和荒漠化土地中的應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及秸稈和木材亞硫酸銨法製漿廢液的用途，尤其涉及它通過噴灑和灌溉到沙土地表面，從而起到沙土顆粒間溼潤、粘結、晾乾固化，固定沙粒和土壤的粘結固定劑 (簡稱粘固劑，常稱固沙劑)作用中的應用。此發明用以固沙保土、防治沙塵暴和治理荒漠化土地，以及進一步漫延和擴展。本發明應屬於土地資源開發和環境保護領域。
1背景技術：
我國沙漠戈壁面積1 萬平方公裡，荒漠化土地面積267萬平方公裡，佔國家土地總面積的27.9%，全國約有4億人口受到荒漠化影響，主要分布在我國西北和華北地區。如北京、天津市等地每逢冬、春季節，乾旱颳風常有沙塵天氣，嚴重時就發生沙塵暴，地面天空颳起巨風，挾帶大量沙塵，空氣混濁，天色黃昏，能見度幾十米、百餘米，對環境、交通、建設和人民生活造成很大影響。使每年沙化土地面積以3000多平方公裡擴展，造成可利用面積被蠶食，土壤貧瘠，生產力下降，影響糧食生產安全。並害及日本、韓國等國家。2010年3月19日至20日的強沙塵天氣席捲了半個中國，遠及臺灣省，約2. 7億人遭受了沙塵之害。因此，防治沙塵暴，斷絕沙塵原，固沙、沙改和治理荒漠化土地，成為當務之急的大事，也受到鄰國——日本、韓國的重視。一、目前固沙方法的應用和簡介(一 )工程固沙法成本高和投資大，一般不常用。( 二)生物固沙法是在沙漠、沙地和荒漠化地帶上植樹種草，樹能擋風降低風速、 風力，草能生根固沙，莖葉覆蓋地面，不易被風蝕沙化土地。因此，植樹種草生物固沙是行之有效的方法，而被廣泛採用。但是，此法成功，在於保證全苗和生長好樹草。為此，除供植物生長所需的水分與養分外，還有配合噴灑不危害植物生育的化學固沙劑，固定沙土以抗苗期風蝕，吹走幼苗，保證全苗。(三)化學固沙法化學固沙法是噴灑凝固劑固沙，例如用乳化浙青或原油、合成樹脂和無機或有機膠乳和等物品，噴灑固沙，國外使用效果尚好。但是存在著成本高，原料不足，微生物降解難，以及難與生物固沙措施相結合等的問題。①木質素固沙劑我國南京林業大學李忠正教授(http:www. chinapapet. net 2003-9-19新華網) 工業木質素防治荒漠化技術通過鑑定《紙和造紙》雙月刊2004年6期)以及空軍裝備研究院王漢傑教授(2005年03月沈日解放軍報)等開發的「利用造紙過程廢液-禾草製漿廢液改性製備新型固沙材料的技術」即利用禾草鹼法造紙製漿廢液木素進行改性合成反應， 經分離溶解蒸發濃縮和噴霧乾燥，製成木質素固沙劑，能被微生物降解，不汙染土壤，並做到與生物固沙措施相結合，在寧夏、內蒙古等地噴灑木質素固沙劑水溶液試驗，噴後沙土 M 小時結殼固化，使沙子和種子不被風沙吹襲帶走。還能減少水分蒸發，播種造林成活率達到 95%，效果很好。但是存在有問題1、產品生產成本高產品是從禾草製漿廢液中的木質素經改性反應生產的。因此，需要批購土地建立生產車間房屋併購買生產設備等投資。2、產後存在廢液汙染，需要治理。3、禾草鹼法製漿廢液的原料來源無保證因產品的原料是靠禾草鹼法小紙漿廠供應的，可是國家嚴禁禾草鹼法小紙漿廠生產。為了解決上述存在的問題，我研發了秸稈亞硫酸銨法製漿廢液(原為肥料)做為固沙劑。