专利名称：秸秆亚铵法制浆废液在防治沙尘暴和荒漠化土地中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及秸秆和木材亚硫酸铵法制浆废液的用途，尤其涉及它通过喷洒和灌溉到沙土地表面，从而起到沙土颗粒间湿润、粘结、晾干固化，固定沙粒和土壤的粘结固定剂 (简称粘固剂，常称固沙剂)作用中的应用。此发明用以固沙保土、防治沙尘暴和治理荒漠化土地，以及进一步漫延和扩展。本发明应属于土地资源开发和环境保护领域。
1背景技术：
我国沙漠戈壁面积1 万平方公里，荒漠化土地面积267万平方公里，占国家土地总面积的27.9%，全国约有4亿人口受到荒漠化影响，主要分布在我国西北和华北地区。如北京、天津市等地每逢冬、春季节，干旱刮风常有沙尘天气，严重时就发生沙尘暴，地面天空刮起巨风，挟带大量沙尘，空气混浊，天色黄昏，能见度几十米、百余米，对环境、交通、建设和人民生活造成很大影响。使每年沙化土地面积以3000多平方公里扩展，造成可利用面积被蚕食，土壤贫瘠，生产力下降，影响粮食生产安全。并害及日本、韩国等国家。2010年3月19日至20日的强沙尘天气席卷了半个中国，远及台湾省，约2. 7亿人遭受了沙尘之害。因此，防治沙尘暴，断绝沙尘原，固沙、沙改和治理荒漠化土地，成为当务之急的大事，也受到邻国——日本、韩国的重视。一、目前固沙方法的应用和简介(一 )工程固沙法成本高和投资大，一般不常用。( 二)生物固沙法是在沙漠、沙地和荒漠化地带上植树种草，树能挡风降低风速、 风力，草能生根固沙，茎叶覆盖地面，不易被风蚀沙化土地。因此，植树种草生物固沙是行之有效的方法，而被广泛采用。但是，此法成功，在于保证全苗和生长好树草。为此，除供植物生长所需的水分与养分外，还有配合喷洒不危害植物生育的化学固沙剂，固定沙土以抗苗期风蚀，吹走幼苗，保证全苗。(三)化学固沙法化学固沙法是喷洒凝固剂固沙，例如用乳化浙青或原油、合成树脂和无机或有机胶乳和等物品，喷洒固沙，国外使用效果尚好。但是存在着成本高，原料不足，微生物降解难，以及难与生物固沙措施相结合等的问题。①木质素固沙剂我国南京林业大学李忠正教授(http:www. chinapapet. net 2003-9-19新华网) 工业木质素防治荒漠化技术通过鉴定《纸和造纸》双月刊2004年6期)以及空军装备研究院王汉杰教授(2005年03月沈日解放军报)等开发的“利用造纸过程废液-禾草制浆废液改性制备新型固沙材料的技术”即利用禾草碱法造纸制浆废液木素进行改性合成反应， 经分离溶解蒸发浓缩和喷雾干燥，制成木质素固沙剂，能被微生物降解，不污染土壤，并做到与生物固沙措施相结合，在宁夏、内蒙古等地喷洒木质素固沙剂水溶液试验，喷后沙土 M 小时结壳固化，使沙子和种子不被风沙吹袭带走。还能减少水分蒸发，播种造林成活率达到 95%，效果很好。但是存在有问题1、产品生产成本高产品是从禾草制浆废液中的木质素经改性反应生产的。因此，需要批购土地建立生产车间房屋并购买生产设备等投资。2、产后存在废液污染，需要治理。3、禾草碱法制浆废液的原料来源无保证因产品的原料是靠禾草碱法小纸浆厂供应的，可是国家严禁禾草碱法小纸浆厂生产。为了解决上述存在的问题，我研发了秸秆亚硫酸铵法制浆废液(原为肥料)做为固沙剂。②秸秆亚硫酸铵法制浆废液肥料与研发为新的固沙剂。1、秸秆亚硫酸铵法制浆废液肥料<1>秸秆亚硫酸铵法制浆液肥料的由来。1967年为了解决秸秆碱法制浆造纸的制浆废液对环境污染的问题，北京农业大学赵时来与一轻部造纸研究所刘镇兰等合作开展秸秆中性亚硫酸铵法(简称亚铵法)制浆造纸与制浆废液肥料的试验，取得了成功。把制浆废液试验成为无机有机复混肥料，纸浆与肥料的固干物产量比为1 1，因此，办成既是浆造纸厂又是肥料厂，解决了秸秆制浆废液对环境污染的问题。