煙葉生產(chǎn)中莖桿廢棄物的利用

1、湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)2013生物技術(shù)與工程彭瀚輝導(dǎo)師：吳永堯 教授1煙葉生產(chǎn)中莖桿廢棄物的利用煙葉生產(chǎn)中莖桿廢棄物的利用 煙草是一種十分重要的經(jīng)濟(jì)作物，具有特殊的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。很多國(guó)家都把煙草產(chǎn)業(yè)作為增加財(cái)政收入的重要手段，在我國(guó)財(cái)政收人中，尤其在云南省，煙草(包括農(nóng)業(yè)、工業(yè)和商業(yè)在內(nèi))占的比重較大。自20世紀(jì)90年代后我國(guó)每年的煙葉產(chǎn)量在2000 kt以上，至2010年我國(guó)年產(chǎn)煙葉(45005000)kt，約產(chǎn)生25即(1100一1300)kt的煙草廢棄物； 。然而，在摘收煙葉、完成煙葉的收購(gòu)任務(wù)之后，各地大量的煙桿即變成廢物，或丟棄于田間地頭形成農(nóng)業(yè)固體廢棄物構(gòu)成環(huán)境污染，或被曬干焚燒造成大氣污染。這

2、不僅破壞了生態(tài)環(huán)境，而且浪費(fèi)了可供利用的資源，嚴(yán)重違反了我國(guó)秸稈禁燒和綜合利用管理辦法的規(guī)定。煙草廢棄物的定義與來(lái)源煙草廢棄物(waste tobacco)，指的是未能用于制煙的煙草組成部分(這里的制煙包括了用下腳料制造膨脹煙絲與薄片等)，包括煙莖(又稱煙桿，煙稈，煙梗)(stem)、無(wú)法進(jìn)行卷煙加工的低等級(jí)或者等外級(jí)煙葉、煙草植株的上部煙葉、煙花、煙種、葉脈(mid rib，又稱煙筋)、腋芽、卷煙企業(yè)積存的煙末(dust)、煙根、根出條(sucker)。各組成部分化學(xué)組成隨煙草種類不同有很大變動(dòng)。煙草廢棄物主要來(lái)自于收獲與加工。煙葉以外的煙株組成部分大多被拋棄，少量被挑選出來(lái)準(zhǔn)備用來(lái)制造膨脹

3、煙絲，薄片或者浸膏。煙葉在收獲過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生約5的次級(jí)煙葉。在煙葉復(fù)烤及卷煙生產(chǎn)過(guò)程中，又會(huì)產(chǎn)生約13的煙梗，碎葉，碎末等?？偟膩?lái)講，每畝煙草(6667 m2)產(chǎn)生干煙筋3040 kg，干煙莖150200 kg，煙根150200kg。此外，還有少量煙種，煙花。3煙草廢棄物的成分煙草廢棄物的成分與煙葉有很大不同，不同廢棄物總類之間、不同煙草種類的同種廢棄物之間也有很大不同，因此不同煙草種植地要根據(jù)本地?zé)煵輳U棄物的成分決定利用方式?？偟膩?lái)講，目前煙草廢棄物中有用的成分主要包括煙堿、茄尼醇、菲汀、VE、綜纖維素、木質(zhì)素、煙草葉蛋白、果膠、木糖、色素。利用煙草廢棄物的意義5 利用煙草廢棄物的最初動(dòng)機(jī)是為

4、了緩解污染。據(jù)說(shuō)，玉溪煙廠1999年為此交環(huán)境保護(hù)費(fèi)5000萬(wàn)元，隨著時(shí)間推移環(huán)境治理成本也越來(lái)越高。后來(lái)隨著對(duì)煙草廢棄物的研究不斷深入，從煙草廢棄物中提取煙堿和茄尼醇的技術(shù)不斷成熟，煙草廢棄物的諸多應(yīng)用如制取果膠，活性炭等也被開(kāi)發(fā)出來(lái)，煙草廢棄物已經(jīng)逐漸的從有待處理的垃圾演變?yōu)榭蓭?lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益的資源。未來(lái)對(duì)煙草廢棄物的利用，盈利因素會(huì)大大超過(guò)環(huán)保因素。 在國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(20062020年)中，已將“農(nóng)林生物質(zhì)綜合開(kāi)發(fā)利用”列為農(nóng)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域的優(yōu)先主題，“重點(diǎn)研究生物質(zhì)能以及生物基新材料和化工產(chǎn)品等生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物基新材料裝備等”。因此。研發(fā)煙桿綜合利用

