煙草廢棄物無害化研究與應(yīng)用探討

婁曉平，趙炯平，張保全，遆晉松，田斌強(qiáng)

(1.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310004；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002)

十八大以來，生態(tài)文明建設(shè)、綠色可持續(xù)發(fā)展、面源污染防控、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等成為黨中央和國務(wù)院一些重要會(huì)議和文件中的熱詞，在農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，不斷強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)廢棄物無害化、減量化、資源化，以及美麗鄉(xiāng)村建設(shè)[1]。學(xué)術(shù)界對農(nóng)業(yè)廢棄物問題的關(guān)注度也不斷提升，本研究在多個(gè)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn)，近幾年的期刊論文及學(xué)位論文來源廣泛、增長較快，涉及經(jīng)濟(jì)學(xué)、社會(huì)學(xué)、工學(xué)、法學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、理學(xué)等，可以說達(dá)到了各專業(yè)領(lǐng)域的全覆蓋。國家成立了環(huán)境保護(hù)農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用工程技術(shù)中心對相關(guān)技術(shù)問題進(jìn)行研究，有關(guān)方面組織多領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行反復(fù)專題研討[2]。之所以如此重視，是因?yàn)槟壳皬U棄物資源化利用存在空白或二次污染嚴(yán)重[3]等問題。而先前粗放的農(nóng)業(yè)廢棄物處理方式導(dǎo)致了自然植物資源的巨大浪費(fèi)和嚴(yán)重的環(huán)境污染[4]。

煙草含有煙堿，其廢棄物長期以來更是農(nóng)業(yè)廢棄物中難以處理的部分。根據(jù)2010年的一項(xiàng)非正式統(tǒng)計(jì)估計(jì)，全球共處置了6831多萬t煙草秸稈生物質(zhì)材料[5]。有人估計(jì)在煙草行業(yè)、卷煙工業(yè)體系中不能用于制成卷煙的煙草原料占到煙草總量的25%～30%[6]；在煙草的生產(chǎn)中，約有60%以上的生物產(chǎn)量由于不能被卷煙工業(yè)使用而成為煙草廢棄物(waste tobacco)[7]；重量保守估計(jì)在100萬t以上[6]，或全行業(yè)達(dá)到320萬t[8]。近3年，我國年均有效煙葉生產(chǎn)量在 210 萬t，煙草廢棄物約315 萬t以上。之所以出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差，一方面是統(tǒng)計(jì)方法和范圍不同，另一方面可能在于大家對煙草廢棄物的定義并不一致。李軍等在辨析之后將其定義為未能用于制煙的煙草組成部分，包括煙莖(又稱煙稈)、無法進(jìn)行卷煙加工的低等級或者級外煙葉、煙草植株的上部煙葉、煙花、煙種、葉梗、腋芽，以及卷煙企業(yè)積存的煙末、煙根、煙出條[9]。

國家煙草專賣局早在2006年就提出，對不能回收利用的廢棄煙葉和煙稈必須予以銷毀[10]，但是并沒有明確銷毀的方法，目前大多數(shù)廢棄物仍是被填埋或集中焚燒銷毀[6]。每年煙草廢棄物銷毀量有多少，雖然缺少公開的官方統(tǒng)計(jì)，但毫無疑問的是煙草廢棄物總量巨大，銷毀過程中應(yīng)該也存在其他農(nóng)業(yè)廢棄物處理過程中所面臨的同樣的問題。資源性農(nóng)業(yè)廢棄物的污染主要在于不正確的廢棄物處理方式[11]，一方面，填埋煙草廢棄物會(huì)侵占大量土地資源，易造成土壤與地下水污染，離煙田近的還易引發(fā)煙草病蟲害；另一方面，焚燒處理會(huì)產(chǎn)生大量煙堿、煙焦油、一氧化碳等，從而嚴(yán)重污染空氣環(huán)境。

魏章煥在2016年出版的專著《農(nóng)牧廢棄物處理與利用》(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社)中對農(nóng)作物秸稈肥料化、能源化、飼料化、原料化、基料化等共性問題進(jìn)行了總結(jié)。許春平在2017年出版的專著《煙草廢棄物綜合利用》(中國輕工業(yè)出版社)中圍繞煙草廢棄物中活性成分的提取及利用、廢棄煙葉的提質(zhì)與利用兩大主題進(jìn)行了總結(jié)。另外，也有學(xué)者對煙草廢棄物利用進(jìn)行了綜述或提出了方案[12-17]。本文對這些文獻(xiàn)中尚未提及的一些問題進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充。