②秸稈亞硫酸銨法製漿廢液肥料與研發為新的固沙劑。1、秸稈亞硫酸銨法製漿廢液肥料秸稈亞硫酸銨法製漿液肥料的由來。1967年為了解決秸稈鹼法製漿造紙的製漿廢液對環境汙染的問題，北京農業大學趙時來與一輕部造紙研究所劉鎮蘭等合作開展秸稈中性亞硫酸銨法(簡稱亞銨法)製漿造紙與製漿廢液肥料的試驗，取得了成功。把製漿廢液試驗成為無機有機復混肥料，紙漿與肥料的固乾物產量比為1 1，因此，辦成既是漿造紙廠又是肥料廠，解決了秸稈製漿廢液對環境汙染的問題。繼即經過20多年各地製漿造紙與肥料生產實踐的考驗，於1991年《亞硫酸銨製漿造紙及廢液肥田技術》被列入「八五」國家重點新技術推廣項目計劃，在全國推秸稈中性亞銨法製漿與製漿廢液肥料的生產方法把原料秸稈切成長2-3釐米，裝入蒸球內，然後依生產不同漿料，分別向球中加入按原料秸稈乾重量的8-18%亞硫酸銨的藥品、2-3%中和劑的氨水和200-300%的清水，蓋好球蓋擰緊，轉動蒸球，向球內通入6-7Kg/cm2高壓蒸汽，保溫2-8小時，進行製漿蒸煮的化學反應。把木質素磺化溶出，分離出纖維素，同時部分纖維素和半纖維素水解產生葡萄糖、 蔗糖、多糖醇、醛及揮發性有機酸和蒸煮藥液剩餘物和秸稈中礦物質養分的殘留物，以及加入的水和蒸汽等組成製漿廢液，當完成蒸煮反應後，蒸球中的漿液，經過噴放和螺壓機壓榨、洗滌提取廢液，將漿液分開，分別得到粗紙漿與製漿廢液，紙漿用於造紙，製漿廢液即是無機有機復混肥料。(詳見《四川造紙》亞銨法製漿專輯(一)與(二)_四川省造紙工業科技發報站1976-1977)(3)秸稈亞銨法製漿造紙與製漿廢液肥料的生產情況我國亞銨法製漿造紙與生產製漿廢液肥料所用的植物纖維原料有麥秸、稻草、棉稈、蔗渣、蘆葦、杧稈、龍鬚草、竹子和棉短絨(生產化纖漿)等草本植物，而木本植物有馬尾松、楊木、樺木和紫槐等，製漿所用的藥品為液體和固體的亞硫酸銨，它們主要是結合環境汙染的處理，以硫酸工業廢氣sa或煤矸石燃燒的為原料，用氨水或碳酸氫銨水溶液，加以吸收處理而生產。製漿所用的中和劑除氨水外，不有碳酸氫銨、尿素、磷銨、氧化鎂、氧化鈣、和氫氧化鈉等。生產的紙漿種類有半化學漿、化學漿和棉短絨化纖漿。生產的紙種有包裝用紙、 工業用紙、衛生用紙、文化用紙、印刷用紙和複印紙等等。生產的廠家，曾發展幾佰家，後經調整，淘汰小紙廠，發展上規模的廠家有山東德州市平原縣永發紙業公司，河北省錦縣第三造紙，山東省泰安市造紙廠和安徽省阜陽市天都紙業公司等等。亞銨法製漿廢液肥料的產品秸稈亞銨法製漿，生成的漿液經過噴放與廢液提取， 得到亞銨法製漿廢液肥料產品，由於廢液濃度低不便貯運，遇到高溫季節，還會發酵生臭， 因此，為了提高濃度，減少貯運體積和防止發酵生臭，有將提取得低濃度廢液，進行加熱蒸發濃縮，噴霧乾燥，生成濃縮廢液和粉狀固體物，所以亞銨法製漿廢液肥料的產品有稀廢液、濃縮廢液和粉狀固體物等三種，它們的組成和養分含量，見下表(1)表1秸稈木材亞硫酸銨法製漿廢液組成和養分含量
