農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈高值化綜合利用研究與實(shí)踐

李洪嶺，李旭建，宋玉杰，張亮

（山東泉林集團(tuán)有限公司，山東聊城252800）

中國是農(nóng)業(yè)大國，根據(jù)《2017年中國統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，2016年全國農(nóng)作物總播種面積約為1.67億hm2，與2015年基本持平。國家發(fā)展改革委、農(nóng)業(yè)部開展的“十二五”秸稈綜合利用終期評估結(jié)果顯示，2015年全國主要農(nóng)作物秸稈理論資源量為10.4億t，秸稈種類以小麥、水稻、玉米為主，13個(gè)糧食主產(chǎn)區(qū)占全國秸稈理論資源量的73%，可收集資源量為9.0億t，利用量為7.2億t，秸稈綜合利用率由2010年的70.5%提高到80.1%，秸稈綜合利用取得明顯成效。從“五料化”利用途徑看，秸稈肥料化利用量3.9億t，占可收集量的43.2%；秸稈飼料化利用量1.7億t，占可收集量的18.8%；秸稈基料化利用量0.4億t，占可收集量的4.0%；秸稈燃料化利用量1.0億t，占可收集量的11.4%；秸稈原料化利用量0.2億t，占可收集量的2.7%。

山東省作為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大省，2016年山東省農(nóng)作物播種面積為1 097萬hm2，糧食產(chǎn)量4 700萬t，全省農(nóng)作物秸稈總量約為8 527萬t，綜合利用量7 482萬t，綜合利用率由2015年的85%提高到87.7%。根據(jù)《山東省加快推進(jìn)秸稈綜合利用實(shí)施方案》（2016—2020年）要求，到2020年全省農(nóng)作物秸稈綜合利用率達(dá)到92%以上。

雖然目前我國秸稈綜合利用取得了一些成效，但仍存在著綜合利用不充分、利用結(jié)構(gòu)不合理等問題，農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈無害化處理、高值化綜合利用問題亟待解決。在“十三五”期間，我國還將進(jìn)一步加大秸稈綜合利用工作力度，不斷加大資金投入力度，不斷完善秸稈收儲(chǔ)運(yùn)體系和扶持政策，推動(dòng)我國秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展。

通過搜集近年來農(nóng)作物秸稈綜合處理的成果，以及大量有關(guān)農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈高值化綜合利用方面的文獻(xiàn)，并對其進(jìn)行詳細(xì)梳理和歸納，為本課題的分析與研究提供理論依據(jù)。

1 秸稈高值化綜合利用體系建設(shè)背景

1.1 秸稈焚燒對環(huán)境的危害

農(nóng)作物秸稈中含有氮、磷、鉀、碳?xì)湓丶坝袡C(jī)硫等。特別是剛收割的秸稈尚未干透，經(jīng)不完全燃燒會(huì)產(chǎn)生大量PM2.5、氮氧化物、二氧化硫、碳?xì)浠衔镆约盁焿m、氮氧化物，在陽光作用下還可能產(chǎn)生二次污染物臭氧等。而且焚燒秸稈時(shí)，大氣中二氧化硫、二氧化氮、PM2.5三項(xiàng)污染指數(shù)達(dá)到高峰值，嚴(yán)重污染空氣環(huán)境，影響空氣質(zhì)量。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料研究，玉米、小麥野外燃燒過程中PM2.5的排放因子分別為30.05 g/kg和23.70 g/kg。

1.2 國家重視秸稈綜合利用，鼓勵(lì)秸稈清潔制漿

為促進(jìn)秸稈的綜合利用，2008年國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用的意見》（國辦發(fā)［2008］105號(hào)），提出積極發(fā)展以秸稈為原料的加工業(yè)。鼓勵(lì)采用清潔生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)以秸稈為原料的非木紙漿。引導(dǎo)發(fā)展以秸稈為原料的人造板材、包裝材料、餐具等產(chǎn)品生產(chǎn)，減少木材使用，以及加快建設(shè)秸稈收集體系。以企業(yè)為龍頭，實(shí)施技術(shù)示范和產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目。根據(jù)秸稈綜合利用的不同用途，建立秸稈綜合利用科技示范基地。

2009年國家發(fā)展改革委、農(nóng)業(yè)部聯(lián)合下發(fā)《關(guān)于編制秸稈綜合利用規(guī)劃的指導(dǎo)意見》（發(fā)改環(huán)資［2009］378號(hào)）文件，指出秸稈纖維作為一種天然纖維素纖維，可以作為工業(yè)原料，其中最主要作為紙漿原料。采用清潔生產(chǎn)工藝，科學(xué)使用秸稈生產(chǎn)非木紙漿”。