1 煙草廢棄物的無害化利用途徑

煙草原料廢棄物中纖維素25.4%、半纖維素22.3%、木質(zhì)素3.1%、果膠6.2%、可溶物38.5%、灰分5.1%；其中，可溶物中糖25.1%、蛋白質(zhì)9.2%、煙堿2.2%[18]，這些成分大都可以被利用。利用的途徑包括但不限于以下內(nèi)容。

1.1 肥料化

煙草廢棄物作為有機(jī)肥原料開發(fā)分為兩種情況，一種是提取其它功效成分后再做發(fā)酵處理，另一種是直接熟化或碳化。

根據(jù)有關(guān)規(guī)定，水提物中TOC(Total Organic Carbon)含量超過200 mg/L的工廠固體廢棄物不能通過垃圾填埋法處理[19]。因此經(jīng)提取各種化合物后的煙草廢渣如不經(jīng)處理直接丟棄將會(huì)造成環(huán)境污染。經(jīng)提取過的煙草殘?jiān)?，總氮含量高達(dá)10%，鉀、磷、鈣及有機(jī)質(zhì)的含量均在1%左右[20]。若把它作為有機(jī)復(fù)混肥能促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改良土質(zhì)，對酸性土壤及鹽堿地起緩沖作用，提高土壤保水、貯肥能力，還具有一定的防止農(nóng)作物病蟲害危害和抑制雜草生長的作用。但煙堿含量過高會(huì)殺害土壤中的有益菌株，造成農(nóng)作物減產(chǎn)，因此作為有機(jī)肥的煙渣，必須是提取煙堿后且經(jīng)過發(fā)酵處理的煙渣[20,21]。湖南省煙草公司利用“一體化煙葉殘?bào)w無害化處理制肥機(jī)”將田間處理的不適用的煙草廢棄物，加入秸稈、油粕、菌渣等生物輔料，通過高溫殺菌、快速發(fā)酵、重金屬鈍化和煙堿降解，加工成功能性有機(jī)肥。在長沙、郴州、常德等煙葉產(chǎn)區(qū)開展了試點(diǎn)和示范，據(jù)調(diào)查，每公頃煙田廢棄物可生產(chǎn)22.5 t左右優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥，扣除能源及輔料等制肥成本，每公頃可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益40500～49500元，具有良好的應(yīng)用前景。

煙草廢棄物可以直接熟化成堆肥、生物炭、生物菌肥。國外將煙草廢棄物堆肥研究的重點(diǎn)放在可行性、過程的理化與生物指標(biāo)、產(chǎn)品毒性與品質(zhì)方面，針對減少煙草廢棄物毒性和提高堆肥品質(zhì)的研究不足。目前國內(nèi)研究主要側(cè)重于外加菌劑或糞肥的促腐效果、熟化過程的理化性質(zhì)、酶與微生物群落變化和對土壤及作物的改良增產(chǎn)方面[6]。例如：辛雄圍繞功能型真菌發(fā)酵煙草廢棄物的菌株篩選與鑒定、復(fù)合菌群的配伍組合及發(fā)酵工藝、多功能生物菌肥的研制等內(nèi)容開展研究，篩選出2株高效拮抗香蕉枯萎病菌和煙草黑脛病菌的菌株，確定了以煙草廢棄物堆肥產(chǎn)物制備多功能生物菌肥的配方[22]；研究了影響堆肥品質(zhì)的因素，包括原料C/N、水分、粒度、pH值以及堆漚過程中的水分、溫度、通透性等[6]；在堆肥前通過對原料的C/N的調(diào)節(jié)，使其更適于堆肥微生物繁殖和代謝[23]；燕晉媛按照高中低3個(gè)溫度段篩選煙草廢棄物堆肥降解的優(yōu)勢復(fù)合微生物，形成復(fù)合菌用于煙草廢棄物和麥草混合體(9∶1)堆肥發(fā)酵，篩選到的5株菌對煙草廢棄物堆肥的物質(zhì)降解率明顯高于自然堆肥的效率，發(fā)酵后完全無臭味，有濕潤的土壤味，并產(chǎn)生白色或灰白色菌絲，完全達(dá)到了外觀和氣味標(biāo)準(zhǔn)；而且添加菌劑可以減少氮、磷、鉀的損失，提高菌肥的肥效和質(zhì)量[24]。何云龍研究了不同雞糞添加比例對煙草廢棄物堆肥快腐進(jìn)程與有機(jī)物降解的影響，添加雞糞的煙草廢棄物堆肥較純煙草廢棄物堆肥處理進(jìn)入高溫分解階段時(shí)間提前5 d，且高溫持續(xù)時(shí)間延長5 d以上；添加雞糞能促進(jìn)煙草廢棄物堆肥中半纖維素與煙堿的降解，降低堆肥中總氮的損失，抑制堆肥中木質(zhì)素和纖維素的降解；堆肥40 d，添加雞糞的處理堆肥中半纖維素總降解率比不添加雞糞處理提高18.24和19.78個(gè)百分點(diǎn)，總氮損失率降低了14.00和17.65個(gè)百分點(diǎn)，煙草廢棄物中煙堿總降解率大于92%的時(shí)間提早了5 d和10 d[25]。

