秸稈資源化
目錄
• 1 中國秸稈資源及其特征
• 2 中國利用現(xiàn)狀
• 3 還田技術(shù)
• 4 制飼料技術(shù)
• 5 能源技術(shù)
• 6 工業(yè)應(yīng)用
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摘要
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秸稈資源化 。是指通過采用物理、化學(xué)、生物等方法將農(nóng)用秸稈轉(zhuǎn)化為飼料、乙醇等，使之更好被利用。達到既不污染環(huán)境又不造成浪費的目的。主要技術(shù)有秸稈還田技術(shù)、秸稈飼料利用技術(shù)、秸稈能源技術(shù)、秸稈的工業(yè)應(yīng)用技術(shù)等。
秸稈資源化-中國秸稈資源及其特征
中國農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量約為7億t左右，列世界之首。每年收獲的秸稈除去用于造紙的2800萬噸秸稈和作為飼料或飼料原料的2.13億t秸稈，造肥還田及收集損失的1.089億t，可作為能源加以利用的秸稈總量為3.761億t(見表1)。盡管中國秸稈資源豐富，但由于人口眾多，人均占量相對于發(fā)達國家較少，還不到0.6t／(人•a)。中國的農(nóng)村主要有水稻秸稈、小麥秸稈、玉米秸稈，其中玉米秸稈占36.7％，稻草秸稈占27.5％，小麥秸稈占15.2％。其糧食作物秸稈占了總量的90.5％。50％以上的秸稈資源集中在四川、河南、山東、河北、江蘇、湖南、湖北、浙江等9省，西北地區(qū)和其它省份秸稈資源分布量較少。稻草主要在長江以南的諸多省份，而小麥和玉米秸稈分布在黃河與長江流域之間，以及黑龍江和吉林等省份。
秸稈資源化-中國利用現(xiàn)狀
秸稈資源化
中國秸稈資源化技術(shù)呈現(xiàn)多元化發(fā)展。如秸稈還田、制有機肥料、秸稈氣化及壓塊燃料、動物飼料、作造紙業(yè)和紡織業(yè)的原料及秸稈培養(yǎng)食用菌等等。但與西方某些國家相比還有相當(dāng)大的差距，相當(dāng)多的一部分農(nóng)作物秸稈仍被棄置在田間地頭和河溝，或者焚燒。
秸稈資源化
秸稈資源化-還田技術(shù)
宏觀秸稈還田可以草養(yǎng)田、以草壓草，達到用地養(yǎng)地相結(jié)合，培肥地力。
微觀秸稈還田能提高土壤有機質(zhì)含量；改善土壤理化狀況，增加通透性；保存和固定土壤氮素，避免養(yǎng)分流失，歸還氮、磷、鉀和各種微量元素；促進土壤微生物活動，加速土地養(yǎng)分循環(huán)。
1.秸稈直接還田
（1）機械直接還田
（2）覆蓋栽培還田
（3）機械旋耕翻埋還田
2.秸稈間接還田
（1）堆漚腐解還田
（2）燒灰還田
（3）過腹還田
（4）菇渣還田
（5）沼渣還田
注意：秸稈覆蓋量，一般每畝300~400kg；
配合施用氮、磷肥，施N0.6~0.8kg/100kg；
減少病蟲害傳播。
3、秸稈生化腐熟快速還田
采用先進技術(shù)培養(yǎng)能分離粗纖維的優(yōu)良微生物菌種，生產(chǎn)出可加快秸稈腐熟的化學(xué)制劑，并采用現(xiàn)代化設(shè)備控制溫度、濕度、數(shù)量、質(zhì)量和時間，經(jīng)機械翻拋、高溫堆腐、生物發(fā)酵等過程，使秸稈→有機肥。
1.催腐劑堆肥技術(shù)
2.速腐劑堆肥技術(shù)
3.酵素菌堆肥技術(shù)
實例：由工業(yè)廢液生產(chǎn)高濃縮秸稈復(fù)合肥
造紙黑液→工業(yè)化漚制發(fā)酵→氨化處理→磷化處理→高溫高壓處理→顆粒型復(fù)合肥。
