我國農業廢棄物資源的利用現狀及開發前景

李　鵬　王文杰

摘要:論述了我國農業廢棄物資源化利用的意義及當前能源化、肥料化、飼料化和材料化利用現狀,概括了當前農業廢棄物資源化利用中存在的一些問題,并提出了今后農業廢棄物開發利用的重點和前景。

關鍵詞:農業廢棄物;秸稈;資源化利用;環境污染;生物質能

中圖分類號:X71文獻標識碼:ADOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2009.03.015

Utilization Status and Prospect of Agricultural Wastes in China

LI Peng,WANG Wen-jie

(Tianjin Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine,Tianjin 300112,China)

Abstract:The significance of agricultural wastes utilization and the utilization status of agricultural wastes as energy, fertilizer, feed and material were reviewed. The deficiency of agricultural wastes utilization was summarized. Finally the utilization prospect of agricultural waste was advanced.

Key words: agricultural wastes;straw;resource utilization;environmental pollution;biomass energy

農業廢棄物(agricultural residue)是指在整個農業生產過程中被丟棄的有機類物質,主要包括:農林業生產過程中產生的植物殘余類廢棄物,畜牧漁業生產過程中產生的動物類殘余廢棄物,農業加工過程中產生的加工類殘余廢棄物和農村城鎮生活垃圾等。通常我們所說的農業廢棄物主要指農作物秸稈和畜禽糞便。

我國是一個農業大國,隨著農業生產水平和農民生活水平的不斷提高,對原來用作肥料和燃料的農業廢棄物的利用越來越少,因此農業廢棄物越來越多。我國已成為世界上農業廢棄物產出量最大的國家,其中農作物秸稈年產量達5億t (干質量),可供青貯的莖葉等鮮料約10億t,鋸末、刨花等林業廢棄物16 000 t,畜禽糞便排放量134億t,城市垃圾7萬t以上。隨著工農業生產的迅速發展和人口的增加,這些廢棄物以年均5%～10%的速度遞增。這其中大部分廢棄物被當作垃圾丟棄或排放到環境中,造成可利用資源的浪費和對生態環境的污染。因此,如何合理利用農業廢棄物資源,真正實現農業廢棄物變“廢”為“寶”,對緩解我國能源壓力,保護生態環境,促進農業的可持續發展具有重大意義。

1我國農業廢棄物資源的利用現狀

1.1農業廢棄物資源化利用的意義

1.1.1消除日益嚴重的環境污染農業廢棄物的污染主要表現為:(1)秸稈焚燒和臭氣引起的空氣污染;(2)重金屬、農藥和獸藥殘留引起的土壤污染;(3)農業“白色污染”;(4)糞便等造成的水源污染;(5)農業廢棄物引起細菌和病毒的傳播。合理利用農業廢棄物資源可以有效地降低或者消除以上存在的環境污染問題。

1.1.2改善耕地土壤質量根據全國化肥試驗網肥料長期定位試驗和國家土壤肥力與肥料效益監測資料顯示,近年來,我國耕地土壤有機質含量有下降趨勢,土壤緩沖能力減弱,抗災能力衰退,化肥利用率低,土壤肥力降低。實現農業廢棄物的肥料化利用,生產有機肥料可以補充土壤養分,提高土壤中營養元素的有效性,并有助于改善土壤質地。

1.1.3解決農村能源短缺問題我國農村人口占全國總人口的70%以上,生物質能一直是農村的主要能源之一,農村生活用能源仍有57%依靠薪柴和秸稈。薪柴消費量超過合理采伐量的15%,導致大面積森林植被破壞,水土流失加劇和生態環境失衡?！熬盼濉币詠淼娜珖鷳B農業和生態家園建設的實踐已經證明,有效利用農林廢棄物和鄉鎮生活廢棄物,發展農村沼氣等能源工程和生態農業模式,可有效地促進生態良性循環,減輕對森林資源的破壞,減少土壤侵蝕和水土流失,保護生物多樣性。

1.2農業廢棄物資源化利用的現狀

我國農業廢棄物再利用有著悠久的歷史,堆肥和沼氣技術在傳統的生態理念指引下被廣泛應用,從全國生態農業示范縣收集到的370多個生態農業實用模式中,有1/3是以農業廢棄物的循環利用技術為紐帶聯結形成的高效生產模式。近些年來,我國農業廢棄物資源再利用的方式主要有能源化、肥料化、飼料化和材料化等。

