循環(huán)經(jīng)濟(jì)視角下農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用技術(shù)探討

宿培萌

循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論是以可持續(xù)發(fā)展為總體基調(diào)生成的現(xiàn)代化理論，其中的核心是將可利用資源進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其發(fā)揮最大價(jià)值。廢棄物資源的減量化、再循環(huán)、再利用的原則能夠?qū)崿F(xiàn)資源高利用率低損害率，盡可能減少廢棄物對環(huán)境的污染損害程度。在當(dāng)前背景下，發(fā)展經(jīng)濟(jì)循環(huán)理論能夠大大提高農(nóng)業(yè)廢棄物的資源利用率，從而遏制生物多樣性的喪失，減少惡劣氣候發(fā)生的頻率。

某村中的生豬養(yǎng)殖企業(yè)，除有生豬養(yǎng)殖基地、680畝的設(shè)施果蔬種植基地，還建有年產(chǎn)1萬噸的有機(jī)肥料加工中心和700立方的大型沼氣池一座，生物質(zhì)燃料廠一座，是一家集生豬養(yǎng)殖、設(shè)施農(nóng)業(yè)種植和農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用、農(nóng)業(yè)科技研發(fā)及技術(shù)培訓(xùn)為主的農(nóng)業(yè)科技型企業(yè)。該企業(yè)“以廢產(chǎn)肥、以肥促種；以廢產(chǎn)飼、以飼供養(yǎng)；以廢產(chǎn)氣、以氣補(bǔ)能”的“菜-飼-畜-沼-肥”五位一體農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)模式，該模式以沼氣工程為紐帶，利用物質(zhì)形態(tài)和能量轉(zhuǎn)換特點(diǎn)，將殘次果蔬生產(chǎn)飼料、飼料供給養(yǎng)殖、養(yǎng)殖糞污發(fā)酵產(chǎn)氣、沼氣用于豬舍取暖及農(nóng)戶生活供氣、發(fā)酵產(chǎn)物加工有機(jī)肥、有機(jī)肥施用蔬果生產(chǎn)、沼液用于蔬菜葉面肥等有機(jī)結(jié)合在一起，形成一個(gè)產(chǎn)氣積肥同步，種養(yǎng)并舉，能源物流良性循環(huán)的生態(tài)系統(tǒng)工程。這種模式有效解決農(nóng)業(yè)面源污染問題，實(shí)現(xiàn)廢棄物肥料化、能源化、飼料化利用。

一、我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的必要性

農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的必要性主要是從根本上二次轉(zhuǎn)化為主。我國農(nóng)村種植中大部分農(nóng)戶都使用化肥，而忽略了更高效、更營養(yǎng)的農(nóng)家肥，人工制作的飼料大部分含有無機(jī)物，影響產(chǎn)品的營養(yǎng)性，同時(shí)也破壞了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)廢棄物的一系列處理流程，導(dǎo)致我國農(nóng)村地區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物大量堆置，影響周邊生態(tài)環(huán)境。農(nóng)業(yè)廢棄物在長時(shí)間分解過程中所產(chǎn)生的污染性液體會(huì)流入地下并污染土壤和地下水，其中還包括其他重金屬類物質(zhì)，土壤中的微生物無法吸收。獸藥殘留也是一個(gè)重要影響因素，可能會(huì)給周邊農(nóng)戶或牲畜帶來嚴(yán)重的影響。部分不合規(guī)的農(nóng)業(yè)廢棄物處理方式產(chǎn)生的有毒氣體同樣會(huì)污染水體與空氣。除此之外，廢棄物本身也是某種物質(zhì)的載體，其中蘊(yùn)含著大量有益物質(zhì)，是一種有益于人類的能源型物質(zhì)。若不能及時(shí)處理農(nóng)業(yè)廢棄物，任其隨意處理擺放，會(huì)造成內(nèi)含有機(jī)物、營養(yǎng)成分流失，浪費(fèi)資源。例如秸稈中含有豐富的有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)成分，可以用于制作有機(jī)肥料，提高土壤質(zhì)量，促進(jìn)農(nóng)作物生長。而且，秸稈還可以通過生物質(zhì)能利用技術(shù)轉(zhuǎn)化為電能、熱能等清潔能源，替代傳統(tǒng)的化石能源，減少溫室氣體排放，保護(hù)環(huán)境。充分利用秸稈的潛力，不僅可以為農(nóng)民創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，還能促進(jìn)農(nóng)村發(fā)展和環(huán)境改善。以此可以看出若能夠?qū)U棄物進(jìn)行資源化利用不僅能夠減少污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，還能在一定程度上緩解農(nóng)村資源短缺、能源匱乏的問題。