继即经过20多年各地制浆造纸与肥料生产实践的考验，于1991年《亚硫酸铵制浆造纸及废液肥田技术》被列入“八五”国家重点新技术推广项目计划，在全国推<2>秸秆中性亚铵法制浆与制浆废液肥料的生产方法把原料秸秆切成长2-3厘米，装入蒸球内，然后依生产不同浆料，分别向球中加入按原料秸秆干重量的8-18%亚硫酸铵的药品、2-3%中和剂的氨水和200-300%的清水，盖好球盖拧紧，转动蒸球，向球内通入6-7Kg/cm2高压蒸汽，保温2-8小时，进行制浆蒸煮的化学反应。把木质素磺化溶出，分离出纤维素，同时部分纤维素和半纤维素水解产生葡萄糖、 蔗糖、多糖醇、醛及挥发性有机酸和蒸煮药液剩余物和秸秆中矿物质养分的残留物，以及加入的水和蒸汽等组成制浆废液，当完成蒸煮反应后，蒸球中的浆液，经过喷放和螺压机压榨、洗涤提取废液，将浆液分开，分别得到粗纸浆与制浆废液，纸浆用于造纸，制浆废液即是无机有机复混肥料。(详见《四川造纸》亚铵法制浆专辑(一)与(二)_四川省造纸工业科技发报站1976-1977)(3)秸秆亚铵法制浆造纸与制浆废液肥料的生产情况我国亚铵法制浆造纸与生产制浆废液肥料所用的植物纤维原料有麦秸、稻草、棉秆、蔗渣、芦苇、杧秆、龙鬚草、竹子和棉短绒(生产化纤浆)等草本植物，而木本植物有马尾松、杨木、桦木和紫槐等，制浆所用的药品为液体和固体的亚硫酸铵，它们主要是结合环境污染的处理，以硫酸工业废气sa或煤矸石燃烧的为原料，用氨水或碳酸氢铵水溶液，加以吸收处理而生产。制浆所用的中和剂除氨水外，不有碳酸氢铵、尿素、磷铵、氧化镁、氧化钙、和氢氧化钠等。生产的纸浆种类有半化学浆、化学浆和棉短绒化纤浆。生产的纸种有包装用纸、 工业用纸、卫生用纸、文化用纸、印刷用纸和复印纸等等。生产的厂家，曾发展几佰家，后经调整，淘汰小纸厂，发展上规模的厂家有山东德州市平原县永发纸业公司，河北省锦县第三造纸，山东省泰安市造纸厂和安徽省阜阳市天都纸业公司等等。亚铵法制浆废液肥料的产品秸秆亚铵法制浆，生成的浆液经过喷放与废液提取， 得到亚铵法制浆废液肥料产品，由于废液浓度低不便贮运，遇到高温季节，还会发酵生臭， 因此，为了提高浓度，减少贮运体积和防止发酵生臭，有将提取得低浓度废液，进行加热蒸发浓缩，喷雾干燥，生成浓缩废液和粉状固体物，所以亚铵法制浆废液肥料的产品有稀废液、浓缩废液和粉状固体物等三种，它们的组成和养分含量，见下表(1)表1秸秆木材亚硫酸铵法制浆废液组成和养分含量
状态项R稀废液浓缩废液废液干化固体物备注PH值5.30—8.705.3—5.73.93—5.01溶液浓度的换算固干物重％10.1—16.436.7—52.688.1—93.7由重量百分浓度换算比重(d)1.036—1.0831.180—1.291重量体积浓度(克/升)灰分重％0.90—1.724.03—10.269.59—20.77重量体积浓度(克/升) 重量百分浓度X比重X10有机质重％6.44—11.0424.58—36.5950.62—62.00全氮重％1.21—1.652.24—3.44.91—5.95铵态氮重％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亚铵制浆废液肥料具有氮磷钾化肥和农家有机肥料的特点，速效而持久。施用农作物，一般能增产20%以上。2、秸秆木材亚铵法制浆废液研发为固沙剂的新用途见本题序III
发明内容
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发明内容
