設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物厭氧集中處理適用性研究

摘要：設(shè)施農(nóng)業(yè)種植規(guī)模不斷擴(kuò)大，致使種植廢棄物的產(chǎn)生量也隨之提高，為全面貫徹和落實(shí)國(guó)家關(guān)于農(nóng)業(yè)種植可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，需要選擇適合的廢棄物中處理方法。本文通過(guò)對(duì)案例中不同類型的設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物處理方法分析，選擇厭氧集中處理實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：厭氧集中處理設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物具有較高的適用性，但由于外界因素和技術(shù)自身的特殊性，在推廣和宣傳上仍有許多工作亟待加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：廢棄物；研究材料；溫度可控式；檢測(cè)

設(shè)施農(nóng)業(yè)的種植業(yè)作為一種高質(zhì)量、高效率、高水平的生產(chǎn)模式，為提高反季節(jié)農(nóng)產(chǎn)品做出了貢獻(xiàn)，為保證供應(yīng)鏈等起到了重要作用，但是，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)種植技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，產(chǎn)生大量種植廢棄物，如果不能科學(xué)合理地處理，不僅會(huì)占用大量的土地，還會(huì)導(dǎo)致自然環(huán)境污染，應(yīng)引起業(yè)界的足夠重視。

1 設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物處理影響因素分析

為了進(jìn)一步探索設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物的處理效果和處理方法，我們調(diào)研了某地區(qū)蘋(píng)果種植農(nóng)戶，收集了相關(guān)數(shù)據(jù)，調(diào)查內(nèi)容主要包含蘋(píng)果種植情況、對(duì)廢棄物認(rèn)知水平、廢棄物處理意愿以及廢棄物處理方法等。同時(shí)，根據(jù)所調(diào)查地區(qū)蘋(píng)果種植戶從業(yè)者相關(guān)因素也進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。年齡層次：現(xiàn)階段，該地區(qū)的蘋(píng)果種植戶主要以51～60歲為主，占據(jù)數(shù)據(jù)收集樣本總量的47%；教育水平：大多數(shù)蘋(píng)果種植戶的受教育程度普遍不高，大專以上文化程度的蘋(píng)果種植戶僅有11人，占據(jù)數(shù)據(jù)收集樣品總量的4.85%；經(jīng)濟(jì)收益：種植蘋(píng)果的農(nóng)戶大多數(shù)經(jīng)濟(jì)收益相對(duì)可觀，其中，年收入5萬(wàn)～10萬(wàn)的種植農(nóng)戶約為130戶，占據(jù)數(shù)據(jù)收集總量的57%；收入來(lái)源渠：以蘋(píng)果種植為主的農(nóng)戶占據(jù)7.16%，兼職種植蘋(píng)果的農(nóng)戶占據(jù)9.5%。由此可見(jiàn)，該地區(qū)蘋(píng)果種植的范疇相對(duì)較大，參與農(nóng)戶數(shù)量多?？傮w評(píng)價(jià)：種植人員的知識(shí)水平總體不高，無(wú)法科學(xué)合理地處理農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物，即便自身具有廢棄物處理意識(shí)，但是，也無(wú)法選擇適合的處理方法。

1.1 包裝廢棄物

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及設(shè)施農(nóng)業(yè)種植過(guò)程中，包裝廢棄物主要指生產(chǎn)過(guò)程中所使用各種類型包裝物，比如：設(shè)施包裝、農(nóng)藥包裝以及廢棄的蔬果包裝袋等，其中，農(nóng)藥包裝廢棄物主要指農(nóng)藥在使用后，被廢棄的包裝物或者與農(nóng)藥直接接觸含有殘留物的包裝物，如農(nóng)藥瓶、農(nóng)藥桶、農(nóng)藥袋等，由于種植地區(qū)的地理特點(diǎn)和自然環(huán)境，在蘋(píng)果種植期間極易受到病蟲(chóng)害的影響，所以，農(nóng)藥是蘋(píng)果種植和生長(zhǎng)過(guò)程中必不可少的輔助試劑，加上當(dāng)?shù)卣畬?duì)于農(nóng)業(yè)設(shè)施廢棄物處理政策不完整，種植地區(qū)出現(xiàn)大量的農(nóng)藥廢棄包裝物。除此之外，部分蔬果包裝袋屬于塑料制品，無(wú)法輕易被降解，如果數(shù)量龐大后，仍然會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成污染，需要加以重視，選擇適合的集中處理方法[1]。

