農業(yè)廢棄物秸稈高值化綜合利用研究與實踐

李洪嶺，李旭建，宋玉杰，張亮

（山東泉林集團有限公司，山東聊城252800）

中國是農業(yè)大國，根據(jù)《2017年中國統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，2016年全國農作物總播種面積約為1.67億hm2，與2015年基本持平。國家發(fā)展改革委、農業(yè)部開展的“十二五”秸稈綜合利用終期評估結果顯示，2015年全國主要農作物秸稈理論資源量為10.4億t，秸稈種類以小麥、水稻、玉米為主，13個糧食主產區(qū)占全國秸稈理論資源量的73%，可收集資源量為9.0億t，利用量為7.2億t，秸稈綜合利用率由2010年的70.5%提高到80.1%，秸稈綜合利用取得明顯成效。從“五料化”利用途徑看，秸稈肥料化利用量3.9億t，占可收集量的43.2%；秸稈飼料化利用量1.7億t，占可收集量的18.8%；秸稈基料化利用量0.4億t，占可收集量的4.0%；秸稈燃料化利用量1.0億t，占可收集量的11.4%；秸稈原料化利用量0.2億t，占可收集量的2.7%。

山東省作為傳統(tǒng)農業(yè)大省，2016年山東省農作物播種面積為1 097萬hm2，糧食產量4 700萬t，全省農作物秸稈總量約為8 527萬t，綜合利用量7 482萬t，綜合利用率由2015年的85%提高到87.7%。根據(jù)《山東省加快推進秸稈綜合利用實施方案》（2016—2020年）要求，到2020年全省農作物秸稈綜合利用率達到92%以上。

雖然目前我國秸稈綜合利用取得了一些成效，但仍存在著綜合利用不充分、利用結構不合理等問題，農業(yè)廢棄物秸稈無害化處理、高值化綜合利用問題亟待解決。在“十三五”期間，我國還將進一步加大秸稈綜合利用工作力度，不斷加大資金投入力度，不斷完善秸稈收儲運體系和扶持政策，推動我國秸稈綜合利用產業(yè)化、規(guī)?；l(fā)展。

通過搜集近年來農作物秸稈綜合處理的成果，以及大量有關農業(yè)廢棄物秸稈高值化綜合利用方面的文獻，并對其進行詳細梳理和歸納，為本課題的分析與研究提供理論依據(jù)。

1 秸稈高值化綜合利用體系建設背景

1.1 秸稈焚燒對環(huán)境的危害

農作物秸稈中含有氮、磷、鉀、碳氫元素及有機硫等。特別是剛收割的秸稈尚未干透，經不完全燃燒會產生大量PM2.5、氮氧化物、二氧化硫、碳氫化合物以及煙塵、氮氧化物，在陽光作用下還可能產生二次污染物臭氧等。而且焚燒秸稈時，大氣中二氧化硫、二氧化氮、PM2.5三項污染指數(shù)達到高峰值，嚴重污染空氣環(huán)境，影響空氣質量。根據(jù)相關文獻資料研究，玉米、小麥野外燃燒過程中PM2.5的排放因子分別為30.05 g/kg和23.70 g/kg。

1.2 國家重視秸稈綜合利用，鼓勵秸稈清潔制漿

為促進秸稈的綜合利用，2008年國務院發(fā)布《關于加快推進農作物秸稈綜合利用的意見》（國辦發(fā)［2008］105號），提出積極發(fā)展以秸稈為原料的加工業(yè)。鼓勵采用清潔生產工藝，生產以秸稈為原料的非木紙漿。引導發(fā)展以秸稈為原料的人造板材、包裝材料、餐具等產品生產，減少木材使用，以及加快建設秸稈收集體系。以企業(yè)為龍頭，實施技術示范和產業(yè)化項目。根據(jù)秸稈綜合利用的不同用途，建立秸稈綜合利用科技示范基地。

2009年國家發(fā)展改革委、農業(yè)部聯(lián)合下發(fā)《關于編制秸稈綜合利用規(guī)劃的指導意見》（發(fā)改環(huán)資［2009］378號）文件，指出秸稈纖維作為一種天然纖維素纖維，可以作為工業(yè)原料，其中最主要作為紙漿原料。采用清潔生產工藝，科學使用秸稈生產非木紙漿”。

