阅读说明：本技术 一种综合利用秸秆联产纤维糖、瓦楞纸浆、木质素、沼气及有机肥的方法 (Method for coproducing fiber sugar, corrugated paper pulp, lignin, biogas and organic fertilizer by comprehensively utilizing straws ) 是由 应汉杰 朱晨杰 单军强 欧阳平凯 唐成伦 庄伟� 李明 陈勇 沈涛 于 2020-04-23 设计创作，主要内容包括：本文公开了一种综合利用秸秆联产纤维糖、瓦楞纸浆、木质素、沼气及有机肥的方法,其包括如下步骤：(1)将秸秆进行预处理,固液分离,得到纤维和黑液；(2)将黑液分离沉降得到木质素和有机硅肥；(3)将纤维进行磨浆,将磨浆后的物料分级筛分,分别得到长纤维和细小纤维；将长纤维脱水,用作瓦楞纸浆；将细小纤维解糖化制备纤维糖；(4)将上述过程中产生的废水用于制备沼气、有机肥以及回水收集再使用。有益效果：本发明提供了一种经济可行的秸秆类生物质综合利用的新思路,可提高秸秆制糖的营利能力。同时,本发明基于木质素优先分离预处理工艺,降低后续酶解过程中,木质素对纤维素酶的无效吸附,提高酶解效果,降低酶用量。(The utility model discloses a method for comprehensively utilizing straws to co-produce fiber sugar, corrugated paper pulp, lignin, methane and organic fertilizer, which comprises the following steps: (1) pretreating straws, and carrying out solid-liquid separation to obtain fibers and black liquor; (2) separating and settling the black liquor to obtain lignin and an organic silicon fertilizer; (3) grinding the fibers into thick liquid, and grading and screening the ground materials to obtain long fibers and fine fibers respectively; dewatering the long fiber to be used as corrugated paper pulp; the fine fiber is saccharified to prepare the fibrous sugar; (4) and the wastewater generated in the process is used for preparing methane and organic fertilizer and is collected and reused. Has the advantages that: the invention provides a new economic and feasible idea of comprehensive utilization of straw biomass, and the profit capacity of straw sugar production can be improved. Meanwhile, the method is based on the lignin preferential separation pretreatment process, so that the ineffective adsorption of lignin to cellulase in the subsequent enzymolysis process is reduced, the enzymolysis effect is improved, and the enzyme dosage is reduced.)

一种综合利用秸秆联产纤维糖、瓦楞纸浆、木质素、沼气及有 机肥的方法

技术领域

本发明属于生物化工领域，具体涉及一种综合利用秸秆联产纤维糖、瓦楞纸浆、木质素、沼气及有机肥料的方法，通过对秸秆类生物质组分的高效分离与各组分的高值化利用，实现秸秆类生物质综合利用且经济可行。

背景技术

随着人口的增长和和社会生产力的发展，能源短缺与环境恶化已成为二十一世纪人类面临和亟待解决的重大问题，也是制约我国社会与经济可持续发展的主要因素。作为可再生资源重要组成部分的木质纤维素类生物质资源是绿色植物通过光合作用将太阳能转化为化学能的载体。它可以通过物理、化学或生物手段转化为固态、液态、气态燃料，也可转化为多种化工原料。同时，生物质也是唯一的可再生碳源，它的有效利用可以实现由“石化碳”经济向“光合碳”经济的转变，对维持生态环境的碳平衡有积极意义。

我国具有丰富的生物质资源，玉米、水稻、小麦、棉花等农作物秸秆等资源量每年约8.2亿吨(约合4亿吨标煤)，可收集的资源量每年约6.9亿吨。然而迄今为止，秸秆利用仍然是世界性难题。在我国，秸秆焚烧现象目前仍十分严重，每年约有3亿多吨的农作物秸秆被燃烧或废弃。秸秆资源化、商品化利用程度低，要实现我国2020年秸秆综合利用率超过80％的目标，任务仍相当艰巨。