1.2 種植廢棄物

在種植廢棄物中，蘋(píng)果果樹(shù)的廢棄枝條主要指樹(shù)木在生長(zhǎng)過(guò)程中，由于受到病蟲(chóng)害的影響，種植農(nóng)戶需要將損壞的枝條進(jìn)行修剪，或者隨著樹(shù)木的生長(zhǎng)枝條自然脫落。而相對(duì)于其他農(nóng)作物來(lái)說(shuō)，蘋(píng)果樹(shù)木的枝條中包含大量的纖維素，是木質(zhì)物質(zhì)生長(zhǎng)的核心構(gòu)成部分，所以，在生物能源的種植和生產(chǎn)中，不僅扮演著十分重要的角色，還可以選擇適合的轉(zhuǎn)化技術(shù)，將枝條轉(zhuǎn)化自然環(huán)保可持續(xù)使用的清潔燃料，對(duì)于農(nóng)業(yè)種植和城市發(fā)展來(lái)說(shuō)都起到了重要作用，具有現(xiàn)實(shí)意義。

1.3 反光膜廢棄物

反光膜廢棄物主要指在農(nóng)業(yè)種植期間，由有機(jī)高分子塑料以及單品質(zhì)鋁元素所構(gòu)成的一次性鋁塑合農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，尤其蘋(píng)果在種植和培養(yǎng)過(guò)程中，對(duì)于陽(yáng)光的需求量相對(duì)較高，但由于蘋(píng)果通常以樹(shù)木種植為主，因此陽(yáng)光照射均勻度不足，對(duì)此越來(lái)越多的農(nóng)戶選擇反光膜，確保陽(yáng)光通過(guò)直射或者散射將光線均勻地反射在樹(shù)冠層內(nèi)，使果樹(shù)下層果實(shí)同樣能夠充分接觸到陽(yáng)光，提高蘋(píng)果自身的糖分物質(zhì)，有效保證蘋(píng)果種植質(zhì)量。

2 設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物處理流程研究

2.1 試驗(yàn)材料

鑒于研究試驗(yàn)點(diǎn)所種植植物的特性，本次選擇蘋(píng)果廢棄枝條進(jìn)行厭氧集中處理，同時(shí)，為保證研究結(jié)果的通用性和準(zhǔn)確性，研究材料的選擇除了選擇蘋(píng)果枝條以外，還選擇西瓜藤、番茄莖稈、黃瓜藤以及小白菜等不同的農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物，并將其研究結(jié)果與蘋(píng)果枝條廢棄物相互對(duì)比，從而確保研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有通用性[2]。

2.2 廢棄物處理設(shè)備

本次試驗(yàn)將采用溫度可控式沼氣潛力檢測(cè)裝置，同時(shí)，在檢測(cè)輔助設(shè)備的選擇上，采用針筒反應(yīng)器，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的檢測(cè)產(chǎn)氣潛力方法通常為排水及氣法，但由于所選擇的排水瓶材質(zhì)會(huì)受到不同水壓參數(shù)的影響，又或者在試驗(yàn)過(guò)程中，由于排水瓶?jī)?nèi)部需要經(jīng)常換水，一旦操作不當(dāng)會(huì)造成試驗(yàn)結(jié)果誤差性過(guò)大，而針筒反應(yīng)器則有效避免了以上問(wèn)題，該設(shè)備能夠有效將所產(chǎn)生的氣體，通過(guò)活塞指數(shù)變化作為檢測(cè)計(jì)量的標(biāo)準(zhǔn)，以此有效計(jì)算不同物質(zhì)在厭氧環(huán)境下所產(chǎn)生的氣體數(shù)量，同時(shí)由于真空反應(yīng)器自身結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，操作便捷，所以能夠盡可能減少人為操作因素所造成的數(shù)據(jù)誤差。同時(shí)，該設(shè)備在外部結(jié)構(gòu)中安裝有恒溫裝置，所以，同樣能夠避免裝置內(nèi)部溫度出現(xiàn)異常情況，保證內(nèi)外溫差的穩(wěn)定性。

