農(nóng)業(yè)廢棄物資源化綜合利用途徑探討.doc

農(nóng)業(yè)廢棄物資源化綜合利用及經(jīng)濟(jì)效益分析 根據(jù)資源廢棄化理論，人類在開發(fā)與利用自然資源的同時，必然會產(chǎn)生大量的廢棄物。農(nóng)業(yè)廢棄物是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和再生產(chǎn)鏈環(huán)中資源投入與產(chǎn)出在物質(zhì)和能量上的差額，是資源利用過程中產(chǎn)生的物質(zhì)能量流失份額。近年來，隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)作物產(chǎn)量不斷提高，農(nóng)業(yè)廢棄物總量和數(shù)量也呈上升趨勢，特別是農(nóng)民生活水平的改善，對可用作燃料和肥料的農(nóng)業(yè)廢棄物的利用率越來越低，因而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)廢棄物越來越多。另外，農(nóng)業(yè)資源被嚴(yán)重破壞和浪費的問題也日益突出，在農(nóng)業(yè)廢棄物中僅 1/ 5左右被利用。如種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)只注重糧、肉、蛋、奶等產(chǎn)品的利用，對大量的副產(chǎn)品棄之不顧。據(jù)報道，我國每年種植業(yè)有10億t左右的廢棄物（秸稈、蒿草、殼蔓 )未能很好地利用；養(yǎng)殖業(yè)畜禽糞便300萬t左右；林業(yè)（鋸末、刨花）160萬t左右。這些廢棄物既是寶貴資源，又是嚴(yán)重污染源。如大量的秸稈被簡單地?zé)?，?yán)重污染大氣環(huán)境；畜禽糞便等有機(jī)廢液不經(jīng)妥善處理直接排入水體，造成嚴(yán)重的地下水體和地表水系的污染等等。如果這一狀況進(jìn)一步惡化，必然會制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。另一方面，農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)迅速發(fā)展對商品能源的需求也會日益增長。因此，如何充分有效地利用農(nóng)業(yè)廢棄物，將其加工轉(zhuǎn)化，制成再生能源及其系列產(chǎn)品，對合理利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生活資源，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境具有十分重要的意義。雖然農(nóng)業(yè)廢棄物的產(chǎn)生是客觀存在的，但資源化利用是可行的。因此，解決農(nóng)業(yè)廢棄物的根本途徑在于資源化。合理地開發(fā)和利用農(nóng)業(yè)廢棄物，不僅可以保護(hù)農(nóng)業(yè)環(huán)境，還可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。1、農(nóng)業(yè)廢棄物特點及其資源化利用的實質(zhì)從資源經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度來看，農(nóng)業(yè)廢棄物本身就是某種物質(zhì)和能量的載體，是一種特殊形態(tài)的農(nóng)業(yè)資源，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村居民生活中不可避免的一種非產(chǎn)品產(chǎn)出。由于農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的品種和產(chǎn)地的不同，農(nóng)業(yè)廢棄物的理化性質(zhì)雖存在著很大差異，但也有其共同特點 : 在元素組成上，除C、O、H三元素的含量高達(dá)65 %90 %外，還含有豐富的 N、P、 K、Ca、Mg、S等多種元素。從化學(xué)組成上通常又可分為2大類，一類是天然高分子聚合物及其混合物，如纖維素、半纖維素、淀粉、蛋白質(zhì)、天然橡膠、果膠和木質(zhì)素等；另一類是天然小分子化合物，如生物堿、氨基酸、單糖、抗生素、脂肪、脂肪釀、激素、黃酮素、酮類、甾體化合物、萜烯類和各種碳?xì)浠衔?。