農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用現(xiàn)狀及前景展望

葛磊

[摘要]農(nóng)業(yè)廢棄物是富有價值的可回收資源，其資源化利用水平有待提高，我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用朝著多元化方向發(fā)展，按照應(yīng)用方向可以分為肥料化、飼料化、能源化、基料化、原料化。分析農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用現(xiàn)狀，并對其前景進行了展望。

[關(guān)鍵詞]農(nóng)業(yè)廢棄物;資源化利用;前景展望

[中圖分類號]X703[文獻標識碼]A

引言

我國是世界上最大的農(nóng)業(yè)國家之一，隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備水平不斷提高，我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)量產(chǎn)能得到了巨大提升，隨之大量農(nóng)業(yè)廢棄物不斷產(chǎn)生。一般來講，農(nóng)業(yè)廢棄物指得是在整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和再生產(chǎn)環(huán)節(jié)過程中產(chǎn)生的非產(chǎn)品型產(chǎn)出，可以分為四種類型。其一為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物，主要為秸稈、枯枝落葉、廢舊地膜、廢棄農(nóng)藥化肥包裝物等;其二為農(nóng)業(yè)加工廢棄物，如蔗渣、甜菜渣、土豆渣等在農(nóng)產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)生的廢棄物;其三為畜禽廢棄物，如畜禽糞便、病死畜禽等;其四為農(nóng)村生活廢棄物。據(jù)統(tǒng)計，我國每年產(chǎn)生秸稈近9億t、稻殼8000萬t，約1/4未能資源化利用;每年產(chǎn)生蔗渣700萬t，綜合利用低效;每年產(chǎn)生畜禽糞污約38億t，綜合利用率不到60%。

農(nóng)業(yè)廢棄物具有量大面廣、種類繁雜、可再生、可利用、地域性顯著等特點，往往隨意堆放、肆意焚燒、并且易腐敗變質(zhì)，給周邊城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境造成了嚴重的危害。為此國家出臺了一系列農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的政策和辦法，促進農(nóng)業(yè)廢棄物的高效化、無害化和資源化利用。農(nóng)業(yè)廢棄物的合理資源化利用不僅能夠有效解決農(nóng)業(yè)環(huán)境污染問題，保障美麗宜居鄉(xiāng)村的建設(shè)，還可以促進農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，助力農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革。

1? ? 農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用現(xiàn)狀

目前，我國農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用朝著多元化方向發(fā)展，其中按照應(yīng)用方向可以分為肥料化、飼料化、能源化、基料化、原料化。按照技術(shù)屬性可以分為微生物技術(shù)、物理化學(xué)技術(shù)、材料工程技術(shù)。

1.1? ? 肥料化

由于多年來掠奪式的土壤利用方式導(dǎo)致土壤越來越貧瘠，可耕性越來越差，將農(nóng)業(yè)廢棄物進行肥料化，通過直接還田或間接還田的形式，將其歸還到土壤中，不但可以顯著增加土壤有機質(zhì)、提升土壤養(yǎng)分，還能夠?qū)ν寥肋M行改良和修復(fù)，是具有良好的經(jīng)濟、社會效益價值的廢棄物資源化利用的一種做法。

農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化的方式主要有機械化直接還田、覆蓋還田、快速腐熟還田、稻麥雙套還田、堆漚還田、加工有機肥等。

目前，農(nóng)業(yè)廢棄物進行肥料化還是以直接還田為主，利用直接還田或簡易堆肥雖然可以解決當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染的問題，但應(yīng)用價值較低，存在低效利用的問題。將農(nóng)業(yè)廢棄物如秸桿、畜禽糞污、蔗渣、糖廠濾泥等通過好氧堆肥處理，通過應(yīng)用先進工藝技術(shù)手段提升好氧堆肥機械化、環(huán)?；⒏咝Щ?，提升產(chǎn)品高質(zhì)化、多樣化、多功能化，是提升農(nóng)業(yè)廢棄物肥料高值化的最佳過程。