木质纤维素构成了植物的细胞壁，对细胞起着保护作用，它主要由纤维素、半纤维素和木质素3部分组成。目前，纤维素、半纤维素和木质素的利用已经做了深入的研究并取得了很多产业化的成果。但目前利用方式只是将木质纤维素的单一组分分离并进行高效利用。例如典型的纤维素乙醇行业中，专利CN101509018和CN101525636采用蒸汽爆破预处理木质纤维素原料，提高了纤维素与半纤维素的酶解效率，但忽视了木质素的分离提取会更有利于纤维素的酶解糖化，同时木质素也未得到高效利用。专利CN103898788A采用单螺杆蒸汽爆破设备进行木质纤维素的预处理，相对于罐式蒸爆，极大的提高了预处理的效率和酶解糖化效率，但该技术只是单纯破坏植物纤维结构同时水解半纤维素，依然没有有效分离木质素。专利CN103790056A采用双螺旋挤压机预处理木质纤维素，仅仅是分离木质纤维素的单一组分，提高了酶解糖化效率，但是纤维素与半纤维素同时存在的条件下，纤维素酶解效率下降，酶解时间延长。专利CN107208120A，虽然公开了一种快速预处理方法及装置，很有应用前景，但是其并未强调木质素利用的重要性及其分离提取的方式。以上专利中的预处理组分分离技术主要应用于以纤维乙醇为代表的生物能源行业，但该行业目前面临的普遍问题：无效投资大导致亏损，长期以来全世界没有形成规模产业。用于主体产品酒精生产的投资仅为1/3，另外2/3分别用于固渣发电和废水处理，其主要原因为：1)路线设计不合理，未能根据原料结构特点设计相应的高附加值产品；2)三大组份未能全价有效利用，糖平台中五碳糖利用效率低，且将木质素作为低价值的燃料；3)产品单一，仅产出乙醇及热电联产的电能，产业链无法有效延伸。

因此，仅以木质纤维素制糖和木质素作为燃烧燃料的利用模式并不合理，必须突破现有的秸秆类木质纤维素的利用模式，深入剖析各组分潜在的应用价值，实现各组分分级分段分离，将对木质纤维素的全值化利用产生重大意义。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种秸秆类生物质综合利用的工艺流程，以解决以秸秆等木纤维素素为原料的生物炼制产业(生物能源及生物基化学品)难以进行产业推动的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种综合利用秸秆联产纤维糖、瓦楞纸浆、木质素、沼气及有机肥的方法，其包括如下步骤：

(1)将秸秆进行预处理，固液分离，得到纤维和黑液；

(2)将步骤(1)得到的黑液分离沉降得到木质素和有机硅肥；

其中，木质素的纯度大于85％；有机硅肥中硅元素占比超过50％；

(3)将步骤(1)得到的纤维进行磨浆，将磨浆后的物料分级筛分，分别得到长纤维和细小纤维；将长纤维脱水，用作瓦楞纸浆；将细小纤维解糖化制备纤维糖；

其中，长纤维的长度为0.6～5mm，叩解度为30～60°SR，湿重为1～10g；细小纤维的长度小于0.6mm；

(4)将步骤(1)～(3)过程中产生的废水用于制备沼气、有机肥以及回水收集再使用；其中，回水的COD不超过500mg/L。

步骤(1)中，所述的预处理包括如下步骤：

(i)原料切断：将秸秆置入连续秸秆切断机中进行切断；

(ii)干法除尘：将步骤(i)中切断后的秸秆置入干法除尘设备，切断后的秸秆在干法除尘设备中松散翻滚，通过引风机将扬起的沙尘及秸秆碎屑抽入水膜除尘装置中，进行水膜除尘；

其中，所述的水膜除尘为在喷淋水及旋流器的作用下使得通过引风机抽入的沙尘及秸秆碎屑气流中的沙尘及秸秆碎屑沉降下来，干净空气排除，将喷淋后的悬浊液上层中的秸秆碎屑分离，将秸秆碎屑(主要为秸秆表皮部分叶及髓)用作有机肥；再对去除秸秆碎屑的悬浊液固液分离，去除沙尘，水再次用作喷淋水循环使用；

其中，当水的COD富集至达到5000mg/L时送入废水收集罐；

(iii)热水洗涤：将步骤(ii)中干法除尘后的物料在热水中进行浸泡洗涤，洗去可溶性物质，对物料洗涤后的热水进行固液分离，去除沙尘；将滤液再次用作洗涤水进行循环用使用；

