農業固體有機廢物綜合治理與資源化

孟志國，徐曉晨，靳文堯，楊鳳林

（1.東旭藍天新能源股份有限公司，北京 100036；2.大連理工大學，遼寧 大連 116024）

1　傳統農業固體有機廢物處理方法及危害

近年來，我國集約化農業和加工業發展迅速，同時大量農業和加工業的固體有機廢棄物被浪費掉，如水稻、小麥、玉米、油菜等作物秸稈就地焚燒，規模化養殖后的畜禽糞便和加工業的下腳料等隨意棄置，這不僅嚴重污染了環境，也極大地浪費了有機肥產品的原料。下面將列舉傳統的農業固體有機廢物處理方法，并對其劣勢與危害進行詳細探討[1]。

1.1　露天焚燒法及其危害

我國作為農業傳統大國，在所有固體有機廢物組成中，農作物秸稈是非常主要的一項，據不完全統計，我國每年農作物秸稈固體廢物高達7億t，其中水稻、小麥、玉米等都是主要的來源，由于我國相關技術并不完善，在處理這類農業固體有機廢物時，很多農民都采取直接焚燒法，這不僅會造成資源浪費，還會導致環境污染，具體來說危害有以下幾種。

1.1.1損傷地力

土壤中含有許多對農作物有益的微生物，其對促進土壤有機質的礦質化、加速養分釋放和改善植物養分供應起著重要作用。在有機固體焚燒過程中，土壤以下的微生物受到了損害，會影響農作物養分的轉化和供應，導致土壤肥力下降。

1.1.2污染大氣

農作物秸稈中含有氮、磷、鉀、碳、氫元素及有機硫等。特別是剛收割的秸稈尚未干透，經不完全燃燒會產生大量氮氧化物、二氧化硫、碳氫化合物及煙塵，氮氧化物和碳氫化合物在陽光作用下還會產生二次污染物臭氧等。在城市熱島效應的作用下，城郊四周產生的大氣污染物便自然向市區流動，造成嚴重的大氣污染。

1.1.3影響交通

我國耕地倒茬時間短、復種指數高，需要搶收、搶種，客觀上造成焚燒農作物秸稈的時間較為集中。燃燒秸稈形成的大量煙霧，使能見度大大降低，嚴重干擾正常的交通運輸。

1.2　自然排放法及其危害

除了農作物固體廢物之外，農業固體有機廢物還包括家畜的糞便。改革開放以來，我國農畜業發展速度越來越快，集體飼養規模已經初步形成，可以說農畜業是我國農業的重要組成部分。當然，隨著農畜業的規模化與集體化，家畜糞便以及相關固體廢物的處理成為一個困擾相關農戶的問題。2017年6月，中國農業部副部長于康震在新聞發布會上透露，我國每年產生畜禽糞污約38億t，其中有近一半沒有經過有效處理直接進行排放[2]。由此可以看出，我國農畜業固體有機廢物直接排放危害非常嚴重。

1.2.1污染大氣

由于畜禽高度密集，廄舍內混濁灰塵、糞便、霉變墊料及呼出的二氧化碳等散發出惡臭。畜禽糞便自然排放在養殖場周邊，產生大量惡臭氣體，其中含有大量的氨、硫化氫等有毒有害成分，嚴重影響了畜禽養殖場周圍的空氣質量，進而對養殖場的畜禽生長和周圍居民的健康構成嚴重威脅。

1.2.2污染水體

畜禽糞便能直接或間接進入地表水體，導致河流嚴重污染、水體富營養化、水質嚴重惡化，致使公共供水中的硝酸鹽含量及其他各項指標嚴重超標。畜禽污水排入魚塘和河流中，還會導致對有機物污染敏感的水生生物逐漸死亡，嚴重威脅水產養殖業的發展。