在試驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)備主要由動(dòng)力設(shè)備、移動(dòng)圓盤(pán)、溫度控制裝置、針筒反應(yīng)器等共同構(gòu)成，其中，動(dòng)力設(shè)備需要根據(jù)氣體產(chǎn)生數(shù)量進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)圓盤(pán)產(chǎn)生間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)；圓盤(pán)則為雙層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部空間需要使用螺栓固定，保證可以與動(dòng)力設(shè)備同步轉(zhuǎn)動(dòng)；反應(yīng)器通常為圓柱形，并且表面帶有刻度的玻璃針筒，一般情況下，反應(yīng)器的量程為150 mL，并且在出口安裝有攜帶控制裝置的橡膠管，確保反應(yīng)器能夠始終處于密封狀態(tài)；在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，溫度儀是保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果精準(zhǔn)性的重要設(shè)備，所以，通常情況下需將溫度控制在38℃[3]。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，由于所選擇的針筒類型反應(yīng)器容量較小，所以，加入的實(shí)驗(yàn)原材料較少，為了保證蘋(píng)果廢棄枝條實(shí)驗(yàn)結(jié)論的準(zhǔn)確性，增加了許多對(duì)比物質(zhì)，物質(zhì)中有根莖，有葉片，如果原材料單次加入過(guò)少，會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)時(shí)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，從而影響檢測(cè)結(jié)果。對(duì)此需要將不同類型的實(shí)驗(yàn)原材料各選取1 kg，并且均勻分割成5 mm，隨后選取不同測(cè)試樣品時(shí)10 g加入針筒中，并且加入至少50 g的污泥材料，保證原材料與污泥充分?jǐn)嚢韬笞x取針筒內(nèi)的刻度，一切處理完成后，將設(shè)備放進(jìn)溫度可控制的產(chǎn)氣潛力檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行溫度發(fā)酵，測(cè)試人員則需根據(jù)沼氣產(chǎn)生情況讀取活塞的刻度變化，并放出部分氣體，確保針筒內(nèi)具有足夠的反應(yīng)體積，連續(xù)檢測(cè)數(shù)天后觀察樣品的變化情況，如果沒(méi)有產(chǎn)生明顯變化，則認(rèn)為樣品已經(jīng)發(fā)揮出全部的厭氧消化和產(chǎn)氣能力，進(jìn)而結(jié)束整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，隨后重復(fù)相同流程設(shè)置多組對(duì)照小組。

3 結(jié)果

3.1 研究數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)進(jìn)一步檢測(cè)不同植物的結(jié)構(gòu)密度，進(jìn)而得出相關(guān)數(shù)據(jù)，其中，蘋(píng)果枝條的密度最大，其次為番茄莖稈，小白菜的密度最小，其核心原因是番茄以及蘋(píng)果枝條的莖稈構(gòu)成相對(duì)復(fù)雜，而小白菜的根莖較小，葉片占比較大。針對(duì)樣本中的農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物成分進(jìn)行詳細(xì)分析后，能夠觀察出由于小白菜的根莖含量較小，葉片含量較多，所產(chǎn)生的氣體較少，而蘋(píng)果廢棄枝條、番茄根莖、西瓜藤蔓由于根莖部位的占比較大，所以，產(chǎn)生氣體較多，含水率相對(duì)較低；西瓜藤蔓的蛋白質(zhì)含量最高，小白菜的蛋白質(zhì)含量最低；黃瓜的藤蔓由于自身所具有的特殊性，纖維素含量最高，小白菜由于根莖和葉片的水分含量過(guò)高，所以，纖維素最低；在鉀元素含量的檢測(cè)上，所有的樣品原材料大致相同。但由于小白菜的含水量含糖量較高，自身纖維素含量最低，所以，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，該物質(zhì)最容易產(chǎn)生厭氧消化現(xiàn)象，反而其他根莖類的樣品由于自身包含較高的纖維素和蛋白質(zhì)，所以產(chǎn)氣能力更高。

