農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù)研究進(jìn)展及展望

董雪云+張金流+郭鵬飛

摘 要：該文簡(jiǎn)述了農(nóng)業(yè)固體廢棄物的特點(diǎn)，分析了我國(guó)農(nóng)業(yè)固體廢棄物的資源化潛力，綜述了國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)固體廢棄物在沼氣干發(fā)酵技術(shù)、綜合堆肥技術(shù)和生物液體燃料技術(shù)等資源化利用技術(shù)方面的研究進(jìn)展和應(yīng)用情況。并結(jié)合我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展目標(biāo)，對(duì)農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)固體廢棄物；資源化利用；展望

中圖分類號(hào) X71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2014）18-86-04

農(nóng)業(yè)固體廢棄物是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品加工、畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)村居民生活排放的廢棄物，如植物秸稈、畜禽糞便等。中國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)和農(nóng)業(yè)大國(guó)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)村的生產(chǎn)和生活水平不斷提高，農(nóng)業(yè)固體廢棄物也越來越多。目前，我國(guó)已經(jīng)成為世界上農(nóng)業(yè)固體廢棄物產(chǎn)出量最多的國(guó)家，而絕大多數(shù)廢棄物沒有被作為一種資源利用，被隨意丟棄或者排放到環(huán)境中，使一部分“資源”變成“廢棄物”，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了極大的影響[1]。國(guó)內(nèi)外實(shí)踐表明，農(nóng)業(yè)固體廢棄物的資源化利用和無害化處理，是控制農(nóng)業(yè)污染、改善農(nóng)村環(huán)境、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一[2]。因此，針對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)固體廢棄物的資源化潛力，結(jié)合國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù)，從而有效地將農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用是可行的。

1 農(nóng)業(yè)固體廢棄物的特點(diǎn)和資源化潛力

1.1 農(nóng)業(yè)固體廢棄物的特點(diǎn) 農(nóng)業(yè)固體廢物的特點(diǎn)[3]包括：（1）元素組成上除C、O、H三元素的含量高達(dá)65%～90%外，還富含有N、P、K、Ca、Mg、S等多種元素；（2）化學(xué)組成上既包括天然高分子聚合物及其混合物，如纖維素、半纖維素、淀粉、木質(zhì)素等，又有天然小分子化合物，如氨基酸、生物堿、單糖、激素、抗生素、脂肪酸等；（3）物理性質(zhì)表現(xiàn)為表面密度較小、韌性大、抗拉、抗彎、抗沖擊能力強(qiáng)等特點(diǎn)。

1.2 農(nóng)業(yè)固體廢物的資源化潛力

1.2.1 農(nóng)作物秸稈 我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，秸稈資源非常豐富。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2009年全國(guó)農(nóng)作物秸稈理論資源量為8.20億t[4]（風(fēng)干，含水量為15%），其中稻草、麥秸和玉米秸三大農(nóng)作物秸稈分別為2.05億t、1.5億t、2.65億t，約占資源總量的75.6%，農(nóng)作物秸稈折標(biāo)煤總量為4.04億t（表1）。

表1 2009年我國(guó)不同農(nóng)作物的秸稈產(chǎn)量

[農(nóng)作物

品種＼&秸稈年產(chǎn)量

（億t）＼&占總資源量的比例（%）＼&折標(biāo)煤量

（億t）＼&稻＼&2.0500＼&25＼&0.8795＼&麥＼&1.5000＼&18.3＼&0.7425＼&玉米＼&2.6500＼&32.3＼&1.4018＼&棉花＼&0.2584＼&3.2＼&0.1403＼&油料作物＼&0.3737＼&4.6＼&0.1977＼&豆類＼&0.2726＼&3.3＼&0.1480＼&薯類＼&0.2243＼&2.7＼&0.1090＼&其他＼&0.8710＼&10.6＼&0.4233＼&合計(jì)＼&8.20＼&100＼&4.04＼&]

注：標(biāo)準(zhǔn)折算系數(shù)據(jù)系數(shù)根據(jù)《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》中的《各種能源折標(biāo)準(zhǔn)煤系參考系數(shù)》。

1.2.2 畜禽糞便 近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活質(zhì)量的不斷提高，對(duì)畜禽產(chǎn)品的需求量也在不斷增加，這使得畜禽養(yǎng)殖模式不斷從散養(yǎng)向規(guī)?；?、集約化養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變，促使集約化、規(guī)模化養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展。但與此同時(shí)，畜禽糞便的產(chǎn)生量也在逐年增加，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年我國(guó)畜禽糞便年產(chǎn)量約12.69×108t，其中牛糞7.55×108t，豬糞4.19×108t，羊糞0.51×108t，家禽糞0.44×108t，折算為標(biāo)煤年產(chǎn)能分別為：3 841萬(wàn)t、3 593萬(wàn)t、651萬(wàn)t、1 345萬(wàn)t，總量達(dá)9 430萬(wàn)t（表2）。