2011年國家發(fā)展改革委發(fā)布《產業(yè)結構調整指導目錄（2011年本）》，鼓勵采用清潔生產工藝，建設以非木纖維為原料、單條10萬t/a及以上的紙漿生產線。

國家發(fā)展改革委、農業(yè)部、財政部在《關于印發(fā)“十二五”秸稈綜合利用實施方案的通知》（發(fā)改環(huán)資（2011）2615號）文件中提出，從政策、資金和有效運營等方面對秸稈清潔造紙給予扶持。鼓勵秸稈制漿造紙清潔生產技術研發(fā)推廣，支持成熟的秸稈紙漿造紙清潔化新技術產業(yè)化發(fā)展?！?/p>

1.3 典型企業(yè)

山東泉林紙業(yè)有限責任公司按照“綠色泉林，生態(tài)紙業(yè)”的發(fā)展目標，通過對秸稈的利用，建立秸稈收儲運體系，從源頭抓好原料供應，延伸秸稈綜合利用產業(yè)鏈，直接帶動農民增收。秸稈經過原料化利用后，再進行肥料化利用，生產出有利于農業(yè)發(fā)展、有利于身體健康、有利于保護環(huán)境的產品，使秸稈變廢為寶反哺于農業(yè)，促進了農作物增產增收，增加了農民的收入，改良了土壤，減少了焚燒秸稈對環(huán)境的影響，探索出了一條秸稈高值化綜合利用和循環(huán)經濟發(fā)展的道路。2011年企業(yè)秸稈綜合利用循環(huán)經濟發(fā)展模式以《資源再生利用的曙光》入選中央黨校培訓教材——《生態(tài)文明建設與可持續(xù)發(fā)展》典型案例。2012年又以“構建清潔型草漿造紙循環(huán)產業(yè)鏈的造紙企業(yè)循環(huán)經濟發(fā)展模式”被國家發(fā)改委列入《中國循環(huán)經濟典型模式案例》。

2 泉林秸稈高值化綜合利用體系建設實踐

2.1 依托自主研發(fā)技術創(chuàng)新構建循環(huán)經濟模式

20世紀90年代，隨著國家環(huán)保形勢的日益嚴峻，素有“白紙黑水”之稱的傳統(tǒng)秸稈制漿造紙行業(yè)成為被關停的重災區(qū)，泉林集團化壓力為動力，通過技術轉型升級，堅持平臺建設先行的創(chuàng)新思路，開發(fā)了秸稈清潔制漿技術，并建設成立了國家級企業(yè)技術中心，與中國制漿造紙研究院、中國農科院、北京林業(yè)大學、中國農業(yè)大學、美國北卡羅萊納州立大學等科研院所建立長期技術合作關系，組建了以企業(yè)自有專業(yè)技術人才和外聘專家組成的綜合性技術研發(fā)隊伍，為技術研發(fā)的順利開展提供了良好的智力支持。

依托自主研發(fā)，泉林集團先后取得了秸稈制漿廢液生產木素有機肥技術研究、秸稈清潔制漿新技術、環(huán)保型秸稈本色漿制品技術研究、本色麥草漿清潔制漿技術、秸稈立式連續(xù)蒸煮紙漿技術、秸稈源黃腐酸的特性及其應用6項國際領先技術成果（圖1）。在技術突破的基礎上，引人循環(huán)經濟理念，構建了秸稈綜合利用循環(huán)經濟模式——泉林模式。

公司整體技術具有典型的原創(chuàng)性，技術壁壘高，截至目前，已累計申報專利241項，獲得授權190項（150項發(fā)明專利），大部分發(fā)明專利保護期限仍在10～20年，覆蓋了秸稈制漿、紙及紙制品、肥料、環(huán)保、熱電銨法脫硫鏈及相關裝備制造等與秸稈制漿造紙循環(huán)經濟產業(yè)有重要關聯(lián)的領域。技術成果認可度高，完成20余項科技成果驗收鑒定，6項核心技術獲得國際領先技術成果鑒定，被認定的國家重點新產品2個，獲省部級以上獎項5個。

