论文针对我国工农业生产中存在的“禾草类秸秆资源丰富却没有适合的工业化高效利用技术;有用于制浆造纸但只利用了其中40%的纤维素,其余60%的有机质因钠碱蒸煮制浆,黑液污染未能实现有机肥功能,不仅造成了资源的浪费,而且影响生态环境;生产中缺乏既能补充土壤有机质养份,又可保持水土、保温保墒,还能固定流沙、改良沙地的多功能生态有机肥,用于我国沙化治理和退化草地植被恢复”等诸方面的技术问题;以突破“秸秆资源工业化高效利用、麦秸制浆造纸黑液资源化再利用、生态地膜肥料固沙植被”三个技术难题为思路,选择山西鸿昌农工贸科技有限公司和中科院沙漠化重点实验室作为协作单位,采取产学研相结合的方法,在文献研究和实地考察的基础上,设计制定出适合我国国情的“农—纸—肥”循环经济模式和清洁制浆黑液联产生态地膜有机肥的技术方案。论文以小麦秸秆和制浆化学原料及新产品应用为研究对象,从制浆原料入手,通过对传统麦秸化学制浆工艺的研究改进,试验采用对生态环境友好并具传统蒸煮剂化学性质的KOH(K2O)、K2SO3,Mg(OH)2(MgO)、MgSO3,NH4OH(NH3·H2O)、(NH3)、(NH4)2SO3,AQ(蒽醌)等复盐、复碱,代替传统的钠碱蒸煮制浆,取得了阶段性成果。1.碱性亚硫酸镁钾铵[Mg KNH4(SO3)2]清洁制浆工艺及黑液联产固沙保土有机肥试验:采用3种原料3个剂量3次重复,分别设计不同量的复盐制成9个系列配方的蒸煮剂,对照采用传统的NaOH+Na2SO3蒸煮剂。根据试验的蒸煮效果和经济成本筛选确定的工艺是:采用(NH4)2SO3 +K2SO3 + MgSO3复盐组合,其中 MgO(MgSO3)用量为 6%,K2O(K2SO3)为 10%,NH3(NH4)2SO3 为 15%,AQ 为 0.05%;液固比为 4:1,装草后空转20 min后开始升温,升温时间60min,最高温度150℃,保温时间60min,喷放时间10min。蒸煮结果经测试,该亚硫酸镁铵钾蒸煮剂对麦秸木质素的脱除率达86.5%,纸浆得率49.7%,高锰酸钾值13.6%。同时利用其清洁制浆黑液联产固沙保土有机肥已获得成功。2.氢氧化镁钾铵(MgKNH4(OH)4)复合蒸煮剂清洁制浆工艺及黑液联产生态地膜有机复合肥试验:分别设计不同量的镁钾铵制成8个配方的蒸煮剂,对照采用传统的NaOH+Na2SO3蒸煮剂,三次重复;根据试验的蒸煮效果和经济成本优化确定的工艺是:采用Mg(OH)2 + NH4OH + KOH复合蒸煮剂,其中 MgO(Mg(OH)2)用量为 6%,K2O(KOH)为 6%,NH3(NH4OH)为20%,AQ为0.05%;液固比为5:1,升温时间60min,最高温度150℃,保温时间90min。结果经测试,该镁钾铵复合蒸煮剂对麦秸木质素的脱除率达86.3%,纸浆得率48.35%,高锰酸钾值12%。同时,将其黑液再引入磷酸、尿素及粘合剂,进行酸析中和及粘结改性,以改善其性能,再经过喷雾干燥包装为生态地膜有机复合肥。。联产的固沙保土有机肥及生态地膜有机复合肥经中科院沙漠化重点实验室和山西省农科院土壤肥料研究所等部门五次检验测试结果,有机质含量36.66%--42.2%,无机养分含量7.2%——13.92%,腐植酸含量27.72%,固结强度 160kPa--250kPa。3.固沙保土有机肥及生态地膜有机复合肥固沙植被试验:先后在中国科学院风沙环境风洞实验室和沙漠实验观测站进行了抗风蚀性能和固结强度、施工技术、操作方法、植物生长等项试验,实施了野外固沙保土与植物种子喷播技术。实验结果表明:“该产品抗风蚀性能优良,适于野外作业,固沙效果明显,不失为一种新型良好的固沙植被材料”。近年来,先后在中科院野外沙漠实验站、甘肃省张掖林场、青海省共和县、晋南黄河沙滩地试验示范2358 hm2。从应用结果看:治沙效果明显且经济合算,每m2沙地固沙成本仅0.45元,比国内同类产品低4.5元,比国际同类产品低0.55元。4.本研究成果的创新点(1)研制出镁钾铵复盐MgNH4K(SO3)2和 MgKNH4(OH)4复合蒸煮剂及麦秸清洁制浆工艺。在麦秸化学制浆蒸煮剂替代关键技术上,选用对生态环境友好并具蒸煮性质的镁钾铵复盐代替传统的钠碱蒸煮麦秸、制浆造纸,使所伴生的黑液成份彻底改善为有机复合液肥;实现了麦秸40%纤维素制浆造纸和60%木质素、半纤维素等有机质与镁钾铵化合制成有机复合肥。从而突破了钠碱制浆造纸黑液污染负荷重、资源浪费多、治理成本高和亚铵法制浆存在的白度差、易反黄、影响纸质和腐蚀设备的技术难题。开创了麦秸资源工业化利用和制浆黑液再利用的新途径,使其回收资源化高效利用。基本可以消除制浆造纸黑液污染。(2)研制出多功能新型环保肥料—固沙保土有机肥和生态地膜有机复合肥。利用上述清洁制浆黑液中大量的聚戊糖和木质素的粘结性和大量的有机质,经蒸发浓缩、改性复合和干燥固化,研制成了具有改良土壤团粒结构、培肥地力、保持水土、吸湿保水、抗旱保墒、缓释长效作用的多功能新型环保肥料生态地膜有机复合肥。不仅固沙效果十分明显,而且富含对植物有益的有机质和氮、磷、镁等营养元素,所以能增加荒漠沙地中的养份,利于植物生长而形成植被、建成农业生态环境和牧草生产系统。同时,探索出一条农纸肥联产的循环经济和清洁制浆新工艺技术模式。(3)研究制定出一套本生态地膜有机复合肥与多年生抗旱固氮牧草结合,用于我国荒漠化与沙化地、河流沙滩地、工矿复垦区培肥改良、水土保持、生态植被、牧草生产的技术模式。在播种抗旱沙生植物的同时喷洒生态肥。生态肥可承担固沙的前期功能三年左右;在植物生长形成群体的过程中,生态肥可提供养份和水份,促使植物功能群体植被建成而长期持续固沙。从而解决了固沙材料成本大、费用高、难以推广的问题。5.本研究成果解决的问题和应用领域本成果的实施不仅可使制浆造纸产业由纸浆单产走向资源化利用的农纸肥联产之路;而且能将制浆造纸黑液从有费用的治理变为有效益的资源化利用;同时还可解决沙化、荒漠化土地生态植被和牧草生产的技术难题。有望实现农业秸秆-制浆造纸-生态肥料-固沙植被-牧草生产-反哺农业的农纸肥体化的循环经济。本工艺技术可应用于我国广大的中小型造纸厂麦秸清洁制浆及黑液资源化利用,联产的生态地膜有机复合肥适于我国西部沙化土地生态植被和牧草生产、河流沙滩地改良培肥、工矿复垦区植被恢复以及普通沙质旱地施肥保水。