4.配套的農(nóng)藝技術(shù)和機具
(1)技術(shù)：為秸稈腐解創(chuàng)造條件；調(diào)解土壤水分和C/N比、C/P比（土壤濕度要求在田間持水量的60~80%、每畝應(yīng)補施7~10kg尿素和20~25kg過磷酸鈣；加強后續(xù)田間管理；因地制宜，采取不同的還田時間和方法；避免有病秸稈還田。
（2）機具：秸稈還田旋耕機；甩刀式碎土滅茬機；裝有覆土器的深耕犁、高架深耕犁；秸稈粉碎拋撒機。
秸稈資源化-制飼料技術(shù)
秸稈的主要成分是粗纖維，包括纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等，一般約占秸稈干物質(zhì)的20~50%。
農(nóng)作物秸稈其實也是一種很好的資源，如果可以其中回收經(jīng)秸稈粉碎機粉碎然后再經(jīng)過秸稈壓塊機、秸稈顆粒機、飼料顆粒機壓制成生物質(zhì)燃料飼料供燃燒和牲畜食用不是也是 一個兩全其美的方法么，而且，如果拿到外面銷售老百姓也可以增加收入。
未經(jīng)處理的秸稈消化率和能量利用率較低，因為秸稈中的木質(zhì)素和糖類結(jié)合在一起，很難分解；蛋白質(zhì)含量低和其他必要營養(yǎng)物質(zhì)缺乏。
處理目的：為動物的消化吸收創(chuàng)造條件；提高秸稈飼料的營養(yǎng)價值。
處理方法：物理；化學(xué)；生物。
1.物理處理
（1）切短、粉碎機軟化
簡單有效，采食量增加20~30%。
（2）粉碎后壓塊成型
鍘切（5cm段）→烘干（含水16%）→壓制成型（圓柱或塊狀）。
優(yōu)點：密度大，含水量低，便于運輸、貯存和飼喂；高溫擠壓使消化率提高25%；有濃郁糊香味和輕微甜度感，適口性提高；衛(wèi)生條件好；可實現(xiàn)工廠化生產(chǎn)，全年進行加工。
設(shè)備：擠壓式環(huán)模壓塊機、平模壓塊機和壓縮式壓塊機等。
飼草秸稈揉搓機
環(huán)模顆粒機
鍘草粉碎機
（3）秸稈擠壓膨化技術(shù)
原理：將秸稈加水調(diào)質(zhì)后輸入專用擠壓機的擠壓腔，依靠秸稈與擠壓腔中螺套壁及螺桿之間相互擠壓、摩擦作用，產(chǎn)生熱量和壓力，當(dāng)秸稈被擠出噴嘴后，壓力驟然下降，使秸稈體積膨大。
主要設(shè)備：螺桿式擠壓膨化機。
工藝流程：秸稈→清選→粉碎→調(diào)質(zhì)→擠壓膨化→冷卻→包裝。
膨化后易吸收的無氮浸出物含量提高，粗纖維與酸性洗滌纖維下降；且適口性好；便于運輸貯
家用多功能飼料膨化機
（4）熱噴處理
原理：鍘碎的秸稈（8cm），混入餅粕、雞糞等，裝入飼料熱噴機內(nèi)，在一定的熱飽和蒸汽下，保持一定時間，然后突然降壓，使物料從機內(nèi)噴爆而出，從而改變其結(jié)構(gòu)和某些化學(xué)成分，并消毒、除臭，使物料可食性和營養(yǎng)價值提高。
設(shè)備：飼料熱噴機，實質(zhì)為一種間歇式蒸汽膨化機。
2.化學(xué)處理
利用化學(xué)制劑作用于作物秸稈，破壞秸稈細(xì)胞中半纖維素與木質(zhì)素形成的共價鍵，以利于瘤胃微生物對纖維素與半纖維素的分解，從而達到提高秸稈消化率與營養(yǎng)價值的目的。
方法：堿化、氨化、氧化還原、復(fù)合化學(xué)處理。
（1）堿化處理
原理：在一定濃度的堿液的作用下，打破粗纖維中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素之間的醚鍵或酯鍵，并溶去大部分木質(zhì)素和硅酸鹽，從而提高秸稈飼料的營養(yǎng)價值。
