专利名称：：应用生物工程农作物秸秆制造可降解多用膜的清洁生产法的制作方法
技术领域：
：本发明属于农作物秸秆资源化利用领域，用农作物秸秆纤维素生产可降解多用膜的一种清洁生产方法。
背景技术：
：用生物工程法生产可降解多用膜，是针对市场上各类采用PVC高分子材料生产的薄膜制品，在短时间内不会降解，对环境已经造成严重"白色污染"的现状而提出研究的。本发明的目的，就是用一种清洁生产法生产可降解的多用膜，取代现在在各个方面广泛使用的聚乙烯高分子薄膜。这种既可被土壤中的微生物很快分解，不污染环境，既能消除白色灾害，又能满足人们生活生产需要的新产品。因为在生产中采用了清洁生产法制造，所以不会对生产厂周边环境产生任何污染排放。由于生产所使用的原材料是再生周期快的季生农作物废弃的秸秆(常被农民焚烧造成大面积空气污染，阻断航空和公路交通)及搾糖厂的废蔗渣，所以原料来源广泛价格低廉，极具发展潜力及市场价格竞争优势，又节约了大量的木材资源和粮食资源
发明内容本发明分为两大内容一.产品生产内容-原材料为我国广大地区均有丰富资源的搾糖厂废甘蔗渣及农作物的废弃物——高梁、玉米等农作物秸秆。1.原料的收购加工原料的收购加工，放在原料产地就地设点收购或随地在田间用我们的专用三分离机将秸秆的髓、皮、叶三分离后，把叶、髓就地加工成颗粒饲料，就地销售；把生产薄膜用的硬皮部分(是秸秆内纤维素含量最高的部分)打成捆或打包后，运到厂里生产，解决了硬秸秆类植物纤维生产中最难解决的运输亏吨、仓贮占地、占库面积大的最大难题，为工厂规模化生产及清洁法生产奠定了原料收购运输、仓贮等等方面的基础。使工厂生产工艺流程程序得以减化，利于生产及提高产品质量。2.所选用的原料为高粱、玉米等农作物的秸秆及榨糖厂的废蔗渣，是对农业废弃物的开发利用，系环保工程。3.本技术所采用的生产方法为生物法生产植物纤维素。其特征为生物制浆法，所选用的微生物菌类为本人从某种草食性动物的排泄物中新分离出来的一种微生物。菌株代号暂命名为SCJ，色泽为灰白色，性状近似国外北美发现的白腐菌，但目前在我国尚未有被人们发现分离和应用。根据试验，在摄氏3580'C的温度及一定的湿度环境中，其繁殖、生长速度最快，可在短时间内把秸秆分解成可用于生产使用的纤维素桨。如不加时间控制，甚至可把秸秆分解成为细粉状物而降低使用价值。本技术的要点是经过一定的温度、湿度、时间控制，使该微生物快速生长、繁殖、形成菌团，在设定的时间内分解掉植物秸秆干死细胞壁类木质素物质，而留下可用于生产的纤维素物质从而达到生物法生产纤维素的目的，进而加工生产成可降解多用膜。二.产品的生产方法-1.本技术实施的工艺流程为见图l原料进厂后，经粗粉碎，进入生物分解装置，生物分解生产纤维素，然后加水升温溶解，待溶解完全后，送入制胶车间，制胶精磨后，过滤、脱泡，然后加柔软剂，再过滤，进入制膜喷嘴喷膜，经匀膜达到标准后，定型，然后巻膜成筒，最后检验包装出厂。2.SCJ的来源及分离、诱变、筛选、培养、应用方法如下(1)来源、分离及诱变SCJ在食草类家畜的饲养场所，收集牲畜排泄物堆积场地下层的灰白色粉状物若干，装入清洁容器中；再对其按常规方法进行紫外线C,诱变处理。即把粉状物制成悬液置于培养器皿中，在无菌和搅拌条件下，以紫外灯30cm距离照射2—6分钟；浓菌液用Co6。