表2 2012年我國(guó)主要畜禽的糞便量[5]

[畜禽

種類＼&體重

（kg）＼&飼養(yǎng)出

欄周期

（d）＼&一晝夜排糞量

（kg/頭）＼&一年排

糞量

（t/頭）＼&年飼養(yǎng)

數(shù)量

（萬(wàn)頭/a）＼&糞便資

源量

（萬(wàn)t/a）＼&糞便

收集

系數(shù)＼&糞便可

開發(fā)量

（萬(wàn)t）＼&a.干物

質(zhì)含量（%）＼&b.標(biāo)煤

折算

系數(shù)＼&c.標(biāo)準(zhǔn)量

（標(biāo)煤，

萬(wàn)t）＼&標(biāo)準(zhǔn)量

合計(jì)（標(biāo)煤，萬(wàn)t）＼&牛＼&500＼&365＼&20＼&7.3＼&10343＼&75504＼&0.60＼&45302＼&18＼&0.471＼&3841＼&9430＼&豬＼&50＼&150＼&4＼&0.6＼&69789＼&41873＼&1.00＼&41873＼&20＼&0.429＼&3593＼&羊＼&＼&＼&＼&0.18＼&28504＼&5131＼&0.3＼&1539＼&80＼&0.529＼&651＼&家禽（肉雞）＼&1.5＼&60＼&0.1＼&0.006＼&726438＼&4359＼&0.60＼&2615＼&80＼&0.643＼&1345＼&]

注：標(biāo)準(zhǔn)折算系數(shù)據(jù)系數(shù)根據(jù)《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》中的《各種能源折標(biāo)準(zhǔn)煤系參考系數(shù)》。

綜上所述，我國(guó)農(nóng)業(yè)固體廢棄物具有巨大的資源化潛力，將這些廢棄物通過合理的資源化利用技術(shù)轉(zhuǎn)化為資源，為人類所利用，有利于解決因農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)快速發(fā)展帶來的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)等問題，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)“三農(nóng)”問題的解決，推進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)等都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù)研究進(jìn)展endprint

近幾年在全球范圍內(nèi)都提出了實(shí)現(xiàn)循環(huán)性社會(huì)的目標(biāo)。處理農(nóng)業(yè)固體廢棄物的基本原則是所謂的“4R”原則，即減量化（Reduce）、再利用（Reuse）、再循環(huán)（Recycle）、無害化（Harmless）。隨著廢棄物種類和總量的急劇增加，農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外研究的焦點(diǎn)。世界各國(guó)運(yùn)用先進(jìn)工程技術(shù)在廢棄物的肥料化、飼料化、能源化、基質(zhì)化等方面進(jìn)行了技術(shù)水平的提高，使技術(shù)向規(guī)?；⒎€(wěn)定化、機(jī)械化、專業(yè)化、高效化、無害化的深度發(fā)展。本文主要從沼氣干發(fā)酵技術(shù)、綜合堆肥技術(shù)以及生物液體燃料技術(shù)等方面介紹了國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù)的研究進(jìn)展。

2.1 沼氣干發(fā)酵技術(shù) 沼氣干發(fā)酵又稱固體厭氧發(fā)酵，是以畜禽糞便、秸稈等有機(jī)固體廢棄物為原料，在干物質(zhì)濃度為20%以上的條件下，利用厭氧菌將廢棄物分解為CH4、CO2等氣體的發(fā)酵技術(shù)，它是處理有機(jī)廢棄物資源化的有效途徑。

2.1.1 沼氣干發(fā)酵影響因素研究 在干發(fā)酵過程中，CH4不斷生成，導(dǎo)致原料的C/N比不斷下降，因此進(jìn)料時(shí)的C/N比可適當(dāng)調(diào)高些，研究表明，C/N比在20∶1～30∶l是最適于沼氣干發(fā)酵。農(nóng)業(yè)固體廢棄物化學(xué)組成含有纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，這些成分在自然條件下很難分解，采取適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，可有效提高產(chǎn)氣率以及原料的利用率，常見的預(yù)處理方式有破碎[6]、熱處理[7]、酸堿處理[8]等。對(duì)于不同的發(fā)酵原料干物質(zhì)濃度會(huì)有所不同，冷成保[9]等研究暗河式生活垃圾干發(fā)酵處理指出較理想的干物質(zhì)濃度是25%～30%；石利軍等[10]以牛糞秸稈為原料，在C/N比=25～30，T=36℃條件下研究干物質(zhì)濃度對(duì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣影響，結(jié)果表明10%的干物質(zhì)濃度產(chǎn)沼氣效果最好；厭氧干發(fā)酵溫度一般在中溫（30～45℃）條件下產(chǎn)氣較好。Fatma A等[11]在37℃、55℃及65℃條件下對(duì)雞糞進(jìn)行批量式干發(fā)酵試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在55℃及65℃進(jìn)行的發(fā)酵樣品中沒有檢測(cè)到甲烷，而在37℃條件下，培養(yǎng)254d，達(dá)到了很好的產(chǎn)氣效果；pH對(duì)生物體內(nèi)各種酶的活性有一定的影響，在中性條件下更適合菌的生長(zhǎng)，促進(jìn)沼氣的產(chǎn)生[12]；通過攪拌可實(shí)現(xiàn)微生物和底物的有效接觸，促進(jìn)傳質(zhì)、傳熱效率，從而提高沼氣消化效率[13]。國(guó)外許多國(guó)家在沼氣發(fā)酵過程中設(shè)置混合攪拌裝置[14]，攪拌方式有氣體攪拌、水利攪拌、機(jī)械攪拌，攪拌模式分為連續(xù)攪拌和間歇式攪拌。

