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椰子廢棄物資源綜合利用問題與對策

收錄時間:2013-08-12 13:08 來源:海南大學機電工程學院  作者:鄭侃,梁棟,張喜瑞  閱讀:0次 評論:0我要評論

內容提示:闡述和分析了我國椰子種植概況,椰子在種植以及加工過程中產生的廢棄物資源的綜合利用現狀。其中,種植過程中產生的廢棄物包括老椰子樹樹干、樹根、枯萎的椰子葉,椰子花和落裂果,主要用于沼氣制取、直燃發電、釀酒、藥用和加工建筑材料等;加工過程中產生的廢棄物包括椰子水、椰衣、椰殼和椰子粕,主要用于加工飲料、醫藥制品、活性炭、培養基和飼料等。針對我國椰子廢棄物綜合利用過程中存在的認識不足、開發程度不深和科研力度不夠等問題進行了分析探討,并提出相應的發展對策。

延伸閱讀:廢棄物 椰子 現狀 綜合利用

        椰子是一種典型的熱帶木本油料作物, 屬棕櫚科椰子屬單子葉多年生常綠喬木, 是我國熱帶著名的經濟作物和景觀植物。嫩椰子水含有大量的維生素B、維生素C、礦物質以及18 種人體所需的氨基酸, 是一種理想的清涼純天然飲料;椰子肉生可食用,也可進行二次加工制成椰奶、椰油、椰絲和椰蓉等。椰子種植主要分布在赤道兩側20°以內和南北緯20°~23.5°之間, 目前世界上已有90 多個國家種植椰子,主要產地有菲律賓、印尼、印度、馬來西亞等國[1-4]。(參考《建筑中文網

        近些年來,隨著人們對椰子產品的需求不斷增長,椰子的種植規模也不斷擴大, 在種植和加工生產椰子的同時產生了大量廢棄物, 這些廢棄物往往被丟棄或直接燃燒,不僅污染生態環境,而且浪費大量資源,不利于我國實施可持續發展的戰略。因此,了解和掌握椰子廢棄物綜合利用的研究現狀和利用程度,分析其存在的主要問題,對研究和促進我國椰子廢棄物綜合利用技術的發展具有重要作用。

        1 我國椰子種植情況及其廢棄物資源

        1.1 椰子種植情況

        我國椰子種植栽培已經有2 000 年的歷史,主要種植地區集中在海南省, 其椰子產量占全國總量的90%以上,其他地區如廣東的上川島和下川島、云南的西雙版納、廣西北海堯欽州與臺灣南部有少量種植。2010 年我國椰子種植面積約4.037 萬hm2,全國椰子總產量約為2.5 億個,其中海南省椰子種植面積3.916 萬hm2,產量為2.3 億個[5-6]。近年來,隨著人民生活水平的提高和旅游業的發展,對椰子以及其產品的需求不斷增加,我國適宜椰子種植的荒地也不斷被開發和利用。

        1.2 椰子廢棄物資源

        椰子廢棄物是指椰子種植和加工過程中產生的副產物,主要分為兩大類:一類是種植過程中的老椰子樹樹干、樹根、枯萎的椰子葉,椰子花和落裂果;另一類是椰子在加工過程中的副產品如椰子水、椰衣、椰殼和椰子粕。

        椰子樹的產果期約為50 年, 每棵成齡椰子樹平均有葉片22 片,年抽葉數約為12 片[7],每年都有大量的枯萎椰子葉和超過產果期的椰子樹被椰農砍掉丟棄或者焚燒。椰子樹開花期最多為7~9 月, 只有少部分雌蕊花苞受精結果,其中椰花汁來自椰子嫩的未綻開的佛艷苞。冬季的低溫導致椰子落裂果較嚴重,經過抽樣調查椰子平均落裂果率達5.5%[8-9],每年大約有1 600 萬個落裂果。

        椰子果皮分為外果皮、中果皮和內果皮,內果皮包裹著椰肉和椰子水。椰子的外果皮和中果皮俗稱椰衣,占整個椰子質量的33%~35%,內果皮俗稱椰殼,占整個椰子質量的12%~15%, 椰子水占整個椰子質量的22%~25%[10],椰子粕是椰子脫殼后制得椰干經過壓榨或浸提取油后的殘留物,每加工1 t 椰子大約可以得到33 kg 椰子粕。

        2 椰子廢棄物綜合利用情況

        2.1 種植過程中產生的廢棄物利用情況

        2.1.1 能源化利用技術(1)生產沼氣。農村廢棄物是農村能源的重要組成部分, 解決好農村能源短缺和農村環境污染發展循環經濟是建設社會主義新農村的重要內容。椰子葉和落裂果經過粉碎,與麥稈、玉米秸稈一樣都是優良的富碳原料, 為微生物的生存和沼氣生產提供了物質基礎, 利用厭氧干法發酵制沼氣技術轉化成清潔能源沼氣[11],不僅保護環境,而且還能提供大量的有機肥料。其工藝流程如圖1 所示。海南大學機電工程學院對椰子廢棄物干法厭氧發酵制取沼氣進行了研究, 研究了椰子葉和落葉果含纖維多、含固率高對制取沼氣的影響,但目前僅限于實驗室規模研究。

        (2)直燃發電。我國用電量短缺已經影響到居民的正常生活,因此必須挖掘新的發電燃料緩解用電危機。生物質直燃發電簡稱生物發電, 是利用生物質原料打包后直接燃燒產生熱能并轉化為電能的技術,是“十一五”期間的重要研究和支持項目[12]。利用直燃處理枯萎的椰子葉、落裂果和椰子須根,不但能夠帶來良好的環保效應,而且給農民帶來經濟利潤。