照射，照射剂量4一13万伦琴，时间为12—25分钟，照射后的菌液无菌操作接种于突变培养基上，挑选菌落进行优化，复筛出突变菌株，培养3—5天后送接种室放入接种箱中备用。(2)—级培养、菌种筛选准备干净试管10—20支，装入1/3的培养基(培养基原料的配比为秸秆粉60%，麸皮39%，硫酸胺O.2%，葡萄糖O.8%，加水为干物质的2.5倍左右，搅拌均匀，灭菌(1X105pa)后，自然冷却降温至35—40°C，装入试管中)用干净灭菌竹片压平实，做成斜面培养基，在无菌接种箱中，按常规方法接种后放入50。C左右的恒温箱中培养2—3天，选取其中灰白色菌落多、生长快的试管菌种2一4支，按此方法再经过2—3次培养、筛选，选出最优秀的可用菌株，进行二级培养。(3)二级菌种的培养选用每个能装0.5—lkg物料的白色、耐高温大口玻璃瓶洗干净，用纱布包棉花做瓶塞，在瓶中装入2/3的培养基料(培养基料的配料为秸秆粉70—80%，麸皮19一29%，硫酸胺1%，加水为干物质的2倍左右，以手握物料指缝流水，但不滴下为宜，搅拌均匀灭菌(2X105pa)后，自然冷却至4(TC左右，装入瓶中)在接种箱或接种室无菌接种后，放入50。C左右的恒温箱中、或50。C左右的温室中培养48小时左右，待瓶中布满灰白色菌丝、或灰白色粉状物时，进入三级培养。(4)三级扩大培养基的配比及培养方法培育基物料由95%的秸杆粉、4%的麸皮、1%的硫酸胺，加水为干物质的2倍左右，搅拌均匀，以手握物料指缝有水流出但不滴下为宜，灭菌(3X105pa)后，自然或冷风降温至5(TC左右，装入物料盘中，接种后，放在35—55"C的无菌温室中培养48-72小时，检验其菌株含量达到设定生产量时(具体指标可因时因地而定，原则为夏季或热带地区，菌株量可低些；反之，冬季或寒冷地区，菌株量要高些)即可送进车间，放入生物分解装置中使用。3.生产中如要縮短木质素分解时间须把秸秆碎段进行酸预处理或用3%NaOH溶液在4(TC的温度下浸泡12—24h。然后水洗或酸中和至PH5使用。4.其分解秸秆中的木质素的原理在完整的木质组织中，木质素是以一种物理屏障存在的，它包围着纤维素，成为包围基质，保护纤维素免遭微生物和降解酶的进攻。它是工业化过程中有效利用纤维素的一个障碍。在生产纤维素所用的木质组织材料分解过程中，生产目的要求木质素的降解必须先于纤维素的分解才能达到分离纤维素的目的。根据研究分析木质素是高等植物的主要成份之一。它的大部分(约80%)存在于植物细胞壁中，构成木质细胞的1530%;木质素与半纤维素掺合在一起包围着纤维素；约20%的木质素则分布在细胞间隙中，成为细胞联合的粘连剂。木质素在植物秸秆中占15%左右。SCJ降解秸秆的过程的概况是在降解秸秆中的木质素的条件下，即营养物限制情况下，SCJ生成多种酶并分泌到细胞外，构成降解系统的主要成分。其中关键的两类过氧化物酶木质素酶(LigninPeroxidase,Lip)和锰过氧化物酶(ManganesePeroxidase,MnP)在分子氧参与下，依靠自身形成的H202，触发启动一系列自由基链反应，实现对木质素的彻底氧化，直至降解为C02。这种自由基反应是高度非特异性和无主体选择性的，正好对应于木质素结构的多变性，方能完成这种异质大分子高聚物的瓦解。scj菌株是我们选育的一株脱木素能力强、速度快的优良菌种，它本身具备选择性降解木素的的优异特点，能首先进攻植物纤维的胞间木素层使纤维保持完整的彼此分离。