二、循環(huán)經(jīng)濟(jì)視角下農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)—堆肥技術(shù)

堆肥技術(shù)是循環(huán)經(jīng)濟(jì)中農(nóng)業(yè)廢棄物利用的重要措施之一，具體指以人為把控的基礎(chǔ)上，通過周邊環(huán)境的變化，加之微生物作用下產(chǎn)生的發(fā)酵作用，將農(nóng)業(yè)廢物中的有機(jī)物通過長時(shí)間的累積轉(zhuǎn)化成肥料。在堆肥過程中，將穩(wěn)定程度較差的有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的腐殖質(zhì)。堆肥產(chǎn)品中無病菌和其他攜帶病菌的蠅蟲，是一種有機(jī)肥料。有機(jī)肥料主要包括液體肥料，農(nóng)業(yè)廢棄物（廢渣、雜草、廢菜葉、瓜果皮等）做成堆肥后，其液體經(jīng)安全處理后可制成液體肥料、有機(jī)生物肥、有機(jī)無機(jī)復(fù)合肥三種。

1、堆肥的三個(gè)階段

①發(fā)熱階段

堆肥在初始階段，其中農(nóng)業(yè)廢棄物中的微生物大多是適應(yīng)性較強(qiáng)的品種，其中包括霉菌、芽孢桿菌等。這類細(xì)菌的主要作用是分解堆肥中的農(nóng)業(yè)廢棄物，經(jīng)過周圍環(huán)境以及氣候的影響，分泌旺盛的有機(jī)物質(zhì)，這類有機(jī)物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生熱量，堆肥底溫升高，溫度可以上升至25℃～30℃，這也是初期發(fā)熱階段。

②高溫階段

經(jīng)過上述堆肥升溫期后轉(zhuǎn)入高溫期，當(dāng)溫度上升至50℃左右時(shí)，微生物會(huì)逐漸死亡或是無法發(fā)揮自身分級功能，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轱@性微生物。進(jìn)入高溫期的微生物會(huì)不斷分解堆肥中的農(nóng)業(yè)廢棄物，不斷氧化，其中較為復(fù)雜的蛋白質(zhì)以及纖維素也會(huì)逐漸氧化分解。此時(shí)微生物運(yùn)行非單一性，而是交替出現(xiàn)，這一時(shí)間段的微生物中活躍程度較為明顯的是放線菌與嗜熱菌，當(dāng)溫度繼續(xù)上升到60℃左右時(shí)，堆肥中的微生物已經(jīng)無法看到真菌的行動(dòng)，只有上述兩種菌體在活動(dòng)，當(dāng)溫度上升至70℃時(shí)，會(huì)大范圍進(jìn)入死亡或休眠模式。此時(shí)的細(xì)菌和放線菌幾乎完全停止了活動(dòng)，由于大部分微生物在該范圍內(nèi)活動(dòng)最頻繁，最容易分解有機(jī)物，其中大部分致病菌和寄生蟲都能被殺死。