盡管天然小分子化合物在植物體內(nèi)含量甚微，但大多具有生理活性，因而具有重要的經(jīng)濟(jì)價值。在物理技術(shù)性質(zhì)上，普遍具有表面密度小、韌性大、抗拉、抗彎、抗沖擊能力強(qiáng)的特點。植物類廢棄物干燥后對熱、電的絕緣性和對聲音的吸收能力較好且具有較好的可燃性，并能產(chǎn)生一定的熱量，熱值一般為1216 M J/ kg 2 , 雖較煤低，但因含硫量極少，燃燒清潔 , 灰分用途廣泛。另外農(nóng)業(yè)廢棄物按其來源不同又可分為4種類型:第1性生產(chǎn)廢棄物，主要是指農(nóng)田和果園殘留物，如作物的秸稈或果樹的枝條、雜草、落葉、果實外殼等；第2性生產(chǎn)廢棄物，主要是指畜禽糞便和欄圈墊物等；第3性生產(chǎn)廢棄物，主要指農(nóng)副產(chǎn)品加工后的剩余物；第4性生產(chǎn)廢棄物，主要指農(nóng)村居民生活廢棄物，包括人糞尿及生活垃圾。由上述農(nóng)業(yè)廢棄物的來源可知，其種類在不同的地域可能多種多樣，但實現(xiàn)資源化的本質(zhì)是相同的。經(jīng)綜合，可進(jìn)行資源化利用的大概有3大類。農(nóng)作物秸稈類。農(nóng)業(yè)秸稈是農(nóng)業(yè)廢棄物中最主要的部分，它是自然賜于人類寶貴的生物資源，其中含有豐富的有機(jī)質(zhì)、纖維素、 半纖維素、 粗蛋白、粗脂肪和氮、磷、鉀、鈣、鎂、硫等各種營養(yǎng)成分，可廣泛應(yīng)用于飼料、燃料、肥料、造紙、輕工食品、養(yǎng)殖、建材、編織等各個領(lǐng)域。據(jù)報道，我國各類主要農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量達(dá)7億t左右，其植物能大約占農(nóng)作物總量的50 %75 %，具有很高的利用價值，但目前我國的利用率較低，僅為33 %左右3。蔬菜及瓜果等農(nóng)副產(chǎn)品加工類。為豐富我國城鎮(zhèn)居民的菜籃子，我國在大中小城市周圍相繼建立了一批菜籃子工程，但也帶來了大量的剩余物。蔬菜食品類的營養(yǎng)成分很豐富（占總重量%）：總水分71. 8 %85. 0 %，干物質(zhì)15. 0 %28. 2 %，其中蛋白質(zhì)1.7 %4. 4 %，油脂0. 4 %1. 6 %，無氮提取物11. 4 %15. 5 %，舷宋素1 %3 %，灰分1. 8 %2.4 %；另外，每千克廢棄物中還有2.5 g鈣、1.5 g磷、1522 g可消化蛋白4。除此以外，還有大量的有價值的農(nóng)副產(chǎn)品加工下腳料。如水產(chǎn)品中淡水魚的加工，淡水魚一般頭大、內(nèi)臟多，采肉量僅為魚體重量的30 % ，魚頭、內(nèi)臟、魚鱗、魚刺、魚皮、魚緒等下腳料被白白丟棄；農(nóng)產(chǎn)品中大豆的加工，可產(chǎn)生大量的豆渣。這些下腳料除少部分用作肥料和飼料外，大部分都被丟棄，既浪費了資源又污染了環(huán)境。人畜糞便類。據(jù)初步統(tǒng)計，目前我國每年畜禽養(yǎng)殖場排放的糞便及糞水總量就超過了 17 億t 5，再加上集約化生產(chǎn)的沖洗水，實際排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過此數(shù)字。如此多的畜禽糞便，不僅污染了養(yǎng)殖場周圍的環(huán)境，而且導(dǎo)致了水體的污染。隨著生產(chǎn)的發(fā)展和人口的進(jìn)一步增加，農(nóng)業(yè)廢棄物正以年均5 %10 %的速度遞增。 具有前述共性的這些大量的農(nóng)業(yè)廢棄物是一種特殊形態(tài)的可再生資源，具有巨大的開發(fā)潛力。根據(jù)其理化特性，通過一定的手段 , 有目的地對其進(jìn)行資源化利用，可以滿足人們的某一特殊需求。如利用廢棄物中的生物質(zhì)能將其作為能源開發(fā)利用；利用其營養(yǎng)成分制作肥料和飼料以及食品添加劑等制品；利用其物理技術(shù)特性，生產(chǎn)質(zhì)輕、絕熱、吸聲的功能材料；利用其化學(xué)特性，提取有機(jī)和無機(jī)化合物，生產(chǎn)化工原料和化學(xué)制品等。