1.2.1能源化利用生物質能是僅次于煤炭、石油、天然氣的第四大能源,在世界能源消費總量中占14%,而且與前三大能源相比具有可再生的獨特優勢。我國農業廢棄物的生物質能是農村能源的重要組成部分,在解決農村能源短缺和農村環境污染方面有重要的價值。近年來,中國先后對禽畜糞便厭氧消化、農作物秸稈熱解氣化等技術進行了攻關研究和開發,已經取得了一定成績。比如利用糞便產生沼氣發電,燃燒秸稈產生熱能供熱,將有機垃圾混合燃燒發電等。

1.2.2肥料化利用農業廢棄物和鄉鎮生活垃圾的肥料化在提高土壤肥力,增加土壤有機質,改善土壤結構等方面有其獨特的作用。

1.2.3飼料化利用目前,農業廢棄物的飼料化主要分為植物纖維性廢棄物的飼料化和動物性廢棄物的飼料化,因為農業廢棄物中含有大量的蛋白質和纖維類物質,經過適當的技術處理便可作為畜禽飼料應用。

植物纖維性廢棄物主要指秸稈。當前我國秸稈的飼用量約為1.6億t,相當于3.67億hm2天然草地的產草量,其相應的養殖量約為4.67億只羊單位,占我國草食畜養殖總量的3/4。秸稈大多可以直接飼喂,經過一定的加工處理,可以提高其營養利用率和經濟效益。加工處理方法包括粉碎等物理方法、酸堿處理等化學方法和微生物發酵等。

動物性廢棄物主要指畜禽糞便和加工下腳料。如雞糞的有效能值為7 524 kJ/kg,含粗蛋白27%左右,無氮浸出物20%以上,還含有豐富的鈣、磷和微量元素,通過特定的物理、化學和微生物方法處理后可作為畜禽飼料。但是,動物性廢棄物的飼料化利用存在一定的安全隱患,目前人們對動物性廢棄物的飼料化利用觀點不一致,存在爭議。

1.2.4材料化利用利用農業廢棄物中的高蛋白質資源和纖維性材料可生產多種生物質材料,比如利用農業廢棄物中的高纖維性植物廢棄物生產紙板、人造纖維板、輕質建材板,通過固化、炭化技術制成活性炭,生產可降解餐具材料和纖維素薄膜,利用稻殼作為生產白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料,利用秸稈、稻殼經炭化后生產鋼鐵冶金行業金屬液面的新型保溫材料,利用棉稈皮、棉鈴殼等含有酚式羥基化學成分制成聚合陽離子交換樹脂吸收重金屬。

2我國農業廢棄物資源利用中存在的主要問題

2.1農業廢棄物資源總量不清

中國每年到底產生多少農業廢棄物,這些廢棄物呈怎樣的分布,利用狀況如何,對環境造成多大影響,沒有準確的數據和記錄,現有的來自不同部門的數據出入很大,真偽難辨。

2.2重視程度不夠,缺乏相關政策法規

國家目前沒有完整的農業廢棄物利用的專門法律法規,農業主管部門只重視“肉、蛋、奶”等農產品的生產,不重視農業廢棄物的利用。即便在當前注重環境保護和食品安全的大背景下,對農業廢棄物的處理和資源化利用也沒擺在應有的位置?，F有的農業廢棄物的管理體制和相關標準可操作性差,更談不上預警、監測體系。

2.3農業廢棄物利用技術落后,利用率低

雖然我國農業廢棄物利用有著悠久的歷史,但是創新性技術少,推廣價值不高,農業廢棄物的利用率很低。比如秸稈的利用,大多數還是采用直接燃燒供熱或者還田的方式,缺乏先進的利用技術。

2.4農業廢棄物轉化產品單一,商品價值低

農業廢棄物產品開發缺乏主攻方向,品種單一,質量不高,商品價值低。比如畜禽糞便的利用,大多數采用烘干后直接飼喂的方式,缺乏對其有效營養價值的分析利用,沒有形成創新型的飼料產品。