在本技术实现的工艺流程中，当秸秆进入生物分解装置时为这株SCJ菌创造了一个优越的分解木素的环境，加上它本身的优异性能，而达到了分解木质素而分离纤维素的目的。5.本发明的生物分解装置是这样设置的见图2。在一个直径1—3米的椭圆形或半圆形(也可是方形、三角形或其它形状)，下部为平底形(以方便水平传送带装置的安装运行及输送物料)长5—30米的卧筒状，碳钢或不锈钢装置中(也可选用耐温耐磨的厚塑料板材、砖混、水泥等材料制成，只要内部光滑即可)，装配气、电热设备，以保证装置体内的环境温度保持在55"C左右，另外在本装置的进料口1—1.5米处装配热水喷淋头，此喷淋头能根据进料速度的快慢，自动调节喷淋热水量的大小。在进料口2米左右处，安装物料温度、湿度的检测装置，与自动控制仪器连接，以自行调节分解装置中的湿度、温度。当秸秆物料由输送带送入该生物分解装置后，在1—2米处完成给物料加水加温的过程，使其在自动控制设备的监控、调节下，物料的水份含量达到85%左右，物料温度达到55。C左右，为SCJ创造一个优越的分解木质素的环境。用传送带速度的快慢控制物料通过该装置分解罐中的通过及停留的时间，保证SCJ充分分解木质素，使秸秆物料经该生物分解装置后，在下道工序中能完整分离纤维素，顺利进入筛浆工艺。三.在本技术的生产工艺完成了纤维素的分离后，在后工艺生产过程中有一定量的废水，所以本技术在处理废水方面，研究成功了一套造价低廉，运行费用低，实用性很强的水处理系统，该系统一经建成投入使用，即无须修理，可长时间正常运行。该技术经对现在运行的化学法造纸和制浆所产生的污水、污液进行较长时间的处理运行证明，也是目前最有效的污水处理方法。工厂所产生的污水污液通过我们设计的这种特殊的污水处理装置，使污水达标，变为清洁水，又进入我们的生产用水循环系统，使工厂对外排水能做到不排放或少量水的达标排放。该技术方法与传统的现行的水处理方法相比有五大特点①节约土地，一般可节约占地2/3以上。如万吨造纸厂，用该技术仅需占地10001112左右；②节约水源，如在老造纸制浆工艺中应用，一次注水可循环用水达8095%;③节约机械，采用此技术不用昂贵的机械设备，大量节约了设备的投资；④节约电能及运行费用，因不需单独供水，不用机械设备，节约了运行费用。⑤易操作无人身伤害，安全性高。四.由三所表述的特点，在现有的化学造纸方法中的净化废水之工艺流程可以简化为见图3收集蒸球黑液，用稠液体泵送入高密度抽滤池，经本特殊设计的污水处理装置处理后，进入净化池；同时，经污水处理装置处理后的洗涤及造纸废水，也排入净化池，经进一步净化、回用于配水系统或达标排放。在污水处理阶段，回收悬浮物或沉渣，进入发酵池，发酵后，制成绿色有机肥料。五.为实现四所述的工艺流程达到净化水之目的，我们设计一种特殊的污水处理装置，它是由2至3个或更多进水处理池通过出水通道及阀门与密封钢管竖井联通组成的池一井过滤系统，其主要特征是见图4(1)进水处理一池、二池、三池或更多池共用一个密封钢管竖井，每一单元池均分别与密封钢管竖井设置出水通道，并在单元出水通道与密封钢管竖井接口处设置联通开关阀门，这一开关阀门的作用是当其中一池通道阀门关闭时，其它池自行与密封钢管竖井联通。(2)在进水处理池的进液管处设置导向控制阀门，根据单元滤池的运行需求，分别向单元滤池注入滤液，以控制滤液的流向。