我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源的利用現(xiàn)狀及開發(fā)前景

李　鵬　王文杰

摘要:論述了我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的意義及當(dāng)前能源化、肥料化、飼料化和材料化利用現(xiàn)狀,概括了當(dāng)前農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用中存在的一些問題,并提出了今后農(nóng)業(yè)廢棄物開發(fā)利用的重點和前景。

關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)廢棄物;秸稈;資源化利用;環(huán)境污染;生物質(zhì)能

中圖分類號:X71文獻標(biāo)識碼:ADOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2009.03.015

Utilization Status and Prospect of Agricultural Wastes in China

LI Peng,WANG Wen-jie

(Tianjin Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine,Tianjin 300112,China)

Abstract:The significance of agricultural wastes utilization and the utilization status of agricultural wastes as energy, fertilizer, feed and material were reviewed. The deficiency of agricultural wastes utilization was summarized. Finally the utilization prospect of agricultural waste was advanced.

Key words: agricultural wastes;straw;resource utilization;environmental pollution;biomass energy

農(nóng)業(yè)廢棄物(agricultural residue)是指在整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中被丟棄的有機類物質(zhì),主要包括:農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的植物殘余類廢棄物,畜牧漁業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的動物類殘余廢棄物,農(nóng)業(yè)加工過程中產(chǎn)生的加工類殘余廢棄物和農(nóng)村城鎮(zhèn)生活垃圾等。通常我們所說的農(nóng)業(yè)廢棄物主要指農(nóng)作物秸稈和畜禽糞便。

我國是一個農(nóng)業(yè)大國,隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和農(nóng)民生活水平的不斷提高,對原來用作肥料和燃料的農(nóng)業(yè)廢棄物的利用越來越少,因此農(nóng)業(yè)廢棄物越來越多。我國已成為世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量最大的國家,其中農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量達5億t (干質(zhì)量),可供青貯的莖葉等鮮料約10億t,鋸末、刨花等林業(yè)廢棄物16 000 t,畜禽糞便排放量134億t,城市垃圾7萬t以上。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展和人口的增加,這些廢棄物以年均5%～10%的速度遞增。這其中大部分廢棄物被當(dāng)作垃圾丟棄或排放到環(huán)境中,造成可利用資源的浪費和對生態(tài)環(huán)境的污染。因此,如何合理利用農(nóng)業(yè)廢棄物資源,真正實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物變“廢”為“寶”,對緩解我國能源壓力,保護生態(tài)環(huán)境,促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

1我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源的利用現(xiàn)狀

1.1農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的意義

1.1.1消除日益嚴重的環(huán)境污染農(nóng)業(yè)廢棄物的污染主要表現(xiàn)為:(1)秸稈焚燒和臭氣引起的空氣污染;(2)重金屬、農(nóng)藥和獸藥殘留引起的土壤污染;(3)農(nóng)業(yè)“白色污染”;(4)糞便等造成的水源污染;(5)農(nóng)業(yè)廢棄物引起細菌和病毒的傳播。合理利用農(nóng)業(yè)廢棄物資源可以有效地降低或者消除以上存在的環(huán)境污染問題。

1.1.2改善耕地土壤質(zhì)量根據(jù)全國化肥試驗網(wǎng)肥料長期定位試驗和國家土壤肥力與肥料效益監(jiān)測資料顯示,近年來,我國耕地土壤有機質(zhì)含量有下降趨勢,土壤緩沖能力減弱,抗災(zāi)能力衰退,化肥利用率低,土壤肥力降低。實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物的肥料化利用,生產(chǎn)有機肥料可以補充土壤養(yǎng)分,提高土壤中營養(yǎng)元素的有效性,并有助于改善土壤質(zhì)地。

1.1.3解決農(nóng)村能源短缺問題我國農(nóng)村人口占全國總?cè)丝诘?0%以上,生物質(zhì)能一直是農(nóng)村的主要能源之一,農(nóng)村生活用能源仍有57%依靠薪柴和秸稈。薪柴消費量超過合理采伐量的15%,導(dǎo)致大面積森林植被破壞,水土流失加劇和生態(tài)環(huán)境失衡?！熬盼濉币詠淼娜珖鷳B(tài)農(nóng)業(yè)和生態(tài)家園建設(shè)的實踐已經(jīng)證明,有效利用農(nóng)林廢棄物和鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活廢棄物,發(fā)展農(nóng)村沼氣等能源工程和生態(tài)農(nóng)業(yè)模式,可有效地促進生態(tài)良性循環(huán),減輕對森林資源的破壞,減少土壤侵蝕和水土流失,保護生物多樣性。