圖1 泉林6項國際領先技術成果鑒定

2016年，上述技術又被國家發(fā)改委編入《國家重點推廣的低碳技術目錄》，成為其中僅有的2項碳匯類技術之一。

2.2 成熟的秸稈產業(yè)化收儲體系

為解決農作物秸稈收儲難題，泉林集團通過多年摸索實踐，形成了一套高效、完善的秸稈收儲體系。由于糧食收割有季節(jié)性，秸稈儲存需要1年的周期，儲存占地面積很大，為解決秸稈的儲存問題，企業(yè)通過在村鎮(zhèn)建設布點，建立了“企業(yè)+鄉(xiāng)鎮(zhèn)收儲中心+村級收儲點+農戶”四位一體的秸稈收儲網絡，并專門成立公司專業(yè)化運作秸稈收儲運業(yè)務，實現(xiàn)了秸稈原料按照生產需求的計劃性調撥，在收集秸稈原料的同時，還代銷公司的黃腐酸肥料和生活用紙，實現(xiàn)了“一點三用”，使企業(yè)以秸稈收儲為切入點實現(xiàn)了與“三農”及“新農村建設”的對接服務（圖2，圖3）。

圖2 秸稈收儲流程圖

2.3 環(huán)境與社會效益

2.3.1 減少、避免秸稈焚燒，改善大氣質量

山東泉林集團有限責任公司研發(fā)的秸稈綜合利用技術實現(xiàn)了秸稈的工業(yè)化利用，減少了秸稈廢棄焚燒帶來的環(huán)境污染問題，符合國家提出生態(tài)文明建設。以泉林目前建設項目為例，年處理秸稈150萬t，與秸稈堆放相比，年減少堆放污染面源COD總量195萬t。與秸稈野外燃燒產生的污染相比，年可減少二氧化碳排放105萬t，PM2.5減排量約4 t。由于整個生產過程不消耗森林資源，每使用1 t泉林本色生活用紙，可節(jié)省木材3.5 m3（約相當于30棵3～4年的樹木）。按照2010年上海世博會中國館的數(shù)據(jù)：1 t秸稈充分燃燒釋放1.8 t二氧化碳，泉林利用天然秸稈纖維生產本色生活用紙，每使用一盒200抽面巾紙，相當于減少碳排放1 kg。由此可以看出，環(huán)境效益十分顯著。

圖3 秸稈收儲模式簡圖

2.3.2 農民增收

企業(yè)以小麥、玉米等秸稈為主要原料，農民回收秸稈后出售給企業(yè)，可直接增加收入。按秸稈產量240 kg/667 m2，秸稈價格550元/t計，可為農民增收130元/667 m2，按每戶4口人每人平均1 000 m2土地計算，每戶增收近800元。另外，秸稈收儲、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，也可直接帶動秸稈原料豐富地區(qū)的農業(yè)發(fā)展與近萬戶農民增收，實現(xiàn)農民不離鄉(xiāng)、不離土致富，極大拉動農村就業(yè)和經濟發(fā)展。企業(yè)若收集150萬t秸稈，可直接增加秸稈產區(qū)農民收入8.25億元，可惠及農村耕地41.7萬hm2，人口416萬人。

2.3.3 以黃腐酸有機肥的形式實現(xiàn)秸稈還田，實現(xiàn)農作物增收

秸稈提取纖維制得秸稈漿后，將含有大量黃腐酸和微量元素的制漿剩余物通過工業(yè)化手段生產黃腐酸有機肥反哺農業(yè)，實現(xiàn)了秸稈工業(yè)化生產過程的還田。