(3)涝渣、清渣系统在每一进水处理池设置滤网，网下设活动托架，在该池关闭不工作时，由控制设备提起托架，将滤网托出处理池，将堆积在滤网上的滤渣倒入储渣场，进入发酵池，发酵后，制成绿色有机肥料。(4)在每个进水处理池的滤网下放置特种滤料，系采用符合①外形表面粗糙、多棱角、能提供较大的比表面积和孔隙率；②机械强度好；不因相互碰撞摩擦而粉碎。③化学稳定性好，不溶于水。无毒、无味、不会产生二次污染。颗粒度及其级配满足滤层需要等5条要求的多种矿物质组合成特种滤料达到净化水的目的。本发明进水处理池中放置的特种滤料系优选出的符合上述5条要求的多种优质沸石所组成，硬度3—5，密度1.5—3。中间层粒径2.5—3.5毫米，最上层密度为1.2克/立方厘米或300目的细粉，最下层粒径7厘米左右的多种优质沸石所组成多层次滤料层。(5)密封钢管竖井中的特殊高压装置，由水泵及气泵等组成。根据综上所述的特征，其特征还可表现在2—3或更多的进水处理池共用一个密封钢管竖井，或将一池从中隔为数个小池，共用一个密封钢管竖井，在数个单元过滤池中同样设置安装具有(1)(2)(3)(4)相同特征的各个子系统。上述井一池过滤系统及其设备，能互相连续循环运行，起到处理污水、净化水质的作用。通过上述的方案经过我们现场施工建造，形成一个完整可靠的水处理系统，达到净化水的目的。本系统如应用在现行的常规化学制浆，造纸工业生产系统,不但建设成本低，只是传统的碱回收法的1/3左右，而且运行成本低，每处理一吨废水只需0.1元，是传统水处理方法运行成本的三十分之一或五十分之一。由于本技术在生产的各个环节均先期采用了一系列消除污染产生的可行性措施，消除污染物在生产过程中，所以是一种可行的清洁生产方法。六.经国家有关法定检测单位检测，用该方法生产出的可降解植物纤维多用膜。其各项技术指标均符合GB10805—89国标。情况如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>图1原料进厂后，经粗粉碎，进入生物分解装置，生物分解生产纤维素，然后加水升温溶解，待溶解完全后，送入制胶车间，制胶精磨后，过滤、脱泡，然后加柔软剂，再过滤，进入制膜喷嘴喷膜，经匀膜达到标准后，定型，然后巻膜成筒，最后检验包装出厂。图2从图2可看出，生物分解装置8是一个直径l一3米的椭圆形或半圆形(也可是方形、三角形或其它形状)，下部为平底形，长5—30米的卧筒状，碳钢或不锈钢装置(也可选用耐温耐磨的厚塑料板材、砖混、水泥等材料制成，只要内部光滑即可)。在本装置进料端2的l一l.5米处装配喷淋头5，此喷淋头能根据进料速度的快慢，自动调节喷淋热水及蒸汽量的大小。在进料口2米左右处，安装物料温度、湿度的检测仪7，物料温度、湿度的检测仪7通过联接电缆6与自控喷水、加热装置3连接，以自动调节分解装置中的湿度、温度。当秸秆物料由输送带1送入该生物分解装置8后，在1—2米处完成给物料加水加温的过程，使其在自动控制设备的监控、调节下，物料的水份含量达到85%左右，物料温度达到55"C左右，为SCJ创造一个优越的分解木质素的环境。根据观察窗9观测的物料分解情况，由控制面板12控制驱动轮11速度的快慢，以控制物料通过该分解装置中的通过及停留的时间，保证SCJ充分分解木质素，使秸秆物料经该生物分解装置后，在下道工序中能完整分离纤维素，顺利进入筛浆工艺。