其中，当水的COD富集达到4000mg/L时送入水膜喷淋系统，用作喷淋水；

其中，若浸泡洗涤后水的COD达到5000mg/L时，则送入废水收集罐；

(iv)双螺杆碱法预处理：将步骤(iii)中热水洗涤后的物料传送入双螺杆挤压搓丝机中，在物料经双螺杆挤压搓丝的同时喷入碱液，使碱液与物料充分混合，得到挤压搓丝后的碱性物料；

同时，将物料通过双螺杆过程中排出的废液(COD不低于10000mg/L)送入废液收集罐；

(v)保温仓保温：将步骤(iv)处理后的碱性物料在保温仓中加热保温；

(vi)多级置换洗涤：将步骤(v)保温仓加热保温后的碱性物料置于多级置换洗涤设备中洗涤，对洗涤水进行固液分离得到黑液及纤维。

步骤(i)中，秸秆切断后的长度为3～5cm。

步骤(ii)中，喷淋水的温度为30～70℃。

步骤(iii)中，热水的温度为70～95℃，浸泡洗涤的时间为4～30min。

步骤(iv)中，碱液的用量为秸秆的1～6倍，碱液中碱浓度为5～50g/L；其中，所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氨水、正丙胺、异丙胺、正丁胺、异丁胺、二乙胺、三乙胺和乙二胺中的任意一种或几种组合。

步骤(v)中，保温仓的温度为50～95℃，保温的时间为10～90min。

步骤(vi)中，将步骤(v)保温仓加热保温后的碱性物料先加水稀释至浓度为40～90g/L，再置于2～5级置换洗涤设备中洗涤，对洗涤水进行固液分离，黑液中固形物的浓度达到100g/L及以上；其中，黑液中固形物的主要成分为硅酸钠、半纤维素、无机盐及木质素钠。

步骤(2)中，所述的黑液分离沉降得到木质素和有机硅肥具体为将黑液进行一次固液分离，得到含细小纤维的残渣(即少量的细小纤维，将其并入纤维分级筛分步骤所得的细小纤维中)和滤液；将滤液一次酸化至pH为8.5～9.5后进行二次固液分离，得到酸化黑液和残渣，所得残渣即为有机硅肥；将酸化黑液浓缩至固形物的浓度达到200g/L后提取木质素。

所述的酸化黑液浓缩后提取木质素为以下方法中的任意一种：

方法一：将酸化黑液二次酸化后进行三次固液分离，得到残渣和滤液；所得残渣即为木质素，将滤液直接或经脱盐处理后送入好氧处理池进行处理，再次回收利用；其中，所述的二次酸化为酸化至pH为2～5，酸化过程中的温度为室温～90℃。

方法二：将酸化黑液经膜浓缩，所得浓缩液即为木质素溶液，透过液(碱液)送至双螺杆碱法预处理中循环使用；其中，所述的膜为40～100nm的陶瓷微滤膜、40～100nm的不锈钢膜、分子量分布为300～5000Da纳滤膜中的任意一种或多种组合。

其中，所述的一次酸化和二次酸化所使用酸的浓度为3％～25％(质量分数)；所述的酸为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、亚硫酸、甲酸、乙酸、柠檬酸、草酸、二氧化碳和二氧化硫中的任意一种或几种组合。

步骤(3)中，将步骤(1)得到的纤维进行磨浆，磨浆浓度为150～300g/L(这边不一定需要加水，在前面一步的置换洗涤步骤中，出来得到物料干度在一定范围满足；若不满足该浓度，则再补充一定的水)；将磨浆后的物料加水稀释至浓度为10～100g/L，再采用孔径为18～60目的筛网进行分级筛分(根据所需尺寸进行纤维分级筛分，分别得到长纤维及细小纤维)。

步骤(3)中，所述的分级筛分为用筛网对磨浆后的物料进行筛分，得到长纤维和含有细小纤维的溶液；再将含有细小纤维的溶液固液分离，得到细小纤维和滤液，滤液用作稀释水对磨浆后的物料进行稀释循环使用。

