設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物厭氧集中處理適用性研究

摘要：設(shè)施農(nóng)業(yè)種植規(guī)模不斷擴大，致使種植廢棄物的產(chǎn)生量也隨之提高，為全面貫徹和落實國家關(guān)于農(nóng)業(yè)種植可持續(xù)發(fā)展目標，需要選擇適合的廢棄物中處理方法。本文通過對案例中不同類型的設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物處理方法分析，選擇厭氧集中處理實驗，結(jié)果表明：厭氧集中處理設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物具有較高的適用性，但由于外界因素和技術(shù)自身的特殊性，在推廣和宣傳上仍有許多工作亟待加強。

關(guān)鍵詞：廢棄物；研究材料；溫度可控式；檢測

設(shè)施農(nóng)業(yè)的種植業(yè)作為一種高質(zhì)量、高效率、高水平的生產(chǎn)模式，為提高反季節(jié)農(nóng)產(chǎn)品做出了貢獻，為保證供應(yīng)鏈等起到了重要作用，但是，隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)種植技術(shù)的發(fā)展與進步，產(chǎn)生大量種植廢棄物，如果不能科學合理地處理，不僅會占用大量的土地，還會導(dǎo)致自然環(huán)境污染，應(yīng)引起業(yè)界的足夠重視。

1 設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物處理影響因素分析

為了進一步探索設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物的處理效果和處理方法，我們調(diào)研了某地區(qū)蘋果種植農(nóng)戶，收集了相關(guān)數(shù)據(jù)，調(diào)查內(nèi)容主要包含蘋果種植情況、對廢棄物認知水平、廢棄物處理意愿以及廢棄物處理方法等。同時，根據(jù)所調(diào)查地區(qū)蘋果種植戶從業(yè)者相關(guān)因素也進行了統(tǒng)計分析。年齡層次：現(xiàn)階段，該地區(qū)的蘋果種植戶主要以51～60歲為主，占據(jù)數(shù)據(jù)收集樣本總量的47%；教育水平：大多數(shù)蘋果種植戶的受教育程度普遍不高，大專以上文化程度的蘋果種植戶僅有11人，占據(jù)數(shù)據(jù)收集樣品總量的4.85%；經(jīng)濟收益：種植蘋果的農(nóng)戶大多數(shù)經(jīng)濟收益相對可觀，其中，年收入5萬～10萬的種植農(nóng)戶約為130戶，占據(jù)數(shù)據(jù)收集總量的57%；收入來源渠：以蘋果種植為主的農(nóng)戶占據(jù)7.16%，兼職種植蘋果的農(nóng)戶占據(jù)9.5%。由此可見，該地區(qū)蘋果種植的范疇相對較大，參與農(nóng)戶數(shù)量多。總體評價：種植人員的知識水平總體不高，無法科學合理地處理農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物，即便自身具有廢棄物處理意識，但是，也無法選擇適合的處理方法。

1.1 包裝廢棄物

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及設(shè)施農(nóng)業(yè)種植過程中，包裝廢棄物主要指生產(chǎn)過程中所使用各種類型包裝物，比如：設(shè)施包裝、農(nóng)藥包裝以及廢棄的蔬果包裝袋等，其中，農(nóng)藥包裝廢棄物主要指農(nóng)藥在使用后，被廢棄的包裝物或者與農(nóng)藥直接接觸含有殘留物的包裝物，如農(nóng)藥瓶、農(nóng)藥桶、農(nóng)藥袋等，由于種植地區(qū)的地理特點和自然環(huán)境，在蘋果種植期間極易受到病蟲害的影響，所以，農(nóng)藥是蘋果種植和生長過程中必不可少的輔助試劑，加上當?shù)卣畬τ谵r(nóng)業(yè)設(shè)施廢棄物處理政策不完整，種植地區(qū)出現(xiàn)大量的農(nóng)藥廢棄包裝物。除此之外，部分蔬果包裝袋屬于塑料制品，無法輕易被降解，如果數(shù)量龐大后，仍然會對自然環(huán)境造成污染，需要加以重視，選擇適合的集中處理方法[1]。

1.2 種植廢棄物

在種植廢棄物中，蘋果果樹的廢棄枝條主要指樹木在生長過程中，由于受到病蟲害的影響，種植農(nóng)戶需要將損壞的枝條進行修剪，或者隨著樹木的生長枝條自然脫落。而相對于其他農(nóng)作物來說，蘋果樹木的枝條中包含大量的纖維素，是木質(zhì)物質(zhì)生長的核心構(gòu)成部分，所以，在生物能源的種植和生產(chǎn)中，不僅扮演著十分重要的角色，還可以選擇適合的轉(zhuǎn)化技術(shù)，將枝條轉(zhuǎn)化自然環(huán)保可持續(xù)使用的清潔燃料，對于農(nóng)業(yè)種植和城市發(fā)展來說都起到了重要作用，具有現(xiàn)實意義。