不僅如此，運用農(nóng)業(yè)生態(tài)工程并通過一整套廢棄物資源化利用，技術(shù)可以將種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)業(yè)相關(guān)的其他行業(yè)聯(lián)成一個有機(jī)整體，從農(nóng)業(yè)系統(tǒng)學(xué)的角度來研究農(nóng)業(yè)廢棄物的處理與利用問題，這樣不僅可提高資源利用效率，變廢為寶，節(jié)約自然資源，解決飼料、肥源、能源問題，增加農(nóng)副產(chǎn)品的價值，而且可減輕環(huán)境處理負(fù)荷，全面消除廢棄物的直接污染 ，保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。同時還強(qiáng)化了生態(tài)系統(tǒng)中還原者的作用，以較低的物能消耗，取得最佳的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會效益，為農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展和實現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)良性循環(huán)發(fā)揮巨大作用。2、農(nóng)業(yè)廢棄物資源化綜合利用途徑 農(nóng)業(yè)廢棄物種類繁多，成分復(fù)雜，如能加以分類、收集、處理再利用，其作用是不可低估的。2.1 獲取能量 由于生物質(zhì)能是僅次于煤炭、石油、天然氣的4大能源，在世界能源消費總量中占14 % ，而農(nóng)業(yè)廢棄物作為生物質(zhì)的一個部分，在利用其能量方面，可采用如下途徑 :2.1.1 農(nóng)業(yè)廢棄物制沼氣。據(jù)研究表明，農(nóng)作物秸稈、蔬菜瓜果的廢棄物和畜禽糞便都是制沼氣最好的原料。據(jù)測算，每千克秸稈可制氣2.2 m 3，每噸秸稈可替代0.7 t煤炭，每利用1萬t秸稈可減少二氧化硫排放量140 t , 減少煙塵排放量100 t。按1家4口人每天用氣量56 m 3、價格0.10.2元/ m 3計算，每戶每月僅需1836元6。2.1.2 農(nóng)業(yè)廢棄物氣化。利用生物質(zhì)熱能氣化原理，由氣化反應(yīng)器將可燃燒物質(zhì)經(jīng)過干燥熱解氣化和還原等過程，變成可燃?xì)怏w，最終輸送到各個用戶。固體廢棄物經(jīng)氣化可產(chǎn)生高效清潔方便的可燃?xì)?，為農(nóng)村供氣、供熱、供電。2.1.3 農(nóng)業(yè)廢棄物液化。將能量密度較低的廢棄物轉(zhuǎn)化成密度高、品位高的液體燃料是合理利用生物質(zhì)能的有效途徑，也是21世紀(jì)最有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)之一。由生物質(zhì)制成的液體燃料叫生物燃料。生物燃料主要包括生物酒精、生物甲醇、生物柴油和生物油。2.1.4 農(nóng)業(yè)廢棄物固化。將秸稈、稻殼、鋸末、木屑等有機(jī)廢棄物，用機(jī)械加壓、加熱等原理，將原來松散、無定型、低發(fā)熱量的生物質(zhì)原料壓制成具有一定形狀、密度較高（1.11.4 t/ m 3 ）的固體成型燃料 （熱值 14 20 M J/ kg），其功效相當(dāng)于中質(zhì)煤，但沒有煤所固有的含硫量大、灰分高、污染環(huán)境等缺點。從成型工藝上可分為常溫壓縮成型、熱壓成型和碳化成型3類。2.2 制作肥料2.2.1 堆肥。利用微生物在一定溫度、濕度、pH值條件下，使畜禽糞便和秸稈等農(nóng)業(yè)有機(jī)廢物發(fā)生生物化學(xué)降解，形成一種類似腐殖質(zhì)土壤的物質(zhì) , 可作肥料和改良土壤，這種方法稱為培肥化。根據(jù)處理過程中微生物對O 2要求的不同，培肥化可分為好氧堆肥化和厭氧堆肥化。前者是在通氣條件下借好氧微生物活動使有機(jī)物得到降解，因好氧堆肥化溫度在5060，極限可達(dá)8090，故亦稱為高溫堆肥；后者是利用微生物發(fā)酵造肥，所需時間較長。2.2.2 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，其液體汁液經(jīng)安全處理后可制成液體肥料。2.2.3 有機(jī)生物肥。