1.2農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的現(xiàn)狀

我國農(nóng)業(yè)廢棄物再利用有著悠久的歷史,堆肥和沼氣技術(shù)在傳統(tǒng)的生態(tài)理念指引下被廣泛應(yīng)用,從全國生態(tài)農(nóng)業(yè)示范縣收集到的370多個生態(tài)農(nóng)業(yè)實用模式中,有1/3是以農(nóng)業(yè)廢棄物的循環(huán)利用技術(shù)為紐帶聯(lián)結(jié)形成的高效生產(chǎn)模式。近些年來,我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源再利用的方式主要有能源化、肥料化、飼料化和材料化等。

1.2.1能源化利用生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源,在世界能源消費總量中占14%,而且與前三大能源相比具有可再生的獨特優(yōu)勢。我國農(nóng)業(yè)廢棄物的生物質(zhì)能是農(nóng)村能源的重要組成部分,在解決農(nóng)村能源短缺和農(nóng)村環(huán)境污染方面有重要的價值。近年來,中國先后對禽畜糞便厭氧消化、農(nóng)作物秸稈熱解氣化等技術(shù)進行了攻關(guān)研究和開發(fā),已經(jīng)取得了一定成績。比如利用糞便產(chǎn)生沼氣發(fā)電,燃燒秸稈產(chǎn)生熱能供熱,將有機垃圾混合燃燒發(fā)電等。

1.2.2肥料化利用農(nóng)業(yè)廢棄物和鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活垃圾的肥料化在提高土壤肥力,增加土壤有機質(zhì),改善土壤結(jié)構(gòu)等方面有其獨特的作用。

1.2.3飼料化利用目前,農(nóng)業(yè)廢棄物的飼料化主要分為植物纖維性廢棄物的飼料化和動物性廢棄物的飼料化,因為農(nóng)業(yè)廢棄物中含有大量的蛋白質(zhì)和纖維類物質(zhì),經(jīng)過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)處理便可作為畜禽飼料應(yīng)用。

植物纖維性廢棄物主要指秸稈。當(dāng)前我國秸稈的飼用量約為1.6億t,相當(dāng)于3.67億hm2天然草地的產(chǎn)草量,其相應(yīng)的養(yǎng)殖量約為4.67億只羊單位,占我國草食畜養(yǎng)殖總量的3/4。秸稈大多可以直接飼喂,經(jīng)過一定的加工處理,可以提高其營養(yǎng)利用率和經(jīng)濟效益。加工處理方法包括粉碎等物理方法、酸堿處理等化學(xué)方法和微生物發(fā)酵等。

動物性廢棄物主要指畜禽糞便和加工下腳料。如雞糞的有效能值為7 524 kJ/kg,含粗蛋白27%左右,無氮浸出物20%以上,還含有豐富的鈣、磷和微量元素,通過特定的物理、化學(xué)和微生物方法處理后可作為畜禽飼料。但是,動物性廢棄物的飼料化利用存在一定的安全隱患,目前人們對動物性廢棄物的飼料化利用觀點不一致,存在爭議。

1.2.4材料化利用利用農(nóng)業(yè)廢棄物中的高蛋白質(zhì)資源和纖維性材料可生產(chǎn)多種生物質(zhì)材料,比如利用農(nóng)業(yè)廢棄物中的高纖維性植物廢棄物生產(chǎn)紙板、人造纖維板、輕質(zhì)建材板,通過固化、炭化技術(shù)制成活性炭,生產(chǎn)可降解餐具材料和纖維素薄膜,利用稻殼作為生產(chǎn)白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料,利用秸稈、稻殼經(jīng)炭化后生產(chǎn)鋼鐵冶金行業(yè)金屬液面的新型保溫材料,利用棉稈皮、棉鈴殼等含有酚式羥基化學(xué)成分制成聚合陽離子交換樹脂吸收重金屬。