1.2.3危害土壤

少量的畜禽糞便不經過無害化處理就直接施入土壤中，其中的蛋白質、脂肪、糖及部分有機污染物在土壤中可以較快地被分解而得到凈化。但是，如果污染物排放量超過土壤的自凈能力，便會出現降解不完全和厭氧腐解，產生惡臭物質和亞硝酸鹽等有害物質，引起土壤的組成和性質發生改變，破壞其原來的基本功能。

2　農業固體有機廢物處理技術及資源化對策

傳統能源煤、石油和天然氣從人類幾千年文明發展以來就被用于生活、生產，至今絕大多數國家仍以消耗傳統能源生產發展為主。為了尋求可持續發展道路，可再生能源的開發利用已成為各國的重要任務。農業固體有機廢物的出現，為能源開發利用提供了新的思路，在進行廢物處理過程中，可以通過相關技術將有機固體廢物進行再利用，這就是所謂的固體有機廢物的綜合管理與資源化。為了使研究更加有針對性，本文以農作物秸稈、農畜糞便兩類固體有機廢物處理為主，討論具體的處理技術與資源化對策[3]。

2.1　農作物秸稈固體有機廢物治理與資源化方案

農作物秸稈是一種清潔、廉價的可再生能源。中國人口尤為密集，糧食年產量巨大，農作物秸稈年產量豐富，除了用于牲畜食料外，絕大部分都以燃燒方式取熱或還田。燃燒產物會給大氣造成嚴重污染，如果將秸稈資源進行有效利用，不僅可以保護環境還可以增加農民的收入。

目前，農作物秸稈糖化水解進行厭氧發酵產甲烷、產氫氣是生物質能轉變為清潔能源的有效途徑之一。由于農作物秸稈原材料低廉、厭氧種菌生長繁殖快、厭氧菌產氣能力強、厭氧發酵低污染、厭氧反應器結構簡單、反應器容易操作和運行費用低等優點，農作物秸稈厭氧發酵產能技術獲得不斷發展。但是，受農作物秸稈結構及結晶纖維素等因素影響，要想早日實現農作物秸稈用于工業化產能，需要對農作物秸稈厭氧發酵技術進行更全面、更深入的研究。在各種農作物秸稈產能利用技術中，兩相厭氧技術以其高效、穩定等特點具有較大的優越性。然而，反應器利用農作物秸稈厭氧發酵連續產能較為困難，而且反應器不容易啟動；在寒冷地區，冬季溫度低，導致維持裝置恒溫消耗的熱量大，從而阻礙了兩相厭氧技術大規模推廣。因此，農作物秸稈固體有機廢物治理與資源化的重點就是如何提升秸稈水解技術，接下來就具體探討當前的秸稈水解主流技術。

農作物秸稈主要成分是纖維素、半纖維素和木質素。微生物不能直接利用這些高分子化合物，農作物高效糖化水解是提高厭氧發酵產能的關鍵因素,所以尋求合適、高效的預處理方法至關重要。秸稈預處理的方法主要分為四種：物理方法、化學方法、酶解法和生物法。目前，絕大多數都不是利用單一方法來實現秸稈糖化水解的，而是混合選擇其中幾個方法同時預處理秸稈。比如，堿加熱對秸稈中的木質素具有很強的破壞作用，特別是濃度過高的堿溶液對秸稈中的纖維素具有抑制作用，不利于水解秸稈發酵產氣。也有相關技術人員通過明堿的預處理，效果比酶處理效果好，生物產氣量大。與此相類似的，酸加熱對秸稈中纖維素、半纖維素具有很強的分解作用，可以提高秸稈的水解度，酸濃度高低對后續生物產氣無影響[4]。

近年來，有研究利用厭氧消化剩余沼液對秸稈進行預處理，該種預處理方法可顯著破壞秸稈表層結構，破壞連接纖維素與木質素間的酯鍵，降解效率可提高30%以上。瘤胃微生物被認為是自然界纖維素降解能力最強的微生物菌群之一，其可以在短時間內高效水解纖維素類生物質。研究表明，在厭氧消化系統內添加瘤胃微生物菌群，系統停留時間可縮短至15 d，VFAs產量可達到0.7 g/g VS，提升效果顯著[5]。