2.1.2 沼氣干發(fā)酵裝置研究 德國(guó)于20世紀(jì)90年代就進(jìn)行間歇式沼氣干發(fā)酵技術(shù)裝備研發(fā)。目前歐洲主要采用4種沼氣干法發(fā)酵工藝，即Dmnco豎式推流發(fā)酵、Valorga豎式氣攪拌、Kompogas臥式推流發(fā)酵和Lingle—KCA臥式推流發(fā)酵，這4種工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)作。我國(guó)起步較晚，在21世紀(jì)初才開始干厭氧發(fā)酵反應(yīng)器的研究。韓捷等[15]研制出新型沼氣干法發(fā)酵反應(yīng)器—覆膜槽生物反應(yīng)器（Membrane Covered Trough bioreactor，簡(jiǎn)稱MCT），并開發(fā)出規(guī)?；恼託飧砂l(fā)酵技術(shù)和成套裝置。經(jīng)測(cè)試，1個(gè)MCT反應(yīng)器單元最高日產(chǎn)氣量為86m3，沼氣發(fā)酵期平均日產(chǎn)氣量54.8m3，容積產(chǎn)氣率0.598m3/m3·d，沼氣甲烷含量55%～60%。該項(xiàng)技術(shù)在工程上解決了沼氣干發(fā)酵進(jìn)料難的問題，便于管理，節(jié)約用地，提高了經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

2.2 綜合堆肥技術(shù) 世界各國(guó)對(duì)農(nóng)業(yè)固體廢棄物的堆肥處理技術(shù)研究主要包括：堆肥工藝中的因素、不同廢棄物的綜合堆肥技術(shù)等。

2.2.1 堆肥過程中的影響因素研究 堆肥過程受許多環(huán)境因子的影響[16]，如C/N比、水分、氧氣濃度、粒度、pH值、溫度等。表3列出了一些堆肥參數(shù)的合理范圍和優(yōu)先范圍，這些數(shù)值可能根據(jù)堆肥原材料的不同而有所變化。

表3 堆肥工藝中的因素

[因素＼&合理范圍＼&建議范圍＼&C/N＼&20∶1～40∶1＼&25∶1～30∶1＼&水分＼&40%～75%＼&50%～60%＼&氧氣濃度＼&大于5%＼&遠(yuǎn)大于5%＼&粒度＼&3～12mm＼&適當(dāng)調(diào)整＼&pH＼&5.5～9.0＼&6.5～8.0＼&溫度＼&50～65℃＼&55～60℃＼&]

2.2.2 綜合堆肥技術(shù) 傳統(tǒng)的堆肥是在糞便處理過程中添加稻草、樹葉等容易分解的材料作為調(diào)理劑或膨脹劑，然后用于農(nóng)作物。然而，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)固體廢棄物的排放量不斷增加，成分日趨復(fù)雜，為提高固體廢棄物的處理效率，人們不再局限于單一的、傳統(tǒng)的堆肥處理技術(shù)，而是將不同的技術(shù)有機(jī)結(jié)合逐步向多元化發(fā)展。如蚯蚓堆肥的對(duì)象[17]有城市生活垃圾、畜禽糞便、農(nóng)作物秸稈及廢渣、有機(jī)污泥等，蚯蚓堆肥處理技術(shù)是以上述有機(jī)廢棄物為底物，經(jīng)蚯蚓消化系統(tǒng)和微生物共同作用將有機(jī)物分解。高溫快速堆肥技術(shù)與蚯蚓堆肥技術(shù)相結(jié)合可有效地解決高溫快速堆肥過程中因處理時(shí)間短，腐熟度達(dá)不到，產(chǎn)品需進(jìn)一步處理等問題。普通堆肥與蚯蚓堆肥相結(jié)合，具有縮短反應(yīng)時(shí)間、提高堆肥質(zhì)量、對(duì)環(huán)境危害小、很好的控制病原菌等優(yōu)點(diǎn)[18]。實(shí)踐證明，綜合堆肥處理技術(shù)不僅能加快堆肥的腐熟過程，更能有效解決堆肥處理過程中的處理率和堆肥應(yīng)用間的矛盾，從而實(shí)現(xiàn)廢棄物的減量化、無害化及資源化，是處理農(nóng)業(yè)固體廢棄物切實(shí)可行的途徑。