2011年國家發(fā)展改革委發(fā)布《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2011年本）》，鼓勵(lì)采用清潔生產(chǎn)工藝，建設(shè)以非木纖維為原料、單條10萬t/a及以上的紙漿生產(chǎn)線。

國家發(fā)展改革委、農(nóng)業(yè)部、財(cái)政部在《關(guān)于印發(fā)“十二五”秸稈綜合利用實(shí)施方案的通知》（發(fā)改環(huán)資（2011）2615號(hào)）文件中提出，從政策、資金和有效運(yùn)營等方面對秸稈清潔造紙給予扶持。鼓勵(lì)秸稈制漿造紙清潔生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)推廣，支持成熟的秸稈紙漿造紙清潔化新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。”

1.3 典型企業(yè)

山東泉林紙業(yè)有限責(zé)任公司按照“綠色泉林，生態(tài)紙業(yè)”的發(fā)展目標(biāo)，通過對秸稈的利用，建立秸稈收儲(chǔ)運(yùn)體系，從源頭抓好原料供應(yīng)，延伸秸稈綜合利用產(chǎn)業(yè)鏈，直接帶動(dòng)農(nóng)民增收。秸稈經(jīng)過原料化利用后，再進(jìn)行肥料化利用，生產(chǎn)出有利于農(nóng)業(yè)發(fā)展、有利于身體健康、有利于保護(hù)環(huán)境的產(chǎn)品，使秸稈變廢為寶反哺于農(nóng)業(yè)，促進(jìn)了農(nóng)作物增產(chǎn)增收，增加了農(nóng)民的收入，改良了土壤，減少了焚燒秸稈對環(huán)境的影響，探索出了一條秸稈高值化綜合利用和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的道路。2011年企業(yè)秸稈綜合利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式以《資源再生利用的曙光》入選中央黨校培訓(xùn)教材——《生態(tài)文明建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展》典型案例。2012年又以“構(gòu)建清潔型草漿造紙循環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈的造紙企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式”被國家發(fā)改委列入《中國循環(huán)經(jīng)濟(jì)典型模式案例》。

2 泉林秸稈高值化綜合利用體系建設(shè)實(shí)踐

2.1 依托自主研發(fā)技術(shù)創(chuàng)新構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式

20世紀(jì)90年代，隨著國家環(huán)保形勢的日益嚴(yán)峻，素有“白紙黑水”之稱的傳統(tǒng)秸稈制漿造紙行業(yè)成為被關(guān)停的重災(zāi)區(qū)，泉林集團(tuán)化壓力為動(dòng)力，通過技術(shù)轉(zhuǎn)型升級(jí)，堅(jiān)持平臺(tái)建設(shè)先行的創(chuàng)新思路，開發(fā)了秸稈清潔制漿技術(shù)，并建設(shè)成立了國家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心，與中國制漿造紙研究院、中國農(nóng)科院、北京林業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、美國北卡羅萊納州立大學(xué)等科研院所建立長期技術(shù)合作關(guān)系，組建了以企業(yè)自有專業(yè)技術(shù)人才和外聘專家組成的綜合性技術(shù)研發(fā)隊(duì)伍，為技術(shù)研發(fā)的順利開展提供了良好的智力支持。

依托自主研發(fā)，泉林集團(tuán)先后取得了秸稈制漿廢液生產(chǎn)木素有機(jī)肥技術(shù)研究、秸稈清潔制漿新技術(shù)、環(huán)保型秸稈本色漿制品技術(shù)研究、本色麥草漿清潔制漿技術(shù)、秸稈立式連續(xù)蒸煮紙漿技術(shù)、秸稈源黃腐酸的特性及其應(yīng)用6項(xiàng)國際領(lǐng)先技術(shù)成果（圖1）。在技術(shù)突破的基礎(chǔ)上，引人循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念，構(gòu)建了秸稈綜合利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式——泉林模式。

公司整體技術(shù)具有典型的原創(chuàng)性，技術(shù)壁壘高，截至目前，已累計(jì)申報(bào)專利241項(xiàng)，獲得授權(quán)190項(xiàng)（150項(xiàng)發(fā)明專利），大部分發(fā)明專利保護(hù)期限仍在10～20年，覆蓋了秸稈制漿、紙及紙制品、肥料、環(huán)保、熱電銨法脫硫鏈及相關(guān)裝備制造等與秸稈制漿造紙循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)有重要關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域。技術(shù)成果認(rèn)可度高，完成20余項(xiàng)科技成果驗(yàn)收鑒定，6項(xiàng)核心技術(shù)獲得國際領(lǐng)先技術(shù)成果鑒定，被認(rèn)定的國家重點(diǎn)新產(chǎn)品2個(gè)，獲省部級(jí)以上獎(jiǎng)項(xiàng)5個(gè)。