1.3 反光膜廢棄物

反光膜廢棄物主要指在農(nóng)業(yè)種植期間，由有機高分子塑料以及單品質(zhì)鋁元素所構(gòu)成的一次性鋁塑合農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，尤其蘋果在種植和培養(yǎng)過程中，對于陽光的需求量相對較高，但由于蘋果通常以樹木種植為主，因此陽光照射均勻度不足，對此越來越多的農(nóng)戶選擇反光膜，確保陽光通過直射或者散射將光線均勻地反射在樹冠層內(nèi)，使果樹下層果實同樣能夠充分接觸到陽光，提高蘋果自身的糖分物質(zhì)，有效保證蘋果種植質(zhì)量。

2 設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物處理流程研究

2.1 試驗材料

鑒于研究試驗點所種植植物的特性，本次選擇蘋果廢棄枝條進行厭氧集中處理，同時，為保證研究結(jié)果的通用性和準確性，研究材料的選擇除了選擇蘋果枝條以外，還選擇西瓜藤、番茄莖稈、黃瓜藤以及小白菜等不同的農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物，并將其研究結(jié)果與蘋果枝條廢棄物相互對比，從而確保研究和實驗結(jié)論具有通用性[2]。

2.2 廢棄物處理設(shè)備

本次試驗將采用溫度可控式沼氣潛力檢測裝置，同時，在檢測輔助設(shè)備的選擇上，采用針筒反應(yīng)器，因為傳統(tǒng)的檢測產(chǎn)氣潛力方法通常為排水及氣法，但由于所選擇的排水瓶材質(zhì)會受到不同水壓參數(shù)的影響，又或者在試驗過程中，由于排水瓶內(nèi)部需要經(jīng)常換水，一旦操作不當會造成試驗結(jié)果誤差性過大，而針筒反應(yīng)器則有效避免了以上問題，該設(shè)備能夠有效將所產(chǎn)生的氣體，通過活塞指數(shù)變化作為檢測計量的標準，以此有效計算不同物質(zhì)在厭氧環(huán)境下所產(chǎn)生的氣體數(shù)量，同時由于真空反應(yīng)器自身結(jié)構(gòu)相對簡單，操作便捷，所以能夠盡可能減少人為操作因素所造成的數(shù)據(jù)誤差。同時，該設(shè)備在外部結(jié)構(gòu)中安裝有恒溫裝置，所以，同樣能夠避免裝置內(nèi)部溫度出現(xiàn)異常情況，保證內(nèi)外溫差的穩(wěn)定性。

在試驗過程中，設(shè)備主要由動力設(shè)備、移動圓盤、溫度控制裝置、針筒反應(yīng)器等共同構(gòu)成，其中，動力設(shè)備需要根據(jù)氣體產(chǎn)生數(shù)量進行轉(zhuǎn)動，從而帶動圓盤產(chǎn)生間歇性轉(zhuǎn)動；圓盤則為雙層結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部空間需要使用螺栓固定，保證可以與動力設(shè)備同步轉(zhuǎn)動；反應(yīng)器通常為圓柱形，并且表面帶有刻度的玻璃針筒，一般情況下，反應(yīng)器的量程為150 mL，并且在出口安裝有攜帶控制裝置的橡膠管，確保反應(yīng)器能夠始終處于密封狀態(tài)；在實驗過程中，溫度儀是保證實驗結(jié)果精準性的重要設(shè)備，所以，通常情況下需將溫度控制在38℃[3]。

2.3 實驗步驟

在實驗過程中，由于所選擇的針筒類型反應(yīng)器容量較小，所以，加入的實驗原材料較少，為了保證蘋果廢棄枝條實驗結(jié)論的準確性，增加了許多對比物質(zhì)，物質(zhì)中有根莖，有葉片，如果原材料單次加入過少，會導(dǎo)致物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)時出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，從而影響檢測結(jié)果。對此需要將不同類型的實驗原材料各選取1 kg，并且均勻分割成5 mm，隨后選取不同測試樣品時10 g加入針筒中，并且加入至少50 g的污泥材料，保證原材料與污泥充分攪拌后讀取針筒內(nèi)的刻度，一切處理完成后，將設(shè)備放進溫度可控制的產(chǎn)氣潛力檢測設(shè)備進行溫度發(fā)酵，測試人員則需根據(jù)沼氣產(chǎn)生情況讀取活塞的刻度變化，并放出部分氣體，確保針筒內(nèi)具有足夠的反應(yīng)體積，連續(xù)檢測數(shù)天后觀察樣品的變化情況，如果沒有產(chǎn)生明顯變化，則認為樣品已經(jīng)發(fā)揮出全部的厭氧消化和產(chǎn)氣能力，進而結(jié)束整個實驗流程，隨后重復(fù)相同流程設(shè)置多組對照小組。