步骤(3)中，所述的长纤维脱水为将长纤维送入纤维浓缩设备进行脱水至长纤维的浓度为350～500g/L，将脱水后的长纤维用作瓦楞纸浆，将脱除的水作为回水循环使用。

步骤(3)中，所述的细小纤维解糖化制备纤维糖的具体步骤为：向细小纤维中加入水配成浓度为50～250g/L的浆液，添加纤维素酶5～50U/g纤维素，于25～35℃下酶解糖化24～72h，反应结束后对反应液固液分离，得到糖液以及酶解残渣；其中酶解残渣经腐熟处理用作有机肥料，或者直接作为合成酚醛树脂胶黏剂的原料，或掺入长纤维组分用于生产瓦楞纸浆。

其中，所述的纤维素酶为商品化的诺维信纤维素酶，酶活值为200U/mL。酶活定义为：50℃、pH4.8下，1mL酶每分钟水解生成1微克葡萄糖的量定义为一个活力单位。

步骤(4)中，所述的废水用于制备沼气、有机肥料以及回水收集再使用具体为将废水收集罐进行厌氧处理，得到沼气；再将厌氧处理后的废水进行好氧处理，固液分离，所得滤液即为回水，所得滤渣用于制备有机肥料(厌氧与好氧处理得到的污泥浓缩、植物碎屑、酶解残渣及有机硅肥进行混合发酵)。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优势：

1、本发明提供了一种经济可行的秸秆类生物质综合利用的新思路，可提高秸秆制糖的营利能力。

2、本发明基于木质素优先分离预处理工艺，降低后续酶解过程中，木质素对纤维素酶的无效吸附，提高酶解效果，降低酶用量。

3、木质素的多段分离可获取不同类型的木质素，实现木质素的精炼的同时提高了纤维素等碳水化合物的分离效率和利用价值。

4、本发明顺应自然法则，分离提取的生物质天然长纤维，不仅解决了长纤维酶解速度慢、效率低的问题，也提高了其经济价值。

附图说明

图1为实施例1对应的工艺流程图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

实施例1

一种基于碱法预处理的秸秆综合联产纤维糖、瓦楞纸浆、木质素、沼气及有机肥料的方法具体包含一下步骤：

原料切断具体步骤为：将麦秸秆通过传送皮带送入连续秸秆切断机中进行切短，切断后秸秆的长度3～5cm，将切断秸秆送入干法除尘设备，在干法除尘设备中松散翻滚，扬起沙尘及碎屑通过引风机被抽入水膜除尘设备，含有沙尘及碎屑的气流在喷淋水流及旋流器的作用下，植物碎屑及沙尘沉降下来，干净空气排除，将喷淋后所得悬浊液上次漂浮的秸秆碎屑分离(所得植物碎屑用作有机肥料)(参考CN201110315722.2)，再对去除秸秆碎屑的悬浊液固液分离，将泥沙排除系统外，水再次进行循环水槽用作喷淋水循环使用；当水的COD富集至5000mg/L时，则送入废水收集罐，进行厌氧处理用于生产沼气其中植物碎屑主要为秸秆表皮部分叶及髓，喷淋水温为40℃，附着在料片上的泥沙被排除系统外。

除尘后物料被送入热水洗涤设备在80℃热水中，浸泡洗涤15min洗涤，洗去可溶性物质，随后送入双螺杆进行碱法预处理。对物料洗涤热水进行固液分离，所得沙尘排除系统外，滤液再次进行循环使用至COD富集至4000mg/L时，送入水膜除尘系统，用作喷淋水；若滤液的COD富集至5000mg/L时，则送入废水收集罐。

热水洗涤后的物料通过双螺杆挤压搓丝，并同时在挤压搓丝过程中用泵喷入对应秸秆干重量的2倍碱液，使碱液充分与物料混合，碱液中碱浓度为50g/L，将所得碱性物料送入保温仓进行保温反应。物料通过双螺杆过程中排出的COD为10000mg/L废液送入废液收集罐，用于厌氧处理生产沼气。其中配制碱液中所用碱为氢氧化钠，随后碱性物料送入在85℃保温仓中加热保温30min，随后送入多级置换洗涤设备；

