循環經濟視角下農業廢棄物的資源化利用技術探討

宿培萌

循環經濟理論是以可持續發展為總體基調生成的現代化理論，其中的核心是將可利用資源進行轉化，使其發揮最大價值。廢棄物資源的減量化、再循環、再利用的原則能夠實現資源高利用率低損害率，盡可能減少廢棄物對環境的污染損害程度。在當前背景下，發展經濟循環理論能夠大大提高農業廢棄物的資源利用率，從而遏制生物多樣性的喪失，減少惡劣氣候發生的頻率。

某村中的生豬養殖企業，除有生豬養殖基地、680畝的設施果蔬種植基地，還建有年產1萬噸的有機肥料加工中心和700立方的大型沼氣池一座，生物質燃料廠一座，是一家集生豬養殖、設施農業種植和農業廢棄物資源化利用、農業科技研發及技術培訓為主的農業科技型企業。該企業“以廢產肥、以肥促種；以廢產飼、以飼供養；以廢產氣、以氣補能”的“菜-飼-畜-沼-肥”五位一體農業生態循環模式，該模式以沼氣工程為紐帶，利用物質形態和能量轉換特點，將殘次果蔬生產飼料、飼料供給養殖、養殖糞污發酵產氣、沼氣用于豬舍取暖及農戶生活供氣、發酵產物加工有機肥、有機肥施用蔬果生產、沼液用于蔬菜葉面肥等有機結合在一起，形成一個產氣積肥同步，種養并舉，能源物流良性循環的生態系統工程。這種模式有效解決農業面源污染問題，實現廢棄物肥料化、能源化、飼料化利用。

一、我國農業廢棄物資源化利用的必要性

農業廢棄物資源化利用的必要性主要是從根本上二次轉化為主。我國農村種植中大部分農戶都使用化肥，而忽略了更高效、更營養的農家肥，人工制作的飼料大部分含有無機物，影響產品的營養性，同時也破壞了傳統農業廢棄物的一系列處理流程，導致我國農村地區農業廢棄物大量堆置，影響周邊生態環境。農業廢棄物在長時間分解過程中所產生的污染性液體會流入地下并污染土壤和地下水，其中還包括其他重金屬類物質，土壤中的微生物無法吸收。獸藥殘留也是一個重要影響因素，可能會給周邊農戶或牲畜帶來嚴重的影響。部分不合規的農業廢棄物處理方式產生的有毒氣體同樣會污染水體與空氣。除此之外，廢棄物本身也是某種物質的載體，其中蘊含著大量有益物質，是一種有益于人類的能源型物質。若不能及時處理農業廢棄物，任其隨意處理擺放，會造成內含有機物、營養成分流失，浪費資源。例如秸稈中含有豐富的有機質和營養成分，可以用于制作有機肥料，提高土壤質量，促進農作物生長。而且，秸稈還可以通過生物質能利用技術轉化為電能、熱能等清潔能源，替代傳統的化石能源，減少溫室氣體排放，保護環境。充分利用秸稈的潛力，不僅可以為農民創造更多的經濟價值，還能促進農村發展和環境改善。以此可以看出若能夠對廢棄物進行資源化利用不僅能夠減少污染，保護生態環境，還能在一定程度上緩解農村資源短缺、能源匱乏的問題。

二、循環經濟視角下農業廢棄物資源化利用技術—堆肥技術

堆肥技術是循環經濟中農業廢棄物利用的重要措施之一，具體指以人為把控的基礎上，通過周邊環境的變化，加之微生物作用下產生的發酵作用，將農業廢物中的有機物通過長時間的累積轉化成肥料。在堆肥過程中，將穩定程度較差的有機物轉變為穩定的腐殖質。堆肥產品中無病菌和其他攜帶病菌的蠅蟲，是一種有機肥料。有機肥料主要包括液體肥料，農業廢棄物（廢渣、雜草、廢菜葉、瓜果皮等）做成堆肥后，其液體經安全處理后可制成液體肥料、有機生物肥、有機無機復合肥三種。

1、堆肥的三個階段

①發熱階段

堆肥在初始階段，其中農業廢棄物中的微生物大多是適應性較強的品種，其中包括霉菌、芽孢桿菌等。這類細菌的主要作用是分解堆肥中的農業廢棄物，經過周圍環境以及氣候的影響，分泌旺盛的有機物質，這類有機物質會產生熱量，堆肥底溫升高，溫度可以上升至25℃～30℃，這也是初期發熱階段。

②高溫階段

經過上述堆肥升溫期后轉入高溫期，當溫度上升至50℃左右時，微生物會逐漸死亡或是無法發揮自身分級功能，逐漸轉變為顯性微生物。進入高溫期的微生物會不斷分解堆肥中的農業廢棄物，不斷氧化，其中較為復雜的蛋白質以及纖維素也會逐漸氧化分解。此時微生物運行非單一性，而是交替出現，這一時間段的微生物中活躍程度較為明顯的是放線菌與嗜熱菌，當溫度繼續上升到60℃左右時，堆肥中的微生物已經無法看到真菌的行動，只有上述兩種菌體在活動，當溫度上升至70℃時，會大范圍進入死亡或休眠模式。此時的細菌和放線菌幾乎完全停止了活動，由于大部分微生物在該范圍內活動最頻繁，最容易分解有機物，其中大部分致病菌和寄生蟲都能被殺死。