狀態項R稀廢液濃縮廢液廢液幹化固體物備註PH值5.30—8.705.3—5.73.93—5.01溶液濃度的換算固乾物重％10.1—16.436.7—52.688.1—93.7由重量百分濃度換算比重(d)1.036—1.0831.180—1.291重量體積濃度(克/升)灰分重％0.90—1.724.03—10.269.59—20.77重量體積濃度(克/升) 重量百分濃度X比重X10有機質重％6.44—11.0424.58—36.5950.62—62.00全氮重％1.21—1.652.24—3.44.91—5.95銨態氮重％0.90—1.281.48—2.223.25—4.050.00232—0.02220.0148—0.02710.0375—0.0458夂20重％0.284—0.5811.72—2.754.19—6.15水分89.9—83.663.747.411.9—6.6亞銨製漿廢液肥料具有氮磷鉀化肥和農家有機肥料的特點，速效而持久。施用農作物，一般能增產20%以上。2、秸稈木材亞銨法製漿廢液研發為固沙劑的新用途見本題序III

發明內容
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發明內容
本發明的目的在於開發秸稈木材亞硫酸銨法製漿廢液的新用途，尤其用在沙土顆粒間溼潤粘和，晾乾固化，粘結固定沙粒與土壤的粘固劑，常稱固沙劑中的新應用。秸稈木材亞硫酸銨法製漿廢液(包括固體產品)固沙劑的組分(固乾物重量百分率計)固乾物重量100%、灰分8. 91 22. 2%、有機質57. 5 69. 6%、全氮5. 57 12. 0 AW_+^3.69~8.91%>p2o5 0. 0230 0. 135 %、K2O 2. 81 6. 56 %、水溶液 PH 值 3. 97 8. 70。實際上本發明是涉及秸稈木材亞硫酸銨法製漿廢液作為沙漠沙地防治沙塵暴的固沙劑中的應用。涉及秸稈木材亞硫酸銨法製漿廢液作為治理荒漠化土地的粘固沙土劑中的應用。涉及秸稈木材亞硫酸銨法製漿廢液作為農業、林業和牧業地區防治風蝕土地的粘固劑中的應用。涉及秸稈木材亞硫酸銨法製漿廢液作為城市街道、公園、草坪的裸露土地和樹盤土壤的粘固劑中的應用。涉及秸稈木材亞硫酸銨法製漿廢液作為建設工地的沙堆、土堆粘固沙土劑中的應用。
為了更好地理解本發明的實質，下面將秸稈和木材亞硫酸銨法製漿所生產的不同種類與性狀的亞硫酸銨法製漿廢液，進行固定沙土的施用方法與性狀觀測的試驗，取得試驗結果，來說明秸稈亞硫酸銨法製漿廢液在固定沙土的固沙劑中的新用途。一、皿裝沙粒與土壤滴施秸稈亞銨法製漿廢液固定沙土的方法。麥草亞銨法製漿廢液在固沙劑中的應用。包括以下步驟步驟一選定固定沙土的土地，模擬固沙土地，選用高1. 5cm面積40cm2玻璃培養皿裝入經風乾過Imm篩孔篩下的耕層沙土 75克，壓實攤平土面，土層厚度1. 2cm，供作固定沙土的土面。步驟二 準備好滴澆水(自來水)與摻和麥草亞銨法製漿廢液混配的固沙混滴水。 以16. 41%麥草亞銨法製漿廢液(比重1. 075)加水配成含「廢液」乾物重40g/L的混滴固沙水，是先將原產品「廢液」重量％濃度換算與重量體積濃度g/L，即16. 41 X 1.075(比重) =176. 4g/L，後把產品176. 4g/L濃度加水稀釋至混滴水施用濃度0Og/L)，是把176. 4/40 =4. 41倍，即量取1升176. 4g/L麥草亞銨法製漿廢液加水至4. 41升(加水量=4. 41-1 =3. 