3我國農業廢棄物資源利用的發展前景

3.1要樹立總體發展思路

中國在未來15～20年農業廢棄物的產生總量依然呈增加的趨勢,如果不加合理的利用和處理,農業廢棄物,尤其是畜禽養殖對環境的污染將更加嚴重。農業廢棄物的處理與資源化不僅關系到資源的再利用和環境安全,而且與農業的可持續發展和農村小康社會的建設緊密相關,必須樹立農業廢棄物資源化的總體發展戰略思路。按循環經濟理論,以人為本,由廢棄物的生態循環開始,逐級發展到循環農業、循環社會的“三環”循環總體發展戰略思路:第一個“環”是從農業本身發展的層面,按照生態循環原理,以農業廢棄物的循環利用為切入點連接種植和養殖業,構建循環農業的發展模式;第二個“環”是依據循環經濟的原理,構建生產—生活—生態—生命(人)一體化協調發展的“四位一體”農村發展模式;第三“環”為在上述兩個循環的基礎上,形成具有循環社會特征的農村小康社會。

3.2注重技術創新突破和集成

在今后農業廢棄物的資源化利用中,要把新技術、新工藝的研究放在突出位置,依靠現代生物技術、信息技術和工程技術,提升產品的技術含量。比如發酵工程中微生物的篩選和高效工程菌的構建,新型酶制劑的選擇等。

依據不同地區資源優勢和經濟發展水平,因地制宜地利用現代科學技術并與傳統農業技術相結合,按照“整體、協調、循環、再生”的原則,運用系統工程方法,將各種技術優化組合,構建農業廢棄物資源化高效利用生態模式。建立和完善農業廢棄物資源化利用標準技術體系和技術保障體系。實現生態環境與農村經濟兩個系統的良性循環,達到經濟、生態、社會三大效益的統一。

3.3加強生物質能利用的研究

農業廢棄物生物質能利用是農業廢棄物資源化利用的一個重大拓展,在整個新能源和可再生能源中占重要地位。農業植物纖維性廢棄物由C、H、O等元素和灰分組成,當它們被點燃時,供應少量空氣,并且采取措施控制其反應過程,使其變成CO、CH4、H2等可燃氣體,生物質中大部分能量都被轉化到氣體中。氣化后的可燃氣體可作為鍋爐燃料與煤混燃,也可作為管道氣為城鄉居民集中供氣。將氣化后的可燃氣經過凈化除塵與內燃機連用,取代汽油或柴油,實現能量系統的高效利用。氣化后的可燃氣還可進行氣化發電,氣化發電技術可以在較小規模下實現較高的利用率,并能提供高品位的能源形式,是一個重要的發展方向。如德國最早利用秸稈發電的Thuringain鎮電站,年處理秸稈3 000 t,我國目前在海南建設了1.2 MW示范電站,該電站是我國及亞洲最大的生物質氣化發電系統,整體水平達到國際先進水平。

3.4開辟新的利用途徑

在我國農業廢棄物中,秸稈占很大比例。當前對秸稈的利用主要集中在燃燒供能、堆肥還田和直接飼喂畜禽上,缺乏其它利用途徑的創新研究。筆者認為,利用秸稈養殖昆蟲,進一步發展各種昆蟲產品有很廣闊的應用前景,例如黃粉蟲的養殖。黃粉蟲素有“動物蛋白飼料之王”的美譽,通過工廠化生產,可提供大量優質動物性蛋白質,促進養殖業的發展。黃粉蟲脫脂提油后的蟲粉蛋白質含量達到70%,再經提取殼聚糖(甲殼素),蛋白含量可高達80%,不但能夠替代進口優質魚粉,而且完全可以食用。除了黃粉蟲,秸稈還可以養殖蝗蟲、大麥蟲、螟蟲等多種昆蟲。

畜禽糞便是一個巨大的生物質資源庫,以前大多都是直接堆肥處理。直接堆肥時間長,肥效差。筆者認為,通過一些生物技術手段可以獲得更加理想的效果。比如在糞便中引入蚯蚓,蚯蚓可以憑借自身的酶系統將有機廢物迅速分解,轉化為易于利用的營養物質,從而加速堆肥的效果。另外,在糞便中加入適宜的菌劑進行發酵堆肥,可以迅速增加有益微生物的繁殖,快速分解糞便中的有機物,產生生物熱能,高溫抑制或殺滅有害菌及病蟲卵,而且還可以吸收分解惡臭。因此,篩選和培育合適的生物菌劑成為了當前研究的重點。

總之,農業廢棄物是一個大的環境污染源,同時也是一個大的生物質資源庫,具有“雙重性”。通過合理的加工利用可以減少農業廢棄物對環境的危害,同時盡量降低廢棄物資源化成本,開發高值產品,提高廢棄物資源化和無害化處理率,為我國農業可持續發展和中國的能源安全做出重要貢獻。

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