③降溫階段

經過升溫階段以及高溫階段后，溫度會有所下降，農業廢棄物中的纖維類制品以及例如桃類含有果膠成分的物質基本被分解，其余分解難度較大的成分以及分解后形成的新形態腐殖質難以分解，內含微生物大量減少，溫度也逐漸下降。這時，各種纖維素、半纖維素和果膠類物質中溫性微生物在溫度降至35℃左右會再次迸發新生機。在可控時間內，堆肥的效果不理想則溫度下降較快，無法最大程度分解，此時可以翻攪堆肥中的農業廢棄物，使其能夠再次發酵，提高溫度，加快堆肥的分解。

2、堆肥工藝分類

①筒倉式堆肥發酵倉

筒倉式堆肥發酵倉為單層筒狀，發酵倉深一般為4～5米，多為鋼筋混凝土堆肥發酵倉。為保持倉內堆肥好氧發酵，發酵倉內供氧全部采用高壓離心風機強制供氣。空氣由倉底進入發酵倉，經過6～12天的好氧發酵，再由倉頂加入堆肥原料。從倉底通過料理機將初步腐熟的堆肥下料。

②立式堆肥發酵

立式堆肥發酵柜的構造與普通樓房構造類似，整體大概6～8層之間，堆肥物料由柜頂投入，柜內有一套完整的機械運動流程，幫助堆肥物料發酵。每達到一層的要求，堆肥物料會進入下一層，整體發酵時間約一周左右，堆肥物料會從第一層轉移到最底層。立式堆肥發酵柜整體都有密封包裝，柜內溫度也由低到高逐漸升溫，柜內通風裝置主要以通風機為主。

3、堆肥底物及其特點

堆肥底物主要由牛糞、禽糞、馬糞、豬糞、食品加工廢料、屠宰廢料、魚加工廢料組成。每種底料都有其特點，只有掌握其中的獨特之處，才能進一步完成堆肥。牛糞的主要特點為氮含量較高，濕度大，正常情況下需要大量干的含碳高的物料調節。大約一份牛糞用3份調節物，牛糞堆肥氣味較小，分解速度快，綜合來說在堆料中是優質堆料選擇；禽糞氮含量高且水分適宜，但禽糞在堆肥時由于有可能出現潛在氨氣，所以需要高碳調節。除此之外，禽糞的pH值較高，屬于優質堆料；馬糞中含有大量墊料，氮含量與磷含量相對來說較高，且由于干燥，臭味少，分解快等特點成為優質堆料；豬糞中氮含量高，濕度大，需要與較為干爽的高碳物料調節，未來發展潛力大，是優質堆料；食品加工廢料的水分適中，且磷含量與氮含量比重較低，伴隨臭味，屬于中等堆料；屠宰廢料濕度較大，磷含量與氮含量比重較低，易分解，伴有臭氣，需要后續二次加工，屬于中等堆料；魚加工廢料水分含量最高，氮含量高，臭氣較大，屬于中等堆料。

4、堆肥pH值及水分影響

堆肥微生物的最適pH值在5.5到8.5之間。如果堆肥體系變成厭氧條件，有機酸的累積可以使pH值降低到4.5，這將嚴重限制微生物的活動。在這種情況下，通風足以使堆肥pH值調節到可接受的范圍。同樣，在pH值>10.5的條件下，大多數細菌不適應，高于11.5時開始死亡。

水分對于所有活的生物體而言是必需的，并且大多數微生物由于缺乏保持水分的機制，所以對水分極為敏感。當含水量在35%～40%之間時，降解速率就會極大地降低，在30%以下時，降解過程就完全停止。然而過多的水分則會導致厭氧狀態發生，并且會因此產生臭氣。

三、循環經濟視角下農業廢棄物資源化利用技術—秸稈氨化處理技術

秸稈氨化處理技術，就是在秸稈中加入一定比例的氨水、無水氨（液氨）、尿素等，在密閉條件下通過它們的作用，破壞木質素與纖維素之間的聯系，促使木質素與纖維素、半纖維素分離，從而提高秸稈的消化率、營養價值和適口性的加工處理方法（見表1、表2）。氨呈堿性，與秸稈中的有機酸化合，改善秸稈的適口性，提高飼喂氨化飼料的效果。

從表1、表2中可以看出氨化秸稈不論從營養成分還是牛羊的適口性都是極為適宜的。

1、窖藏式氨化法

①窖藏大小

窖的大小根據飼養家畜的種類和數量而定。例如，一頭350千克的架子牛，日采食秸稈在7.5千克左右。以這些參數為準，再考慮每年氨化次數、養畜多少等實際情況，設計出窖的大小。