2.3 生物液體燃料生產(chǎn)技術(shù) 化石能源是不可再生能源，人類需要找到可替化石能源的可再生能源。生物液體燃料以麥稈、稻草和木屑等農(nóng)林廢棄物或藻類、紙漿廢液為主要原料，使用纖維素酶或其他發(fā)酵手段將其轉(zhuǎn)化為生物乙醇或生物柴油的模式，它是可以直接替代石油產(chǎn)品的可再生能源，具有可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?，因而受到世界各?guó)的青睞。

2.3.1 生物液體燃料技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 美國(guó)在2007年提出，通過發(fā)展生物液體燃料和提高能效等方式使2017年的汽油消費(fèi)量降低20%，生物液體燃料的使用量達(dá)1.8億t左右；巴西計(jì)劃擴(kuò)大燃料乙醇項(xiàng)目，到2015年生產(chǎn)燃料乙醇達(dá)3 000萬(wàn)t；歐盟于2008年提出，2020年可再生燃料滿足歐盟地區(qū)10%的道路交通燃料需求；從2020年起，日本將開始供應(yīng)E10燃料，到2030年所有車用汽油都將更換成E10燃料；2007年法國(guó)每年將有100萬(wàn)t生物柴油產(chǎn)能投入運(yùn)營(yíng)，到2009年提高了400萬(wàn)t/a，2010年提高了500萬(wàn)t/a，到2015年將提高700～800萬(wàn)t/a，法國(guó)將成為主要的生物柴油生產(chǎn)國(guó)[19]；我國(guó)已經(jīng)成為繼美國(guó)和巴西之后世界第三大燃料乙醇生產(chǎn)國(guó)，據(jù)報(bào)道我國(guó)有望在2015年真正實(shí)現(xiàn)第二代乙醇商業(yè)化。endprint

2.3.2 生物液體燃料生產(chǎn)技術(shù) 生物質(zhì)作為一種可直接轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生能源，其轉(zhuǎn)化技術(shù)主要是生化轉(zhuǎn)化技術(shù)和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，其中生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)是生物質(zhì)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來在原料預(yù)處理、熱解工藝和生物油精制等方面取得了顯著進(jìn)展[20]。Asgher等[21]開發(fā)出了一種新的木質(zhì)素降解酶，用于小麥秸稈前處理生產(chǎn)乙醇，在最優(yōu)參數(shù)條件下，從木質(zhì)素降解處理后的殘余物獲得生物乙醇33.5g/L。中國(guó)科技大學(xué)利用裂解副產(chǎn)物炭粉和可燃?xì)馊紵尫诺臒崃繛榱呀馓峁嵩?，?shí)現(xiàn)了自熱式裂解液化，并于2007年在合肥建成了一套生物質(zhì)裂解液化裝置，2008年成功研發(fā)了第二代生物質(zhì)裂解液化技術(shù)。徐俊明等[22]開發(fā)了一種新的生物質(zhì)熱解油精制方法，并且將生物質(zhì)熱解油加水預(yù)分離，得到的水溶性組分和非水溶性組分可分別加以利用。清華大學(xué)突破傳統(tǒng)的酶法工藝瓶頸，成功研制出轉(zhuǎn)化油脂制備生物柴油的新工藝，產(chǎn)率高達(dá)90%以上。趙永騰等[23]提出了更經(jīng)濟(jì)、有效的糖化和發(fā)酵技術(shù)是未來藻類碳水化合物制備生物燃料的研發(fā)方向。