陳明會(huì)從滇池富磷區(qū)土壤中篩選、鑒定具有解磷功能的耐高溫微生物，通過堆肥發(fā)酵煙草廢棄物制備環(huán)境友好型多功能生物菌肥，篩選出適于發(fā)酵煙草廢棄物的3株真菌；利用混合菌種按1%的接種量發(fā)酵煙草廢棄物，實(shí)現(xiàn)了12 d完全腐熟，發(fā)芽指數(shù)GI為124.6%[26]。

在煙葉生產(chǎn)上，煙末(梗)有機(jī)肥顯著促進(jìn)烤煙生長，提高煙株株高、莖圍、最大葉長等生長指標(biāo)，增強(qiáng)煙株長勢；同時(shí)提高煙株各部位養(yǎng)分含量，根、莖、葉部位的氮、鉀含量增加明顯；有助于干物質(zhì)在煙株體內(nèi)的積累，利于烤煙內(nèi)含物的形成。煙末(梗)有機(jī)肥屬于相對安全的有機(jī)肥[28]。煙草生物炭用于田間，可以增加土壤微生物數(shù)量，提高土壤呼吸速率并部分提高煙葉品質(zhì)[28]。增加上等煙比例、產(chǎn)值和產(chǎn)量，且添加煙葉生物炭的效果明顯優(yōu)于煙稈和玉米秸稈生物炭[30]。

煙草廢棄物堆肥與化肥配施能夠提高玉米的凈光合速率，提高氮素利用效率，從而提高玉米產(chǎn)量。煙草廢棄物堆肥與化肥配施能夠提高土壤可培養(yǎng)微生物的數(shù)量和土壤微生物量C、N的含量以及土壤酶的活性[25]。 煙草廢棄物菌肥應(yīng)用于西葫蘆和食用菌生產(chǎn)，西葫蘆每公頃產(chǎn)量比商品有機(jī)肥增加10500 kg以上，土壤徑流水有效磷輸出率減少84.215%，食用菌的產(chǎn)量也略高于常規(guī)生產(chǎn)方式，但基質(zhì)尼古丁含量(最高0.075%)高于對照[26]。

1.2 飼料化

早在1990年就有學(xué)者分析了煙草廢棄物中的蛋白質(zhì)組成，證明其氨基酸組成與FAO標(biāo)準(zhǔn)食品相比有比較優(yōu)勢，可以作為動(dòng)物飼料中的良好植物蛋白質(zhì)來源[31]。如能充分利用，將會(huì)極大地緩解目前農(nóng)村飼料短缺的矛盾。向秀琴在發(fā)表于1998年的文章中稱，煙莖用水泡脹，再經(jīng)1%～2%堿液和高溫處理后再粉末化，可作為營養(yǎng)齊全的飼料。煙草腋芽是極好的豬飼料，此外，飼料還具有防治病蟲害的作用，患有蛔蟲病的雞群, 在飼料中加入2%的煙草粉，每天上下午各喂1次，連續(xù)7 d，就可以打下雞蛔蟲[32]。由于該文沒有提及引用文獻(xiàn)及相關(guān)技術(shù)研究報(bào)告，其可靠性及有無潛在應(yīng)用價(jià)值并不明朗。2009年，宋榮淵等撰文也提到煙草廢棄物蛋白含量高、品質(zhì)好，具有開發(fā)利用的廣闊前景[33]。而現(xiàn)實(shí)中，煙草廢棄物飼料化大規(guī)模開發(fā)應(yīng)用仍需加強(qiáng)。