②窖藏操作方式

秸稈的整體厚度應保持在兩厘米左右，可采取人工控制厚度，正常規定下，硬秸稈切短，軟秸稈切長。尿素配比大概在每100千克秸稈用3～5千克尿素，并配以適量的水，將尿素充分攪拌，使其完全分解溶化后少量多次灑在秸稈上，噴灑最佳時間為入窖前。在入窖的過程中要不斷將秸稈踩實，并在上方鋪一層塑料薄膜，用有重量的物體壓好。尿素氨化與液體氨化時間相同。

2、堆垛氨化法

堆垛氨化與其他氨化方法不同，需要將秸稈堆成垛狀，再進行氨化處理，亦稱為垛貯法。堆垛法對于氣溫、時間以及其他原材料的需求與窖氨化法無較大差別。較為不同的是可以在地面進行且不需水泥與土窖。

首先選擇厚度合適的聚乙烯塑料膜，將其平整地攤開在正常的地面上，把需要使用的秸稈按照不同質量分別擺放起來。處理秸稈時應使用尿素作為氨源，在放置氨源時也尤為講究，要根據秸稈擺放方式分層次放入，也可直接溶解在水中灑在秸稈上方，讓其自然而然地滲透，處理時應在堆垛到頂后再潑灑；液化氨應在門、窗等都封鎖之后注入。堆垛大小無法固定，應根據當前所需的秸稈量大小決定。液化氨適合大垛堆，有利于后續規模化管理，以及避免資源過度浪費，缺點在于漏氣嚴重，噴灑不均。若想進一步保障氨氣的流通，可以用能夠通風透氣的膠管插在垛堆中間。小垛堆適合使用尿素，可用草垛做成雛形。無論大小草垛其頂部都要建成三角形，利于在下雨時高效排水。上下兩面覆蓋的塑料薄膜都需留出1～1.5米左右，這層塑料薄膜需用土壤壓緊，不透氣，并將邊封折疊好。若采用液化氨則需在垛堆完成后將透氣的塑料管與氨氣連通，按照秸稈重量的4%通入氨氣。有兩種通氨氣的方法，其一為將氨氣注入特有的車中運輸到指定地點，其二為將氨氣分裝到瓶中，再向秸稈實施氨氣。

四、我國農業生產廢棄物資源創新利用模式的探索

當前，我國已研制出更為先進的副產品二次利用的技術，能夠在一定程度上解決農業生產的廢棄物給環境帶來的壓力，以循環經濟為依托，實現農業生產廢棄物循環發展的新局面。但是，當前我國對農業生產廢棄物利用大多保留著粗放式經營理念，整體思想無法適應當前生態文明建設的發展要求。根據現今時代的循環經濟理論來說，轉化粗放式經營模式，要建立一套提高農業生產廢棄物資源綜合利用模式體系。

1、改變粗放低值轉化

以飼料轉化、能源轉化、基質轉化等形式提高農業生產廢棄物的轉化率，改變粗放低值轉化的現狀。轉化能夠進一步降低對周圍環境的污染。例如：將秸稈二次利用，利用秸稈還田和堆漚還田使土壤肥力提高，優化土壤結構，過后三年左右的農作物收成漲幅明顯；秸稈氨化后飼喂牛羊，用于促進牛羊等禽畜動物的消化，且能夠降低禽畜養殖的飼料成本投入。

2、增效綜合利用

提高農業生產廢棄物的利用率是轉化增效的綜合目的，以此降低農業生產廢棄物的產生量。轉化增效循環利用技術是指利用現代化技術，例如光伏技術、風電技術、有機固體廢棄物熱解轉化技術、生物質綠能顆粒（黑顆粒）燃料制備技術等，以此擴大能源利用率，將能夠再利用的農業生產廢棄物通過這些技術的綜合處理，轉變利用效果，降低末端產物排放量。NCS智能分子膜發酵技術是一種新型堆肥技術，可根據不同農產品加工廢棄物與畜禽糞污按一定比例混合進行發酵處理。該技術中采用的特殊膜材具有單向透過性，空氣可透過的同時，又可隔離異味，可保證露天發酵且環保隔臭。該技術模式運營成本低，省工省力，又能得到養分齊全無公害的有機肥料，使農產品加工廢棄物變成肥料，環保又高效。

3、集約精細增值

集約精細增值循環技術主要圍繞化學類技術作為依托，包括提純技術、生物技術等具有一定機制的生物學技術，將農業生產廢棄物中有機分子轉化為具有高附加值的資源性物質。農業生產廢棄物大多是果蔬類，其中富含多種營養成分及色素、抑制老化等作用，將其精細化增值后可用于化妝品、工業化學類、醫療保健類，實現資源利用最大化。

近年來，我國農業產值穩步提升，循環經濟是我國農業發展的重中之重。整合農業生產廢棄物資源，構建超循環經濟模式，是實現我國鄉村振興戰略的重要一步。完成我國農業生產廢棄物資源循環模式需要技術支持，目前我國主要技術有堆肥技術與秸稈氨化技術等，為我國農業資源利用實現循環經濟，實現農業可持續發展和生態文明建設作出重要貢獻。

（作者單位：250100山東省農藥檢定所）