農業廢棄物資源化利用技術現狀及其前景

農業廢棄物資源化利用技術現狀及其前景
2010-05-22 20:00 環衛科技網 作者：張承龍

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摘要：隨著農業生產水平和農民生活水平的提高，對原來用作燃料和肥料的農業廢棄物的利用越來越少，因此農業廢棄物越來越多。本文綜述了近年來國內外綜合利用農業植物纖維性廢棄物及畜禽糞便等農業廢棄物的技術及有關研究進展情況，對農業廢棄物的資源化綜合利用方式進行了探討。
關鍵詞：農業廢棄物；資源化；利用；前景
1前言
人類在開發利用自然資源進行社會化大生產的同時，必然產生許多廢棄物。我國是一個農業大國，農業生產中的廢棄物種類繁多，數量巨大，而且隨著農業生產水平和農民生產水平的提高，對原來用作燃料和肥料的農業廢棄物的利用越來越少，因此農業廢棄物越來越多。這些廢棄物如不經妥善處理排入環境，將會嚴重污染環境。如，農作物秸稈被簡單的燒掉即會嚴重污染大氣環境；畜禽糞便亂堆亂排，會對地表水、地下水、土壤、空氣造成嚴重污染，對資源也是嚴重浪費。因此，如何充分有效地處理并利用這些廢棄物，合理利用農業資源，防治農業污染，改善農村環境，這一課題研究具有十分重要的意義。
近年來，國內外農業廢棄物的資源化利用技術和相關的研究項目有了較大的發展，農業廢棄物的資源化利用正在進入科學化的新階段。合理利用和推廣這些技術，必將產生良好的經濟、生態和社會效益。
2農業廢棄物資源化利用技術現狀
農業廢棄物多種多樣，但按其成份，主要包括植物纖維性廢棄物（農作物秸稈、谷殼、果殼及甘蔗渣等農產品加工廢棄物）和畜禽糞便兩大類。
目前，植物纖維廢棄物的資源化利用技術主要有廢物還田、加工飼料、固化炭化、氣化、制復合材料、制化學品等；畜禽糞便資源化利用技術目前主要有肥料化技術、飼料化技術和燃料化技術等。
2.1植物纖維性廢棄物資源化利用技術
2.1.1廢物還田技術
秸稈等植物纖維性廢棄物退還土壤后，可以大量補充和更新土壤有機質，提供豐富的氮、磷、鉀、硅等元素。同時，農作物秸稈中含有大量的木質素和纖維素，腐爛分解后可使土壤腐殖質增加，孔隙度提高，通氣透水，理化性狀大為改善。秸稈等植物纖維性廢棄物還田的方法主要有整株還田、根茬粉碎還田和傳統漚肥還田三種方法。
2.1.2飼料化利用
植物纖維性廢棄物往往因其營養價值低或可消化性低，不能直接用作飼料。但如果將它們適當處理，即可大大改善其營養價值和可消化性。具體處理方法一般有以下幾種：
微生物處理技術。農業植物纖維性廢棄物中的成分一般都能被微生物分解作用，加到動物飼料中可大大提高飼料效果。微生物處理技術就是指應用微生物工業技術，采用生物工程手段，將秸稈、木屑等農業植物纖維性廢棄物加工變為微生物蛋白產品，其應用的微生物包括細菌、酵母菌及微型藻類，發酵主要有液體發酵和固體發酵兩種方式。
青貯法。青貯主要是利用自然的乳酸在厭氧條件下對青綠秸稈進行發酵處理。通過青貯處理可以使原來粗硬的秸稈變軟熟化，增加原料的營養價值和可消化率。青貯的形式主要有壕貯、窯貯和塔貯，目前普遍采用青貯壕，此種方法取料方便、造價低。
氨化法。氨化法主要是用液氨或尿素、碳氨的水溶液對切碎的秸稈等廢物進行氨化處理，改善原料適口性和營養價值。