3 結(jié)果

3.1 研究數(shù)據(jù)

實驗結(jié)束后，通過進一步檢測不同植物的結(jié)構(gòu)密度，進而得出相關(guān)數(shù)據(jù)，其中，蘋果枝條的密度最大，其次為番茄莖稈，小白菜的密度最小，其核心原因是番茄以及蘋果枝條的莖稈構(gòu)成相對復(fù)雜，而小白菜的根莖較小，葉片占比較大。針對樣本中的農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物成分進行詳細分析后，能夠觀察出由于小白菜的根莖含量較小，葉片含量較多，所產(chǎn)生的氣體較少，而蘋果廢棄枝條、番茄根莖、西瓜藤蔓由于根莖部位的占比較大，所以，產(chǎn)生氣體較多，含水率相對較低；西瓜藤蔓的蛋白質(zhì)含量最高，小白菜的蛋白質(zhì)含量最低；黃瓜的藤蔓由于自身所具有的特殊性，纖維素含量最高，小白菜由于根莖和葉片的水分含量過高，所以，纖維素最低；在鉀元素含量的檢測上，所有的樣品原材料大致相同。但由于小白菜的含水量含糖量較高，自身纖維素含量最低，所以，在實驗過程中，該物質(zhì)最容易產(chǎn)生厭氧消化現(xiàn)象，反而其他根莖類的樣品由于自身包含較高的纖維素和蛋白質(zhì)，所以產(chǎn)氣能力更高。

在設(shè)施農(nóng)業(yè)種植廢棄物厭氧集中處理適用性的研究上，由于厭氧化學反應(yīng)實施過程中原材料的選擇至關(guān)重要，直接影響反應(yīng)效果，所以，相關(guān)團隊還要針對樣品中的廢棄物質(zhì)進行碳氮元素的檢測，如果碳氮元素的結(jié)構(gòu)比過高，則會導(dǎo)致厭氧消化反應(yīng)過程中氮元素不足，阻礙了廢棄物質(zhì)的消化[4]。針對以上樣品物質(zhì)進行檢測和計算，進而得出相關(guān)結(jié)論，除了番茄根莖以及蘋果廢棄枝條以外，其他原材料的碳氮結(jié)構(gòu)比均不處于最佳范疇內(nèi)，無法充分發(fā)揮出原材料厭氧消化的基礎(chǔ)性能，由此可見，蘋果廢棄枝條和番茄根莖在厭氧消化過程中，化學反應(yīng)更加穩(wěn)定。

3.2 轉(zhuǎn)化潛力

根據(jù)實驗結(jié)果和樣品中不同物質(zhì)的基礎(chǔ)屬性可知，在整個試驗流程中，原材料在反應(yīng)第2～3天后出現(xiàn)第1個沼氣產(chǎn)生高峰，數(shù)值隨后快速下降，而在測驗的第6～12天后產(chǎn)生第2個高峰數(shù)值，直至反映到第22天后數(shù)值則趨于平穩(wěn)，在反映第42天后，幾乎無任何氣體物質(zhì)產(chǎn)生。

除此之外，不同的測試原材料所產(chǎn)生的氣體也各不相同，其中，番茄根莖和蘋果廢棄枝條的產(chǎn)氣速度相對較快，西瓜藤蔓的產(chǎn)氣速度雖然較慢，但是，產(chǎn)氣速度十分平穩(wěn)。以上結(jié)果表明，無論是何種原材料，在反應(yīng)5～10 d后，均能夠達到總產(chǎn)氣量的50%；20～25 d后產(chǎn)氣量基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，42 d后產(chǎn)氣量無法有所突破，其產(chǎn)氣潛力相對較大，能夠滿足普通早期工程的實際需求。