我國資源大分布廣種類多的農(nóng)業(yè)廢棄物為好氧堆肥工藝提供了優(yōu)良原料和輔料。好氧堆肥指的是在一定的濕度、溫度等可控條件下，有機物被好氧微生物分解，病原體被殺滅，進而形成穩(wěn)定的腐植類物質(zhì)，是無害化有機肥料的一種生產(chǎn)方式，產(chǎn)品可以用于生產(chǎn)商業(yè)有機肥、復(fù)合肥、土壤改良劑，是實現(xiàn)藏糧于地的最佳工藝。好氧堆肥的工藝流程主要有材料篩選、原料預(yù)處理、發(fā)酵與陳化、產(chǎn)品加工等幾大步驟，其中發(fā)酵工程為好氧堆肥的核心工程。例如以山核桃殼、鋸末、枯枝落葉、藥渣等植物類農(nóng)業(yè)廢棄物為原料，通過好氧堆肥工藝，其產(chǎn)品不僅富含氮、磷、鉀及多種礦質(zhì)元素，并且具有良好的持水、透氣和吸附能力，可以促進團聚體形成，降低土體容重，增加土壤孔隙度，使土體中的水、氣、熱狀況得到優(yōu)化。

1.2? ? ?能源化

植物源農(nóng)業(yè)廢棄物大都由植物光合作用直接或間接產(chǎn)生，相比于典型的化石燃料，具有可再生周期短、量大面廣、價格低廉的優(yōu)點。目前對農(nóng)業(yè)廢棄物的能源化利用不僅可以利用生物質(zhì)燃燒發(fā)電技術(shù)直接獲取能量，還可以通過將其轉(zhuǎn)化為生物柴油、成型燃料、沼氣等生物質(zhì)儲能燃料。

生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是處理農(nóng)業(yè)廢棄物最直接、處理量最大、最易實現(xiàn)工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的一種技術(shù)途徑，按其工業(yè)技術(shù)可以分為生物質(zhì)直接燃燒發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)與煤耦合燃燒發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)三類。其中生物質(zhì)直接燃燒技術(shù)就是將生物質(zhì)直接代替燃煤進行火力發(fā)電的技術(shù)，主要處理對象為作物秸稈，按其燃燒類型可以分為爐排燃燒技術(shù)和流態(tài)化燃燒技術(shù)，目前均已實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物燃燒發(fā)電示范化、產(chǎn)業(yè)化。生物質(zhì)與煤耦合燃燒發(fā)電技術(shù)是利用現(xiàn)有火力燃煤電廠的高效率設(shè)施設(shè)備，將生物質(zhì)與煤進行摻混燃燒，不僅可以充分保持煤粉發(fā)電的高效率，還可以高效利用生物質(zhì)資源，具有投資少、技術(shù)門檻低、技術(shù)可靠、運行靈活、發(fā)電效率高等特點。生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)就是先利用氣化爐將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為可燃氣，并通過凈化裝置去除其中的雜質(zhì)后，利用燃氣設(shè)備進行發(fā)電的技術(shù)，是生物質(zhì)能源化最潔凈有效的利用方法之一。

生物質(zhì)成型燃料技術(shù)是農(nóng)業(yè)廢棄物能源化另一個重點發(fā)展方向。植物源農(nóng)業(yè)廢棄物主要有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素組成，而木質(zhì)素是具有芳香特性的非晶體聚合物，具有軟化點但沒有熔點，因此在一定溫度和壓力下，軟化后的木質(zhì)素可以作為內(nèi)部黏合劑，將顆粒內(nèi)部的纖維素和半纖維素及相鄰顆粒緊密結(jié)合，冷卻固化后即可形成形狀統(tǒng)一且具有一定緊實度的固體成型燃料。目前，應(yīng)用生物質(zhì)成型燃料技術(shù)的工藝主要有濕壓成型、熱壓成型、炭化成型這三類。農(nóng)業(yè)廢棄物成型燃料具有原料面廣易得，工藝簡單易于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品熱效率高，且便于儲存運輸?shù)葍?yōu)點。相比于化石能源煤炭，充分燃燒后的灰渣不僅不會污染環(huán)境，還由于其富含農(nóng)作物需要的鉀元素，可作為肥料還田，因此具有很強的經(jīng)濟、社會價值。

由于農(nóng)業(yè)廢棄物中富氧，植物源農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈、麩皮等利用微生物技術(shù)，經(jīng)過預(yù)處理、水解、發(fā)酵、蒸餾、脫水等步驟生產(chǎn)得到燃料乙醇。該生產(chǎn)工藝能夠?qū)崿F(xiàn)碳的零排放，并且與糧食乙醇相比，具有綠色環(huán)保、價格低廉、可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點。

1.3? ? 原料化利用

由于農(nóng)業(yè)廢棄物來源面廣、價格低廉，可以將農(nóng)業(yè)廢棄物作為許多工業(yè)的生產(chǎn)原料。目前，對于農(nóng)業(yè)廢棄物的原料化利用方向主要有以熱解工藝制備生物炭利用方向;以糠醛、木糖醇等有機化學(xué)用品;以含硅原材料生產(chǎn)的硅化工原料;以分離纖維素、半纖維素、木質(zhì)素為原料的纖維素功能材料。