黃腐酸有機肥腐植酸含量高達55%，其中黃腐酸含量38%以上。具有良好的水溶性，有機質含量高，可增強土壤團粒結構，有效調節(jié)土壤酸堿度，增強農作物的抗逆性，實現(xiàn)糧食增產增收；對改良土壤有很好的促進作用（增加土壤有機質含量，提高土壤保肥、保水能力）。經中國農業(yè)科學院和東北地區(qū)農場試驗，施用后可使糧食作物增產5%以上，同時減少化肥用量30%。泉林年處理150萬t秸稈項目建成后，可向市場提供50萬t優(yōu)質高效黃腐酸肥料產品，按照施用量20 kg/667 m2計算，可改良耕地167萬hm2，增收糧食近6億kg，減少化肥用量約21萬t。

2.3.4 生產有利于人體健康的產品，引領綠色消費

傳統(tǒng)生活用紙化學制漿漂白的過程會產生危害環(huán)境和人體健康的持久性有機污染物（如有機鹵化物AOX和二惡英的產生）。泉林本色產品運用一系列泉林特有本色專利技術工藝處理、加工，保持純天然非木植物纖維的原始色澤和質感，纖維結合緊密，強度好，不掉屑，不掉粉，不使用漂白劑等有害化學制劑，杜絕了有機鹵化物AOX和二惡英的產生，符合美國FDA檢測和歐盟食品級檢測機構檢測標準，是新一代對人體無害、對環(huán)境無污染的健康環(huán)保型新產品。

3 建議

秸稈是重要的農副產品，也是重要的生物資源。集約、高效、綜合利用秸稈資源，是改善農村衛(wèi)生條件的清潔工程、提高耕地綜合生產能力的沃土工程、優(yōu)化畜牧業(yè)結構的節(jié)糧工程、減輕大氣污染的環(huán)境工程、建設資源節(jié)約型社會的能源工程、增加農民收入的富民工程和實現(xiàn)農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)工程。秸稈資源綜合有效利用對實現(xiàn)中國全面建設社會主義新農村具有重大的現(xiàn)實意義和深遠意義。由于我國農村秸稈資源完全處于高消耗、高污染、低產出的狀況，造成極大的資源浪費和環(huán)境污染，秸稈處理問題迫在眉睫。農業(yè)廢棄物秸稈高值化綜合利用體系建設具有開拓性、創(chuàng)新性，推廣應用前景巨大。建議進一步深化機理研究，加快農業(yè)廢棄物秸稈高值化綜合利用體系建設。

4 結論

4.1 秸稈循環(huán)利用

農作物秸稈是可再生資源，其主要成分為纖維素、半纖維素和木質素。根據(jù)國家發(fā)展改革委、農業(yè)部開展的“十二五”秸稈綜合利用終期評估結果顯示，2015年全國主要農作物秸稈利用量為7.2億t，秸稈綜合利用率由2010年的70.5%提高到80.1%，秸稈綜合利用取得明顯成效。但是從“五料化”利用途徑看，秸稈原料化利用量0.2億t，僅占可收集量的2.7%。通過工業(yè)化的生產技術，將農業(yè)的廢棄物——秸稈制成紙漿、紙張，將制漿廢液制成黃腐酸肥料再施用于農業(yè)，實現(xiàn)了“秸稈還田”，使兩個傳統(tǒng)產業(yè)的廢棄物互為資源，延伸了造紙業(yè)循環(huán)經濟和農業(yè)循環(huán)經濟產業(yè)鏈，進而實現(xiàn)了“農業(yè)—造紙業(yè)—農業(yè)”的產業(yè)經濟循環(huán)。

4.2 示范作用

通過建立秸稈收儲運體系，建設秸稈收儲中轉中心，直接帶動秸稈富產區(qū)農民增收，實現(xiàn)農民不離鄉(xiāng)、不離土致富。秸稈經過原料化利用后，再進行肥料化利用，使秸稈變廢為寶施用于農業(yè)生產，形成了完整閉合的產業(yè)鏈條，大大減少了秸稈焚燒產生CO2和PM2.5，改善了空氣質量，環(huán)境效益顯著。秸稈高值化綜合利用體系循環(huán)經濟特征明顯，既立足于企業(yè)自身的循環(huán)經濟建設，又融入關聯(lián)行業(yè)的發(fā)展，互為依托，示范效果突出，解決了秸稈廢棄焚燒這一難題，對于節(jié)約資源、保護環(huán)境、增加農民收入、農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實意義。