4 廢棄物厭氧集中處理策略

4.1 集中處理問題

4.1.1 運輸體系

通過對以上農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物厭氧集中處理適用性進行研究和分析，案例中所種植的蘋果廢棄枝條轉(zhuǎn)化效果相對較高，能夠應(yīng)用于沼氣處理工程中，但由于大多數(shù)沼氣工程所建設(shè)的區(qū)域相對偏遠，并且工程項目所涉及的施工流程相對復(fù)雜，因此園區(qū)建設(shè)面積較大，加上案例中種植蘋果的農(nóng)戶相對分散，所以廢棄物的收集難度系數(shù)高，在運輸方面需要支出大量的經(jīng)濟成本和人力投入。除此之外，部分廢棄物在運輸和處理期間，會由于人工操作或外部環(huán)境等相關(guān)影響因素，出現(xiàn)二次污染或遺落等相關(guān)問題[5]。

4.1.2 能源消耗

由于該地區(qū)屬于我國北部，所以季節(jié)溫差相對較大，一旦進入到冬季后，種植環(huán)境相對惡劣，氣溫指數(shù)過低，此時，為了保證該地區(qū)沼氣工程正常運轉(zhuǎn)，維持厭氧發(fā)酵所需要的溫度環(huán)境，要投入大量的人力、物力和財力，消耗更多的加熱能源，長此以往，會造成沼氣工程運行成本和經(jīng)濟投入量大幅度提高，增加了城市建設(shè)的壓力，此時如果政府不能增加經(jīng)濟投入，有效扶持沼氣工程，則極易造成工程項目中

斷運行。

4.1.3 銷售渠道

由于案例中蘋果種植地區(qū)所具有的特殊性，當?shù)貙τ谡託馑a(chǎn)生的肥料認知不完整，雖然早期工程所產(chǎn)生出的肥料質(zhì)量水平高，并且具有環(huán)保性，能夠確保農(nóng)戶種植效果，但是，由于此種類型的肥料產(chǎn)量較少，所以，沼氣肥料在運輸應(yīng)用和銷售等相關(guān)方面都具備一定困難和問題，所產(chǎn)生出的肥料只能用于園區(qū)自用，無法保證沼氣工程的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 處理策略

4.2.1 優(yōu)化運輸體系

想要有效解決農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物厭氧集中處理，在運輸結(jié)構(gòu)體系所出現(xiàn)的問題與不足，相關(guān)部門則需要根據(jù)廢棄物自身所具有的特殊性，建立收集和運輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，并在該地區(qū)各個種植范圍設(shè)定廢棄物收集點，并配備專業(yè)的運輸設(shè)備和收集系統(tǒng)，同時，還要加強對廢棄物運輸結(jié)構(gòu)體系的監(jiān)督和管理，盡可能減少廢棄物二次污染問題。在運輸體系的設(shè)立和優(yōu)化上，還可以選擇與周邊物流企業(yè)相互合作，以此有效降低運輸所需要的成本支出。

4.2.2 強化節(jié)能改造

為保證能源損耗問題得以解決，相關(guān)部門要盡可能加強對能源的管理力度，并選擇適合的節(jié)能技術(shù)改造能源使用系統(tǒng)，比如，選擇可行的保溫材料，對厭氧反應(yīng)設(shè)備外部結(jié)構(gòu)進行保溫處理，提高能源的使用效率，同時，還可以加設(shè)太陽能、風能、地能等清潔型能源輔助反應(yīng)設(shè)備，降低設(shè)備在冬季的能源損耗率。

4.2.3 拓展沼肥銷售渠道

鑒于沼氣肥料的特殊性和應(yīng)用優(yōu)勢，沼氣工程以及相關(guān)企業(yè)要加強對該肥料的推廣應(yīng)用與宣傳，打開沼肥銷售市場，拓展銷售渠道，提高肥料在市場上的基礎(chǔ)認知度，企業(yè)可以與周邊合作社種植農(nóng)戶建立聯(lián)合種植關(guān)系，以此有效拓寬肥料的銷售市場，同時還可以對肥料進行二次加工，積極研究和引進有機肥料的相關(guān)產(chǎn)品提高沼氣肥料自身的附加價值。

5 結(jié)語

根據(jù)以上研究結(jié)論可知，對于農(nóng)業(yè)設(shè)施種植廢棄物來說，厭氧集中處理方法是可行的，能夠有效實現(xiàn)廢棄物的二次利用，并產(chǎn)生沼氣或肥料等具有種植價值的產(chǎn)品，從經(jīng)濟合理性來看，雖然該技術(shù)在前期成本投入力度較高，但是通過長時間的運作后，項目自身仍然存在著一定經(jīng)濟收益。

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