③降溫階段

經(jīng)過升溫階段以及高溫階段后，溫度會(huì)有所下降，農(nóng)業(yè)廢棄物中的纖維類制品以及例如桃類含有果膠成分的物質(zhì)基本被分解，其余分解難度較大的成分以及分解后形成的新形態(tài)腐殖質(zhì)難以分解，內(nèi)含微生物大量減少，溫度也逐漸下降。這時(shí)，各種纖維素、半纖維素和果膠類物質(zhì)中溫性微生物在溫度降至35℃左右會(huì)再次迸發(fā)新生機(jī)。在可控時(shí)間內(nèi)，堆肥的效果不理想則溫度下降較快，無法最大程度分解，此時(shí)可以翻攪堆肥中的農(nóng)業(yè)廢棄物，使其能夠再次發(fā)酵，提高溫度，加快堆肥的分解。

2、堆肥工藝分類

①筒倉式堆肥發(fā)酵倉

筒倉式堆肥發(fā)酵倉為單層筒狀，發(fā)酵倉深一般為4～5米，多為鋼筋混凝土堆肥發(fā)酵倉。為保持倉內(nèi)堆肥好氧發(fā)酵，發(fā)酵倉內(nèi)供氧全部采用高壓離心風(fēng)機(jī)強(qiáng)制供氣。空氣由倉底進(jìn)入發(fā)酵倉，經(jīng)過6～12天的好氧發(fā)酵，再由倉頂加入堆肥原料。從倉底通過料理機(jī)將初步腐熟的堆肥下料。

②立式堆肥發(fā)酵

立式堆肥發(fā)酵柜的構(gòu)造與普通樓房構(gòu)造類似，整體大概6～8層之間，堆肥物料由柜頂投入，柜內(nèi)有一套完整的機(jī)械運(yùn)動(dòng)流程，幫助堆肥物料發(fā)酵。每達(dá)到一層的要求，堆肥物料會(huì)進(jìn)入下一層，整體發(fā)酵時(shí)間約一周左右，堆肥物料會(huì)從第一層轉(zhuǎn)移到最底層。立式堆肥發(fā)酵柜整體都有密封包裝，柜內(nèi)溫度也由低到高逐漸升溫，柜內(nèi)通風(fēng)裝置主要以通風(fēng)機(jī)為主。

3、堆肥底物及其特點(diǎn)

堆肥底物主要由牛糞、禽糞、馬糞、豬糞、食品加工廢料、屠宰廢料、魚加工廢料組成。每種底料都有其特點(diǎn)，只有掌握其中的獨(dú)特之處，才能進(jìn)一步完成堆肥。牛糞的主要特點(diǎn)為氮含量較高，濕度大，正常情況下需要大量干的含碳高的物料調(diào)節(jié)。大約一份牛糞用3份調(diào)節(jié)物，牛糞堆肥氣味較小，分解速度快，綜合來說在堆料中是優(yōu)質(zhì)堆料選擇；禽糞氮含量高且水分適宜，但禽糞在堆肥時(shí)由于有可能出現(xiàn)潛在氨氣，所以需要高碳調(diào)節(jié)。除此之外，禽糞的pH值較高，屬于優(yōu)質(zhì)堆料；馬糞中含有大量墊料，氮含量與磷含量相對來說較高，且由于干燥，臭味少，分解快等特點(diǎn)成為優(yōu)質(zhì)堆料；豬糞中氮含量高，濕度大，需要與較為干爽的高碳物料調(diào)節(jié)，未來發(fā)展?jié)摿Υ螅莾?yōu)質(zhì)堆料；食品加工廢料的水分適中，且磷含量與氮含量比重較低，伴隨臭味，屬于中等堆料；屠宰廢料濕度較大，磷含量與氮含量比重較低，易分解，伴有臭氣，需要后續(xù)二次加工，屬于中等堆料；魚加工廢料水分含量最高，氮含量高，臭氣較大，屬于中等堆料。

4、堆肥pH值及水分影響

堆肥微生物的最適pH值在5.5到8.5之間。如果堆肥體系變成厭氧條件，有機(jī)酸的累積可以使pH值降低到4.5，這將嚴(yán)重限制微生物的活動(dòng)。在這種情況下，通風(fēng)足以使堆肥pH值調(diào)節(jié)到可接受的范圍。同樣，在pH值>10.5的條件下，大多數(shù)細(xì)菌不適應(yīng)，高于11.5時(shí)開始死亡。