堆肥處理后，沼氣池中的固體殘渣經(jīng)處理后可制成有機(jī)肥。2.2.4 有機(jī)復(fù)合肥。將高溫堆肥產(chǎn)品經(jīng)殺滅病原菌、蟲卵和雜草種子等無害化處理和穩(wěn)定化處理后，配以一定比例的無機(jī)氮、磷、鉀復(fù)混造粒，加入功能微生物而形成的一種融有機(jī)、無機(jī)肥及功能微生物于一體的 “三合一”肥料。顆粒化的復(fù)合肥因為含有大量的有機(jī)質(zhì)，不僅可以增加土壤肥效與土壤中的負(fù)電荷，促進(jìn)微生物的活動 ,還具有速效成分快而不猛、減少養(yǎng)分淋失、施用方便、便于運輸?shù)忍攸c而得以迅速發(fā)展。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)和淄博市農(nóng)科所共同研制將秸稈經(jīng)熱噴膨化后再配以氮磷鉀及微量元素制成復(fù)合肥，其肥效比單純施用等量化肥增產(chǎn)20 %30 %，成本降低30%以上。2.3 生產(chǎn)飼料 農(nóng)業(yè)廢棄物除可直接還田和飼養(yǎng)大量牲畜外，還可以制成多種富含營養(yǎng)成分的有機(jī)飼料。2.3.1 氨化飼料。利用堿尿素等含氨物質(zhì)經(jīng)過與秸稈混合發(fā)生變化，使秸稈中的纖維素、木質(zhì)素細(xì)胞壁膨脹疏松，便于牲畜消化吸收。據(jù)報道，氨化后的秸稈有機(jī)物消化率可提高8 %12 % ，采食率提高20 % ，含氮量提高8 %10 % ，粗蛋白含量提高12 7 。2.3.2 青儲飼料。能有效保持作物莖桿的青綠狀態(tài)，提高適口性。莖桿青貯后可增加多種維生素、氨基酸、胡蘿卜素等營養(yǎng)成分，用其飼喂奶牛產(chǎn)奶量可增加10 %20 %。無毒的農(nóng)業(yè)廢棄物都可青儲。2.3.3 生化蛋白飼料。利用微生物培養(yǎng)基、酵母真菌、氨基酸、酶制劑等生物和礦物質(zhì)使作物飼料轉(zhuǎn)化成蛋白飼料，比普通飼料營養(yǎng)價值更高。如秸稈通過制作劑的作用，轉(zhuǎn)化為富含低分子碳水化合物、游離氨基酸、大量菌體蛋白和部分維生素的高效生化蛋白飼料。秸稈粗纖維含量由26 %32 %下降到 15 % 以下，粗蛋白含量3 % 6 % 提高到14 % 20 % , 并含有豐富的纖維素酶及其他消化酶等活性因子。該飼料營養(yǎng)豐富，畜禽喜食，吸收率高，無副作用，比傳統(tǒng)養(yǎng)豬法降低飼養(yǎng)成本50 %60 % 8 。2.3.4 醣化飼料。人工造就近似于牛前胃的生理環(huán)境 ,通過有益微生物發(fā)酵使秸稈的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等成分轉(zhuǎn)化為糖類，增加粗蛋白7% 13 % 、18種氨基酸4 %8 %及各種維生素，從而使低能的廢棄物轉(zhuǎn)化為高能的廉價的“細(xì)菌飼料”。2.3.5 堿化飼料。在一定濃度的堿液（通常占干物質(zhì)的3 %5 %）的作用下，打破秸稈粗纖維中纖維素、半纖維素、 木質(zhì)素之間的醚鍵或酯鍵，并溶去大部分木質(zhì)素和矽酸鹽，撕斷維生素與木質(zhì)素的復(fù)合物，從而提高粗飼料的營養(yǎng)價值，使不消化的木質(zhì)素變?yōu)橐紫牧u基木質(zhì)素，利于動物吸收。2.3.6 動物糞便可通過再處理作飼料。如鳥糞的有效能為7 524 kJ/ kg，含粗蛋白質(zhì)27 %左右，無氮浸出物20 % 以上，還含有豐富的鈣、磷和微量元素，通過干燥、氨化、發(fā)酵等方法處理后可作為禽獸飼料。1t干雞糞可替代0. 35t飼料糧。2.4 生產(chǎn)工業(yè)及醫(yī)藥原料2.4. 1 有機(jī)產(chǎn)品。生產(chǎn)木糖、木糖醇、淀粉，制乙醇、糠醛，提取煙堿及中藥原料。2.4.2 輕型建材?？芍谱骶幙椢锖脱b飾品及其他。如麥秸可編成涼席涼帽 ; 高粱稈可制成門簾和窗簾；玉米棒皮可做成汽車坐墊、靠背及床墊；稻草和其他秸稈可廣泛用于造紙、人造板、復(fù)合墻板等 9 。2.4.3 可降解的包裝材料。用農(nóng)作物秸稈制作的方便碗和方便盒有易分解、易腐爛的優(yōu)點，不僅減少了白色污染，還減少了木料的消耗，利于保護(hù)環(huán)境。2.4.4 食品防腐劑和空氣清新劑。