2我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用中存在的主要問題

2.1農(nóng)業(yè)廢棄物資源總量不清

中國每年到底產(chǎn)生多少農(nóng)業(yè)廢棄物,這些廢棄物呈怎樣的分布,利用狀況如何,對環(huán)境造成多大影響,沒有準確的數(shù)據(jù)和記錄,現(xiàn)有的來自不同部門的數(shù)據(jù)出入很大,真?zhèn)坞y辨。

2.2重視程度不夠,缺乏相關(guān)政策法規(guī)

國家目前沒有完整的農(nóng)業(yè)廢棄物利用的專門法律法規(guī),農(nóng)業(yè)主管部門只重視“肉、蛋、奶”等農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn),不重視農(nóng)業(yè)廢棄物的利用。即便在當(dāng)前注重環(huán)境保護和食品安全的大背景下,對農(nóng)業(yè)廢棄物的處理和資源化利用也沒擺在應(yīng)有的位置?，F(xiàn)有的農(nóng)業(yè)廢棄物的管理體制和相關(guān)標(biāo)準可操作性差,更談不上預(yù)警、監(jiān)測體系。

2.3農(nóng)業(yè)廢棄物利用技術(shù)落后,利用率低

雖然我國農(nóng)業(yè)廢棄物利用有著悠久的歷史,但是創(chuàng)新性技術(shù)少,推廣價值不高,農(nóng)業(yè)廢棄物的利用率很低。比如秸稈的利用,大多數(shù)還是采用直接燃燒供熱或者還田的方式,缺乏先進的利用技術(shù)。

2.4農(nóng)業(yè)廢棄物轉(zhuǎn)化產(chǎn)品單一,商品價值低

農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)品開發(fā)缺乏主攻方向,品種單一,質(zhì)量不高,商品價值低。比如畜禽糞便的利用,大多數(shù)采用烘干后直接飼喂的方式,缺乏對其有效營養(yǎng)價值的分析利用,沒有形成創(chuàng)新型的飼料產(chǎn)品。

3我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用的發(fā)展前景

3.1要樹立總體發(fā)展思路

中國在未來15～20年農(nóng)業(yè)廢棄物的產(chǎn)生總量依然呈增加的趨勢,如果不加合理的利用和處理,農(nóng)業(yè)廢棄物,尤其是畜禽養(yǎng)殖對環(huán)境的污染將更加嚴重。農(nóng)業(yè)廢棄物的處理與資源化不僅關(guān)系到資源的再利用和環(huán)境安全,而且與農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)村小康社會的建設(shè)緊密相關(guān),必須樹立農(nóng)業(yè)廢棄物資源化的總體發(fā)展戰(zhàn)略思路。按循環(huán)經(jīng)濟理論,以人為本,由廢棄物的生態(tài)循環(huán)開始,逐級發(fā)展到循環(huán)農(nóng)業(yè)、循環(huán)社會的“三環(huán)”循環(huán)總體發(fā)展戰(zhàn)略思路:第一個“環(huán)”是從農(nóng)業(yè)本身發(fā)展的層面,按照生態(tài)循環(huán)原理,以農(nóng)業(yè)廢棄物的循環(huán)利用為切入點連接種植和養(yǎng)殖業(yè),構(gòu)建循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展模式;第二個“環(huán)”是依據(jù)循環(huán)經(jīng)濟的原理,構(gòu)建生產(chǎn)—生活—生態(tài)—生命(人)一體化協(xié)調(diào)發(fā)展的“四位一體”農(nóng)村發(fā)展模式;第三“環(huán)”為在上述兩個循環(huán)的基礎(chǔ)上,形成具有循環(huán)社會特征的農(nóng)村小康社會。

3.2注重技術(shù)創(chuàng)新突破和集成

在今后農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用中,要把新技術(shù)、新工藝的研究放在突出位置,依靠現(xiàn)代生物技術(shù)、信息技術(shù)和工程技術(shù),提升產(chǎn)品的技術(shù)含量。比如發(fā)酵工程中微生物的篩選和高效工程菌的構(gòu)建,新型酶制劑的選擇等。