水分對于所有活的生物體而言是必需的，并且大多數(shù)微生物由于缺乏保持水分的機(jī)制，所以對水分極為敏感。當(dāng)含水量在35%～40%之間時(shí)，降解速率就會(huì)極大地降低，在30%以下時(shí)，降解過程就完全停止。然而過多的水分則會(huì)導(dǎo)致厭氧狀態(tài)發(fā)生，并且會(huì)因此產(chǎn)生臭氣。

三、循環(huán)經(jīng)濟(jì)視角下農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)—秸稈氨化處理技術(shù)

秸稈氨化處理技術(shù)，就是在秸稈中加入一定比例的氨水、無水氨（液氨）、尿素等，在密閉條件下通過它們的作用，破壞木質(zhì)素與纖維素之間的聯(lián)系，促使木質(zhì)素與纖維素、半纖維素分離，從而提高秸稈的消化率、營養(yǎng)價(jià)值和適口性的加工處理方法（見表1、表2）。氨呈堿性，與秸稈中的有機(jī)酸化合，改善秸稈的適口性，提高飼喂氨化飼料的效果。

從表1、表2中可以看出氨化秸稈不論從營養(yǎng)成分還是牛羊的適口性都是極為適宜的。

1、窖藏式氨化法

①窖藏大小

窖的大小根據(jù)飼養(yǎng)家畜的種類和數(shù)量而定。例如，一頭350千克的架子牛，日采食秸稈在7.5千克左右。以這些參數(shù)為準(zhǔn)，再考慮每年氨化次數(shù)、養(yǎng)畜多少等實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出窖的大小。

②窖藏操作方式

秸稈的整體厚度應(yīng)保持在兩厘米左右，可采取人工控制厚度，正常規(guī)定下，硬秸稈切短，軟秸稈切長。尿素配比大概在每100千克秸稈用3～5千克尿素，并配以適量的水，將尿素充分?jǐn)嚢瑁蛊渫耆纸馊芑笊倭慷啻螢⒃诮斩捝?，噴灑最佳時(shí)間為入窖前。在入窖的過程中要不斷將秸稈踩實(shí)，并在上方鋪一層塑料薄膜，用有重量的物體壓好。尿素氨化與液體氨化時(shí)間相同。

2、堆垛氨化法

堆垛氨化與其他氨化方法不同，需要將秸稈堆成垛狀，再進(jìn)行氨化處理，亦稱為垛貯法。堆垛法對于氣溫、時(shí)間以及其他原材料的需求與窖氨化法無較大差別。較為不同的是可以在地面進(jìn)行且不需水泥與土窖。

首先選擇厚度合適的聚乙烯塑料膜，將其平整地?cái)傞_在正常的地面上，把需要使用的秸稈按照不同質(zhì)量分別擺放起來。處理秸稈時(shí)應(yīng)使用尿素作為氨源，在放置氨源時(shí)也尤為講究，要根據(jù)秸稈擺放方式分層次放入，也可直接溶解在水中灑在秸稈上方，讓其自然而然地滲透，處理時(shí)應(yīng)在堆垛到頂后再潑灑；液化氨應(yīng)在門、窗等都封鎖之后注入。堆垛大小無法固定，應(yīng)根據(jù)當(dāng)前所需的秸稈量大小決定。液化氨適合大垛堆，有利于后續(xù)規(guī)模化管理，以及避免資源過度浪費(fèi)，缺點(diǎn)在于漏氣嚴(yán)重，噴灑不均。若想進(jìn)一步保障氨氣的流通，可以用能夠通風(fēng)透氣的膠管插在垛堆中間。小垛堆適合使用尿素，可用草垛做成雛形。無論大小草垛其頂部都要建成三角形，利于在下雨時(shí)高效排水。上下兩面覆蓋的塑料薄膜都需留出1～1.5米左右，這層塑料薄膜需用土壤壓緊，不透氣，并將邊封折疊好。若采用液化氨則需在垛堆完成后將透氣的塑料管與氨氣連通，按照秸稈重量的4%通入氨氣。有兩種通氨氣的方法，其一為將氨氣注入特有的車中運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)，其二為將氨氣分裝到瓶中，再向秸稈實(shí)施氨氣。

