農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展陳智遠(yuǎn);石東偉;王恩學(xué);張正【摘要】農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和農(nóng)民生活水平的提高，對(duì)原本為燃料和肥料的農(nóng)業(yè)廢棄物的利用越來越少，農(nóng)業(yè)廢棄物數(shù)量越來越多，種類越來越多樣.大量農(nóng)業(yè)廢棄物累積，對(duì)環(huán)境構(gòu)成了極大的污染并威脅著農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和人類的健康，因此如何充分有效地利用將其加工轉(zhuǎn)化對(duì)合理利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活資源、減少環(huán)境污染、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的能源危機(jī)成為了當(dāng)前世界大多數(shù)國(guó)家面臨的問題,本文綜述了近年來國(guó)內(nèi)外綜合多樣新型利用農(nóng)業(yè)廢棄物的應(yīng)用進(jìn)展情況，對(duì)其資源化利用進(jìn)行總結(jié)分為5個(gè)方向:即肥料化、飼料化、能源化、基質(zhì)化及工業(yè)原料化，并進(jìn)行分析究竟采用何種利用方式，應(yīng)根據(jù)具體條件因地適宜的綜合選擇，使技術(shù)上向機(jī)械化、無害化、資源化、高效化、綜合化發(fā)展，產(chǎn)品上向廉價(jià)化、商品化、高質(zhì)化、多樣化和多功能化靠攏.物盡其用、變廢為寶、高效利用廢棄物達(dá)到消除污染、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo).【期刊名稱】《中國(guó)人口?資源與環(huán)境》【年(卷)，期】2010(020)012【總頁數(shù)】5頁(P112-116)【關(guān)鍵詞】農(nóng)業(yè)廢棄物;肥料化;飼料化;能源化;基質(zhì)化;工業(yè)原料化【作者】陳智遠(yuǎn);石東偉;王恩學(xué);張正【作者單位】浙江省生物質(zhì)燃料利用技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江，杭州,310020;杭州能源環(huán)境工程有限公司，浙江，杭州,310020;杭州能源環(huán)境工程有限公司，浙江，杭州310020;杭州能源環(huán)境工程有限公司，浙江，杭州,310020；杭州能源環(huán)境工程有限公司，浙江，杭州,310020【正文語種】中文【中圖分類】F303.4農(nóng)業(yè)廢棄物也稱為農(nóng)業(yè)垃圾，是指農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村居民生活中不可避免的非產(chǎn)品產(chǎn)出,具有數(shù)量大品種多形態(tài)各異、可儲(chǔ)存再生利用、污染環(huán)境等特性，主要包括植物性纖維性廢棄物（農(nóng)作物秸稈、谷殼、果殼及甘蔗渣等農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物）和動(dòng)物性廢棄物（畜禽糞便、沖洗水、人糞尿）。中國(guó)是世界上農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量最大的國(guó)家,據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)每年產(chǎn)生放入畜禽糞便量26億t,農(nóng)作物秸稈7億t,蔬菜廢棄物1.0億t,鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活垃圾和人糞便25億t,肉類加工廠和農(nóng)作物加工場(chǎng)廢棄物1.5億t,林業(yè)廢棄物（不包括薪炭柴）0.5億t,其它類有機(jī)廢棄物約有0.5億t,折合7億t的標(biāo)準(zhǔn)煤[1,2]。