依據(jù)不同地區(qū)資源優(yōu)勢和經(jīng)濟發(fā)展水平,因地制宜地利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)并與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合,按照“整體、協(xié)調(diào)、循環(huán)、再生”的原則,運用系統(tǒng)工程方法,將各種技術(shù)優(yōu)化組合,構(gòu)建農(nóng)業(yè)廢棄物資源化高效利用生態(tài)模式。建立和完善農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用標(biāo)準技術(shù)體系和技術(shù)保障體系。實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與農(nóng)村經(jīng)濟兩個系統(tǒng)的良性循環(huán),達到經(jīng)濟、生態(tài)、社會三大效益的統(tǒng)一。

3.3加強生物質(zhì)能利用的研究

農(nóng)業(yè)廢棄物生物質(zhì)能利用是農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的一個重大拓展,在整個新能源和可再生能源中占重要地位。農(nóng)業(yè)植物纖維性廢棄物由C、H、O等元素和灰分組成,當(dāng)它們被點燃時,供應(yīng)少量空氣,并且采取措施控制其反應(yīng)過程,使其變成CO、CH4、H2等可燃氣體,生物質(zhì)中大部分能量都被轉(zhuǎn)化到氣體中。氣化后的可燃氣體可作為鍋爐燃料與煤混燃,也可作為管道氣為城鄉(xiāng)居民集中供氣。將氣化后的可燃氣經(jīng)過凈化除塵與內(nèi)燃機連用,取代汽油或柴油,實現(xiàn)能量系統(tǒng)的高效利用。氣化后的可燃氣還可進行氣化發(fā)電,氣化發(fā)電技術(shù)可以在較小規(guī)模下實現(xiàn)較高的利用率,并能提供高品位的能源形式,是一個重要的發(fā)展方向。如德國最早利用秸稈發(fā)電的Thuringain鎮(zhèn)電站,年處理秸稈3 000 t,我國目前在海南建設(shè)了1.2 MW示范電站,該電站是我國及亞洲最大的生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng),整體水平達到國際先進水平。

3.4開辟新的利用途徑

在我國農(nóng)業(yè)廢棄物中,秸稈占很大比例。當(dāng)前對秸稈的利用主要集中在燃燒供能、堆肥還田和直接飼喂畜禽上,缺乏其它利用途徑的創(chuàng)新研究。筆者認為,利用秸稈養(yǎng)殖昆蟲,進一步發(fā)展各種昆蟲產(chǎn)品有很廣闊的應(yīng)用前景,例如黃粉蟲的養(yǎng)殖。黃粉蟲素有“動物蛋白飼料之王”的美譽,通過工廠化生產(chǎn),可提供大量優(yōu)質(zhì)動物性蛋白質(zhì),促進養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。黃粉蟲脫脂提油后的蟲粉蛋白質(zhì)含量達到70%,再經(jīng)提取殼聚糖(甲殼素),蛋白含量可高達80%,不但能夠替代進口優(yōu)質(zhì)魚粉,而且完全可以食用。除了黃粉蟲,秸稈還可以養(yǎng)殖蝗蟲、大麥蟲、螟蟲等多種昆蟲。

畜禽糞便是一個巨大的生物質(zhì)資源庫,以前大多都是直接堆肥處理。直接堆肥時間長,肥效差。筆者認為,通過一些生物技術(shù)手段可以獲得更加理想的效果。比如在糞便中引入蚯蚓,蚯蚓可以憑借自身的酶系統(tǒng)將有機廢物迅速分解,轉(zhuǎn)化為易于利用的營養(yǎng)物質(zhì),從而加速堆肥的效果。另外,在糞便中加入適宜的菌劑進行發(fā)酵堆肥,可以迅速增加有益微生物的繁殖,快速分解糞便中的有機物,產(chǎn)生生物熱能,高溫抑制或殺滅有害菌及病蟲卵,而且還可以吸收分解惡臭。因此,篩選和培育合適的生物菌劑成為了當(dāng)前研究的重點。

總之,農(nóng)業(yè)廢棄物是一個大的環(huán)境污染源,同時也是一個大的生物質(zhì)資源庫,具有“雙重性”。通過合理的加工利用可以減少農(nóng)業(yè)廢棄物對環(huán)境的危害,同時盡量降低廢棄物資源化成本,開發(fā)高值產(chǎn)品,提高廢棄物資源化和無害化處理率,為我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和中國的能源安全做出重要貢獻。

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