方法：①濕法：每噸秸稈需NaOH8~10kg，水3~5L浸泡、沖洗；②干法：將20~40%濃NaOH溶液噴于粉碎或切斷的秸稈上（30ml/100g），然后用酸中和。
用堿量大，須用大量水沖洗，易造成環(huán)境污染。
（2）氧化劑處理
主要指利用SO2、O3及堿性過氧化氫（AHP）處理秸稈，破壞木質(zhì)素分子間的共價鍵，溶解部分半纖維素和木質(zhì)素，使纖維基質(zhì)中產(chǎn)生較大孔隙，從而增加纖維素酶和細(xì)胞壁成分的接觸面積，提高飼料消化率。
效果較好，但成本太高。
（3）氨化處理
原理：用氨水、液氨、尿素或碳銨等含氨物質(zhì)，在密閉條件下處理秸稈，氨與秸稈發(fā)生堿化作用（打破木質(zhì)素和纖維素的酯鍵和鑲嵌結(jié)構(gòu)，溶解半纖維素和部分木質(zhì)素與硅酸鹽，纖維素部分水解與膨脹）；氨化作用（氨吸附在秸稈上，增加了粗蛋白含量，延緩氨的釋放速度，促進瘤胃微生物的活動）；中和作用（與有機酸中和，形成適宜瘤胃微生物活動的微堿性環(huán)境）。
要點：氨用量3~4%；處理時間隨溫度提高而縮短，一般4~8周；最佳含水量15~20%。飼草秸稈揉搓機（三）秸稈飼料利用技術(shù)
秸稈資源化.。是指采用物理，化學(xué)或生物技術(shù)等方法將秸稈進行加工處理，將其制成伺料或乙醇等，使它們更好被人類利用。
常用秸稈氨化操作方法：
①小型容器法
②堆垛法
③氨化爐法
飼喂方法：喂前1~2天要將秸稈取出，攤在地上放氨；初次飼喂數(shù)量不能過多，逐漸提高飼喂量。
（4）復(fù)合化學(xué)處理
融合了堿化處理對木質(zhì)素分解效果好和氨化處理增加瘤胃微生物蛋白合成量的優(yōu)點，克服了堿化處理殘留堿量高和氨化處理對木質(zhì)素軟化作用差的缺點。可使采食利用率提高10~40%；含氮量提高1~2倍；粗蛋白含量達到7~15%。
根據(jù)不同秸稈和牲畜選擇不同的化學(xué)處理劑配方，如尿素 氫氧化鈣的復(fù)合化學(xué)處理。將5~7kg生石灰和2~3kg尿素溶于50kg水中，噴灑在切碎的100kg秸稈上，混合均勻后密封，夏天20~30天，春秋40~60天，冬季60天以上，可開封飼喂，適宜的水分為40%，尿素不得低于2%。
3.生物處理
（1）青貯技術(shù)
原理：將新鮮植物緊實地堆積在不透氣的容器中，通過微生物的厭氧發(fā)酵，使原料中所含的糖分轉(zhuǎn)化為有機酸——主要是乳酸菌。當(dāng)乳酸在青貯原料中積累到一定濃度時，就能抑制其他微生物的活動，并制止原料中養(yǎng)分被微生物分解破壞，從而將原料中養(yǎng)分很好地保存下來。發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量熱能，當(dāng)溫度上升到50℃時，乳酸菌也就停止了活動，發(fā)酵結(jié)束。
優(yōu)點：飼料保持青鮮多汁的特點，并具有酸香味，牲畜比較愛吃，貯存時間較長；且技術(shù)簡單、方便推行。但對纖維素的消化率提高甚微。
青貯添加劑：微生物制劑、酶制劑、抑制不良發(fā)酵的添加劑、營養(yǎng)添加物、無機鹽
技術(shù)要點：①窯的建設(shè)：容器有青貯塔、青貯窯和塑料袋；可建成地下式、半地下式和地上式。②原料的收割與切短：適時收割；水分應(yīng)降至60~70%。③操作步驟：配制菌液；粉碎分層鋪實→濕度控制在55~60%→封窯→7~15天后開窯。
喂養(yǎng)注意：只能喂反芻動物。逐步加量。
（2）微貯技術(shù)
秸稈微貯是對農(nóng)作物秸稈機械加工處理后，按比例加入微生物發(fā)酵菌劑、輔料及補充水分，并放入密閉設(shè)施中，經(jīng)過一定的發(fā)酵過程，是指軟化蓬松，轉(zhuǎn)化為質(zhì)地柔軟，濕潤膨脹，氣味酸香，動物喜食的飼料。