四、我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物資源創(chuàng)新利用模式的探索

當(dāng)前，我國已研制出更為先進(jìn)的副產(chǎn)品二次利用的技術(shù)，能夠在一定程度上解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的廢棄物給環(huán)境帶來的壓力，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)為依托，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物循環(huán)發(fā)展的新局面。但是，當(dāng)前我國對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物利用大多保留著粗放式經(jīng)營理念，整體思想無法適應(yīng)當(dāng)前生態(tài)文明建設(shè)的發(fā)展要求。根據(jù)現(xiàn)今時(shí)代的循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論來說，轉(zhuǎn)化粗放式經(jīng)營模式，要建立一套提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物資源綜合利用模式體系。

1、改變粗放低值轉(zhuǎn)化

以飼料轉(zhuǎn)化、能源轉(zhuǎn)化、基質(zhì)轉(zhuǎn)化等形式提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物的轉(zhuǎn)化率，改變粗放低值轉(zhuǎn)化的現(xiàn)狀。轉(zhuǎn)化能夠進(jìn)一步降低對周圍環(huán)境的污染。例如：將秸稈二次利用，利用秸稈還田和堆漚還田使土壤肥力提高，優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，過后三年左右的農(nóng)作物收成漲幅明顯；秸稈氨化后飼喂牛羊，用于促進(jìn)牛羊等禽畜動(dòng)物的消化，且能夠降低禽畜養(yǎng)殖的飼料成本投入。

2、增效綜合利用

提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物的利用率是轉(zhuǎn)化增效的綜合目的，以此降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物的產(chǎn)生量。轉(zhuǎn)化增效循環(huán)利用技術(shù)是指利用現(xiàn)代化技術(shù)，例如光伏技術(shù)、風(fēng)電技術(shù)、有機(jī)固體廢棄物熱解轉(zhuǎn)化技術(shù)、生物質(zhì)綠能顆粒（黑顆粒）燃料制備技術(shù)等，以此擴(kuò)大能源利用率，將能夠再利用的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物通過這些技術(shù)的綜合處理，轉(zhuǎn)變利用效果，降低末端產(chǎn)物排放量。NCS智能分子膜發(fā)酵技術(shù)是一種新型堆肥技術(shù)，可根據(jù)不同農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物與畜禽糞污按一定比例混合進(jìn)行發(fā)酵處理。該技術(shù)中采用的特殊膜材具有單向透過性，空氣可透過的同時(shí)，又可隔離異味，可保證露天發(fā)酵且環(huán)保隔臭。該技術(shù)模式運(yùn)營成本低，省工省力，又能得到養(yǎng)分齊全無公害的有機(jī)肥料，使農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物變成肥料，環(huán)保又高效。

3、集約精細(xì)增值

集約精細(xì)增值循環(huán)技術(shù)主要圍繞化學(xué)類技術(shù)作為依托，包括提純技術(shù)、生物技術(shù)等具有一定機(jī)制的生物學(xué)技術(shù)，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物中有機(jī)分子轉(zhuǎn)化為具有高附加值的資源性物質(zhì)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物大多是果蔬類，其中富含多種營養(yǎng)成分及色素、抑制老化等作用，將其精細(xì)化增值后可用于化妝品、工業(yè)化學(xué)類、醫(yī)療保健類，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。

近年來，我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)值穩(wěn)步提升，循環(huán)經(jīng)濟(jì)是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重中之重。整合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物資源，構(gòu)建超循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，是實(shí)現(xiàn)我國鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要一步。完成我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物資源循環(huán)模式需要技術(shù)支持，目前我國主要技術(shù)有堆肥技術(shù)與秸稈氨化技術(shù)等，為我國農(nóng)業(yè)資源利用實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)作出重要貢獻(xiàn)。

（作者單位：250100山東省農(nóng)藥檢定所）