3 農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù)展望

利用農(nóng)業(yè)固體廢棄物制取沼氣技術(shù)、綜合堆肥技術(shù)、生物液體燃料技術(shù)是其資源化和能源化領(lǐng)域的有效利用途徑。沼氣干發(fā)酵技術(shù)能夠保證畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈在干物質(zhì)濃度較高的情況下正常發(fā)酵，產(chǎn)生清潔能源，符合我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)對(duì)優(yōu)良環(huán)境、清潔能源的需要。沼氣干發(fā)酵技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，在未來還需由普通型向方便型方式轉(zhuǎn)變，更要向集約型方式轉(zhuǎn)變，最后發(fā)展成多元化方式；綜合堆肥技術(shù)將幾種單一的堆肥技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，有效地解決堆肥過程中處理效率和堆肥應(yīng)用之間的矛盾，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益；生物液體燃料是可再生能源，不僅能緩解能源緊張和環(huán)境壓力，還能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展、增加農(nóng)民收入、推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)，因而在我國(guó)擁有巨大的發(fā)展?jié)摿?。雖然現(xiàn)階段生物液體燃料工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率低、成本高、技術(shù)瓶頸有待突破，但是一旦實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，將會(huì)給我國(guó)乃至全球帶來巨大的財(cái)富，有著良好的發(fā)展前景。沼氣干發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電，供給生物液體燃料生產(chǎn)，干發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼液沼渣和生物液體燃料產(chǎn)生的殘?jiān)梢杂糜诙逊??？傊@3種技術(shù)可以相輔相成共同運(yùn)用于農(nóng)業(yè)固體廢棄物的資源化利用中。

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)業(yè)固體廢棄物既是環(huán)境污染源，又是生物質(zhì)資源庫(kù)。為了減少農(nóng)業(yè)固體廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，降低資源化成本，必須提高農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用率，以促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。筆者建議相關(guān)政府部門應(yīng)加強(qiáng)宣傳引導(dǎo)，健全和建立農(nóng)業(yè)固體廢物的法規(guī)和政策體系，加大資金和人才投入；企業(yè)或科研單位應(yīng)加快技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新，通過技術(shù)升級(jí)，使農(nóng)業(yè)廢棄物得到更高效的利用。

參考文獻(xiàn)

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[4]農(nóng)業(yè)部科技教育司.全國(guó)農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評(píng)價(jià)報(bào)告[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)新能源產(chǎn)業(yè)，2011（2）：2-5.

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[6]Svensson Lars Mattias，Bj?rnsson Lovisa，Mattiasson Bo.Enhancing performance in anaerobic high-solids stratified bed digesters by straw bed implementation[J].Bioresource Technology，2006，98（1）：46-52.

[7]Zhikai Zhang，Wangliang Li，Guangyi Zhang，Guangwen Xu.Impact of pretreatment on solid state anaerobic digestion of yard waste for biogas production[J]. World Journal of Microbiology and Biotechnology，2014，30（2）：547-554.

[8]成喜雨，李超，王靜，鐘成.預(yù)處理對(duì)秸稈廢棄物沼氣發(fā)酵的影響研究[J].可再生能源，2014，32（4）：524-528.

[9]冷成寶，肖波，楊家寬，等.暗河式生活垃圾干發(fā)酵處理研究[J].環(huán)境工程，2001，19（4）：45-47.

[10]石利軍，黃淼，劉慧芬，等.干物質(zhì)濃度對(duì)牛糞秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響[J].農(nóng)機(jī)化研究，2013，08：208-211，216.

[11] Fatma Abouelenien，Yutaka Nakashimada，Naomichi Nishio.Dry mesophilic fermentation of chicken manure for production of methane by repeated batch culture[J].Journal of Bioscience and Bioengineering，2008，107（3）：293-295.

[12]劉思穎，樊婷婷，陳雄.稻草秸稈干發(fā)酵產(chǎn)沼氣工藝條件的優(yōu)化[J].化學(xué)與生物工程，2011，27（12）：83-85.

[13]孫孝政，夏吉慶，田曉峰.厭氧消化技術(shù)工廠化生產(chǎn)沼氣的現(xiàn)狀及展望[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，36（1）：109-112.

[14]劉刈，王智勇，孔垂雪，等.沼氣發(fā)酵過程混合攪拌研究進(jìn)展[J].中國(guó)沼氣，2009，27（3）：26-30.

[15]韓捷，向欣，李想.農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用新途徑—覆膜槽干法發(fā)酵沼氣工程技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（新能源產(chǎn)業(yè)），2008，4：8-11.

[16]唐景春.生物質(zhì)廢棄物堆肥過程與調(diào)控[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2010.

[17]陳巧燕，楊健，王志強(qiáng)，等.蚯蚓堆肥處理有機(jī)廢棄物的國(guó)外研究進(jìn)展[J].中國(guó)資源綜合利用，2006，24（12）：8-10.

[18]NDEGWA P M，THOMPSON S A. Integrating composting and vermicomposting in the treatment and bioconversion of biosolids[J].Bioresource Technology，2001，76（2）：107-112.

[19]李希宏.國(guó)內(nèi)外生物液體燃料發(fā)展趨勢(shì)[J].當(dāng)代石油石化，2007，15（3）：7-13.

[20]朱錫鋒，李明.生物快速熱解液化技術(shù)研究發(fā)展[J].石油化工，2013，42（8）：833-837.

[21]Muhammad Asgher，F(xiàn)areeha Bashir，Hafiz Muhammad Nasir lqbal.A comprehensive ligninolytic pre-treatment approach from lignocellulose green biotechnology to produce bio-ethanol[J].Chemical Engineering Research and Design，2013.