原理：利用微生物將秸稈中的纖維素、半纖維素降解并轉(zhuǎn)化為菌體蛋白。
成本低、適口性好、消化率高、利于工業(yè)化生產(chǎn)。
技術(shù)要點：復(fù)活菌種→配制菌液→切斷秸稈→裝填入窯→水分控制→封窯→開窯。
用微貯技術(shù)制備秸稈菌體蛋白生物飼料
以農(nóng)作物秸稈、雜草、樹葉等為主要原料，將秸稈粉置于人工造就的特定的生態(tài)環(huán)境中，經(jīng)過制作劑——秸稈生化飼料發(fā)酵劑的生物化學(xué)作用，促使微生物的大量繁殖和活動，合成游離氨基酸和菌體蛋白，從而使秸稈轉(zhuǎn)化為富含粗蛋白、脂肪、氨基酸及多種維生素的高效能秸稈飼料。
秸稈資源化-能源技術(shù)
1.秸稈直接燃燒供熱技術(shù)
以秸稈為燃料，以專用的秸稈鍋爐為核心形成供熱系統(tǒng)。有秸稈收集、前處理、秸稈鍋爐和秸稈灰利用幾部分組成。
適于在秸稈主產(chǎn)區(qū)為中小鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府機關(guān)、中小學(xué)校和相對比較集中的鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民提供生產(chǎn)、生活熱水和冬季采暖之用。
2.秸稈氣化集中供氣技術(shù)
原理：通過氣化裝置將秸稈、雜草及林木加工剩余物在缺氧狀態(tài)下加熱反應(yīng)轉(zhuǎn)換成燃?xì)獾倪^程。
工藝流程：粉碎→給料機→氣化器→除塵器→冷卻器→過濾器→貯氣柜→用戶。
秸稈氣化機組由加料
秸稈資源化
秸稈氣化的優(yōu)勢與限制：
優(yōu)勢：變廢為寶、經(jīng)濟可行、優(yōu)勢明顯；
限制：
①燃?xì)赓|(zhì)量較差、熱值偏低；
②燃?xì)庵泻趿科咝纬砂踩[患；
③焦油含量偏高；
④水洗焦油后污水排放造成環(huán)境污染；
⑤氣化設(shè)備投資偏高。
3.秸稈發(fā)酵制沼氣
立式圓形水壓式沼氣池
秸稈制沼系統(tǒng)包括沼氣的收集、運輸、凈化、貯存、使用及附屬設(shè)備等。
主要設(shè)備：
①集氣室
②輸氣管和配氣管
③脫硫裝置
④氣柜
⑤止火器（或逆火防止器）
4.秸稈壓塊成型及炭化技術(shù)
（1）成型“秸稈炭”
（2）秸稈“生物煤”
（3）秸稈成型燃料利用途徑
農(nóng)村生活用能；工業(yè)用途；生產(chǎn)成型炭；生產(chǎn)活性炭。
秸稈資源化-工業(yè)應(yīng)用
1.生產(chǎn)可降解的包裝材料
一次性餐具
濕法生產(chǎn)工藝：麥秸→粉碎（120目）→加入水、粘合劑拌和→軋片→裁剪→冷壓成型→烘干→噴涂→快餐盒。
干法生產(chǎn)工藝：秸稈→粉碎（60目）→黏合劑、催化劑、固化劑拌和→熱壓成型→冷風(fēng)散熱→紫外消毒→包核→快餐盒。
還有緩沖包裝材料、瓦楞紙芯、纖維降解膜等。
2.用做建筑裝飾材料
（1）秸稈輕型建材
（2）秸稈人造板
3.秸稈生產(chǎn)工業(yè)原料
（1）植物秸稈生產(chǎn)酒精
（2）秸稈制作淀粉
（3）秸稈生產(chǎn)飴糖
（4）生產(chǎn)梭甲基纖維素
（5）制取木糖醇
（6）生產(chǎn)糠醛
（7）制生物蛋白。
4.秸稈用作食用菌的培養(yǎng)基
如蠶豆秸稈栽培草菇：原料處理→培養(yǎng)料配方→建堆發(fā)酵→翻堆→播種發(fā)菌→出菇管理→采收。
玉米稈栽培平菇；
秸稈栽培香菇、銀耳、木耳、仿野生菇等。
5.秸稈的其他應(yīng)用
（1）造紙工業(yè)