在設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物厭氧集中處理適用性的研究上，由于厭氧化學(xué)反應(yīng)實(shí)施過(guò)程中原材料的選擇至關(guān)重要，直接影響反應(yīng)效果，所以，相關(guān)團(tuán)隊(duì)還要針對(duì)樣品中的廢棄物質(zhì)進(jìn)行碳氮元素的檢測(cè)，如果碳氮元素的結(jié)構(gòu)比過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致厭氧消化反應(yīng)過(guò)程中氮元素不足，阻礙了廢棄物質(zhì)的消化[4]。針對(duì)以上樣品物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)和計(jì)算，進(jìn)而得出相關(guān)結(jié)論，除了番茄根莖以及蘋(píng)果廢棄枝條以外，其他原材料的碳氮結(jié)構(gòu)比均不處于最佳范疇內(nèi)，無(wú)法充分發(fā)揮出原材料厭氧消化的基礎(chǔ)性能，由此可見(jiàn)，蘋(píng)果廢棄枝條和番茄根莖在厭氧消化過(guò)程中，化學(xué)反應(yīng)更加穩(wěn)定。

3.2 轉(zhuǎn)化潛力

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和樣品中不同物質(zhì)的基礎(chǔ)屬性可知，在整個(gè)試驗(yàn)流程中，原材料在反應(yīng)第2～3天后出現(xiàn)第1個(gè)沼氣產(chǎn)生高峰，數(shù)值隨后快速下降，而在測(cè)驗(yàn)的第6～12天后產(chǎn)生第2個(gè)高峰數(shù)值，直至反映到第22天后數(shù)值則趨于平穩(wěn)，在反映第42天后，幾乎無(wú)任何氣體物質(zhì)產(chǎn)生。

除此之外，不同的測(cè)試原材料所產(chǎn)生的氣體也各不相同，其中，番茄根莖和蘋(píng)果廢棄枝條的產(chǎn)氣速度相對(duì)較快，西瓜藤蔓的產(chǎn)氣速度雖然較慢，但是，產(chǎn)氣速度十分平穩(wěn)。以上結(jié)果表明，無(wú)論是何種原材料，在反應(yīng)5～10 d后，均能夠達(dá)到總產(chǎn)氣量的50%；20～25 d后產(chǎn)氣量基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，42 d后產(chǎn)氣量無(wú)法有所突破，其產(chǎn)氣潛力相對(duì)較大，能夠滿足普通早期工程的實(shí)際需求。

4 廢棄物厭氧集中處理策略

4.1 集中處理問(wèn)題

4.1.1 運(yùn)輸體系

通過(guò)對(duì)以上農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物厭氧集中處理適用性進(jìn)行研究和分析，案例中所種植的蘋(píng)果廢棄枝條轉(zhuǎn)化效果相對(duì)較高，能夠應(yīng)用于沼氣處理工程中，但由于大多數(shù)沼氣工程所建設(shè)的區(qū)域相對(duì)偏遠(yuǎn)，并且工程項(xiàng)目所涉及的施工流程相對(duì)復(fù)雜，因此園區(qū)建設(shè)面積較大，加上案例中種植蘋(píng)果的農(nóng)戶相對(duì)分散，所以廢棄物的收集難度系數(shù)高，在運(yùn)輸方面需要支出大量的經(jīng)濟(jì)成本和人力投入。除此之外，部分廢棄物在運(yùn)輸和處理期間，會(huì)由于人工操作或外部環(huán)境等相關(guān)影響因素，出現(xiàn)二次污染或遺落等相關(guān)問(wèn)題[5]。