1.3 能源化

當(dāng)前，我國農(nóng)業(yè)廢棄物管理研究的熱點(diǎn)主要聚焦于農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用、農(nóng)業(yè)廢棄物對生態(tài)環(huán)境的影響、農(nóng)業(yè)廢棄物利用與畜牧業(yè)發(fā)展、農(nóng)業(yè)廢棄物資源化生態(tài)補(bǔ)償?shù)?個(gè)方面。農(nóng)業(yè)廢棄物管理前沿研究的特征之一為低碳農(nóng)業(yè)約束下的農(nóng)業(yè)廢棄物利用(尤其是能源化利用)呈現(xiàn)出不斷深化探索趨勢[34]。

生物質(zhì)能具有碳中性、清潔、綠色可再生等特點(diǎn)，生物質(zhì)燃燒可以發(fā)電或轉(zhuǎn)化為其他可再生能源，如燃料乙醇、生物質(zhì)制氫氣、生物柴油等[34]。生物質(zhì)具有水分含量高、含氧量高、熱值和能量密度低、易吸濕和不易破碎等特征，采集、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和破碎成本高，限制了生物質(zhì)作為固體燃料的使用[35]。煙草廢棄物相對煤而言有較低的固定碳含量、較高的揮發(fā)成分含量；而且原料中元素N和S含量極低，灰分含量小于4%，因此，煙草廢棄物是一種環(huán)境友好的生物質(zhì)能源[36]。目前主要利用技術(shù)有物理轉(zhuǎn)換、熱化學(xué)轉(zhuǎn)化、生物化學(xué)轉(zhuǎn)換三大類[37]。物理轉(zhuǎn)換的能源化方式僅僅是將煙草廢棄物中儲(chǔ)存的能量加以利用，但存在環(huán)境焦油釋放等問題，高效循環(huán)和環(huán)境友好性差。

熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)可將能量密度低的生物質(zhì)原料轉(zhuǎn)化為熱量、化學(xué)品或能量密度高的生物燃料，是實(shí)現(xiàn)其能量轉(zhuǎn)化最有效的方式[38]。其熱解和氣化將其轉(zhuǎn)化為高品位的氣體燃料。然而產(chǎn)品氣中的高焦油含量嚴(yán)重限制了產(chǎn)品氣的應(yīng)用，催化熱解和水蒸氣催化氣化被認(rèn)為是減少其產(chǎn)品氣中焦油含量最有效的辦法[35-36]。

煙草廢棄物的熱解與燃燒過程的有效活化能均隨反應(yīng)進(jìn)度而劇烈變化：熱解的有效活化能范圍在145～338 kJ/mol，燃燒的有效活化能在119～257 kJ/mol。煙草廢棄物的灰分與N元素含量比其他木質(zhì)纖維素類生物質(zhì)高[37]。烘焙氣氛中的CO2對于烘焙特性影響有限，而當(dāng)烘焙溫度高于250 ℃時(shí)，O2對于烘焙特性如三態(tài)產(chǎn)率、熱值、能量提升系數(shù)和能量產(chǎn)率有顯著影響。煙草廢棄物可以在低氧濃度(<10%)烘焙氣氛中進(jìn)行烘焙，推薦的氧化性烘焙條件為5% O2、250 ℃[37]。