（2）秸稈人造絲
（3）秸稈用于編織業(yè)
秸稈資源化-中國技術(shù)問題
盡管近年來中國的秸稈資源化技術(shù)有很大發(fā)展，相關(guān)工作也取得了很大成就，但總體水平還很落后，秸稈資源化技術(shù)還存在著諸多問題，概述如下：
(1)秸稈還田。首先是農(nóng)機問題，在秸稈還田中農(nóng)業(yè)機械是必不可少的，粉碎和翻壓都用到農(nóng)業(yè)機械，隨著秸稈還田量的增加，中國目前使用的普通脫切機和旋耕機已不能滿足秸稈還田的實際需要。其次就還田的秸稈數(shù)量來說，也存著一些問題。水稻，小麥秸稈的適宜還田量(風(fēng)干重)以3000~4500kg／hm2為宜，玉米秸稈以4500~6000kg／hm2為宜；一年一作的地塊和肥力高的地塊還可適當(dāng)高些，而在水田和肥力低的地塊就要低一些，一般每年每公頃地一次還田3000~4500kg秸稈可使土壤有機質(zhì)含量不但不會下降，還會逐年提高，但中國大部分農(nóng)村還田量都還達不到要求。再次，在還田中施人的秸稈量和還田方式應(yīng)隨作物及其種植地區(qū)的不同作相應(yīng)的改變。例如：在還田的時期上，稻田越早越好，如若將水稻秸稈堆熟后再還田比直接還田效果更加顯著；在還田方法上，玉米、高粱等旱地作物的還田應(yīng)是邊還田邊翻壓，以便使高水分的秸稈迅速腐解。自從推行種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以來，傳統(tǒng)作物要向經(jīng)濟作物轉(zhuǎn)變，而經(jīng)濟作物對還田技術(shù)要求極高，目前采用的粗獷的還田技術(shù)不能滿足這些要求，以致農(nóng)作物秸稈大量被棄置在公路旁和河溝，或者焚燒。最后，就是田間管理不夠到位。有許多地區(qū)將秸稈還田后便不再管理，缺乏及時和合理的措施保證地下的秸稈充分腐解，被作物利用。為了防止微生物在分解秸稈與作物爭氮，還應(yīng)補充配施一定量的速效氮肥，保證土壤全期的肥力；在還田的同時，須注意農(nóng)田病蟲害的防治，有病害作物的秸稈應(yīng)堆肥腐熟后再施人田中，這樣可防止病蟲害的蔓延。
(2)秸稈氣化。現(xiàn)行的熱解氣化技術(shù)大都采用空氣煤氣制氣法，所得氣的熱值較低(5000kJ／m3左右)，并且還有焦油問題。在推廣氣化集中供氣技術(shù)的進程中，由于中國農(nóng)村的經(jīng)濟基礎(chǔ)還很薄弱，自籌資金困難，許多示范工程正是由于焦油堵塞管道而停止運行。就農(nóng)民來說，操作和管理的水平較低，安全生產(chǎn)和安全使用意識較差，農(nóng)民對氣化一直持有觀望的態(tài)度，這也影響系統(tǒng)的正常運行使用效果。還有，在焦油清除、長期穩(wěn)定運行方面也有待改善。尤其用于農(nóng)村集中供氣系統(tǒng)，氣柜和管網(wǎng)的投資比例達到40％以上，使成本提高，難于進行商業(yè)化運行，影響進一步發(fā)展和推廣。
(3)秸稈飼料加工。中國在微生物菌種及相應(yīng)的發(fā)酵工藝上和發(fā)酵秸稈飼料對各類家畜的營養(yǎng)效果方面都缺乏比較細(xì)致深入的研究，且研究的領(lǐng)域大都集中在反芻家畜。目前在研究和實踐中還缺乏一個科學(xué)統(tǒng)一的評價體系，目前評價的依據(jù)僅限于飼料產(chǎn)品的物理和化學(xué)特性，忽略了其生物特性。
秸稈資源化-中國技術(shù)方向