圖1 泉林6項(xiàng)國際領(lǐng)先技術(shù)成果鑒定

2016年，上述技術(shù)又被國家發(fā)改委編入《國家重點(diǎn)推廣的低碳技術(shù)目錄》，成為其中僅有的2項(xiàng)碳匯類技術(shù)之一。

2.2 成熟的秸稈產(chǎn)業(yè)化收儲(chǔ)體系

為解決農(nóng)作物秸稈收儲(chǔ)難題，泉林集團(tuán)通過多年摸索實(shí)踐，形成了一套高效、完善的秸稈收儲(chǔ)體系。由于糧食收割有季節(jié)性，秸稈儲(chǔ)存需要1年的周期，儲(chǔ)存占地面積很大，為解決秸稈的儲(chǔ)存問題，企業(yè)通過在村鎮(zhèn)建設(shè)布點(diǎn)，建立了“企業(yè)+鄉(xiāng)鎮(zhèn)收儲(chǔ)中心+村級(jí)收儲(chǔ)點(diǎn)+農(nóng)戶”四位一體的秸稈收儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，并專門成立公司專業(yè)化運(yùn)作秸稈收儲(chǔ)運(yùn)業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)了秸稈原料按照生產(chǎn)需求的計(jì)劃性調(diào)撥，在收集秸稈原料的同時(shí)，還代銷公司的黃腐酸肥料和生活用紙，實(shí)現(xiàn)了“一點(diǎn)三用”，使企業(yè)以秸稈收儲(chǔ)為切入點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了與“三農(nóng)”及“新農(nóng)村建設(shè)”的對接服務(wù)（圖2，圖3）。

圖2 秸稈收儲(chǔ)流程圖

2.3 環(huán)境與社會(huì)效益

2.3.1 減少、避免秸稈焚燒，改善大氣質(zhì)量

山東泉林集團(tuán)有限責(zé)任公司研發(fā)的秸稈綜合利用技術(shù)實(shí)現(xiàn)了秸稈的工業(yè)化利用，減少了秸稈廢棄焚燒帶來的環(huán)境污染問題，符合國家提出生態(tài)文明建設(shè)。以泉林目前建設(shè)項(xiàng)目為例，年處理秸稈150萬t，與秸稈堆放相比，年減少堆放污染面源COD總量195萬t。與秸稈野外燃燒產(chǎn)生的污染相比，年可減少二氧化碳排放105萬t，PM2.5減排量約4 t。由于整個(gè)生產(chǎn)過程不消耗森林資源，每使用1 t泉林本色生活用紙，可節(jié)省木材3.5 m3（約相當(dāng)于30棵3～4年的樹木）。按照2010年上海世博會(huì)中國館的數(shù)據(jù)：1 t秸稈充分燃燒釋放1.8 t二氧化碳，泉林利用天然秸稈纖維生產(chǎn)本色生活用紙，每使用一盒200抽面巾紙，相當(dāng)于減少碳排放1 kg。由此可以看出，環(huán)境效益十分顯著。

圖3 秸稈收儲(chǔ)模式簡圖

2.3.2 農(nóng)民增收

企業(yè)以小麥、玉米等秸稈為主要原料，農(nóng)民回收秸稈后出售給企業(yè)，可直接增加收入。按秸稈產(chǎn)量240 kg/667 m2，秸稈價(jià)格550元/t計(jì)，可為農(nóng)民增收130元/667 m2，按每戶4口人每人平均1 000 m2土地計(jì)算，每戶增收近800元。另外，秸稈收儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，也可直接帶動(dòng)秸稈原料豐富地區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展與近萬戶農(nóng)民增收，實(shí)現(xiàn)農(nóng)民不離鄉(xiāng)、不離土致富，極大拉動(dòng)農(nóng)村就業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。企業(yè)若收集150萬t秸稈，可直接增加秸稈產(chǎn)區(qū)農(nóng)民收入8.25億元，可惠及農(nóng)村耕地41.7萬hm2，人口416萬人。

2.3.3 以黃腐酸有機(jī)肥的形式實(shí)現(xiàn)秸稈還田，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物增收

秸稈提取纖維制得秸稈漿后，將含有大量黃腐酸和微量元素的制漿剩余物通過工業(yè)化手段生產(chǎn)黃腐酸有機(jī)肥反哺農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)了秸稈工業(yè)化生產(chǎn)過程的還田。