2.2　農畜糞便固體有機廢物治理與資源化對策

畜禽糞便中的含水量一般為75%～85%，該含水量難以進行堆肥。由于濕度大，堆體透氣性差，溫度很難達到腐熟要求，從而大大限制了畜禽糞便固體廢物的肥料化利用。因此，畜禽糞便的脫水和堆肥干燥是堆肥要解決的關鍵問題。國外自20世紀30年代開始，就對固液分離的機械設備開展研發工作。經過數十年的發展，其已經研發出技術成熟且系統化用于畜禽糞便固液分離的機械設備。

雖然畜禽糞便脫水后含水率較低，部分可以用于好氧堆肥生產有機肥，但脫除后的污水仍然需要處理。厭氧消化作為一種綠色、可持續技術近年被廣泛應用于畜禽養殖糞污的處理。厭氧消化技術相對于好氧堆肥技術，其最大優勢是在處理禽畜養殖糞便的同時，處理養殖污水，尤其是針對養豬場、養牛場等，厭氧消化技術有更廣泛的應用空間。但是，單獨禽畜養殖糞污厭氧消化存在C/N比較低、產氣效率不高的特點，如何與秸稈等富碳類底物協同發酵也是近年研究的熱點[6]。

在單獨畜禽糞污厭氧消化系統中添加秸稈類生物質，其停留時間長達40～60 d，存在秸稈上浮、結殼進而影響系統穩定性與產氣效率的問題。研究表明，以瘤胃微生物為接種物，采用改良型CSTR厭氧消化反應器，可以實現在同一反應器內高效降解秸稈類生物質的同時，協同降解禽畜糞便。系統產氣率可達到350 m3/（t·TS），底物降解效率達到75%，系統停留時間15～20 d，產生的沼液可回用于秸稈氨化預處理，剩余部分可加工成為液體肥料或葉面肥；沼渣再與少量秸稈和畜禽糞便好氧堆肥生產優質有機肥或人工基質。

3　農業固體有機廢物處理技術保障措施

上文對我國農業固體有機廢物的處理原則、目的以及相關技術進行了分析，那么在未來實施過程中，如何保證有機廢物治理與資源化順利實施值得進一步探討。

3.1　基層部門強化組織結構建設

我國農業固體有機廢物綜合管理與資源化實施時間不長，與其他廢物垃圾處理技術相比，還是處于發展階段。由于運行時間短，其存在一些不合理的問題，包括組織結構不合適、固體有機廢物處理部門的業務分工不明晰、管理不到位以及人員冗余等。這些問題的存在，影響了固體有機廢物綜合管理以及資源化發展，因此需要對其進行生產工藝優化。這就要求管理者按照以下要求進行改變。

一是在作業出現問題時，管理者應第一時間出現在作業現場；二是管理者應該經常了解生產設備、人員狀態，對出現的問題要查找原因；三是在明確問題發生的原因后，應該及時采取必要措施；四是將解決問題的過程形成標準，杜絕同一問題再次發生。

在農業固體廢物處理作業現場，技術、設備組成都比較復雜，為了協調一致地開展生產工作，全體人員要通力合作，保證生產任務順利開展。為了實現這個目標，企業內部應該建立一個通暢的信息溝通渠道，這樣才能保證作業現場出現問題時，作業員工了解應該通知誰，能夠第一時間告知到位，防止問題出現后貽誤處理時機。此外，國內大多數農業固體有機物處理項目規模較小，組織結構很簡單，有的部門甚至擔負了幾項責任，如果項目規模變大，在生產過程，特別是原料收集過程中很容易出現主次區別不到位，管理目標不明確的問題。為了順利開展生產，有效提高生產效率，企業應該細化組織結構，將每一項管理任務具體分工到人。另外，還應該借鑒同行業其他成熟企業的組織結構的建設經驗，規劃本企業的組織結構建設[7]。