保温仓加热反应后的碱性物料，进入多级置换洗涤设备前加水稀释至浓度80g/L，采用3级置换洗涤，对洗涤水进行固液分离得到黑液及纤维；其中，黑液中固形物的浓度达到100g/L，其主要成分为硅酸钠、半纤维素、无机盐及木质素钠；所得洗涤后物料(纤维)送入高浓磨浆机；

洗涤后物料配200g/L浆浓进入高浓磨进行磨浆处理，磨浆后物料按比例稀释至50g/L浆料送入筛网的孔径为30目的纤维筛分装置，得到长纤维和含有细小纤维的溶液；再将含有细小纤维的溶液固液分离，得到细小纤维和滤液；其中，滤液用作稀释水对磨浆后的物料进行稀释循环使用；长纤维的平均长度为0.8mm；细小纤维的平均长度为0.2mm；长纤维送入纤维浓缩设备进行脱水，脱除水分后长纤维中的浓度由70g/L浓缩至400g/L，用作瓦楞纸浆，叩解度为35°SR，所得滤液再次用作回水使用；细小纤维送入酶解罐。

将细小纤维配成浓度180g/L浆液，添加纤维素酶15U/g纤维素，进行在酶解罐中进行酶解糖化，酶解温度为30℃，酶解的时间为60h，总糖得率为80％，反应结束后对料液进行固液分离，得到糖液以及酶解残渣，其中酶解残渣经腐熟处理用作有机肥料；

对上述所得黑液进行固液分离，将此少量所得细小纤维并入纤维分级筛分步骤所得细小纤维中。对滤液进行初次酸化至pH为8.7，固液分离后得到沉淀物与酸化黑液，沉淀物即为有机硅肥，有机硅肥中硅元素占比为55％。将酸化黑液进行浓缩至固形物浓度达到200g/L，对浓缩后黑液进行二次酸化至pH为3.5，酸化过程温度为50℃，随后进行固液分离，得到木质素固形物，木质素纯度为90％，废液直接送入好氧处理池或经脱盐处理后送入好氧处理池进行处理，再次回收利用，其中所用酸为20％硫酸(质量分数)。

对上述过程中产生高浓废水(高浓废水COD达到5000mg/L以上)进行厌氧处理，制备得到沼气；经厌氧处理后的废水，再进行好氧处理，与系统中部分低浓废水混合进入系统作为回水使用，回用水COD为500mg/L；厌氧与好氧处理得到的污泥浓缩、植物碎屑、酶解残渣及有机硅肥进行混合发酵生产有机肥料。

其中，所述的厌氧处理为将高浓废水进入含有厌氧颗粒污泥的厌氧塔，在35℃下进行24h的厌氧处理；所述的好氧处理为将废水进入好氧池，DO溶氧量值为3mg/L，处理24h；所述的混合发酵为参考CN201110315722.2。以下实施例中均相同。

实施例2

一种基于碱法预处理的秸秆综合联产纤维糖、瓦楞纸浆、木质素、沼气及有机肥料的方法具体包含一下步骤：

原料切断具体步骤为：将麦秸秆通过传送皮带送入连续秸秆切断机中进行切短，切断后秸秆的长度3～5cm，将切断秸秆送入干法除尘设备，在干法除尘设备中松散翻滚，扬起沙尘及碎屑通过引风机被抽入水膜除尘设备，含有沙尘及碎屑的气流在喷淋水流及旋流器的作用下，植物碎屑及沙尘沉降下来，干净空气排除，将喷淋后所得悬浊液上次漂浮的秸秆碎屑分离(所得植物碎屑用作有机肥料)，再对去除秸秆碎屑的悬浊液固液分离，将泥沙排除系统外，水再次进行循环水槽用作喷淋水循环使用；当水的COD富集至5000mg/L时，则送入废水收集罐，进行厌氧处理用于生产沼气其中植物碎屑主要为秸秆表皮部分叶及髓，喷淋水温为40℃，附着在料片上的泥沙被排除系统外。