本发明的目的在于开发秸秆木材亚硫酸铵法制浆废液的新用途，尤其用在沙土颗粒间湿润粘和，晾干固化，粘结固定沙粒与土壤的粘固剂，常称固沙剂中的新应用。秸秆木材亚硫酸铵法制浆废液(包括固体产品)固沙剂的组分(固干物重量百分率计)固干物重量100%、灰分8. 91 22. 2%、有机质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。实际上本发明是涉及秸秆木材亚硫酸铵法制浆废液作为沙漠沙地防治沙尘暴的固沙剂中的应用。涉及秸秆木材亚硫酸铵法制浆废液作为治理荒漠化土地的粘固沙土剂中的应用。涉及秸秆木材亚硫酸铵法制浆废液作为农业、林业和牧业地区防治风蚀土地的粘固剂中的应用。涉及秸秆木材亚硫酸铵法制浆废液作为城市街道、公园、草坪的裸露土地和树盘土壤的粘固剂中的应用。涉及秸秆木材亚硫酸铵法制浆废液作为建设工地的沙堆、土堆粘固沙土剂中的应用。
为了更好地理解本发明的实质，下面将秸秆和木材亚硫酸铵法制浆所生产的不同种类与性状的亚硫酸铵法制浆废液，进行固定沙土的施用方法与性状观测的试验，取得试验结果，来说明秸秆亚硫酸铵法制浆废液在固定沙土的固沙剂中的新用途。一、皿装沙粒与土壤滴施秸秆亚铵法制浆废液固定沙土的方法。< 一 >麦草亚铵法制浆废液在固沙剂中的应用。包括以下步骤步骤一选定固定沙土的土地，模拟固沙土地，选用高1. 5cm面积40cm2玻璃培养皿装入经风干过Imm筛孔筛下的耕层沙土 75克，压实摊平土面，土层厚度1. 2cm，供作固定沙土的土面。步骤二 准备好滴浇水(自来水)与掺和麦草亚铵法制浆废液混配的固沙混滴水。 以16. 41%麦草亚铵法制浆废液(比重1. 075)加水配成含“废液”干物重40g/L的混滴固沙水，是先将原产品“废液”重量％浓度换算与重量体积浓度g/L，即16. 41 X 1.075(比重) =176. 4g/L，后把产品176. 4g/L浓度加水稀释至混滴水施用浓度0Og/L)，是把176. 4/40 =4. 41倍，即量取1升176. 4g/L麦草亚铵法制浆废液加水至4. 41升(加水量=4. 41-1 =3. 41升)，就是施用浓度为40g/L的混滴水。步骤三在步骤一皿装的沙土地上，分别用皮头滴管均勻地滴施步骤四准备好的滴浇水(自来水)和混滴水(“废液”浓度40g/L干物重)各 25ml/ 皿。步骤五分别观测沙土滴浇水的与滴浇“废液”混滴水的土面变化和生成粘固层状况。粘固层状况的观测是依据本发明自定的“沙、土粘固层性状观测”(见题序III、一 (二))进行观测。其结果是沙土滴浇水(对照)的表土干后淡黄色沙土粒间不粘结，不生成粘固层，手指触压土面即松散，风速5. 4M/S吹打，飞起沙土，不能固定沙土，而滴浇水掺和麦草亚铵法制浆废液混浇水的，沙土湿润后，沙土颗粒间能相互粘结固化生成固定层， 称为粘固层，厚度> 1. 2cm,硬粘结，经除尘风机风速> 34M/S吹打，土面不动，不飞扬沙土， 能固定沙土。步骤六沙土滴浇水的与滴浇“废液混浇水的观测结果进行比较”。结果是沙土滴浇水的表土干后，松散不生成粘固层，遇风速5. 4M/S吹打，飞起沙土，所以水不是固沙剂。而滴浇水掺和麦草亚铵法制浆废液的混浇水的，则沙土颗粒相互粘结固化，生成粘固层，厚度> 1. 1cm，硬度为硬粘结，经风速> 34M/S吹打，土面不动，不飞扬沙土。能抵抗风蚀，固定沙土，所以说麦草亚铵法制浆废液可以作为固沙剂新用途。< 二 >不同种类与性状秸秆亚铵法制浆废液作为沙粒和土壤粘固剂试验。①试验目的通过不同种类与性状秸秆亚铵法制浆废液作为防止风蚀、粘结固化沙粒和土壤的粘固剂探讨其用于沙粒与土壤的不同结果。②试验处理在皿装试验沙粒与土壤表面，分别滴施不同种类与性状亚铵法制浆废液水溶液， 每皿(40Cm2) 100ml，其固干物重量体积浓度(g/L)为40. 0、80. 0和160. 0，并以每皿滴施 10. Oml水为对照处理，每处理4次重复现将试验方案列表O)
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表2皿装沙土滴施不同种类与性状秸秆亚铵法制浆废液的粘固剂试验处理方案