熱噴法。熱噴技術是年代興起的一項新技術。農業廢棄物經蒸汽處理后，進行增壓、突然減壓、熱噴處理。原料受到熱效應和噴放機械效應兩個方面的作用后，改變了結構，提高了消化率。
2.1.3氣化技術
氣化是指含炭物質在有限供氧條件下產生可燃氣體的熱化學轉化。農業植物纖維性廢棄物由C、H、O等元素和灰分組成，當它們被點燃時，供應少量空氣，并且采取措施控制其反應過程，使其變成CO、CH4、H2等可燃氣體，生物質中大部分能量都被轉化到氣體中。氣化后的可燃氣體可作為鍋爐燃料與煤混燃，也可作為管道氣為城鄉居民集中供氣；將氣化后的可燃氣經過凈化除塵與內燃機連用，取代汽油或柴油，實現能量系統的高效利用；氣化后的可燃氣還可進行氣化發電，氣化發電技術可以在較小規模實現較高的利用率，并能提高能源的檔次，所以，氣化發電是一個重要的發展方向。如德國最早利用秸稈發電的Thuringian鎮電站每年可處理3000噸秸稈，我國目前在海南建設了1.2MW示范電站，該電站是我國及亞洲最大的生物質氣化發電系統，整體水平達到國際先進水平。
2.1.4固化、炭化技術
固化、炭化技術是將松散的植物纖維性廢棄物原料壓制成棒（塊）狀，放入炭化設備中炭化后制成生物質炭，其質量能可達3.16~3.36kJ/kg。如河北生產的DJ-A型秸稈粉碎、成型、炭化設備，每套年可處理900噸秸稈，可生產300噸成型炭、15噸焦油。
2.1.5制備復合材料技術
利用農業植物纖維性廢棄物可生產紙板、人造纖維板、輕質建材板等包裝和建筑裝飾復合材料。如以硅酸鹽水泥為基體材料，玉米稈、麥稈等農業廢棄物（經表面處理劑處理后）作為增強材料，再加入粉煤灰等填充料后可制成植物纖維水泥復合板，產品成本低，保溫、隔音性能好；以石膏為基體材料，農業植物纖維性廢棄物為增強材料，可生產出植物纖維增強石膏板，產品具有吸音、隔熱、透氣等特性，是一種較好的裝飾材料。 （來源：互聯網）
另外，以秸稈、稻殼、甘蔗渣等農業植物纖維性廢棄物為原料，通過粉碎，加入適量無毒成型劑、粘合劑、耐水劑和填充料等助劑經攪拌捏合后成型制成可降解快餐具，以替代一次性泡沫塑料餐具；以農業植物纖維性廢棄物為原料還可制成可降解植物纖維素薄膜，替代不可降解性塑料薄膜。
2.1.6制備化學品技術
以農業植物纖維性廢棄物為原料制取化學制品，也是綜合利用農業廢棄物、提高其附加值的有效方法。如甘蔗渣、玉米芯、稻殼等含有1/3～1/4的多縮戊糖，經水解可制得木糖；甘糖醇渣、木糖醇渣、玉米芯、稻殼、果殼等經過炭化、活化后可制成性能很好的活性炭；稻殼可作為生產白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料；秸稈、稻殼經炭化后可作為鋼鐵冶金行業金屬液面的新型保溫材料；麥草經常壓水解、溶劑萃取反應后可制得糖醛，水解后的固相殘渣還可造紙。另外，用甘蔗渣、玉米渣皮等可以制取膳食纖維。
2.1.7其他
利用農作物秸稈、棉籽皮、樹枝葉等廢棄物按一定比例粉碎混合可用來栽培食用菌，栽培效果好，栽培出的食用菌營養價值高。
農業植物纖維性廢棄物還可作為治理污染的材料，如美國密西西比州的一家叫ERT的公司開發了利用棉籽加工廢棄物清潔油污地面的方法；甘蔗渣經化學改性后可迅速吸附廢水中的酸性物質；利用棉稈皮、棉鈴殼等含有酚式羥基化學成分的廢棄物經過簡單的化學處理后，可制成聚合陽離子交換樹脂，對重金屬有明顯的吸收作用。
