茭白秸稈處置現狀及其固態脫氮碳源材料制備循環利用思考

聶澤宇 王阿華 陳開寧

摘要：隨著以長三角地區為代表的城鄉經濟一體化建設進程的加速，大量的農業廢棄茭白秸稈亟待處理，同時污水氮素（硝酸鹽態氮）污染物的減排壓力亦日益增大，以資源循環利用為紐帶，同時解決城鄉水體污染及農村地區典型環境問題的命題逐步受到人們的重視。當前，國內已開發多種針對茭白秸稈的環保型資源化利用處置模式，但仍難徹底滿足茭白秸稈減量化的處置需求。在國內外已有研究基礎上，思考探索將茭白秸稈農業廢棄生物質制作成反硝化固態碳源以降低廢水硝酸鹽排放量的可能性，并提出了相應的研究設想，研究成果有望踐行“以廢治廢”的城鄉環境整治循環經濟發展新理念，并促進城鄉水生態環境的日益改善和經濟可持續發展。

關鍵詞：茭白秸稈;固態碳源材料;脫氮;以廢治廢;循環利用

當前，城鄉河湖的水體氮素污染問題突出，除氨氮外，硝酸鹽態氮的污染問題亦不容忽視，例如水體富營養化所導致的藻類滋生，以及地表飲用水源和城市地下水的污染問題均與硝酸鹽態氮密不可分。城鄉水體氮素的來源，不僅包括城市污水處理廠的尾水排放和降水輸入，還包括農村地區及城鄉結合部的農業排水匯入。以城市污水處理廠尾水排放為例，污水中氮素受廠內高度硝化作用后主要以硝酸鹽態氮的形式排放，雖已達一級排放標準，但總氮濃度卻遠超地表Ⅴ類水標準。例如，巢湖流域某污水處理廠出水總氮（20.6 mg/L）中80.6%（16.6 mg/L）的氮是硝酸鹽態氮[1]。而在廣大的農村地區，除了農田耕作排放的大量氮素污染物外（硝酸鹽態氮為特征污染物）[2-5]，農業廢棄生物質的產生量巨大，產生源分布范圍極廣，其棄置與焚燒所導致的系列環境問題亦較為突出。以茭白為例，經濟植物茭白本是凈化低污染水體的較好濕地植物[6]，但在長三角地區管理措施未到位的區域，茭白成熟的季節也是當地河流污染、河道擁堵淤塞最嚴重的時候，造成這種狀況的最大禍首，正是豐收后村民大量丟棄的茭白秸稈[7]，受茭白莖葉污染的河流往往存在色澤發黑發臭的現象，大量廢棄茭白葉堆積于河道中會造成嚴重的有機物污染，導致河水發黑和水體富營養化，而采取焚燒的方式則會污染大氣環境[8-10]。多種農業廢棄生物質的焚燒和水浸泡試驗結果表明，茭白秸稈腐爛后導致的浸泡液中氮含量、磷含量、有機物含量、色度和微生物學指標的增量，均大大超出同等質量的玉米芯、山核桃蒲、稻草和桑枝條，這些材料在悶燒和明火條件下均可產生大量的細顆粒物、氮氧化物和二氧化硫，其中茭白秸稈的二氧化硫排放能力最強[11]。通常長達2 m左右的茭白其食用部分僅長15～20 cm，其他均被丟棄，常有“一斤茭白一斤廢葉”的說法。因此，伴隨著大量優質茭白農產品的供給，數以萬噸的農業廢棄生物質茭白莖葉亟待處理，如何對茭白秸稈進行環保型資源化處置利用，這是以長三角地區為代表的各茭白主產區人們亟須解決的問題。

隨著以長三角地區為代表的國內城鄉經濟建設一體化進程的加速，以資源循環利用為紐帶的同時，解決城市水體污染及農村地區環境保護問題的命題受到人們的重視。本研究擬借鑒“以廢治廢”的循環經濟環保發展理念，思考將農業廢棄生物質（農作物秸稈等）的消納與城鄉污廢水中硝酸鹽態氮的削減進行有機統一，思考探索建立農業廢棄生物質-廢水脫氮的循環利用發展新模式，將農業廢棄生物質（如茭白秸稈）制作成反硝化固態碳源以去除廢水中的硝酸鹽，從而降低城鄉廢水氮素排放總量并實現農業廢棄生物質的消納，實現城鄉環境整治循環經濟發展新模式，促進城鄉水生態環境日益改善和經濟可持續發展。

1 長三角地區茭白秸稈處置現狀

江南名菜茭白（Zizania latifolia Turcz.）屬多年生宿根性沼澤草本植物，原產我國，是重要的水生蔬菜之一，栽種歷史悠久，主要分布于我國長江中下游流域一些水資源較為豐富的地區，如江蘇蘇州（如吳江茭）、無錫（如廣益茭、劉潭茭）等地，江蘇里下河地區的揚州和南通等地，浙江寧波余姚市（全市總面積約 2 666.67 hm2，其中河姆渡鎮被命名為“中國茭白之鄉”，種植面積達2 133.33 hm2，年產茭白超5萬t，產值達1.33億元）[8，10]，上海青浦區（上海久負盛名的茭白生產基地，年種植面積超過 2 000 hm2，總產量高達7萬t/年）等地區，可以說茭白生產已成為以長三角地區為代表的效益農業中水生蔬菜種植的亮點。

廢棄茭白葉資源的合理利用，不僅可變廢為寶，節約生產成本，推進當地特色優勢農業的產業發展，增加農民收入，還可以有效控制農業面源污染，解決秸稈的焚燒問題。茭白秸稈的環保型資源化應用途徑，主要包括制取燃料、制作食用菌栽培基質、生產秸稈有機肥、編制工藝品、制作動物飼料。

1.1 制取燃料

廢棄茭白秸稈可充當燃料[9-10]。在茭白豐收的季節，使用土灶的農戶常將曬干的茭白葉作為燃料。余姚市某公司利用茭白草，在常溫環境下通過擠壓成型的方式，制作成便于運輸儲藏的生物顆粒燃料，暢銷日本，作為火力發電或日常生活燃料，起到有效利用當地廢棄茭白葉的效果[8]。該方法可以充分利用資源，節約能源，但排放的二氧化碳易導致“溫室效應”，此外廢棄茭白秸稈還可用于制取沼氣[12]。

1.2 制作食用菌栽培基質

禾本科植物鞘葉中的纖維素和營養物質較為豐富，使得茭白葉可作為草腐菌（如大球蓋菇等）栽培的合適原料[9-10，12-15]。浙江省麗水市景寧縣某公司利用茭白葉莖栽培黑木耳獲得成功，構建了茭白葉莖-食用菌-土壤的生態循環鏈綜合利用模式[16]。黑木耳屬于木腐菌，可利用木材中的纖維素類物質、含氮蛋白質、無機鹽和維生素等正常生長，茭白葉經過試驗驗證可作為黑木耳和平菇等菌菇類的栽培基質，若按茭白秸稈產生量 135 t/hm2 計量，黑木耳的生產量可達2.25萬袋/hm2，每1 hm2茭白田秸稈可節省30 m3的木材使用量，加之菌渣和菌糠作為有機肥的農田回用還可創造潛在的巨大生態循環效益[16]。

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