图3收集蒸球黑液，用稠液体泵送入高密度抽滤池，经本特殊设计的污水处理装置处理后，进入净化池；同时，经污水处理装置处理后的洗涤及造纸废水，也排入净化池，经进一步净化、回用于配水系统或达标排放。在污水处理阶段，回收悬浮物或沉渣，进入发酵池，发酵后，制成绿色有机肥料。图4图4所示为废水处理系统，废水经进液管及导向控制阀门4进入进水处理一池l、二池2或三池3，经滤网及托架5和特种滤料6过滤，过滤后的清水由出水通道9经阀门10进入密封钢管竖井8。通过特殊高压装置回流到前道工序的供水系统。具体实施例方式1.原料的收购加工原料的收购加工，放在原料产地就地设点收购或随地在田间用我们的专用三分离机将秸秆的髓、皮、叶三分离后，把叶、髓就地加工成颗粒饲料，就地销售；把生产薄膜用的硬皮部分(是秸秆内纤维素含量最高的部分)打成捆或打包后，运到厂里生产。2.原料进厂后，经粗粉碎，进入生物分解装置，生物分解生产纤维素，然后加水升温溶解，待溶解完全后，送入制胶车间，制胶精磨后，过滤、脱泡，然后加柔软剂，再过滤，进入制膜喷嘴喷膜，经匀膜达到标准后，定型，然后巻膜成筒，最后检验包装出厂。3.生产中如要縮短木质素分解时间须把秸秆碎段进行酸预处理或用3%NaOH溶液在40°C的温度下浸泡12—24h。然后水洗或酸中和至PH5使用。权利要求1.用生物工程法生产植物纤维素，制造可降解多用膜，是用一种SCJ菌，采用微生物突变处理的菌株，经一、二级培养、筛选、三级扩大培养，送入生物分解装置，使农作物秸秆物料通过特制的生物分解装置，分解木质素、提取纤维素，达到清洁生产的全部工艺生产过程。2.—种生物工程法生产纤维素的方法，包括(1)提取SCJ的方法在食草类家畜的饲养场所，收集牲畜排泄物堆积场地下层的灰白色粉状物若干，装入清洁容器中；再对其按常规方法进行紫外线Co6°诱变处理。即把粉状物制成悬液置于培养器皿中，在无菌和搅拌条件下，以紫外灯30cm距离照射2—6分钟；浓菌液用Cc)6o照射，照射剂量4一13万伦琴，时间为12—25分钟，照射后的菌液无菌操作接种于突变培养基上，挑选菌落进行优化，复筛出突变菌株，培养3—5天后送接种室放入接种箱中。(2)根据权利要求1的生物分解装置，其特征为在一个直径1一3米的半椭圆形或半圆形(也可是方形、三角形或其它形状)，下部为平底形，长5—30米的卧筒状的碳钢或不锈钢装置中(也可选用耐温耐磨的厚塑料板材、砖混、水泥等材料制成，只要内部光滑即可)，装配气、电热设备，保证装置内部的环境温度保持在55X:左右，另外在本装置的进料口l一l.5米处装配热水喷淋头，此喷淋头能根据进料速度的快慢，自动调节喷淋热水量的大小。在进料口2米左右处，安装物料温度、湿度的检测装置，与自动控制仪器连接，以自行调节分解装置中的湿度、温度。当秸秆物料由输送带送入该生物分解装置后，在l一2米处完成给物料加水加温的过程，使其在自动控制设备的监控、调节下，物料的水份含量达到85%左右，物料温度达到55X:左右，为SCJ创造一个优越的分解木质素的环境。用传送带速度的快慢控制物料通过该装置分解罐中的通过及停留的时间，保证SCJ充分分解木质素，使秸秆物料经该生物分解装置后，在下道工序中能完整分离纤维素，顺利进入筛浆工艺。(3)原料三分离处理过程及原料三分离的装置、工艺及设想。