3.2　配套資金籌措

農業固體有機廢物進行治理，實現資源化，離不開政策的支持。但政策支持不可能長遠進行，由于處理工藝優化是一個持續漸進的過程，在項目運營過程中，要求處理廠每年安排專項資金來進行支持，主要用于生產工藝改善知識普及、推廣、項目建立、項目實施的經費。同時，安排一部分經費，用于評測和優化生產工藝的改善效果。在經費支出時，要簡化經費審批流程，以免造成不必要的時間浪費，同時要求賦予不同管理層以一定的費用支出審批權限，使得用于生產工藝優化項目的經費能夠及時并足額劃撥，保障項目按進度實施。

另外，建立相應的經費管理機制，要通過審核來保障所劃撥的經費能夠足額地用于生產工藝優化方案的實施中，保證項目經費能夠有效地改善生產狀況，提高生產效率。通過審核，掌握經費的支出與產出的比例，保證每一筆經費都能發揮最大作用，避免不必要的浪費。

3.3　建立與完善技術考核體系

農業固體廢物處理廠為了優化生產工藝，要建立科學的考核體系，促進優化措施的執行。在考核體系中，重要的考核依據就是員工崗位職責，具體包括設備指標完成程度、設備運轉狀態以及修復情況等。為了保證生產安全、持續地進行，生產員工要經常對設備進行檢查，具體包括每天定期檢查以及平時不定期的抽查。在考核員工在生產中的表現時，企業要從員工的工作態度、成績、技術革新、設備改造等環節來評測，對表現突出的員工進行表彰，尤其是在檢查重大生產安全隱患時，對于表現突出的員工，要從精神和物質兩方面進行表彰。對于工作態度落后、違反勞動紀律，甚至造成重大安全問題的員工，要進行相應的處罰，甚至待崗處理，在員工待崗期間，只享受基本生活保障的待遇。

對農業固體廢物處理廠的一線生產員工的崗位職責要求主要包括以下幾方面：

首先，巡查員工要按照規定時間針對固體廢物處理的每個生產場地以及生產設備進行巡查，并認真記錄生產現場的各個儀表中的數據。特別是對那些需要焚燒或者掩埋的固體，要注重技術、設備的運轉情況，如果發現某設備運轉不正常，要及時向上一級進行匯報。

其次，生產員工要在安全生產規定下來使用生產設備，并保證設備能夠正常運行。對生產設備要按照規定，定期進行保養，包括上潤滑油、吸泥機堵塞清除、清晰脫水機等工作。對于出現生產事故的員工要進行相應的處理，比如員工誤操作或者工作疏漏造成生產設備運轉異常甚至損壞的情況，要進行警告、通報甚至扣除績效獎金等。

最后，生產員工要保證固體廢物處理各個工序的順利執行，保證生產有序進行，生產員工要根據每天固體廢物和廢物的污染濃度適當調整工藝參數，按照計算后得出的藥劑的需求量，投入藥劑。如果生產疏忽，造成污染，要追究相關責任人生產事故責任。

4　結語

農業固體有機廢物的管理與資源化，是任何一個國家在發展過程中必須要面對的重要課題。在固體廢物處理技術實施過程中，人們要對相關技術進行研究，對流程予以優化，從而提高廢物處理效率。本文主要針對農業固體有機物的治理與資源化進行討論，分析了傳統的固體廢物處理法及其危害。筆者認為，要想適應當前社會發展要求，農業固體有機廢物處理方法要考慮環境、技術等多種因素。筆者研究了農作物秸稈、農畜糞便兩項代表性固體有機廢物的處理技術，提出了相關技術的保障措施，展望了其發展前景，以期促進我國建立完善的農業固體有機廢物處理系統，實現廢物資源化。