[22]徐俊明，蔣劍春，呂微，等.生物質(zhì)熱解油中各成分的精制與應(yīng)用[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2010，30（2）：1-5.

[23]趙永騰，李濤，徐軍偉，等.微藻碳水化合物生產(chǎn)生物燃料的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2014，04：878-882，920.

（責(zé)編：張宏民）endprint

2.3.2 生物液體燃料生產(chǎn)技術(shù) 生物質(zhì)作為一種可直接轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生能源，其轉(zhuǎn)化技術(shù)主要是生化轉(zhuǎn)化技術(shù)和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，其中生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)是生物質(zhì)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來在原料預(yù)處理、熱解工藝和生物油精制等方面取得了顯著進(jìn)展[20]。Asgher等[21]開發(fā)出了一種新的木質(zhì)素降解酶，用于小麥秸稈前處理生產(chǎn)乙醇，在最優(yōu)參數(shù)條件下，從木質(zhì)素降解處理后的殘余物獲得生物乙醇33.5g/L。中國(guó)科技大學(xué)利用裂解副產(chǎn)物炭粉和可燃?xì)馊紵尫诺臒崃繛榱呀馓峁嵩矗瑢?shí)現(xiàn)了自熱式裂解液化，并于2007年在合肥建成了一套生物質(zhì)裂解液化裝置，2008年成功研發(fā)了第二代生物質(zhì)裂解液化技術(shù)。徐俊明等[22]開發(fā)了一種新的生物質(zhì)熱解油精制方法，并且將生物質(zhì)熱解油加水預(yù)分離，得到的水溶性組分和非水溶性組分可分別加以利用。清華大學(xué)突破傳統(tǒng)的酶法工藝瓶頸，成功研制出轉(zhuǎn)化油脂制備生物柴油的新工藝，產(chǎn)率高達(dá)90%以上。趙永騰等[23]提出了更經(jīng)濟(jì)、有效的糖化和發(fā)酵技術(shù)是未來藻類碳水化合物制備生物燃料的研發(fā)方向。

3 農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù)展望

利用農(nóng)業(yè)固體廢棄物制取沼氣技術(shù)、綜合堆肥技術(shù)、生物液體燃料技術(shù)是其資源化和能源化領(lǐng)域的有效利用途徑。沼氣干發(fā)酵技術(shù)能夠保證畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈在干物質(zhì)濃度較高的情況下正常發(fā)酵，產(chǎn)生清潔能源，符合我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)對(duì)優(yōu)良環(huán)境、清潔能源的需要。沼氣干發(fā)酵技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，在未來還需由普通型向方便型方式轉(zhuǎn)變，更要向集約型方式轉(zhuǎn)變，最后發(fā)展成多元化方式；綜合堆肥技術(shù)將幾種單一的堆肥技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，有效地解決堆肥過程中處理效率和堆肥應(yīng)用之間的矛盾，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益；生物液體燃料是可再生能源，不僅能緩解能源緊張和環(huán)境壓力，還能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展、增加農(nóng)民收入、推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)，因而在我國(guó)擁有巨大的發(fā)展?jié)摿Αｋm然現(xiàn)階段生物液體燃料工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率低、成本高、技術(shù)瓶頸有待突破，但是一旦實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，將會(huì)給我國(guó)乃至全球帶來巨大的財(cái)富，有著良好的發(fā)展前景。沼氣干發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電，供給生物液體燃料生產(chǎn)，干發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼液沼渣和生物液體燃料產(chǎn)生的殘?jiān)梢杂糜诙逊省？傊?，這3種技術(shù)可以相輔相成共同運(yùn)用于農(nóng)業(yè)固體廢棄物的資源化利用中。

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)業(yè)固體廢棄物既是環(huán)境污染源，又是生物質(zhì)資源庫(kù)。為了減少農(nóng)業(yè)固體廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，降低資源化成本，必須提高農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用率，以促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。筆者建議相關(guān)政府部門應(yīng)加強(qiáng)宣傳引導(dǎo)，健全和建立農(nóng)業(yè)固體廢物的法規(guī)和政策體系，加大資金和人才投入；企業(yè)或科研單位應(yīng)加快技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新，通過技術(shù)升級(jí)，使農(nóng)業(yè)廢棄物得到更高效的利用。

參考文獻(xiàn)

[1]孫永明.中國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21（8）：169-172.

[2]彭靖.對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的思考[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，18（2）：794-798.

[3]文瑞明.農(nóng)副產(chǎn)品的綜合利用[J].長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，11（4）：70-72.

[4]農(nóng)業(yè)部科技教育司.全國(guó)農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評(píng)價(jià)報(bào)告[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)新能源產(chǎn)業(yè)，2011（2）：2-5.