权利要求
1.秸秆亚铵法制浆废液在防治沙尘暴和荒漠化土地中的应用。
2.秸秆木材亚硫酸铵法制浆废液(包括固体产品)固沙剂的组分(固干物重量百分率计)项目名称固干物灰分机质全氮NH+4-N P205K20占固干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.秸秆木材亚硫酸法制浆废液作为农业、林业和牧业地区，防治风蚀土地的粘固剂中的应用。
4.秸秆木材亚硫酸铵法制浆废液作为城市街道、公园草坪的裸露土地和树盘土壤，粘固剂中的应用(题序III)。
5.秸秆木材亚硫酸铵法制浆废液作为建设工地的沙堆、土堆防止刮风飞扬沙土的粘固剂中的应用。
6.秸秆木材亚硫酸铵法制浆废液和浓缩液及加工成固体粉等不同种类和性状 (PH4. 16-8.20)的产品，都可以作为固定沙粒与土壤的粘固剂常称固沙剂。
7.喷雾器喷洒秸秆亚铵法制浆废液固定沙土的方法 步骤一选定喷洒秸秆亚铵法制浆废液固定沙土的地块。 步骤二 沙土喷洒秸秆亚铵法制浆废液水溶液的配制。如将56. 3%麦草亚铵法制浆废液(比重1.291)加水配制成含干物重80g/L喷洒液。按重量百分浓度X比重XlO =重量体积浓度(g/L)的溶液浓度换算公式换算即 563X1. 291X10 = 726. 8g/L(原“废液”浓度)再将726. 8g/L浓度，加水稀释与喷洒水溶液浓度80g/L，即726. 8/80 = 9. 09倍，就是取1升726. 8g/L原“废液”加水稀释至9. 09升(加水量=9. 09-1 = 8. 09升)。即得到浓度80g/L，喷洒用“废液”水溶液。按此方法配制其它喷洒浓度“溶液”水溶液。 步骤三沙地地面喷洒配成的80g/L “废液”水溶液。将配成的80g/L废液水溶液倒入有虑网的农用打药喷雾器，对地面进行喷洒，喷液量为 2. 4L/M2。步骤四沙地喷洒亚铵法制浆废液水溶液后观测地面变化。喷洒“废液”水后5-6天沙面硬结，生成栗色粘固层，厚达ICm多，手指触压，不散沙粒， 固定沙土。试验结果固定沙土喷施秸秆亚铵法制浆废液水溶液，浓度为含废液干物重40-240g/ L(适宜为 60-80g/L)，体积为 1. 7-5. 0L/M2 (适宜为 2. 0-2. 5L/M2)。
8.地面灌溉渗灌秸秆亚铵法制浆废液固定沙土的方法。 步骤一选定地面灌溉的沙、土地块。步骤二 混灌水浓度的配制依溶液浓度换算公式重量百分浓度X比重XlO =重量体积浓度g/L，先将产品秸秆亚铵法制浆废液重量百分浓度(％ )换算成重量体积浓度g/L。再将“废液”产品重量体积浓度(g/L)除去灌溉时混灌水浓度(g/L)，就得到原“废液”稀释的χ倍数，那就是混灌水量与原“废液”量的比例=X 1。即其中灌溉水量=混灌水量(X倍)-“废液”量(1) =X-Io 例如将49. 9%麦草亚铵法制浆废液(比重1.M6)配制成“废液”浓度含干物重4g/L的混装水，即是将49. 4% “废液”产品X比重(1. 246) X 10 = 615. 5g/L，再将原“废液”浓度 g/L/灌溉混灌水浓度g/L = 615. 5/4 = 153. 9倍，即原“废液”量混灌水量=153. 9 1 倍，灌溉水量=153. 9-1 = 152. 9倍原“废液”量。 步骤三麦田灌溉水掺和亚铵法制浆废液的施法。将施用的49. 4%麦草亚铵法制浆废液装放在驴车上IM3的胶囊袋中拉车到农渠边，把胶囊袋上放“废液”皮管放在流水的毛渠口，逐渐拧开皮管夹子，调节“废液”流量与流水量比例1 152. 9混合，流进麦地畦田，直到灌水停止。试验结果地面灌溉在灌溉水中掺和亚铵法制浆废液，固定沙土，其混灌水浓度含“废液”干物重2至10g/L，混灌水定额;35-75mm。步骤四灌后观测地面变化，麦田混灌废液水5-6天后，畦田表土晾干固化，刮风不起/K -U 土工O