41升)，就是施用濃度為40g/L的混滴水。步驟三在步驟一皿裝的沙土地上，分別用皮頭滴管均勻地滴施步驟四準備好的滴澆水(自來水)和混滴水(「廢液」濃度40g/L乾物重)各 25ml/ 皿。步驟五分別觀測沙土滴澆水的與滴澆「廢液」混滴水的土面變化和生成粘固層狀況。粘固層狀況的觀測是依據本發明自定的「沙、土粘固層性狀觀測」(見題序III、一 (二))進行觀測。其結果是沙土滴澆水(對照)的表土幹後淡黃色沙土粒間不粘結，不生成粘固層，手指觸壓土面即鬆散，風速5. 4M/S吹打，飛起沙土，不能固定沙土，而滴澆水摻和麥草亞銨法製漿廢液混澆水的，沙土溼潤後，沙土顆粒間能相互粘結固化生成固定層， 稱為粘固層，厚度> 1. 2cm,硬粘結，經除塵風機風速> 34M/S吹打，土面不動，不飛揚沙土， 能固定沙土。步驟六沙土滴澆水的與滴澆「廢液混澆水的觀測結果進行比較」。結果是沙土滴澆水的表土幹後，鬆散不生成粘固層，遇風速5. 4M/S吹打，飛起沙土，所以水不是固沙劑。而滴澆水摻和麥草亞銨法製漿廢液的混澆水的，則沙土顆粒相互粘結固化，生成粘固層，厚度> 1. 1cm，硬度為硬粘結，經風速> 34M/S吹打，土面不動，不飛揚沙土。能抵抗風蝕，固定沙土，所以說麥草亞銨法製漿廢液可以作為固沙劑新用途。不同種類與性狀秸稈亞銨法製漿廢液作為沙粒和土壤粘固劑試驗。①試驗目的通過不同種類與性狀秸稈亞銨法製漿廢液作為防止風蝕、粘結固化沙粒和土壤的粘固劑探討其用於沙粒與土壤的不同結果。②試驗處理在皿裝試驗沙粒與土壤表面，分別滴施不同種類與性狀亞銨法製漿廢液水溶液， 每皿(40Cm2) 100ml，其固乾物重量體積濃度(g/L)為40. 0、80. 0和160. 0，並以每皿滴施 10. Oml水為對照處理，每處理4次重複現將試驗方案列表O)
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表2皿裝沙土滴施不同種類與性狀秸稈亞銨法製漿廢液的粘固劑試驗處理方案
權利要求
1.秸稈亞銨法製漿廢液在防治沙塵暴和荒漠化土地中的應用。
2.秸稈木材亞硫酸銨法製漿廢液(包括固體產品)固沙劑的組分(固乾物重量百分率計)項目名稱固乾物灰分機質全氮NH+4-N P205K20佔固幹100 8. 91—22. 2 57. 5-69. 6 5. 57—12. 0 3. 69—8. 91 0. 00230-0. 335 2. 81—6. 56物重％水溶液Γ 值 3. 97-8. 70
3.秸稈木材亞硫酸法製漿廢液作為農業、林業和牧業地區，防治風蝕土地的粘固劑中的應用。
4.秸稈木材亞硫酸銨法製漿廢液作為城市街道、公園草坪的裸露土地和樹盤土壤，粘固劑中的應用(題序III)。
5.秸稈木材亞硫酸銨法製漿廢液作為建設工地的沙堆、土堆防止颳風飛揚沙土的粘固劑中的應用。
6.秸稈木材亞硫酸銨法製漿廢液和濃縮液及加工成固體粉等不同種類和性狀 (PH4. 16-8.20)的產品，都可以作為固定沙粒與土壤的粘固劑常稱固沙劑。