煙草廢棄物的灰分和堿金屬含量比其他生物質(zhì)高，燃燒時(shí)鍋爐易沾污結(jié)渣，危害鍋爐的安全運(yùn)行，所以作為燃料時(shí)需要降低其中的堿金屬含量[37]。需要對生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理提質(zhì)，提高生物質(zhì)作為固體燃料使用的經(jīng)濟(jì)性[35]。烘焙兩級預(yù)處理技術(shù)是一項(xiàng)針對高灰分生物質(zhì)的預(yù)處理技術(shù)，可以在一定程度上解決其作為燃料使用時(shí)的缺點(diǎn)。水洗是一種可以有效降低生物質(zhì)灰分和堿金屬含量的方法；烘焙屬于一種生物質(zhì)低溫慢速熱解技術(shù)，可以提高生物質(zhì)的熱值和能量密度，降低含水率，降低O/C和H/C摩爾比，提高疏水性以及提高可磨性。將水洗預(yù)處理和烘焙預(yù)處理結(jié)合，就構(gòu)成了水洗-烘焙兩級預(yù)處理[37]。湖南煙葉復(fù)烤有限公司開展“煙草廢棄物循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”項(xiàng)目研究，開發(fā)了煙草廢棄物高溫干餾熱解能源應(yīng)用系統(tǒng)工藝及裝備和尾氣處理設(shè)備，解決了煙草廢棄物干餾結(jié)焦、結(jié)渣及焦油處理的技術(shù)難題。

生物化學(xué)轉(zhuǎn)換是通過有氧消化和發(fā)酵方法，獲得富含甲烷的生物氣，作為燃料進(jìn)行利用。國外已有學(xué)者對煙草廢棄物的甲烷化利用進(jìn)行了研究[39]。

1.4 原料化

1.4.1 煙堿、茄尼醇等 煙堿廣泛應(yīng)用于精細(xì)化工、制藥、國防、農(nóng)業(yè)和煙草工業(yè)等領(lǐng)域。煙堿的提取方法有溶劑萃取法[41]、萃取、超聲波萃取、超臨界萃取[42]。劉項(xiàng)采用溶劑萃取法，用氯仿作萃取劑，硫酸反萃的工藝從廢煙葉和廢煙渣中提制硫酸煙堿,確定了最佳工藝條件[41]，該工藝得到馬俊勃的進(jìn)一步發(fā)展優(yōu)化。工藝優(yōu)化后可使煙莖中煙堿的提取率達(dá)87.4%，純度高達(dá)92%[27]。

茄尼醇是制備用于抗心腦血管病、癌癥和增強(qiáng)人體免疫力的輔酶Q10的重要原料，然而，含量90%以上的高純度茄尼醇受國外專利控制[43]，我國以前生產(chǎn)附加值很低的粗品茄尼醇，不能直接作為藥用原料。逄敏潔選擇甲醇為提取溶劑，通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)選了茄尼醇最佳提取工藝，優(yōu)化后茄尼醇提取率可達(dá)85%，經(jīng)純化后茄尼醇含量可高達(dá)96%[44]。

煙草廢棄物的酸性乙酸乙酯提取物抑菌效果最好，且抗菌譜最廣，對痢疾桿菌、鏈球菌、白色念珠菌、犬小孢子菌、紅色毛癬菌、石膏樣小孢子和黑曲霉菌均有一定的抑菌效果，且具有較好的止血效果[45]。

馬俊勃探討了從煙莖殘?jiān)刑崛「乘岬墓に嚵鞒?，?dāng)提取溫度和時(shí)間分別為170 ℃和3 h，濾渣粒度為120目時(shí)，腐殖酸的提取率高達(dá)67.4%[27]。

1.4.2 合成細(xì)菌纖維素 以煙草廢料提取物為碳源，利用木醋桿菌合成細(xì)菌纖維素。在第一階段pH 9.0下通過蒸汽蒸餾去除尼古丁這一細(xì)菌纖維素合成的抑制因子，在第7天通過將pH值重新調(diào)整到6.5繼續(xù)發(fā)酵，在16 d內(nèi)完成兩個(gè)發(fā)酵階段。利用這兩步發(fā)酵，細(xì)菌纖維素的產(chǎn)量可達(dá)5.2 g/L，所得細(xì)菌纖維素的性質(zhì)與Hestrin-Schramm(HS)培養(yǎng)基所獲產(chǎn)品相似[18]。