從資源經(jīng)濟(jì)學(xué)上講，它是一種特殊形態(tài)的農(nóng)業(yè)資源，如何充分有效地利用將其加工轉(zhuǎn)化不僅對(duì)合理利用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活資源、減少環(huán)境污染、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境具有十分重要的影響,而且對(duì)能源日益枯竭的今天具有重大意義。近年來，國(guó)內(nèi)外農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用技術(shù)與研究得到較大的發(fā)展，其資源化利用日益多樣從總體來看，國(guó)內(nèi)外卜農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用主要分為肥料化、飼料化、能源化、基質(zhì)化及工業(yè)原料化等幾個(gè)方向。1肥料化農(nóng)業(yè)廢棄物肥料化利用是一種非常傳統(tǒng)的用方式，分為直接利用和間接利用。直接利用是一種最直接最省事的方法，在土壤中通過微生物作用，緩慢分解,釋放出其中的礦物質(zhì)養(yǎng)分，供作物吸收利用，分解成的有機(jī)質(zhì)、腐殖質(zhì)為土壤中微生物及其他生物提供食物,從而一定程度上能夠改善土壤結(jié)構(gòu)、培育地力、增進(jìn)土壤巴力、提高農(nóng)作物產(chǎn)量，但自然分解速度較慢,尤其是秸稈類廢棄物腐熟慢，發(fā)酵過程中有可能損害作物根部［3］。間接利用是指廢棄物通過堆漚腐解(堆肥)、燒灰、過腹、菇渣、沼渣、或生產(chǎn)有機(jī)生物復(fù)合肥等方式還田。堆漚腐解還田是數(shù)千年來農(nóng)民提高土壤肥力的重要方式，傳統(tǒng)的堆漚腐解具有占用的空間大，處理時(shí)間較長(zhǎng)等缺點(diǎn)［4］,隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，利用催腐劑、速腐劑、酵素菌等經(jīng)機(jī)械翻拋，高溫堆腐、生物發(fā)酵等過程能夠?qū)⑵涓咧缔D(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥，具有流水線生成作業(yè)、周期短、產(chǎn)量高、無環(huán)境污染、肥效高、宜運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn);燒灰還田主要指秸稈通過作為燃料、田間直接焚燒的方式，由于田間直接焚燒損失肥力、污染空氣、浪費(fèi)能源、影響交通等缺點(diǎn)［5］,現(xiàn)政府已出臺(tái)相關(guān)禁止焚燒的法律法規(guī);過腹還田具有悠久歷史，是一種效益很高的方式,是適當(dāng)處理的廢棄物經(jīng)飼喂后變?yōu)榧S肥還田，對(duì)保持與促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)持續(xù)發(fā)展和生態(tài)良性循環(huán)有積極作用;菇渣還田是指培育食用菌后，菇渣進(jìn)行還田，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益兼得;沼渣還田是指厭氧發(fā)酵后副產(chǎn)品沼液、沼渣還田，其養(yǎng)分豐富、肥效緩速兼?zhèn)洌巧a(chǎn)無公害農(nóng)產(chǎn)品良好選擇;生產(chǎn)有機(jī)生物復(fù)合肥是能夠進(jìn)行工業(yè)化制作、商品化流通、高效利用方式。2飼料化農(nóng)業(yè)廢棄物的飼料化主要包括植物纖維性廢棄物飼料化和動(dòng)物性廢棄物飼料化。植物纖維性廢棄物主指秸稈類物質(zhì)，秸稈中的木質(zhì)素與糖結(jié)合在一起使得瘤胃中的微生物及酶很難分解，并且蛋白質(zhì)低及其他必要營(yíng)養(yǎng)缺乏,導(dǎo)致直接飼喂不能被動(dòng)物高效吸收利用儒要對(duì)其進(jìn)一步的加工處理改進(jìn)其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、提高適口性和利用率［6］。歸納為:機(jī)械加工、輻射、蒸汽等物理處理,NaOH、氨化、Ca(OH)2-尿素、氧化等化學(xué)處理，青貯、發(fā)酵、酶解等生物學(xué)處理，還有就是多種方法復(fù)合處理。