7.噴霧器噴灑秸稈亞銨法製漿廢液固定沙土的方法 步驟一選定噴灑秸稈亞銨法製漿廢液固定沙土的地塊。 步驟二 沙土噴灑秸稈亞銨法製漿廢液水溶液的配製。如將56. 3%麥草亞銨法製漿廢液(比重1.291)加水配製成含乾物重80g/L噴灑液。按重量百分濃度X比重XlO =重量體積濃度(g/L)的溶液濃度換算公式換算即 563X1. 291X10 = 726. 8g/L(原「廢液」濃度)再將726. 8g/L濃度，加水稀釋與噴灑水溶液濃度80g/L，即726. 8/80 = 9. 09倍，就是取1升726. 8g/L原「廢液」加水稀釋至9. 09升(加水量=9. 09-1 = 8. 09升)。即得到濃度80g/L，噴灑用「廢液」水溶液。按此方法配製其它噴灑濃度「溶液」水溶液。 步驟三沙地地面噴灑配成的80g/L 「廢液」水溶液。將配成的80g/L廢液水溶液倒入有慮網的農用打藥噴霧器，對地面進行噴灑，噴液量為 2. 4L/M2。步驟四沙地噴灑亞銨法製漿廢液水溶液後觀測地面變化。噴灑「廢液」水後5-6天沙面硬結，生成慄色粘固層，厚達ICm多，手指觸壓，不散沙粒， 固定沙土。試驗結果固定沙土噴施秸稈亞銨法製漿廢液水溶液，濃度為含廢液乾物重40-240g/ L(適宜為 60-80g/L)，體積為 1. 7-5. 0L/M2 (適宜為 2. 0-2. 5L/M2)。
8.地面灌溉滲灌秸稈亞銨法製漿廢液固定沙土的方法。 步驟一選定地面灌溉的沙、土地塊。步驟二 混灌水濃度的配製依溶液濃度換算公式重量百分濃度X比重XlO =重量體積濃度g/L，先將產品秸稈亞銨法製漿廢液重量百分濃度(％ )換算成重量體積濃度g/L。再將「廢液」產品重量體積濃度(g/L)除去灌溉時混灌水濃度(g/L)，就得到原「廢液」稀釋的χ倍數，那就是混灌水量與原「廢液」量的比例=X 1。即其中灌溉水量=混灌水量(X倍)-「廢液」量(1) =X-Io 例如將49. 9%麥草亞銨法製漿廢液(比重1.M6)配製成「廢液」濃度含乾物重4g/L的混裝水，即是將49. 4% 「廢液」產品X比重(1. 246) X 10 = 615. 5g/L，再將原「廢液」濃度 g/L/灌溉混灌水濃度g/L = 615. 5/4 = 153. 9倍，即原「廢液」量混灌水量=153. 9 1 倍，灌溉水量=153. 9-1 = 152. 9倍原「廢液」量。 步驟三麥田灌溉水摻和亞銨法製漿廢液的施法。將施用的49. 4%麥草亞銨法製漿廢液裝放在驢車上IM3的膠囊袋中拉車到農渠邊，把膠囊袋上放「廢液」皮管放在流水的毛渠口，逐漸擰開皮管夾子，調節「廢液」流量與流水量比例1 152. 9混合，流進麥地畦田，直到灌水停止。試驗結果地面灌溉在灌溉水中摻和亞銨法製漿廢液，固定沙土，其混灌水濃度含「廢液」乾物重2至10g/L，混灌水定額;35-75mm。步驟四灌後觀測地面變化，麥田混灌廢液水5-6天後，畦田表土晾乾固化，颳風不起/K -U 土工O
9.噴灌摻灌秸稈亞銨法製漿廢液固定沙土的方法步驟一選定噴灌的土地。步驟二 秸稈亞銨法製漿廢液摻和噴灌水配成混灌水濃度(g/L)，先知道噴灌水定額和單位面積噴施秸稈亞銨法製漿廢液乾物重g/M2，然後將噴施「廢液」乾物重g/M2/噴灌水定額mm = g/L混噴水濃度。例如，噴灌水定額43mm，單位面積噴施秸稈亞銨法製漿廢液乾物重172g/M2。那麼「廢液」混噴水濃度172/43 = 4g/L。