①秸秆的收购及叶、髓、皮的三分离过程，不在生产厂内而是放在原料产地，设点收购或就地用三分离机把叶、髓、皮三分离后；把叶、髓(瓤)就地加工成颗粒饲料；就地销售，而把生产薄膜用的硬皮部分(含纤维素最高的部分)打捆、打包后，运到厂里生产。②用生物法生产所选用的植物纤维素的原材料为高粱、玉米的秸秆与废甘蔗渣等植物的秸秆。3.本技术实施的工艺流程为-原料进厂后，经粗粉碎；进入生物分解装置，生物分解生产纤维素，然后加水升温溶解，待溶解完全后，送入制胶车间，制胶精磨后，过滤、脱泡，然后加柔软剂，再过滤，进入制膜喷嘴喷膜，经匀膜达到标准后，定型，然后巻膜成筒，最后检验包装销售。4.一种特殊设计的污水处理装置，它是由2至3个或更多进水处理池通过出水通道及阀门与密封钢管竖井联通组成的池一井过滤系统，其主要特征是(1)进水处理一池、二池、三池或更多池共用一个密封钢管竖井，每一单元池均分别与密封钢管竖井设置出水通道，并在单元出水通道与密封钢管竖井接口处设置联通开关阀门，这一开关阀门的作用是当其中一池通道阀门关闭时，其它池自行与密封钢管竖井联通。(2)在进水处理池的进液管处设置导向控制阀门，根据单元滤池的运行需求，分别向单元滤池注入滤液，以控制滤液的流向。(3)涝渣、清渣系统在每一进水处理池设置滤网。网下设活动托架，在该池关闭不工作时，由控制设备提起托架，将滤网托出处理池，将堆积在滤网上的滤渣倒入储渣场，另行处理。(4)在每个进水处理池的滤网下放置特种滤料，系采用符合①外形表面粗糙、多棱角、能提供较大的比表面积和孔隙率；②机械强度好；不因相互碰撞摩擦而粉碎。③化学稳定性好，不溶于水。无毒、无味、不会产生二次污染。颗粒度及其级配满足滤层需要等5条要求的多种矿物质组合成特种滤料达到净化水的目的。本发明进水处理池中放置的特种滤料系优选出的符合上述5条要求的多种优质沸石所组成，硬度3—5，密度1.5—3。中间层粒径2.5—3.5毫米，最上层密度为1.2克/立方厘米或300目的细粉，最下层粒径7厘米左右的多种优质沸石所组成多层次滤料层。(5)密封钢管竖井中的特殊高压装置，由水泵及气泵等组成。根据综上所述的特征，其特征还可表现在2—3或更多的进水处理池共用一个密封钢管竖井，或将一池从中隔为数个小池，共用一个密封钢管竖井，在数个单元过滤池中同样设置安装具有(1)(2)(3)(4)相同特征的各个子系统。上述井一池过滤系统及其设备，能互相连续循环运行，起到处理污水、净化水质的作用。全文摘要本发明属于农作物秸秆资源化利用领域，用农作物秸秆纤维素生产可降解多用膜的一种清洁生产方法。用制糖厂的甘蔗渣，高粱、玉米等农作物秸秆为原料生产纤维素，通过专门的生产设备、方法及工艺，生产烟膜、包装膜、大棚膜、地膜等有多种用途的透明薄膜。本发明应用生物工程制造纤维素的方法，在各个生产环节把可能造成污染的原因排除，使生产水经处理后回用于生产系统，达到节水、微量排放或无排放；废渣废泥制成符合国标的产品，达到清洁生产的目的。所有产品使用后的碎片或废膜，可被土壤中的微生物分解掉，既提高土壤的肥力，又解决了PVC薄膜和焚烧秸秆污染环境的难题。文档编号C12R1/645GK101545227SQ20081004939公开日2009年9月30日申请日期2008年3月24日优先权日2008年3月24日发明者余守志,刘振东,刘长泰,尚朝阳,张万强,张伾山,王昭亮,王昭辉,王福朝,黄志策申请人:河南丰利达高科技有限公司;王福朝