5、新技術(shù)符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，并對(duì)其它農(nóng)林廢棄物的資源化利用具有示范作用。煙葉生產(chǎn)中莖桿廢棄物提取煙堿、茄尼醇等制造纖維板和刨花板焚燒利用植物蛋白和果膠煙桿造紙技術(shù)用煙桿制取活性炭家禽飼料肥料 圖為云南省會(huì)澤縣紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司免費(fèi)將2360噸廢煙梗堆漚優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，以支持該縣綠色蔬菜基地的發(fā)展。在堆漚過(guò)程中采取下墊塑料膜防止?jié)a液浸入地下污染地下水、上蓋防雨蓬防止雨水浸淋、嚴(yán)格控制澆水量防產(chǎn)生過(guò)多漚液污染環(huán)境。據(jù)查，煙梗中氮、磷鉀含量分別為1.63%、0.29%、2.71%，堆漚腐熟后是各種蔬菜最優(yōu)質(zhì)的肥料。該批廢煙梗相當(dāng)于尿素83.6噸，普鈣57.0噸，硫酸鉀127

6、.9噸，價(jià)值86萬(wàn)余元。肥料82012年4月，湖南回龍湖現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技有限公司與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)合作，按照高溫?zé)o害化處理與微生物發(fā)酵技術(shù)有機(jī)結(jié)合的技術(shù)路線，研發(fā)了“蔬菜殘?bào)w快速堆腐肥料化利用技術(shù)”，該技術(shù)能在24小時(shí)內(nèi)完成植物殘?bào)w無(wú)害化處理，制成優(yōu)質(zhì)功能型生物有機(jī)肥，通過(guò)了省科技廳組織的成果鑒定，技術(shù)水平達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。目前國(guó)內(nèi)已有公司使用此設(shè)備處理煙梗。提取煙堿及其衍生物 煙堿（Nicotine），俗名尼古丁，是一種存在于茄科植物（茄屬）中的生物堿。煙堿是無(wú)色透明的油狀揮發(fā)性液體，為煙草的重要成分廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工、制藥、有機(jī)合成、國(guó)防工業(yè)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。煙酸(nicotinic acid)，又名尼古

7、丁酸，由煙堿經(jīng)氧化得到。煙酸是維生素B族的一員，可制備防止癩皮病和維生素缺乏癥的藥物。煙堿和喹啉經(jīng)氧化制得異煙酸，再與水合肼縮合得異煙肼。異煙肼是高效、低毒、價(jià)廉的抗結(jié)核藥物。煙酸與氨反應(yīng)可得煙酰胺(Niacinamide)，用于治療末梢血管痙攣、動(dòng)脈硬化等。硫酸煙堿(Nicotine Sulphate)：可用作殺蟲劑，還可以用作原料藥。檸檬酸煙堿是生產(chǎn)高級(jí)香煙品質(zhì)改良劑的主要組份。提取茄尼醇及其衍生物茄尼醇在生物化學(xué)和藥物化學(xué)中有著非常重要的作用，是藥物合成的重要原料。它含有多個(gè)非共軛雙鍵，具有非常強(qiáng)烈的吸收自由基的性能，且具有較強(qiáng)的抗癌生物活性，是合成心血管疾病、抗癌、抗?jié)兊刃滦退幬锏闹?/p>