黃腐酸有機(jī)肥腐植酸含量高達(dá)55%，其中黃腐酸含量38%以上。具有良好的水溶性，有機(jī)質(zhì)含量高，可增強(qiáng)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，有效調(diào)節(jié)土壤酸堿度，增強(qiáng)農(nóng)作物的抗逆性，實(shí)現(xiàn)糧食增產(chǎn)增收；對改良土壤有很好的促進(jìn)作用（增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高土壤保肥、保水能力）。經(jīng)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院和東北地區(qū)農(nóng)場試驗(yàn)，施用后可使糧食作物增產(chǎn)5%以上，同時(shí)減少化肥用量30%。泉林年處理150萬t秸稈項(xiàng)目建成后，可向市場提供50萬t優(yōu)質(zhì)高效黃腐酸肥料產(chǎn)品，按照施用量20 kg/667 m2計(jì)算，可改良耕地167萬hm2，增收糧食近6億kg，減少化肥用量約21萬t。

2.3.4 生產(chǎn)有利于人體健康的產(chǎn)品，引領(lǐng)綠色消費(fèi)

傳統(tǒng)生活用紙化學(xué)制漿漂白的過程會(huì)產(chǎn)生危害環(huán)境和人體健康的持久性有機(jī)污染物（如有機(jī)鹵化物AOX和二惡英的產(chǎn)生）。泉林本色產(chǎn)品運(yùn)用一系列泉林特有本色專利技術(shù)工藝處理、加工，保持純天然非木植物纖維的原始色澤和質(zhì)感，纖維結(jié)合緊密，強(qiáng)度好，不掉屑，不掉粉，不使用漂白劑等有害化學(xué)制劑，杜絕了有機(jī)鹵化物AOX和二惡英的產(chǎn)生，符合美國FDA檢測和歐盟食品級(jí)檢測機(jī)構(gòu)檢測標(biāo)準(zhǔn)，是新一代對人體無害、對環(huán)境無污染的健康環(huán)保型新產(chǎn)品。

3 建議

秸稈是重要的農(nóng)副產(chǎn)品，也是重要的生物資源。集約、高效、綜合利用秸稈資源，是改善農(nóng)村衛(wèi)生條件的清潔工程、提高耕地綜合生產(chǎn)能力的沃土工程、優(yōu)化畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)的節(jié)糧工程、減輕大氣污染的環(huán)境工程、建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的能源工程、增加農(nóng)民收入的富民工程和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)工程。秸稈資源綜合有效利用對實(shí)現(xiàn)中國全面建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)意義。由于我國農(nóng)村秸稈資源完全處于高消耗、高污染、低產(chǎn)出的狀況，造成極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，秸稈處理問題迫在眉睫。農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈高值化綜合利用體系建設(shè)具有開拓性、創(chuàng)新性，推廣應(yīng)用前景巨大。建議進(jìn)一步深化機(jī)理研究，加快農(nóng)業(yè)廢棄物秸稈高值化綜合利用體系建設(shè)。

4 結(jié)論

4.1 秸稈循環(huán)利用

農(nóng)作物秸稈是可再生資源，其主要成分為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。根據(jù)國家發(fā)展改革委、農(nóng)業(yè)部開展的“十二五”秸稈綜合利用終期評估結(jié)果顯示，2015年全國主要農(nóng)作物秸稈利用量為7.2億t，秸稈綜合利用率由2010年的70.5%提高到80.1%，秸稈綜合利用取得明顯成效。但是從“五料化”利用途徑看，秸稈原料化利用量0.2億t，僅占可收集量的2.7%。通過工業(yè)化的生產(chǎn)技術(shù)，將農(nóng)業(yè)的廢棄物——秸稈制成紙漿、紙張，將制漿廢液制成黃腐酸肥料再施用于農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)了“秸稈還田”，使兩個(gè)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的廢棄物互為資源，延伸了造紙業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了“農(nóng)業(yè)—造紙業(yè)—農(nóng)業(yè)”的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)循環(huán)。

4.2 示范作用

通過建立秸稈收儲(chǔ)運(yùn)體系，建設(shè)秸稈收儲(chǔ)中轉(zhuǎn)中心，直接帶動(dòng)秸稈富產(chǎn)區(qū)農(nóng)民增收，實(shí)現(xiàn)農(nóng)民不離鄉(xiāng)、不離土致富。秸稈經(jīng)過原料化利用后，再進(jìn)行肥料化利用，使秸稈變廢為寶施用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，形成了完整閉合的產(chǎn)業(yè)鏈條，大大減少了秸稈焚燒產(chǎn)生CO2和PM2.5，改善了空氣質(zhì)量，環(huán)境效益顯著。秸稈高值化綜合利用體系循環(huán)經(jīng)濟(jì)特征明顯，既立足于企業(yè)自身的循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)，又融入關(guān)聯(lián)行業(yè)的發(fā)展，互為依托，示范效果突出，解決了秸稈廢棄焚燒這一難題，對于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、增加農(nóng)民收入、農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。