除尘后物料被送入热水洗涤设备在80℃热水中，浸泡洗涤15min洗涤，洗去可溶性物质，随后送入双螺杆进行碱法预处理。对物料洗涤热水进行固液分离，所得沙尘排除系统外，滤液再次进行循环使用至COD富集至4000mg/L时，送入水膜除尘系统，用作喷淋水；若滤液的COD富集至5000mg/L时，则送入废水收集罐。

热水洗涤后的物料通过双螺杆挤压搓丝，并同时在挤压搓丝过程中用泵喷入对应秸秆干重量的2倍碱液，使碱液充分与物料混合，碱液中碱浓度为50g/L，将所得碱性物料送入保温仓进行保温反应。物料通过双螺杆过程中排出的COD为10000mg/L废液送入废液收集罐，用于厌氧处理生产沼气。其中配制碱液中所用碱为氢氧化钠，随后碱性物料送入在85℃保温仓中加热保温30min，随后送入多级置换洗涤设备；

保温仓加热反应后的碱性物料，进入多级置换洗涤设备前加水稀释至浓度80g/L，采用3级置换洗涤，对洗涤水进行固液分离得到黑液及纤维；其中，黑液中固形物的浓度达到100g/L，其主要成分为硅酸钠、半纤维素、无机盐及木质素钠；所得洗涤后物料(纤维)送入高浓磨浆机；

洗涤后物料配200g/L浆浓进入高浓磨进行磨浆处理，磨浆后物料按比例稀释至50g/L浆料送入筛网的孔径为50目的纤维筛分装置，得到长纤维和含有细小纤维的溶液；再将含有细小纤维的溶液固液分离，得到细小纤维和滤液；其中，滤液用作稀释水对磨浆后的物料进行稀释循环使用；长纤维的平均长度为0.7mm；细小纤维的平均长度为0.1mm；长纤维送入纤维浓缩设备进行脱水，脱除水分后长纤维中的浓度由70g/L浓缩至400g/L，用作瓦楞纸浆，叩解度为35°SR，所得滤液再次用作回水使用；细小纤维送入酶解罐。

将细小纤维配成浓度180g/L浆液，添加纤维素酶15U/g纤维素，进行在酶解罐中进行酶解糖化，酶解温度为30℃，酶解的时间为60h，总糖得率为85％，反应结束后对料液进行固液分离，得到糖液以及酶解残渣，其中酶解残渣经腐熟处理用作有机肥料；

对上述所得黑液进行固液分离，将此少量所得细小纤维并入纤维分级筛分步骤所得细小纤维中。对滤液进行初次酸化至pH为9，固液分离后得到沉淀物与酸化黑液，沉淀物即为有机硅肥，有机硅肥中硅元素占比为50％。将酸化黑液进行浓缩至固形物浓度达到200g/L，对浓缩后黑液进行二次酸化至pH为3.5，酸化过程温度为50℃，随后进行固液分离，得到木质素固形物，木质素纯度为87％，废液直接送入好氧处理池或经脱盐处理后送入好氧处理池进行处理，再次回收利用，其中所用酸为20％硫酸(质量分数)。

对上述过程中产生高浓废水(高浓废水COD达到5000mg/L以上)进行厌氧处理，制备得到沼气；经厌氧处理后的废水，再进行好氧处理，与系统中部分低浓废水混合进入系统作为回水使用，回用水COD为500mg/L；厌氧与好氧处理得到的污泥浓缩、植物碎屑、酶解残渣及有机硅肥进行混合发酵生产有机肥料。

实施例3

一种基于碱法预处理的秸秆综合联产纤维糖、瓦楞纸浆、木质素、沼气及有机肥料的方法具体包含一下步骤：

原料切断具体步骤为：将麦秸秆通过传送皮带送入连续秸秆切断机中进行切短，切断后秸秆的长度3～5cm，将切断秸秆送入干法除尘设备，在干法除尘设备中松散翻滚，扬起沙尘及碎屑通过引风机被抽入水膜除尘设备，含有沙尘及碎屑的气流在喷淋水流及旋流器的作用下，植物碎屑及沙尘沉降下来，干净空气排除，将喷淋后所得悬浊液上次漂浮的秸秆碎屑分离(所得植物碎屑用作有机肥料)，再对去除秸秆碎屑的悬浊液固液分离，将泥沙排除系统外，水再次进行循环水槽用作喷淋水循环使用；当水的COD富集至5000mg/L时，则送入废水收集罐，进行厌氧处理用于生产沼气其中植物碎屑主要为秸秆表皮部分叶及髓，喷淋水温为40℃，附着在料片上的泥沙被排除系统外。