煙稈廢棄物經(jīng)蒸汽爆破制漿制備納米纖維素。為了獲得納米纖維素水凝膠，在比能量高達(dá)5067(kW·h)/t的研磨機(jī)中對蒸汽爆炸所得紙漿進(jìn)行漂白和精制。在相同條件下加工桉樹硫酸鹽紙漿以生產(chǎn)納米纖維素水凝膠，隨后用于與煙草莖廢料中的NFC水凝膠進(jìn)行比較，分析發(fā)現(xiàn)可以獲得Schopper-Riegler等級為46的漂白紙漿，精煉后，煙草莖漿中的納米纖維素含量高于商業(yè)桉樹硫酸鹽漿中的納米纖維素含量[46]。

1.4.3 L-乳酸 生物可降解材料聚乳酸的市場需求量不斷增加，其生產(chǎn)原料為L-乳酸，L-乳酸的傳統(tǒng)生產(chǎn)底物又是日益緊張的糧食資源或純糖，因此利用纖維素物質(zhì)生產(chǎn)L-乳酸成為該領(lǐng)域的大趨勢[47]。使用米根霉發(fā)酵煙草廢棄物就是生產(chǎn)L-乳酸的好途徑之一，但需要考慮：去除果膠和木質(zhì)素以提高糖化效率；提高米根霉的木糖代謝水平；減少煙草廢棄物中水溶性對糖化過程的干擾。用稀酸-蒸汽爆破法預(yù)處理煙草廢棄物、預(yù)處理之后用果膠酶和纖維素酶進(jìn)行液化、煙草廢棄物萃取液添加葡萄糖和VC等措施，能夠大幅降低液體粘稠度、縮短40%發(fā)酵時(shí)間、提高糖化效率和木糖吸收速率，產(chǎn)生較高的乳酸轉(zhuǎn)化率，所產(chǎn)L-乳酸的濃度為125.2 g/L，這是目前文獻(xiàn)報(bào)道中同步糖化發(fā)酵產(chǎn)乳酸的最高濃度，并達(dá)到了工業(yè)有機(jī)酸生產(chǎn)的濃度要求[47]。

1.4.4 香精香料 采用流化床反應(yīng)器對煙草廢棄物，包括煙葉和煙梗進(jìn)行了熱解制備。煙梗的最大生物油收率為67.47%，高于煙葉[42]。其中雜環(huán)化合物和酸是煙葉和煙梗中含量最高的物質(zhì)，煙葉油中含有較多的香氣成分。兩種煙草樣品的熱解油的有害成分都比煙草煙霧少。大多數(shù)香氣成分是在350 ℃以下的溫度下得到的，隨著二次分解溫度的升高，香氣成分會(huì)分解成小分子化合物[48]。

400 ℃煙草廢棄物熱解油中致香成分含量最高且吡啶和苯酚等降低油精評吸質(zhì)量的物質(zhì)含量較低。通過品吸煙草廢棄物不同溫度熱解油制作的油精，發(fā)現(xiàn)400 ℃熱解的油精具有最優(yōu)的評吸質(zhì)量[49]。采用淀粉酶酶解煙草廢棄物并與L-丙氨酸進(jìn)行美拉德反應(yīng)(Maillard)，共鑒定出100種物質(zhì)，其中與煙草香味有關(guān)的化合物有57種，占總含量的71.277%，大部分為吡嗪、吡啶、吡咯等雜環(huán)類，對卷煙加香能夠起到很好的修飾作用[50]。游霞采用木瓜蛋白酶和堿性蛋白酶處理廢棄煙末，所獲酶解液作為美拉德反應(yīng)基料，再添加合適木糖和果糖作為碳源進(jìn)行美拉德反應(yīng)，添加少量L-丙氨酸調(diào)節(jié)美拉德反應(yīng)進(jìn)度，在美拉德反應(yīng)最佳條件下，共檢測出71種物質(zhì)，其中與煙草香氣有關(guān)的物質(zhì)有52種，占檢出物質(zhì)總量的78.29%，大部分為吡嗪類、呋喃類、吡啶類等雜環(huán)、羰基類和酯類物質(zhì)，能顯著改善卷煙加香效果[51]。

1.4.5 其他工業(yè)化應(yīng)用 湖南省煙草公司曾在郴州桂陽縣方元、永州寧遠(yuǎn)縣舜陵等煙葉基地單元開展煙梗降解地膜[52]試點(diǎn)試驗(yàn)。結(jié)果表明，煙梗降解地膜不但具有與普通聚乙烯地膜同樣的保溫、保水作用，并可當(dāng)季自行降解，還可起到改良土壤結(jié)構(gòu)、補(bǔ)充微量元素和防治地下害蟲及草害的作用。