(1)秸稈養(yǎng)畜。中國每年生產(chǎn)糧食4.9億t的同時也生產(chǎn)了6億t秸稈，加之大量的薯、芋藤、蔓和可以利用的草木農(nóng)作物，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于牧區(qū)的牧草產(chǎn)量，這是巨大的飼料源。如果其中一半用于養(yǎng)畜，則肉食品的產(chǎn)量將增加5倍。因此秸稈養(yǎng)畜是中國秸稈資源化中的一個發(fā)展趨勢。
(2)秸稈生產(chǎn)全降解快餐盒。利用稻麥草漿做的快餐盒各項指標(biāo)良好，價格低廉，而且生產(chǎn)過程中無毒、無污染，原料來源廣泛。被扔后能很快降解，能增加土壤肥力，不構(gòu)成環(huán)境威脅；焚燒時也無毒氣放出，不會構(gòu)成威脅大氣質(zhì)量，頗受環(huán)保部門歡迎。一條生產(chǎn)線設(shè)備投資150萬元，日產(chǎn)3萬個，每年利潤108萬元，設(shè)備投資回收期1．5年左右，既有社會效益又有經(jīng)濟效益，應(yīng)為今后秸稈資源化技術(shù)的發(fā)展方向之一。
(3)利用秸稈與畜禽糞便好氧堆肥或秸稈堆肥技術(shù)制造有機復(fù)合肥，可擬建大型有機肥料生產(chǎn)廠，其市場前景相當(dāng)廣闊。
(4)在目前氣化技術(shù)相當(dāng)成熟的條件下，進行高效低耗秸稈氣化技術(shù)的研究與開發(fā)，建設(shè)大中型秸稈發(fā)電廠，其經(jīng)濟效益是不容置疑的。
(5)加快農(nóng)業(yè)機械具的研制和開發(fā)，進一步完善直接還田技術(shù)；加大在秸稈還田技術(shù)及其對土壤理化和生物學(xué)性質(zhì)的影響與調(diào)控方法的研究力度。
(6)加強與高校科研單位合作聯(lián)合攻關(guān)研究新技術(shù)，拓展秸稈資源化的途徑，提高其利用價值。如以沼氣為紐帶的多種經(jīng)營的道路，準(zhǔn)備把沼液大范圍地推向市場。
總之，農(nóng)作物秸稈資源化技術(shù)是一項綜合性、邊緣性科學(xué)技術(shù)。各地農(nóng)業(yè)，農(nóng)機，畜牧等部門要加強領(lǐng)導(dǎo)，制定規(guī)章，齊抓共管，與科研部門一道研究優(yōu)化有地區(qū)代表性的實用技術(shù)，通過示范村，示范鄉(xiāng)，示范縣的建設(shè)，在一定區(qū)域內(nèi)集中產(chǎn)生秸稈綜合利用的規(guī)模效益。展望未來，中國秸稈資源化技術(shù)的發(fā)展前景相當(dāng)廣闊。
秸稈資源化-中國氣化技術(shù)應(yīng)用與開發(fā)實例
秸稈氣化集中供氣技術(shù)——山東省科學(xué)院研究推廣；
生物質(zhì)氣化技術(shù)——遼寧省能源研究所設(shè)計的固定床氣化系統(tǒng)；
干餾熱解法秸稈氣化技術(shù)——大連市環(huán)科院；
生物質(zhì)中熱值氣化技術(shù)——浙江大學(xué)熱能工程研究所；
濕式凈化秸稈氣化機組——山東工業(yè)大學(xué)生物能源技術(shù)開發(fā)中心；
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三門峽富通新能源生產(chǎn)銷售顆粒機、秸稈壓塊機、飼料顆粒機、木屑顆粒機等生物質(zhì)燃料飼料成型機械設(shè)備，同時我們還有大量的生物質(zhì)顆粒燃料出售。
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[1] 姜堰科學(xué)技術(shù)信息網(wǎng)
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