各種處理方法對(duì)于改進(jìn)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、提高利用率均有不同程度的作用，究竟采用何種方法好，應(yīng)根據(jù)具體條件因地適宜的綜合選擇［7］。例如孫清等［8］采用黑曲霉、白地霉組合菌株對(duì)榨汁后的甜高粱莖稈渣及發(fā)酵殘?jiān)M(jìn)行發(fā)酵，所得蛋白飼料的粗蛋白含量由2.01%提高到21.43%,粗纖維由12.37%降為2.34%;英國(guó)Aston大學(xué)的研究者從農(nóng)作物秸稈中篩選出一種白腐菌屬真菌，它能降解木質(zhì)素，但不能降解纖維素，用這種真菌發(fā)酵農(nóng)作物秸稈,能最大限度地提高農(nóng)作物秸稈的消化率,使農(nóng)作物秸稈的消化率從9.63%提高到41.13%,效果極為明顯。據(jù)粗略測(cè)算，如果我國(guó)秸稈資源的40%用于發(fā)酵飼料，就會(huì)產(chǎn)生即相當(dāng)于112億t糧食的飼用價(jià)值。而動(dòng)物性廢棄物飼料化主要指畜禽糞便中含有為消化的粗蛋白、消化蛋白、粗纖維、粗脂肪和礦物質(zhì)等，經(jīng)過熱噴、發(fā)酵、干燥等方法加工處理后摻入飼料中飼喂利用［9,10］,該技術(shù)需要特別注意滅菌徹底消除飼料安全隱患。有試驗(yàn)表明利用米曲霉和白地霉接入鮮雞糞與麩皮等混合料中進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，并在發(fā)酵過程中添加氮源制的飼料適口性較好,可替代部分配合飼料，添加40%雞糞飼料喂豬后，豬日增重比單喂配合飼料增加10.83%［11］。3能源化農(nóng)業(yè)廢棄物的能源化利用主要分為厭氧發(fā)酵及直燃熱解兩個(gè)方向。厭氧發(fā)酵分為制沼氣和微生物制氫技術(shù);厭氧發(fā)酵制沼氣技術(shù)是指農(nóng)業(yè)廢棄物經(jīng)多種微生物厭氧降解成高品位的清潔燃料一沼氣（甲烷含量50%-70%）及副產(chǎn)品沼液和沼渣的過程。研究表明，農(nóng)作物秸稈、蔬菜瓜果的廢棄物和畜禽糞便都是制沼氣的好原料［12,13］,并且混合廢棄物共處理比單獨(dú)處理時(shí)生物氣的產(chǎn)量有顯著提高［14］。沼氣除了可供日常生活（如燒飯、照明、取暖）外，還可以進(jìn)行大棚溫室種菜、孵化雛雞、增溫養(yǎng)蠶、發(fā)電上網(wǎng)、車用燃?xì)夤?yīng)等，副產(chǎn)品沼液沼渣含有豐富的氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可作為優(yōu)質(zhì)的有機(jī)肥,采用熱電肥聯(lián)產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)資源高效利用，廢物零排放［15］。據(jù)報(bào)道截至2007年底，全國(guó)沼氣工程總數(shù)到達(dá)26871處［16］,并且主要以畜禽養(yǎng)殖業(yè)的廢棄物為原料工程居多［17,18］。而微生物制氫技術(shù)是指利用異養(yǎng)型的厭氧菌或固氮菌分解小分子的有機(jī)物制氫的過程，具有微生物比產(chǎn)氫速率高、不受光照時(shí)間限制、可利用的有機(jī)物范圍廣、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是農(nóng)業(yè)廢棄物利用非常具有潛力的方向［19］,目前對(duì)其有較多的實(shí)驗(yàn)研究［20-24］,但該技術(shù)至今沒有被廣泛的利用,工程實(shí)例較少，只在哈爾濱有世界首例發(fā)酵法生物制氫［25］。直燃熱解又分直燃和熱解兩方面。直燃作為一種傳統(tǒng)獲得熱能的技術(shù)一直存在，例如使用秸稈（其能源密度能達(dá)到13376-15466kJ/kg［26］）和草原地區(qū)牛馬糞便直燃做飯、取暖，但隨著社會(huì)發(fā)展與人民生活水平的提高，絕大部分正逐步由煤、燃?xì)饣螂娙〈?目前只有在貧困地區(qū)少量使用,在城市周圍或比較富裕地區(qū)秸稈消耗為零［27］。