除尘后物料被送入热水洗涤设备在80℃热水中，浸泡洗涤15min洗涤，洗去可溶性物质，随后送入双螺杆进行碱法预处理。对物料洗涤热水进行固液分离，所得沙尘排除系统外，滤液再次进行循环使用至COD富集至4000mg/L时，送入水膜除尘系统，用作喷淋水；若滤液的COD富集至5000mg/L时，则送入废水收集罐。

热水洗涤后的物料通过双螺杆挤压搓丝，并同时在挤压搓丝过程中用泵喷入对应秸秆干重量的2倍碱液，使碱液充分与物料混合，碱液中碱浓度为50g/L，将所得碱性物料送入保温仓进行保温反应。物料通过双螺杆过程中排出的COD为10000mg/L废液送入废液收集罐，用于厌氧处理生产沼气。其中配制碱液中所用碱为氢氧化钠，随后碱性物料送入在85℃保温仓中加热保温30min，随后送入多级置换洗涤设备；

保温仓加热反应后的碱性物料，进入多级置换洗涤设备前加水稀释至浓度80g/L，采用3级置换洗涤，对洗涤水进行固液分离得到黑液及纤维；其中，黑液中固形物的浓度达到100g/L，其主要成分为硅酸钠、半纤维素、无机盐及木质素钠；所得洗涤后物料(纤维)送入高浓磨浆机；

洗涤后物料配200g/L浆浓进入高浓磨进行磨浆处理，磨浆后物料按比例稀释至50g/L浆料送入筛网的孔径为50目的纤维筛分装置，得到长纤维和含有细小纤维的溶液；再将含有细小纤维的溶液固液分离，得到细小纤维和滤液；其中，滤液用作稀释水对磨浆后的物料进行稀释循环使用；长纤维的平均长度为0.7mm；细小纤维的平均长度为0.1mm；长纤维送入纤维浓缩设备进行脱水，脱除水分后长纤维中的浓度由70g/L浓缩至400g/L，用作瓦楞纸浆，叩解度为35°SR，所得滤液再次用作回水使用；细小纤维送入酶解罐。

将细小纤维配成浓度180g/L浆液，添加纤维素酶15U/g纤维素，进行在酶解罐中进行酶解糖化，酶解温度为30℃，酶解的时间为60h，总糖得率为85％，反应结束后对料液进行固液分离，得到糖液以及酶解残渣，其中酶解残渣经腐熟处理用作有机肥料；

对上述所得黑液进行固液分离，将此少量所得细小纤维并入纤维分级筛分步骤所得细小纤维中。对滤液进行初次酸化至pH为9，固液分离后得到沉淀物与酸化黑液，沉淀物即为有机硅肥，有机硅肥中硅元素占比为50％。将酸化黑液通入400Da的纳滤膜进行浓缩，并回收碱液，木质素黑液浓缩6倍，对浓缩黑液进行喷干，得到木质素粉末，纯度为88％。所得碱液pH为9.5，该部分碱液用于配置碱法双螺杆预处理所用碱液。

对上述过程中产生高浓废水(高浓废水COD达到5000mg/L以上)进行厌氧处理，制备得到沼气；经厌氧处理后的废水，再进行好氧处理，与系统中部分低浓废水混合进入系统作为回水使用，回用水COD为500mg/L；厌氧与好氧处理得到的污泥浓缩、植物碎屑、酶解残渣及有机硅肥进行混合发酵生产有机肥料。