步驟三將重量百分濃度秸稈亞銨法製漿廢液配成混噴水濃度g/L，並求出「廢液」加水稀釋倍數和加入稀釋灌水量。例如噴灌水摻和35. 3%稻草亞銨法製漿廢液(比重1. 18)配製成「廢液」濃度含乾物重4g/L混噴水溶液。依據液濃度換算公式重量百分濃度(％ ) X比重XlO =重量體積濃度(％ )先將 35. 3%稻草亞銨法製漿廢液產品的％濃度換算成g/L濃度即35. 3X1. 18X10 = 416. 5g/L， 後把原「廢液」產品濃度416. 5g/L換算噴施濃度4g/L，是416. 5/4 = 104. 1倍，即取1升原 「廢液」產品，加噴灌水稀釋至104. 1升，就得到濃度4g/L的「廢液」混噴水，那麼配成的混灌水104. 1升-1升原「廢液」 =103. 1升，為稀釋噴灌水量。 步驟四配成「廢液」混噴水對沙土地面進行噴灌將4g/L 「廢液」混噴水裝入噴灌裝置設備，對沙土地面進行噴灌，噴完灌水定額43mm。 步驟五噴灌後觀測噴灌「廢液」水溶液沙土，地面變化與生成粘固層固定沙土情況。 試驗結果秸稈亞銨法製漿廢液結合噴灌固定沙土，噴灌「廢液」水溶液的濃度為含「廢液」乾物重2. 3 13. 9g/L，其中最適宜濃度為3. 5g/L，灌水定額為25至60mm。
10.結合滴灌摻施秸稈亞銨法製漿廢液固定沙土的方法。 步驟一選定滴灌土地。步驟二 備好滴灌裝置，利用田間滴灌裝置或自按滴灌裝置(利用病人吊瓶靜脈注射輸液裝置的改裝)步驟三配製摻和秸稈亞銨法製漿廢液的滴灌水。將重量百分濃度的秸稈亞銨製漿廢液(標明比重)，依水溶液濃度換算公式重量百分濃度(％) X比重X10 =重量體積濃度(g/L)，換算為滴灌施用的重量體積濃度，並配製成滴灌施用的「廢液」水溶液濃度g/L。 步驟四利用滴灌裝置進行滴灌在地面裝好滴灌裝置，將配好「廢液」滴灌水，裝入滴灌裝置的滴灌水貯池或滴桶，然後使用滴灌裝置進行滴灌。試驗結果滴灌水中摻和秸稈亞銨法製漿廢液固定沙土，其摻和廢液的滴灌水中廢液濃度為含廢液乾物重5-30g/L。灌水定額20-75mm，滴點間距0. 15-0. 50M,水流量 0. 5-2. 01L/h。步驟五沙、土滴灌「廢液」水溶液的結果觀測主要觀測滴後沙、土地面的變化與生成粘固層與否與抗風蝕的關係。
全文摘要
本發明秸稈亞銨法製漿廢液在防治沙塵暴和荒漠化土地中的應用。它涉及秸杆木材亞硫酸銨法製漿廢液作為粘固劑，在土地資源開發與環境保護領域中的新用途。該產品具有粘和性、吸溼保水性和供給植物養分等特性，它通過噴灑和結合灌溉等施用方法，將其水溶液施到沙粒與土壤地面，從而起到沙、土顆粒間溼潤、粘結、晾乾固化、固定沙粒和土壤的粘結固定劑(簡稱粘固劑，常稱固沙劑)作用中的應用，而且亞銨法製漿廢液，是造紙製漿的付產品，直接利用，無需製造，因此，產品成本低，售價低廉，種類多，原料豐富，產量大，供應有保證。加上施用方法多、方便。所以本發明對於防治沙塵暴，治理荒漠化土地，開發土地資源，加強糧食安全和保護環境，都會起到重要作用。
文檔編號E02D3/12GK102174328SQ20111002893
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月27日 優先權日2011年1月27日
發明者趙時來 申請人:趙時來