8、間體，而且自身也有藥用價(jià)值，在醫(yī)學(xué)上用途廣泛。2003年7月22日，從廢棄煙葉中提取茄尼醇合成輔酶Q10、年產(chǎn)3噸的一條龍工業(yè)化生產(chǎn)線建成。此項(xiàng)目由云南高新創(chuàng)業(yè)投資有限公司出資1200萬(wàn)元參與陸良云大通發(fā)生物產(chǎn)業(yè)有限公司在省科技廳立項(xiàng)，與云南大學(xué)組織技術(shù)力量潛心研發(fā)輔酶Q10的合成工藝，歷時(shí)三年。預(yù)計(jì)每年將為云南煙農(nóng)增加近千萬(wàn)元的收入。茄尼醇在日本、韓國(guó)、西歐、北美均有市場(chǎng)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)17的茄尼醇與醇酯混合物售價(jià)7萬(wàn)/噸，質(zhì)量分?jǐn)?shù)25的茄尼醇不皂化物售價(jià)2025萬(wàn)/噸。莖桿焚燒傳統(tǒng)的處理方法是直接焚燒，焚燒后的草木灰可以作為肥料肥田。但是這樣利用效率低下，且對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重。目前國(guó)內(nèi)某些企業(yè)利用新

9、型鍋爐焚燒粉碎后的煙葉廢棄物碎料或者顆粒焚燒供能，大大提高了利用率。植物蛋白和果膠的利用煙草的植物蛋白含量為1068，與玉米，甘蔗相當(dāng)，且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高于奶酪蛋白和雞蛋。果膠作為食品添加劑大量應(yīng)用于果凍、果醬、瑪蘭菜及糖果制品中，同時(shí)還可作為冷飲食品的穩(wěn)定劑。在醫(yī)藥方面，作為金屬中毒的解毒劑，可防止血液凝固、腸出血和便秘等病癥。在紡織行業(yè)是一種良好的乳化劑。制造飼料13 將煙草生產(chǎn)廢棄物煙筋、煙桿、碎末曬干,粉碎成粉狀摻到其它詞料中喂禽畜，禽畜特別愛(ài) 吃，生長(zhǎng)快，可增重，對(duì)禽畜產(chǎn)和品質(zhì)無(wú)不良影 響。據(jù)有關(guān)測(cè)試分析煙 草莖稈富含糖，還含有某些微量元素，是值得推廣的新型詞料。 右圖為家禽飼料顆粒劑，可

10、將處理后的煙草廢棄物干燥壓縮至顆粒狀用于飼養(yǎng)。煙桿制取活性炭因?yàn)闊煵葜欣w維素含量較高，且碳元素含量也較高，所以煙桿主要被用來(lái)制取活性炭及纖維板和刨花板。云南省煙桿自然風(fēng)干后的成分：水分883，揮發(fā)分6853，固定碳1903，灰分364?；钚蕴康氖蹆r(jià)因品質(zhì)不同而變化。一級(jí)活性炭售價(jià)在1萬(wàn)/噸以上。煙桿經(jīng)過(guò)炭化、化學(xué)活化后可制成粉狀活性炭，通過(guò)改變氯化鋅等活化劑溶液的濃度和配料比，可生產(chǎn)出適合各種用途的優(yōu)質(zhì)粉狀活性炭。右圖為兩種活性炭制取工藝流程。14制造纖維板和刨花板煙桿木質(zhì)化纖維扁而寬、易扭曲，是制造高密度纖維板的理想原料。煙桿纖維中含有的果膠和木質(zhì)素，在165175下變粘，在高壓加熱作用下可將纖維彼此粘結(jié)起來(lái)，纖維表面的纖維分子之間的分子引力和氫鍵結(jié)合力的作用，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)膠制板。普通刨花板是將木質(zhì)碎料用合成樹脂膠粘接而成的板材， 而600 kg煙桿即可生產(chǎn)l 立方米刨花板，該技術(shù)在我國(guó)和世界各國(guó)都得到很大發(fā)展，為提高木材利用率和保護(hù)森林資源起到十分重要的作用。福建松溪刨花廠用煙桿成功開(kāi)發(fā)非木質(zhì)人造板，把木材原料與煙桿原料按6：4比例搭配生產(chǎn)，生產(chǎn)出來(lái)的板材與全木料生產(chǎn)的板材質(zhì)量基本相同，成本節(jié)約13。15煙草廢棄物造紙技術(shù)16 現(xiàn)有主流造紙技術(shù)將適合于紙張質(zhì)量