生物炭是植物源農(nóng)業(yè)廢棄物在低氧或缺氧的情況下經(jīng)過高溫?zé)崃呀夂笮纬傻囊活惥哂懈叨确枷憬Y(jié)構(gòu)化的固體多孔炭質(zhì)材料，具有高密度、大比表面積和發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)等特點，使其有著良好的吸附能力、離子交換能力、抗氧化性能和抗微生物分解性能，能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)、調(diào)至土壤微生物群落系統(tǒng)、增加土壤碳含量，已成為環(huán)境修復(fù)、土壤改良的一種新興材料。

植物源農(nóng)業(yè)廢棄物中豐富的纖維性組分和高蛋白資源，可以作為原料生產(chǎn)人造纖維板材、造紙、發(fā)泡緩沖材料、納米纖維素等材料。例如，將作物秸稈經(jīng)機械粉碎、打漿、帚化等預(yù)處理后，在發(fā)泡劑、膠黏劑等助劑的輔助作用下，混煉后經(jīng)熱壓成型可制得植物纖維發(fā)泡緩沖材料。秸稈內(nèi)豐富的纖維能夠促進材料內(nèi)部氣泡孔的生產(chǎn)，并且可以通過改變工藝條件及配方比例實現(xiàn)對氣泡孔徑及分布的可控調(diào)節(jié)，以此實現(xiàn)良好的吸能抗震性能。植物纖維發(fā)泡緩沖材料制備技術(shù)具有工藝簡單、成本低廉，有著良好的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

通過將木質(zhì)纖維類農(nóng)業(yè)廢棄物中的纖維素、半纖維素分別進行分離、提取、純化，利用改性技術(shù)將其功能化，獲得吸水樹脂、重金屬吸附劑等高附加值產(chǎn)品。將分離純化的纖維素通過一定的物理化學(xué)處理后可以獲得納米纖維素，納米纖維素可以用于分散劑、增強劑，納米薄膜還可以用于制備儲能材料，具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.4? ? 飼料化利用

以作物秸稈、經(jīng)濟作物尾葉、蔗渣、甜菜渣等植物源農(nóng)業(yè)廢棄物為原料，通過青貯、微貯、氨化等工藝將其初步降解，形成牲畜喜食的飼料產(chǎn)品。例如將作物秸稈進行氨化處理，利用氨水、尿素等作用破壞秸稈中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素之間的緊密結(jié)合，加速纖維素和半纖維素的分解，從而提高秸稈的粗蛋白和消化率，使原來無法利用的營養(yǎng)成分被充分利用，喂牛羊具有良好的效果，提高畜牧業(yè)經(jīng)濟效益，并且作物秸稈也可以粉碎成草糠，作動物輔助飼料。

1.5? ? 基料化利用

農(nóng)業(yè)廢棄物基料化利用是指將農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)過微生物技術(shù)加工成能夠為動物、植物及微生物生長提供良好條件的有機固體養(yǎng)料。農(nóng)業(yè)廢棄物的基料化應(yīng)用目前主要有5種途徑分別為食用菌生產(chǎn)栽培基質(zhì)、植物育苗及栽培基質(zhì)、動物飼養(yǎng)墊料及微生物制劑吸附物料以及在逆境環(huán)境下用于阻斷障礙因子的物料。

2? ? 農(nóng)業(yè)廢棄物資源化前景展望

目前，我國針對農(nóng)業(yè)廢棄物已經(jīng)出臺了一系列相關(guān)文件，根據(jù)生態(tài)環(huán)境保護和產(chǎn)生發(fā)展雙重驅(qū)動，將農(nóng)業(yè)廢棄物資源化產(chǎn)業(yè)進行聯(lián)動，通過不同產(chǎn)業(yè)直接的相互協(xié)調(diào)作用，構(gòu)建完善的資源化產(chǎn)業(yè)協(xié)作體系，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，形成農(nóng)業(yè)廢棄物低值高效產(chǎn)業(yè)先行，高值產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步推進的發(fā)展態(tài)勢，實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)廢棄物的全量化、高值化、無害化的資源運作模式。

另一方面，我國農(nóng)業(yè)廢棄物種類分布不均，地域性差異顯著并且各地產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)不一，因此還需要形成適應(yīng)于不同地區(qū)的區(qū)域利用模式，優(yōu)選重點產(chǎn)業(yè)。

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