        2.1.2 資源化利用情況新鮮的椰花汁是半透明、口感香甜的天然的液體飲料食品原料,含有豐富的糖、蛋白質、碳水化合物和大量的微量元素, 其中糖含量高達14.8%~16.4%[13],主要是蔗糖。陳華等[14]研究椰子花序汁液的連續采集方法, 得出單株椰子年產椰花汁200~300 L, 每667m2 地椰農僅靠采集椰花汁的收入就有3 000~4 500 元。在東南亞椰子主產國, 將椰花汁作為一種食品原料用于加工生產椰花汁糖、椰花汁酒、椰花汁飲料和椰花汁醋。在國內, 中國熱帶農業科學院椰子研究所已經成功探索出椰花汁的多種加工方法,并成功開發出天然椰花汁果酒、白酒天然椰子花序汁液醋。

        樹齡超過50 年以上的椰子樹,樹高一般15~25 m,直徑0.2~0.5 m, 椰子產量低, 但經過硼擴散法處理的椰子木,材質細膩堅硬、花紋美觀,可以當作優質木材,以緩解國內木材緊缺的現狀。用椰子木建造的房屋、家具成本低廉,耐潮性好。此外,菲律賓和泰國用椰子木加工成各種工藝品如盆、碗盤、花瓶等,并取得一定的經濟效益。目前,我國海南的椰子木還沒得到較好的開發和利用。椰子的須根曬干可以做藥材,主治體質虛弱和腰膝酸痛,具有鎮心安神的功效。椰子葉可以搭草棚、編籬笆和草席,其中肋彈力強,可以制成硬骨掃把[15]。

        2.2 加工過程中產生的廢棄物利用情況

        2.2.1 椰子水利用現狀老椰子的椰肉比較厚,椰子水的成分比較復雜,主要營養成分有糖、大量的礦物質、蛋白質和豐富的維生素,其中蛋白質含有人體所需的18 種氨基酸。張木炎[16]研究表明,椰子水蛋白中由9 個分子量分布在13.6~64.5 kDa 范圍內的亞基構成, 這是椰子水營養價值高的原因之一。椰子水不僅是營養豐富的天然飲料,而且還有一定的藥用價值,具有促消化、利尿、解毒、美容消毒、輔助治療等功能。椰子水還具有保鮮作用,用椰子水做的保鮮劑可保存蔬菜綠色,延緩其枯干速度。在微生物學上, 椰子水能使高等植物的成熟細胞迅速不規則分裂,刺激植物生長,可以用作微生物的液體培養基[17-18]。另外,椰子水可以作為制造酒精、醋和甘露醇的原料;其鉀鹽的含量高,還可以直接用作肥料。

       

        圖1 椰子廢棄物沼氣制取工藝流程

        2.2.2 椰衣利用現狀椰衣干重含70%椰糠和30%椰衣纖維, 每生產1 t 椰干會有0.85 t 椰衣纖維和1.9 t 椰糠廢棄物產生[19]。椰衣纖維主要由纖維素、木質素、半纖維素等組成,椰衣纖維具有很強的韌性和耐腐蝕,大部分都用來生產地毯、掃把、刷子、繩索及袋子和席子的纖維紗。李留振等[20] 將椰衣纖維材料和栽種或噴播護坡植被技術相結合,在廢棄礦山、高速公路、河流堤壩等邊坡構建具有可持續生長的防護系統, 該技術不僅能使植物抵御雨水沖刷,而且椰衣纖維降解的有機質能可為植被提供充沛的養料。

        椰糠具有保溫、保濕、疏松、透氣等特性,其持水量為本身重量的8 倍以上[21]。周暢等[22]對草炭和椰糠采用不同比例組合對生菜進行無土栽培試驗,結果顯示,隨著培養基中椰糠比例的增加,生菜的產量也增加。高煥章等[23]選用7種不同的栽培基質培育金合歡容器播種苗,經過5 次重復試驗,結果表明椰糠基質播種苗主根重、地徑、苗高最大,分別為1.625 g、2.53 mm、19.56 cm。目前,在園藝栽培中,椰糠正逐步取代草木灰和草炭成為較理想的栽培介質。

        2.2.3 椰殼利用現狀干椰殼含有63%的纖維素和36%的木質素。由于椰殼具有木質素含量高、質地堅硬和耐潮性好等特點,因此可以雕刻成各種工藝品和制作燈罩、樂器、碗等用具。椰殼炭粉可作化纖工業用的填料,應用于白糖精制、醫藥甘油和油脂加工等領域。椰殼的另一個重要用途是用于制造優質的活性炭,1 t 椰殼炭化熱解可產300 kg 椰殼炭,進一步提煉可得到120 kg 活性炭。椰殼活性炭由獨特的孔隙結構和表面官能團構成,具有高纖維、高密度、毛細孔分配均勻和吸附氣體力能力強等特點, 廣泛應用于凈化空氣和飲用水、過濾毒氣、石化煉油、提取貴重金、催化載體以及制糖、醫藥、食品、試劑、釀造和環保等行業中[24-29]。

        2.2.4 椰子粕利用現狀椰子粕含有豐富的纖維素、半纖維素和木質素,是加工膳食纖維的優質原材料。膳食纖維可以降低血糖、血清膽固醇的濃度,對糖尿病患者和動脈硬化患者有獨特的療效。楊重慶[30]研究通過調整pH 值使其遠離等電點PI 除去椰子粕的蛋白質,用酸法降解除去椰子粕淀粉的方法來提取膳食纖維,該方法工藝簡單、周期短、無需特殊設備,適用于椰子加工廠對椰子的綜合利用。

原文網址:http://www.oh9p.com/research/201308/15253.htm

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