实施例4

一种基于碱法预处理的秸秆综合联产纤维糖、瓦楞纸浆、木质素、沼气及有机肥料的方法具体包含一下步骤：

原料切断具体步骤为：将麦秸秆通过传送皮带送入连续秸秆切断机中进行切短，切断后秸秆的长度3～5cm，将切断秸秆送入干法除尘设备，在干法除尘设备中松散翻滚，扬起沙尘及碎屑通过引风机被抽入水膜除尘设备，含有沙尘及碎屑的气流在喷淋水流及旋流器的作用下，植物碎屑及沙尘沉降下来，干净空气排除，将喷淋后所得悬浊液上次漂浮的秸秆碎屑分离(所得植物碎屑用作有机肥料)，再对去除秸秆碎屑的悬浊液固液分离，将泥沙排除系统外，水再次进行循环水槽用作喷淋水循环使用；当水的COD富集至5000mg/L时，则送入废水收集罐，进行厌氧处理用于生产沼气其中植物碎屑主要为秸秆表皮部分叶及髓，喷淋水温为40℃，附着在料片上的泥沙被排除系统外。

除尘后物料被送入热水洗涤设备在80℃热水中，浸泡洗涤15min洗涤，洗去可溶性物质，随后送入双螺杆进行碱法预处理。对物料洗涤热水进行固液分离，所得沙尘排除系统外，滤液再次进行循环使用至COD富集至4000mg/L时，送入水膜除尘系统，用作喷淋水；若滤液的COD富集至5000mg/L时，则送入废水收集罐。

热水洗涤后的物料通过双螺杆挤压搓丝，并同时在挤压搓丝过程中用泵喷入对应秸秆干重量的2倍碱液，使碱液充分与物料混合，碱液中碱浓度为20g/L，将所得碱性物料送入保温仓进行保温反应。物料通过双螺杆过程中排出的COD为10000mg/L废液送入废液收集罐，用于厌氧处理生产沼气。其中配制碱液中所用碱为氢氧化钠，随后碱性物料送入在85℃保温仓中加热保温30min，随后送入多级置换洗涤设备；

保温仓加热反应后的碱性物料，进入多级置换洗涤设备前加水稀释至浓度50g/L，采用3级置换洗涤，对洗涤水进行固液分离得到黑液及纤维；其中，黑液中固形物的浓度达到100g/L，其主要成分为硅酸钠、半纤维素、无机盐及木质素钠；所得洗涤后物料(纤维)送入高浓磨浆机；

洗涤后物料配200g/L浆浓进入高浓磨进行磨浆处理，磨浆后物料按比例稀释至50g/L浆料送入筛网的孔径为30目的纤维筛分装置，得到长纤维和含有细小纤维的溶液；再将含有细小纤维的溶液固液分离，得到细小纤维和滤液；其中，滤液用作稀释水对磨浆后的物料进行稀释循环使用；长纤维的平均长度为0.8mm；细小纤维的平均长度为0.2mm；长纤维送入纤维浓缩设备进行脱水，脱除水分后长纤维中的浓度由70g/L浓缩至400g/L，用作瓦楞纸浆，叩解度为35°SR，所得滤液再次用作回水使用；细小纤维送入酶解罐。

将细小纤维配成浓度180g/L浆液，添加纤维素酶15U/g纤维素，进行在酶解罐中进行酶解糖化，酶解温度为30℃，酶解的时间为60h，总糖得率为75％，反应结束后对料液进行固液分离，得到糖液以及酶解残渣，其中酶解残渣经腐熟处理用作有机肥料；

对上述所得黑液进行固液分离，将此少量所得细小纤维并入纤维分级筛分步骤所得细小纤维中。对滤液进行初次酸化至pH为9，固液分离后得到沉淀物与酸化黑液，沉淀物即为有机硅肥，有机硅肥中硅元素占比为50％。将酸化黑液进行浓缩至固形物浓度达到200g/L，对浓缩后黑液进行二次酸化至pH为3.5，酸化过程温度为50℃，随后进行固液分离，得到木质素固形物，木质素纯度为87％，废液直接送入好氧处理池或经脱盐处理后送入好氧处理池进行处理，再次回收利用，其中所用酸为20％硫酸(质量分数)。

对上述过程中产生高浓废水(高浓废水COD达到5000mg/L以上)进行厌氧处理，制备得到沼气；经厌氧处理后的废水，再进行好氧处理，与系统中部分低浓废水混合进入系统作为回水使用，回用水COD为500mg/L；厌氧与好氧处理得到的污泥浓缩、植物碎屑、酶解残渣及有机硅肥进行混合发酵生产有机肥料。