基于能值理論的德宏州農業廢棄物綜合處理處置方式分析

谷蕾，段立杰

(德宏州環境監察支隊，云南 芒市678400)

基于能值理論的德宏州農業廢棄物綜合處理處置方式分析

谷蕾，段立杰

(德宏州環境監察支隊，云南 芒市678400)

農業廢棄物蘊涵著巨大的能量，德宏州農業廢棄物太陽能值達9.217×1022sej。不當的處理方式會造成能量損失，還可能產生污染空氣、水體、土壤的污染物，要稀釋這些污染物，大氣、水體污染降級所需環境貢獻能值分別為1.76×1015sej 和1.74×1022sej。德宏州原有的處理方式廢棄物利用率僅為1.338×104sej/J，而使用(飼料+有機肥)廢棄物循環處理法，廢棄物資源利用率達到了2.54×106sej/J，具有較好的資源效益和環境效益。

農業廢棄物；能值理論；綜合處置；方式；德宏州

1 德宏州農業廢棄物產生背景

德宏州地處云南省西部中緬邊界，面積1.15萬km2，位于東經97°31′～98°43′、北緯23°50′～25°20′。氣候溫和，年平均氣溫18.4℃～20℃。熱量豐富，年日照2281～2453h，年積溫6400～7300℃。雨水充沛，年降雨量1400～1700mm。是一個傳統的農業州，全州耕地面積12.6萬hm2，其中水田面積6.0萬hm2，旱地面積6.6萬hm2。

德宏州內盛產水稻、甘蔗、橡膠、茶葉、咖啡等糧食和經濟作物，是云南省的商品糧和蔗糖生產基地。全州年農作物總播種面積約229966.7hm2，年產生農作物秸稈總量約192.88萬t。由于秸稈綜合利用的意識薄弱，秸稈一直被視作廢棄物，特別是夏秋時節，其中的西瓜藤及煙葉稈，用作飼養飼料效果不是很好，大多被隨意丟棄或焚燒。隨意丟棄的秸稈進入水體后，對水體環境產生很大的影響。采用焚燒處理，煙氣中含有CO、SO2、NOx以及顆粒物，對大氣環境污染嚴重，導致空氣質量逐漸下降，經常有霧霾現象出現。大氣污染問題已經引起政府部門的高度重視，專門發布了《德宏州人民政府關于加強環境整治禁止露天焚燒秸稈的通告》，禁止露天焚燒農業廢棄物，但收效甚微。德宏州秸稈資源的作用不但沒有被充分發揮，還造成了安全隱患、環境污染、土壤肥力下降等一系列環境問題。因此，如何從根本上增強農民的環保意識，尋求合理合適的處理方法，已成為德宏州農業和農村經濟可持續發展面臨的一項重大難題。

德宏州養殖業蓬勃發展，截至2015年底，全州生豬出欄73.1萬頭，生豬存欄77.4萬頭；肉牛存欄4.5萬頭，肉牛出欄6.5萬頭；全州家禽出欄667.3萬只，家禽存欄達437.0萬只；肉用羊出欄6.0萬頭，羊存欄達到9.4萬頭；水奶牛存欄量1.5萬頭。如表1所示，養殖業糞便尿液年產生量約305萬t。大部分養殖戶為小規模散戶養殖，污染物處理隨意性強。不當的處理可能影響地下水水質、空氣質量、土壤環境、人類健康，是環境的重大隱患。

2 研究方法分析

能值分析是以能值為基準，把生態系統和生態經濟系統中的不同種類、不可比較的能量轉換成同一標準的能值來衡量和分析，以評價其在系統中的作用和功能。HTOdum[1]認為任何資源、產品或勞務形成過程中，直接或間接消耗的能量，都可以轉化成太陽能值，單位為太陽能焦耳(solar Emergy joules，縮寫為sej)。太陽能值是通過能值轉化率來進行計算的，能值轉化率是指形成1J產品或勞務所需要的太陽能值，單位：sej/J或sej/g。

農業廢棄物能值總量中的畜禽糞便由排泄系數法計算所得。

農業廢棄物人均生態承載力:E=e/P1

式中：E為區域農業廢棄物人均生態承載力；e為人均農業廢棄物理論能值；p1為全國農業廢棄物能值密度。

表1 德宏州主要畜禽糞便年平均排放量

污染降級所需環境服務能值：

EA=DCxmAxV2

EW=mwxG

式中：DC為風阻系數(0.002)；v表示風速(1.7m/s)；G表示吉布斯自由能(4900J/kg)；mA、mw表示稀釋系統環境潛在的污染排放所需要的空氣和地表水質量。空氣密度1.29g/L，水密度1kg/L。

廢棄物利用率=系統中再利用廢棄物貢獻的總能值/系統產出的產品有效能量，單位Sej/J,是衡量系統對廢棄物的再利用程度[2]。

將德宏州內原有的處理方式作為模式1(能流圖如圖1)，秸稈與畜禽糞便分別為兩個單獨的處理系統。秸稈45.85%用于還田，25.39%用來生產飼料，1.03%用來作為食用菌基料生產食用菌，還有部分丟棄或焚燒。畜禽養殖糞便尿液年產生量約為305萬t，綜合利用率為54.67%，主要一部分用于制沼氣，沼液沼渣用于還田。模式2主要將秸稈與畜禽糞便用于生產有機肥，有機肥的生產是利用秸稈與畜禽糞便經過配比后，在一定溫度及濕度下，采用好氧堆肥堆制而成。有機肥用來種植，部分秸稈用來生產有機飼料，飼料用來喂養畜禽，形成一個閉合的廢棄物利用系統，最終產出高品質的種植物及畜禽(能流圖如圖2)。