2.2畜禽糞便資源化利用技術
2.2.1肥料化技術
畜禽糞便的肥料化技術還分為堆肥化技術和制復合肥技術。
堆肥化技術。利用微生物在一定溫度、濕度、pH值條件下，使畜禽糞便和秸稈等農業有機廢物發生生物化學降解，形成一種類似腐殖質土壤的物質，這種方法成為堆肥化。根據處理過程中微生物對O2要求的不同，堆肥化可分為好氧堆肥化和厭氧堆肥化。前者是在通氣條件下借好氧微生物活動使有機物得到降解，由于好氧堆肥化溫度在50～60℃，極限可達80～90℃，故亦稱為高溫堆肥；后者是利用微生物發酵造肥，所需時間較長。
制復合肥技術。將高溫堆肥產品經殺滅病原菌、蟲卵和雜草種子等無害化處理和穩定化處理后與經粉碎后的N、P、K化肥混合，經篩分、干燥可制成顆粒化復合肥。顆粒化的復合肥因為具有能同時提供多種營養成分、養分均衡、施用方便、便于運輸等特點而得以迅速發展。
2.2.2飼料化技術
畜禽糞便含有豐富的營養成分，最適合于反芻動物。畜禽糞便經適當處理殺死病原菌，改善適口性，并能提高蛋白質的消化率和代謝能。國外畜禽糞飼料化早已商品化，我國畜禽糞便飼料也已開展多年，積累了一些經驗。畜禽糞便飼料化方法主要有以下幾種：
干燥法。干燥法以雞糞的處理用的最多，也是常用的處理方法。干燥法是將糞便單獨或摻入一定比例的麥糠，拌勻后干燥、過篩除去雜質，再粉碎供作飼料。按干燥方式不同，可分為自然干燥法和人工干燥法。人工干燥法又可分為快速干燥機干燥法和烘箱烘干法。
青貯法。畜禽糞便可單獨或與其它飼料一起青貯。這種方法經濟可靠，產品無毒無味，適口性強。
需氧發酵法。在氧化池中利用好氧微生物對畜禽糞尿進行發酵，產生單細胞蛋白，可制成適合單胃動物的飼料，氧化池混合液可作為動物飲用水。
2.2.3燃料化技術
以畜禽糞便、秸稈等農業廢物為原料，經厭氧發酵可以產生以CH4為重要成分的沼氣，可作為燃料；沼液可以直接肥田，沼渣可以用來養魚，形成養殖與種植和漁業緊密結合的物質循環的生態模式。
沼氣工藝有戶用小型沼氣池和大中型沼氣池兩類，前者為常溫發酵，發酵時間較長，投資較低，管理方便，適合以農戶為單位；后者處理量大，效率高，多選用中溫發酵，發酵時間短，工藝要求嚴格，投資大。沼氣工藝在亞洲國家應用較多，我國從70年代開始進行沼氣利用及工藝的研究并進行推廣，技術水平較先進。
3結語
“八五”以來，我國政府對資源綜合利用工作非常重視，國家和地方政府頒布了一系列資源綜合利用和環境保護方面的法規、政策和重要文件，對資源綜合利用企業在技術、資金上加以扶持，并給予減免稅收等優惠政策。1999年4月，國家環保、農業、財政、鐵道、交通、民航五個部門聯合發布了《秸稈禁燒和綜合利用管理辦法》，而且國家在“十五”規劃中將加速對秸稈綜合利用技術的開發和推廣，農業部為此專門劃撥了專項補助資金。因此，目前整個外部環境對農業廢棄物的資源化利用技術的研究和推廣非常有利。本著“珍惜資源，有用勿棄”的原則，今后應開展更深入的控制和研究，從環保的角度出發，開發出更經濟、簡便的工藝技術，并且考慮有機地組合幾種方法，形成一種多層次多途徑的綜合利用方式，以實現“零排放”利用，使經濟效益、環境效益和社會效益最大限度地統一，促進農業經濟持續穩定協調地發展。
參考文獻：略（來源：互聯網）

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