煙草秸稈的有機(jī)碳含量均超過45%，具備制備活性炭的可能性[53]，利用廢棄煙稈作為原料制備活性炭，原料成本低廉，產(chǎn)品純度高，比表面積大，吸附性能好，具有廣泛的應(yīng)用前景[54]。

1.5 農(nóng)業(yè)病蟲害防治方面的應(yīng)用

白僵菌(Beauveriabassiana)是目前最為成功的生物殺蟲劑之一[55]，由于其具有專一性強(qiáng)、對人畜無害、防治效果好、可生物降解且無殘毒等優(yōu)點(diǎn)，在病蟲害防治中發(fā)揮著重要作用[50]。煙梗適宜作為白僵菌的主要發(fā)酵培養(yǎng)基質(zhì)，粒度以原梗較好，且當(dāng)煙梗與水質(zhì)量比為1∶3.5 時(shí)，白僵菌生長和孢子萌發(fā)狀況最好，孢子產(chǎn)量較高；在試驗(yàn)條件下，白僵菌孢子最大產(chǎn)量可達(dá)8.59×109個(gè)/g。證實(shí)了以煙梗廢料為培養(yǎng)基的主要原料，培養(yǎng)白僵菌具有可行性[57]。

煙草提取物對供試大豆尖孢鐮刀菌、油菜菌核病菌、大豆細(xì)菌性斑點(diǎn)病菌和水稻白葉枯病菌4種病原菌無明顯的抑制效果，但對供試棉蚜蟲有很好的殺滅效果，0.8 mg/mL的煙草提取物處理對蚜蟲觸殺效果顯著，20 mg/mL的煙草提取物處理可殺死全部供試蚜蟲[58]。

2 當(dāng)前存在的問題

根據(jù)以上論述，我們對煙草廢棄物資源化利用研究與應(yīng)用方面有這樣一些印象：理論探討多實(shí)際轉(zhuǎn)化少；單一層面研究多，綜合開發(fā)研究少；局限于煙草行業(yè)內(nèi)，借鑒其他行業(yè)力度弱；煙稈、煙梗等研究多，田間廢棄物研究少；肥料化、能源化方面的研究多，轉(zhuǎn)化多，其他方向轉(zhuǎn)化少；應(yīng)用技術(shù)研究多，應(yīng)用模式研究少。

這些問題或表現(xiàn)有些屬于農(nóng)業(yè)廢棄物的共性問題，如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部的秸稈利用量低于系統(tǒng)外部的秸稈利用量；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)外部的秸稈資源利用仍以效率最低的直接燃燒為主；肥腐殖化系數(shù)低。部分原因可能是堆肥物料的預(yù)處理不到位，造成生物質(zhì)廢棄物堆肥轉(zhuǎn)化在生產(chǎn)中應(yīng)用受限[59]。而有些屬于煙草廢棄物處理的個(gè)性化問題，如一定濃度煙堿對土壤微生物具有生態(tài)毒性，因而在堆肥前有必要去除部分煙堿[60]。

煙草浸提廢渣中殘留的煙堿、綠原酸具有較強(qiáng)的抗菌作用，這對有益微生物的增殖不利。因此，有必要對煙草浸提廢渣中殘留的煙堿和綠原酸進(jìn)行進(jìn)一步的降解[61]。