9.喷灌掺灌秸秆亚铵法制浆废液固定沙土的方法步骤一选定喷灌的土地。步骤二 秸秆亚铵法制浆废液掺和喷灌水配成混灌水浓度(g/L)，先知道喷灌水定额和单位面积喷施秸秆亚铵法制浆废液干物重g/M2，然后将喷施“废液”干物重g/M2/喷灌水定额mm = g/L混喷水浓度。例如，喷灌水定额43mm，单位面积喷施秸秆亚铵法制浆废液干物重172g/M2。那么“废液”混喷水浓度172/43 = 4g/L。步骤三将重量百分浓度秸秆亚铵法制浆废液配成混喷水浓度g/L，并求出“废液”加水稀释倍数和加入稀释灌水量。例如喷灌水掺和35. 3%稻草亚铵法制浆废液(比重1. 18)配制成“废液”浓度含干物重4g/L混喷水溶液。依据液浓度换算公式重量百分浓度(％ ) X比重XlO =重量体积浓度(％ )先将 35. 3%稻草亚铵法制浆废液产品的％浓度换算成g/L浓度即35. 3X1. 18X10 = 416. 5g/L， 后把原“废液”产品浓度416. 5g/L换算喷施浓度4g/L，是416. 5/4 = 104. 1倍，即取1升原 “废液”产品，加喷灌水稀释至104. 1升，就得到浓度4g/L的“废液”混喷水，那么配成的混灌水104. 1升-1升原“废液” =103. 1升，为稀释喷灌水量。 步骤四配成“废液”混喷水对沙土地面进行喷灌将4g/L “废液”混喷水装入喷灌装置设备，对沙土地面进行喷灌，喷完灌水定额43mm。 步骤五喷灌后观测喷灌“废液”水溶液沙土，地面变化与生成粘固层固定沙土情况。 试验结果秸秆亚铵法制浆废液结合喷灌固定沙土，喷灌“废液”水溶液的浓度为含“废液”干物重2. 3 13. 9g/L，其中最适宜浓度为3. 5g/L，灌水定额为25至60mm。
10.结合滴灌掺施秸秆亚铵法制浆废液固定沙土的方法。 步骤一选定滴灌土地。步骤二 备好滴灌装置，利用田间滴灌装置或自按滴灌装置(利用病人吊瓶静脉注射输液装置的改装)步骤三配制掺和秸秆亚铵法制浆废液的滴灌水。将重量百分浓度的秸秆亚铵制浆废液(标明比重)，依水溶液浓度换算公式重量百分浓度(％) X比重X10 =重量体积浓度(g/L)，换算为滴灌施用的重量体积浓度，并配制成滴灌施用的“废液”水溶液浓度g/L。 步骤四利用滴灌装置进行滴灌在地面装好滴灌装置，将配好“废液”滴灌水，装入滴灌装置的滴灌水贮池或滴桶，然后使用滴灌装置进行滴灌。试验结果滴灌水中掺和秸秆亚铵法制浆废液固定沙土，其掺和废液的滴灌水中废液浓度为含废液干物重5-30g/L。灌水定额20-75mm，滴点间距0. 15-0. 50M,水流量 0. 5-2. 01L/h。步骤五沙、土滴灌“废液”水溶液的结果观测主要观测滴后沙、土地面的变化与生成粘固层与否与抗风蚀的关系。
全文摘要
本发明秸秆亚铵法制浆废液在防治沙尘暴和荒漠化土地中的应用。它涉及秸杆木材亚硫酸铵法制浆废液作为粘固剂，在土地资源开发与环境保护领域中的新用途。该产品具有粘和性、吸湿保水性和供给植物养分等特性，它通过喷洒和结合灌溉等施用方法，将其水溶液施到沙粒与土壤地面，从而起到沙、土颗粒间湿润、粘结、晾干固化、固定沙粒和土壤的粘结固定剂(简称粘固剂，常称固沙剂)作用中的应用，而且亚铵法制浆废液，是造纸制浆的付产品，直接利用，无需制造，因此，产品成本低，售价低廉，种类多，原料丰富，产量大，供应有保证。加上施用方法多、方便。所以本发明对于防治沙尘暴，治理荒漠化土地，开发土地资源，加强粮食安全和保护环境，都会起到重要作用。
文档编号E02D3/12GK102174328SQ20111002893
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月27日 优先权日2011年1月27日
发明者赵时来 申请人:赵时来