4.1.2 能源消耗

由于該地區(qū)屬于我國(guó)北部，所以季節(jié)溫差相對(duì)較大，一旦進(jìn)入到冬季后，種植環(huán)境相對(duì)惡劣，氣溫指數(shù)過(guò)低，此時(shí)，為了保證該地區(qū)沼氣工程正常運(yùn)轉(zhuǎn)，維持厭氧發(fā)酵所需要的溫度環(huán)境，要投入大量的人力、物力和財(cái)力，消耗更多的加熱能源，長(zhǎng)此以往，會(huì)造成沼氣工程運(yùn)行成本和經(jīng)濟(jì)投入量大幅度提高，增加了城市建設(shè)的壓力，此時(shí)如果政府不能增加經(jīng)濟(jì)投入，有效扶持沼氣工程，則極易造成工程項(xiàng)目中

斷運(yùn)行。

4.1.3 銷售渠道

由于案例中蘋(píng)果種植地區(qū)所具有的特殊性，當(dāng)?shù)貙?duì)于沼氣所產(chǎn)生的肥料認(rèn)知不完整，雖然早期工程所產(chǎn)生出的肥料質(zhì)量水平高，并且具有環(huán)保性，能夠確保農(nóng)戶種植效果，但是，由于此種類型的肥料產(chǎn)量較少，所以，沼氣肥料在運(yùn)輸應(yīng)用和銷售等相關(guān)方面都具備一定困難和問(wèn)題，所產(chǎn)生出的肥料只能用于園區(qū)自用，無(wú)法保證沼氣工程的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 處理策略

4.2.1 優(yōu)化運(yùn)輸體系

想要有效解決農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物厭氧集中處理，在運(yùn)輸結(jié)構(gòu)體系所出現(xiàn)的問(wèn)題與不足，相關(guān)部門(mén)則需要根據(jù)廢棄物自身所具有的特殊性，建立收集和運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，并在該地區(qū)各個(gè)種植范圍設(shè)定廢棄物收集點(diǎn)，并配備專業(yè)的運(yùn)輸設(shè)備和收集系統(tǒng)，同時(shí)，還要加強(qiáng)對(duì)廢棄物運(yùn)輸結(jié)構(gòu)體系的監(jiān)督和管理，盡可能減少?gòu)U棄物二次污染問(wèn)題。在運(yùn)輸體系的設(shè)立和優(yōu)化上，還可以選擇與周邊物流企業(yè)相互合作，以此有效降低運(yùn)輸所需要的成本支出。

4.2.2 強(qiáng)化節(jié)能改造

為保證能源損耗問(wèn)題得以解決，相關(guān)部門(mén)要盡可能加強(qiáng)對(duì)能源的管理力度，并選擇適合的節(jié)能技術(shù)改造能源使用系統(tǒng)，比如，選擇可行的保溫材料，對(duì)厭氧反應(yīng)設(shè)備外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行保溫處理，提高能源的使用效率，同時(shí)，還可以加設(shè)太陽(yáng)能、風(fēng)能、地能等清潔型能源輔助反應(yīng)設(shè)備，降低設(shè)備在冬季的能源損耗率。

4.2.3 拓展沼肥銷售渠道

鑒于沼氣肥料的特殊性和應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，沼氣工程以及相關(guān)企業(yè)要加強(qiáng)對(duì)該肥料的推廣應(yīng)用與宣傳，打開(kāi)沼肥銷售市場(chǎng)，拓展銷售渠道，提高肥料在市場(chǎng)上的基礎(chǔ)認(rèn)知度，企業(yè)可以與周邊合作社種植農(nóng)戶建立聯(lián)合種植關(guān)系，以此有效拓寬肥料的銷售市場(chǎng)，同時(shí)還可以對(duì)肥料進(jìn)行二次加工，積極研究和引進(jìn)有機(jī)肥料的相關(guān)產(chǎn)品提高沼氣肥料自身的附加價(jià)值。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)以上研究結(jié)論可知，對(duì)于農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物來(lái)說(shuō)，厭氧集中處理方法是可行的，能夠有效實(shí)現(xiàn)廢棄物的二次利用，并產(chǎn)生沼氣或肥料等具有種植價(jià)值的產(chǎn)品，從經(jīng)濟(jì)合理性來(lái)看，雖然該技術(shù)在前期成本投入力度較高，但是通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)作后，項(xiàng)目自身仍然存在著一定經(jīng)濟(jì)收益。

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