如竹葉可制防腐劑，有些水果殘渣可制成空氣清新劑。2.4.5 培養(yǎng)基。如橡膠廢水可作培養(yǎng)基，作物廢棄物可作實用菌培養(yǎng)基。2.4.6 藥物。如芹菜和黃瓜根可制成中藥，薯秧根可作飼料、制糖稀或釀酒。副食品如果皮可制飴糖、酒精或氨基酸，過熟的水果可制成果醬、甜點心、冰淇淋、飲料和果味面包等。2.4.7 生產(chǎn)食用菌。平均1 kg食用菌（平菇、香菇、金針菇等）可消耗秸稈1kg左右，菌渣還可還田作有機(jī)肥料。2.4.8 制作生物濾床濾料。國內(nèi)可制作濾料的廢棄物有果菜、酒糟、鋸木屑、蔗渣、稻谷、玉米穗、米糠、豆粕、雜草等。若能篩選出適合作生物濾床濾料的素材，不但可解決生物濾床現(xiàn)階段所遭遇到的困難，而且本身也是理想的資源化行為。2.4.9 其他。農(nóng)業(yè)廢棄物還可用來制造生物潤滑油、生物柴油、生物塑料、 生物洗滌劑、汽車構(gòu)件和特殊紙類等。3、有待解決的問題農(nóng)業(yè)廢棄物以其供應(yīng)充足、廉價而被人們認(rèn)為是精細(xì)化工產(chǎn)品與燃料的最重要的自然資源之一，其綜合利用涉及面十分廣泛 , 既可擴(kuò)大原料的來源，提高天然資源的附加值，又可進(jìn)行環(huán)境保護(hù)，防治病蟲害，一舉多得。但農(nóng)業(yè)廢棄物在利用時還存在以下問題 :3.1 資源化利用政策不完善 農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的根本保證?，F(xiàn)有的國家與地方政策法規(guī)僅從環(huán)境保護(hù)角度強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)廢棄物的處理方法除對極少部分廢棄物有要求外，大多數(shù)農(nóng)業(yè)廢棄物資源綜合利用工作沒有具體的法規(guī)所依。另外，現(xiàn)有的綜合利用政策只有積極鼓勵利用的手段，如減免某種稅項，沒有建立強(qiáng)制性措施，對本應(yīng)綜合利用的而不利用的沒有處罰措施。3.2 農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的全民意識沒有完全樹立由于歷史原因，導(dǎo)致我國農(nóng)業(yè)資源的綜合利用工作與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對滯后。在日益重視可持續(xù)發(fā)展的今天，突破傳統(tǒng)的資源、廢棄物的概念，首要的工作就是強(qiáng)調(diào)人們對農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的認(rèn)識，充分認(rèn)識到農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會價值，認(rèn)識到開展農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用是可持續(xù)發(fā)展的重要方面，使農(nóng)業(yè)廢棄物可作為再生能源這一觀念深入人心，才可能真正建立我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用新的里程碑。3.3 安全性應(yīng)進(jìn)一步深入研究農(nóng)業(yè)廢棄物中的有毒有害物質(zhì)和重金屬的處理方法，保證資源化利用安全、可靠。3.4 季節(jié)與氣候 農(nóng)業(yè)廢棄物與農(nóng)作物一樣具有季節(jié)性，穩(wěn)定性較差，若不采取一定的措施，儲存的廢棄物易變質(zhì)，另外受氣候和自然環(huán)境的影響也較大。而目前，在開發(fā)利用廢棄物時，全面考慮季節(jié)與氣候因素的影響。3.5 開發(fā)費用 農(nóng)業(yè)廢棄物處理對現(xiàn)階段農(nóng)民來說，一次性投資成本較高，需在政府扶持的條件下，多方籌集資金，單靠農(nóng)民是不可行的。3.6 技術(shù)保障 要優(yōu)化農(nóng)業(yè)廢棄物的處理技術(shù)，減少成本，使之能廣泛應(yīng)用，在全國范圍內(nèi)建立一批科研隊伍 ,研究廢棄物優(yōu)化處理技術(shù)，如沼氣開發(fā)的深層次技術(shù)、秸稈