3 結果分析及結論

德宏州國土面積1.15萬km2，人口121.144萬人。其中農村人口797370人，占65.82%(據德宏州第六次全國人口普查資料)。每年約產生農業廢棄物4981696t，共蘊含太陽能值9.217×1022sej(表2)。由于該人均生態承載力為農業廢棄物，選取人口為農村人口，則通過計算求得德宏州人均生態承載力為0.3635×103hm2/人。與福建省年平均生態承載力2.262hm2/人相比[3]，人均生態承載力較強。

由于傳統觀念的影響，現有的處理方式使大量的能源流失：秸稈每年焚燒量為40.5萬t，占21%；棄置亂丟量為138400t，占總量的7.18%：造成大量的煙氣污染及固體廢棄物污染[4]。秸稈焚燒后，按照秸稈燃燒排放因子計算[5]，可能產生一氧化碳量為3.726萬t，二氧化碳量為61.35752萬t，氮氧化物量為1012.5t，二氧化硫32.4t，顆粒物5265t，甲烷1093.5t，揮發性有機污染物6358.5t。這些污染物是造成空氣質量下降，導致溫室效應的重要原因。德宏州屬于亞熱帶季風氣候，雨量充沛，早晨易形成霧，風少，導致污染物不易消散，附著于潮濕空氣中，易出現霧霾天氣。

德宏州糞便尿液年產生量約為305萬t，綜合利用率僅為54.67%，主要用于制沼氣。雖然沼氣為低污染能源，但沼氣鍋爐燃燒，每年仍然會產生煙塵6.188t，SO21.91t。未利用的畜禽養殖污染物，隨意排入自然界。每年進入自然界的COD、BOD、氨氮和總氮分別為8.104萬t、5.84萬t、1.77萬t、0.723萬t(表3)。

表2 秸稈和畜禽糞便能值轉化率表

表3 現有處理方法產污情況

《GB3095-2012空氣環境質量標準》規定二氧化硫日平均濃度值為0.150mg/m3，氮氧化物日平均濃度值為0.12mg/m3，顆粒物日平均濃度值為0.15mg/m3,一氧化氮小時平均濃度值為10mg/m3；《GB3838-2002地表水環境質量標準》規定 COD濃度值為20mg/L,BOD濃度值為4mg/L,NH3-N濃度值為1mg/L，TP濃度值為0.05mg/L。需要空氣96.13×109m3及144.6×109m3的地表水來進行稀釋。大氣、水體污染降級所需環境貢獻能值分別為1.76×1015sej 和1.74×1022sej，這么大的污染量給自然界空氣、水體及土壤都帶來了重大環境隱患。

模式2不存在產污情況，廢棄物全部利用。模式2中的廢棄物資源利用率達到了2.54×l06sej/J，與模式1中的廢棄物利用率1.338×l04sej/J相比，大大提高了資源的利用率。

使用(飼料+有機肥)廢棄物循環處理法，能夠較好地處理掉農業廢棄物，不存在廢棄物存留，有較高的資源效益與環境效益。但微生物好氧堆肥對于過程中溫度、濕度的控制及菌劑的選取都有一定的要求，如果沒有合理的技術處理，堆肥過程中產生的臭氣及蚊蟲的滋生也可能產生環境問題。解決好堆肥過程中幾個關鍵點的問題對于廢氣物循環利用至關重要。

秸稈能值轉化率為2.7×104sej/J,畜禽糞便能值轉化率為1.33×106sej/J。

[1]藍盛芳，欽佩，陸紅芳.生態經濟系統能值分析[M].北京：化學工業出版社，2002：11-76.

[2] 王小龍.基于生命周期評價與能值分析的循環農業評價理論、方法與實證研究[D].北京：中國農業大學,2016：1-70.

[3] 邊淑娟，黃民生，李娟，陳曉麗. 基于福建省農業廢棄物再利用方式評估[J].生態學報,2010,30(10):2678-2686.

[4] 畢生斌，張國云，楊順華，雷明.德宏州農業秸稈焚燒成因及建議[J].現代農業科技,2016(9).

[5]曹國良,張小曳,王亞強,鄭方成.中國區域農田秸稈露天焚燒排放量的估算[J].科學通報,2007,52(15):1826-1831.

Analysis of Comprehensive Disposal of Agricultural Wastes Based on Energy Theory in Dehong

GU Lei, DUAN Li-jie

(Dehong Environmental Supervision Detachment, Mangshi Yunnan 678400, China)

The agricultural wastesinDehong contain 9.217×1022sejofhuge energy. Inappropriate disposal of the wastes would lose energy and pollute air, water, and soil. In order to consume these wastes, 1.76×1015sej and 1.74×1022sej of energy were needed to degrade air and water pollution. The utilization rate of the previous ways of disposing the waste was just 1.338×104sej/J. However, the utilization rate would reach to 2.54×106sej/J when the recycling process of forage and organic fertilizer was applied, which indicated a better resource benefits and environmental benefits.

agricultural waste; energy theory; comprehensive disposal; way; Dehong

2017-01-15

X71

A

1673-9655(2017)03-0087-04