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[9]冷成寶，肖波，楊家寬，等.暗河式生活垃圾干發(fā)酵處理研究[J].環(huán)境工程，2001，19（4）：45-47.

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[11] Fatma Abouelenien，Yutaka Nakashimada，Naomichi Nishio.Dry mesophilic fermentation of chicken manure for production of methane by repeated batch culture[J].Journal of Bioscience and Bioengineering，2008，107（3）：293-295.

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[13]孫孝政，夏吉慶，田曉峰.厭氧消化技術(shù)工廠化生產(chǎn)沼氣的現(xiàn)狀及展望[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，36（1）：109-112.

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[15]韓捷，向欣，李想.農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用新途徑—覆膜槽干法發(fā)酵沼氣工程技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（新能源產(chǎn)業(yè)），2008，4：8-11.

[16]唐景春.生物質(zhì)廢棄物堆肥過程與調(diào)控[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2010.

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[19]李希宏.國(guó)內(nèi)外生物液體燃料發(fā)展趨勢(shì)[J].當(dāng)代石油石化，2007，15（3）：7-13.

[20]朱錫鋒，李明.生物快速熱解液化技術(shù)研究發(fā)展[J].石油化工，2013，42（8）：833-837.

[21]Muhammad Asgher，F(xiàn)areeha Bashir，Hafiz Muhammad Nasir lqbal.A comprehensive ligninolytic pre-treatment approach from lignocellulose green biotechnology to produce bio-ethanol[J].Chemical Engineering Research and Design，2013.

[22]徐俊明，蔣劍春，呂微，等.生物質(zhì)熱解油中各成分的精制與應(yīng)用[J].林產(chǎn)化學(xué)與工業(yè)，2010，30（2）：1-5.

[23]趙永騰，李濤，徐軍偉，等.微藻碳水化合物生產(chǎn)生物燃料的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2014，04：878-882，920.

（責(zé)編：張宏民）endprint

2.3.2 生物液體燃料生產(chǎn)技術(shù) 生物質(zhì)作為一種可直接轉(zhuǎn)化為液體燃料的可再生能源，其轉(zhuǎn)化技術(shù)主要是生化轉(zhuǎn)化技術(shù)和熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)，其中生物質(zhì)熱裂解液化技術(shù)是生物質(zhì)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來在原料預(yù)處理、熱解工藝和生物油精制等方面取得了顯著進(jìn)展[20]。Asgher等[21]開發(fā)出了一種新的木質(zhì)素降解酶，用于小麥秸稈前處理生產(chǎn)乙醇，在最優(yōu)參數(shù)條件下，從木質(zhì)素降解處理后的殘余物獲得生物乙醇33.5g/L。中國(guó)科技大學(xué)利用裂解副產(chǎn)物炭粉和可燃?xì)馊紵尫诺臒崃繛榱呀馓峁嵩?，?shí)現(xiàn)了自熱式裂解液化，并于2007年在合肥建成了一套生物質(zhì)裂解液化裝置，2008年成功研發(fā)了第二代生物質(zhì)裂解液化技術(shù)。徐俊明等[22]開發(fā)了一種新的生物質(zhì)熱解油精制方法，并且將生物質(zhì)熱解油加水預(yù)分離，得到的水溶性組分和非水溶性組分可分別加以利用。清華大學(xué)突破傳統(tǒng)的酶法工藝瓶頸，成功研制出轉(zhuǎn)化油脂制備生物柴油的新工藝，產(chǎn)率高達(dá)90%以上。趙永騰等[23]提出了更經(jīng)濟(jì)、有效的糖化和發(fā)酵技術(shù)是未來藻類碳水化合物制備生物燃料的研發(fā)方向。

3 農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用技術(shù)展望

利用農(nóng)業(yè)固體廢棄物制取沼氣技術(shù)、綜合堆肥技術(shù)、生物液體燃料技術(shù)是其資源化和能源化領(lǐng)域的有效利用途徑。沼氣干發(fā)酵技術(shù)能夠保證畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈在干物質(zhì)濃度較高的情況下正常發(fā)酵，產(chǎn)生清潔能源，符合我國(guó)廣大農(nóng)村地區(qū)對(duì)優(yōu)良環(huán)境、清潔能源的需要。沼氣干發(fā)酵技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，在未來還需由普通型向方便型方式轉(zhuǎn)變，更要向集約型方式轉(zhuǎn)變，最后發(fā)展成多元化方式；綜合堆肥技術(shù)將幾種單一的堆肥技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來，有效地解決堆肥過程中處理效率和堆肥應(yīng)用之間的矛盾，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益；生物液體燃料是可再生能源，不僅能緩解能源緊張和環(huán)境壓力，還能夠促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展、增加農(nóng)民收入、推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)，因而在我國(guó)擁有巨大的發(fā)展?jié)摿Αｋm然現(xiàn)階段生物液體燃料工藝復(fù)雜、生產(chǎn)效率低、成本高、技術(shù)瓶頸有待突破，但是一旦實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，將會(huì)給我國(guó)乃至全球帶來巨大的財(cái)富，有著良好的發(fā)展前景。沼氣干發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣用于發(fā)電，供給生物液體燃料生產(chǎn)，干發(fā)酵過程中產(chǎn)生的沼液沼渣和生物液體燃料產(chǎn)生的殘?jiān)梢杂糜诙逊??？傊@3種技術(shù)可以相輔相成共同運(yùn)用于農(nóng)業(yè)固體廢棄物的資源化利用中。