3 討論與建議

3.1 從更廣泛的視角開展更深入的系統(tǒng)的全面的研究

多數(shù)產(chǎn)品還停留在初級利用水平，要優(yōu)化處理技術(shù)，減少成本，擴(kuò)大推廣范圍，使其資源化利用向深加工方向發(fā)展。如人們對堆肥物料的預(yù)處理可能還需加強(qiáng)[59]，否則可能造成煙草廢棄物堆肥不能真正應(yīng)用于生產(chǎn)。當(dāng)前在堆肥方面，目標(biāo)都是廢棄物堆肥的充分成熟，然而，堆肥過程是否要考慮發(fā)酵過度、營養(yǎng)消耗過多的問題，結(jié)合廢棄物產(chǎn)生的季節(jié)性和堆肥使用的時(shí)間地域問題是否需要控制發(fā)酵程度，掌握好發(fā)酵時(shí)機(jī)。肖相政以園林廢棄物自然堆肥形成的有機(jī)肥料為基礎(chǔ)，通過添加人工篩選的對青枯病菌具有特定抑制作用和對作物生長具有促進(jìn)效果的5種菌，研制成兩種功能生物有機(jī)肥，能提高受試植物防御性酶活性，有對番茄、煙草、辣椒和茄子青枯病的防治效果和增產(chǎn)作用[62]。蚯蚓的糞便對植煙土壤具有一定的改良作用，不同餌料的蚯蚓糞能顯著提高煙葉養(yǎng)分[63]。將綠化廢棄物與牛糞混合改變C/N比，并引入蚯蚓提高堆肥通透性的同時(shí)，通過“過腹”加速有機(jī)物降解，這種方式似乎應(yīng)該值得借鑒[64]。利用家蠅、大頭金蠅、黑水虻、白星花金龜、黃粉蟲等轉(zhuǎn)化有機(jī)廢棄物的研究和利用已經(jīng)較為成熟[65]。那么可否利用這些昆蟲或煙青蟲對煙草廢棄物進(jìn)行處理？在土壤中添加高效降解尼古丁的菌株Shinellasp. HZN7對于受煙草廢棄物污染土壤中尼古丁的降解速率和去除率均有極大提升[66]。以園林廢棄物為原料制備生態(tài)覆蓋墊，用于覆蓋城市綠地裸露土壤，可以提高園林綠化水分利用效率，減少城市水土流失[67]。那么煙草廢棄物是否也可以制作生態(tài)覆蓋墊用于煙田？顏征等開展了蓮固體廢棄物中多酚類物質(zhì)微膠囊化研究，煙草與蓮相比有一些共性，也含有豐富的多酚類物質(zhì)和生物堿，其新鮮廢棄物中多酚類物質(zhì)應(yīng)用也值得研究[68]。

要強(qiáng)化主管部門在指導(dǎo)廢棄物處理方面的產(chǎn)業(yè)銜接主體地位。目前的研究和應(yīng)用，大都是獨(dú)立的機(jī)構(gòu)或人員站在自身角度開展工作，只要能獲得自身領(lǐng)域效果最大化即可，沒有充分考慮方案在全社會(huì)實(shí)施的可能性、可行性、推廣性，以及對環(huán)境的影響。

如目前粗放的廢棄物處理方式不但沒能對資源性農(nóng)業(yè)廢棄物進(jìn)行有效的轉(zhuǎn)化利用，反而造成了極大的環(huán)境污染[4]。社會(huì)學(xué)視角的廢棄物處理關(guān)鍵難點(diǎn)之一在于廢棄物分類[69]；在煙草廢棄物處理前同樣面臨這一重要問題，現(xiàn)實(shí)中特別是煙草田間廢棄物的分類收集受時(shí)空、交通、集中地、人力等多重因素限制，如何克服這些困難，做到及時(shí)有效收集，需要研究和投入；能否實(shí)現(xiàn)煙草廢棄物在一個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的殘?jiān)鼜U液成為下一領(lǐng)域的原料，也需要大量研究，不斷探索和示范；從事煙草廢棄物研究工作的科研院所分布廣泛，盡管他們中一些單位傳統(tǒng)上并不開展煙草領(lǐng)域研究，但是他們的研究深度和思路對于煙草行業(yè)的影響值得肯定和借鑒，將這些單位的優(yōu)勢集中起來，就需要行業(yè)充分發(fā)揮主導(dǎo)作用，主動(dòng)作為，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)。

3.2 制定相應(yīng)規(guī)劃與政策法規(guī)

建議加快制定煙草廢棄物轉(zhuǎn)化利用的中長期發(fā)展規(guī)劃，有計(jì)劃、有步驟地改善煙草廢棄物資源化利用效果和生態(tài)環(huán)境。目前沒有一套行之有效的煙草廢棄物再生利用的政策法規(guī)。產(chǎn)業(yè)在混亂無序的狀態(tài)下自由發(fā)展。在實(shí)質(zhì)性的資金、技術(shù)引進(jìn)、稅收、應(yīng)用推廣等方面都未得到切實(shí)的支持，建議參考其他行業(yè)的相關(guān)法規(guī)盡快建立。