4 結(jié)語(yǔ)

農(nóng)業(yè)固體廢棄物既是環(huán)境污染源，又是生物質(zhì)資源庫(kù)。為了減少農(nóng)業(yè)固體廢棄物對(duì)環(huán)境的污染，降低資源化成本，必須提高農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用率，以促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。筆者建議相關(guān)政府部門應(yīng)加強(qiáng)宣傳引導(dǎo)，健全和建立農(nóng)業(yè)固體廢物的法規(guī)和政策體系，加大資金和人才投入；企業(yè)或科研單位應(yīng)加快技術(shù)開發(fā)與創(chuàng)新，通過技術(shù)升級(jí)，使農(nóng)業(yè)廢棄物得到更高效的利用。

參考文獻(xiàn)

[1]孫永明.中國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2005，21（8）：169-172.

[2]彭靖.對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的思考[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2009，18（2）：794-798.

[3]文瑞明.農(nóng)副產(chǎn)品的綜合利用[J].長(zhǎng)沙大學(xué)學(xué)報(bào)，1997，11（4）：70-72.

[4]農(nóng)業(yè)部科技教育司.全國(guó)農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評(píng)價(jià)報(bào)告[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)新能源產(chǎn)業(yè)，2011（2）：2-5.

[5]中華人民共和國(guó)統(tǒng)計(jì)局.2013中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒[EB/OL]：http：//www.stats.gov.cn/tjsj/2013/indexch.htm.

[6]Svensson Lars Mattias，Bj?rnsson Lovisa，Mattiasson Bo.Enhancing performance in anaerobic high-solids stratified bed digesters by straw bed implementation[J].Bioresource Technology，2006，98（1）：46-52.

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[9]冷成寶，肖波，楊家寬，等.暗河式生活垃圾干發(fā)酵處理研究[J].環(huán)境工程，2001，19（4）：45-47.

[10]石利軍，黃淼，劉慧芬，等.干物質(zhì)濃度對(duì)牛糞秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的影響[J].農(nóng)機(jī)化研究，2013，08：208-211，216.

[11] Fatma Abouelenien，Yutaka Nakashimada，Naomichi Nishio.Dry mesophilic fermentation of chicken manure for production of methane by repeated batch culture[J].Journal of Bioscience and Bioengineering，2008，107（3）：293-295.

[12]劉思穎，樊婷婷，陳雄.稻草秸稈干發(fā)酵產(chǎn)沼氣工藝條件的優(yōu)化[J].化學(xué)與生物工程，2011，27（12）：83-85.

[13]孫孝政，夏吉慶，田曉峰.厭氧消化技術(shù)工廠化生產(chǎn)沼氣的現(xiàn)狀及展望[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，36（1）：109-112.

[14]劉刈，王智勇，孔垂雪，等.沼氣發(fā)酵過程混合攪拌研究進(jìn)展[J].中國(guó)沼氣，2009，27（3）：26-30.

[15]韓捷，向欣，李想.農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用新途徑—覆膜槽干法發(fā)酵沼氣工程技術(shù)[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)（新能源產(chǎn)業(yè)），2008，4：8-11.

[16]唐景春.生物質(zhì)廢棄物堆肥過程與調(diào)控[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2010.

[17]陳巧燕，楊健，王志強(qiáng)，等.蚯蚓堆肥處理有機(jī)廢棄物的國(guó)外研究進(jìn)展[J].中國(guó)資源綜合利用，2006，24（12）：8-10.

[18]NDEGWA P M，THOMPSON S A. Integrating composting and vermicomposting in the treatment and bioconversion of biosolids[J].Bioresource Technology，2001，76（2）：107-112.

[19]李希宏.國(guó)內(nèi)外生物液體燃料發(fā)展趨勢(shì)[J].當(dāng)代石油石化，2007，15（3）：7-13.

[20]朱錫鋒，李明.生物快速熱解液化技術(shù)研究發(fā)展[J].石油化工，2013，42（8）：833-837.

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[23]趙永騰，李濤，徐軍偉，等.微藻碳水化合物生產(chǎn)生物燃料的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展，2014，04：878-882，920.

（責(zé)編：張宏民）endprint