而現(xiàn)階段直燃有表現(xiàn)為生物質(zhì)固體成型燃料供熱與發(fā)電和有機(jī)垃圾混合燃燒發(fā)電,例如使用生物質(zhì)能成型燃料在工業(yè)鍋爐和電廠中代替部分煤、天然氣、燃料油等化石能源［28］,將收集的廢舊農(nóng)膜、城市垃圾直接放進(jìn)焚燒爐里焚燒，產(chǎn)生的熱能可以用于采暖或發(fā)電。農(nóng)業(yè)廢棄物通過熱解技術(shù)可以轉(zhuǎn)化為清潔的氣體燃料、熱解油和固體熱解焦等產(chǎn)品，富氫燃料氣體部分可以進(jìn)入鍋爐燃燒、進(jìn)行城鎮(zhèn)（或集中居住的較大鄉(xiāng)村）的集中供熱供氣、供發(fā)電機(jī)發(fā)電或者供燃料電池等;熱解液體經(jīng)過加工制備生物柴油、生物汽油或者生產(chǎn)酸、醇、酯、醚等有機(jī)化工產(chǎn)品，對(duì)我國(guó)的原油資源短缺有所緩解;固體熱解焦由于空隙發(fā)達(dá)、比表面積較大可作為吸附材料用于環(huán)境污染治理，或者作為燃料供熱解所需的熱源。迄今為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)與農(nóng)業(yè)廢棄物有關(guān)的生物質(zhì)進(jìn)行過多方面的加工研究。例如:唐蘭等［29］對(duì)生物質(zhì)在高頻耦合等離子體中的熱解氣化行為進(jìn)行研究表明該技術(shù)能大幅度提高生物質(zhì)氣的熱值及產(chǎn)率漲振華等［30］對(duì)鋸末、稻殼、紙屑、櫥芥、塑料和橡膠6種固體廢棄物熱解表明除谷殼外液體產(chǎn)物收率都在50%左右，并且其中汽油和柴油餾分共達(dá)到60%以上，是一種具有很高價(jià)值的粗成品;梁新等［31］通過對(duì)生物質(zhì)熱裂解制得熱解油并進(jìn)行熱解油的精制研究;德國(guó)進(jìn)行固體廢棄物熱解的工業(yè)化示范［32］。4基質(zhì)化基質(zhì)化是指利用經(jīng)適當(dāng)處理的農(nóng)業(yè)廢棄物作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)（如栽培食用菌、花卉、蔬菜等，及養(yǎng)殖高蛋白蠅蛆、蚯蚓等）的基質(zhì)原料。作為基質(zhì)，主要起支持、固定植株，并為植物根系提供穩(wěn)定協(xié)調(diào)的水、氣、肥環(huán)境的作用，應(yīng)達(dá)到有適宜理化性質(zhì)，易分解的有機(jī)物大部分分解，施入土壤后不產(chǎn)生氮的生物固定，通過降解除去酚類等有害物質(zhì)，消滅病原菌、病蟲卵和雜草種子等標(biāo)準(zhǔn)［33］;其關(guān)鍵在于原料的選取及配比，和原料的前處理。玉米秸、稻草、油菜秸、麥秸等農(nóng)作物秸稈，稻殼、花生殼、麥殼等農(nóng)產(chǎn)品的副產(chǎn)物，木材的鋸末、樹皮等,甘蔗渣、蘑菇渣、酒渣等二次利用的廢棄有機(jī)物，雞糞、牛糞、豬糞等養(yǎng)殖廢棄物都可以作為基質(zhì)原料［34］。劉偉等［35］采用爐渣、菇渣、鋸末和玉米秸混配有機(jī)基質(zhì)，施用有機(jī)固態(tài)肥，番茄產(chǎn)量最高達(dá)36.05kg/m3以上，蔣偉杰等［36,37］采用向日葵稈、玉米稈、玉米芯、菇渣、鋸末等作為原料配制成基質(zhì)栽培蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)均得到大幅度提高，李瑞哲等［38］使用蘑菇底料、動(dòng)物糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物對(duì)蚯蚓生長(zhǎng)的影響進(jìn)行研究，以便為低成本高效生產(chǎn)蚯蚓這種高效動(dòng)物蛋白，制造優(yōu)質(zhì)飼料的添加劑。5工業(yè)原料化農(nóng)業(yè)廢棄物中的高蛋白資源和纖維性材料可以生產(chǎn)多種生物質(zhì)材料和農(nóng)業(yè)資料，例如秸稈作為紙漿原料、保溫材料、包裝材料、各類輕質(zhì)板材的原料,可降解包裝緩沖材料、編織用品等,或稻殼作為生產(chǎn)白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料;棉籽加工廢棄物清潔油污地面;或棉稈皮、棉鈴殼等含有酚式羥基化學(xué)成分制成聚合陽離子交換樹脂吸收重金屬;或利用甘蔗渣、玉米渣等二次利用廢棄物制取膳食纖維食品，提取淀粉、木糖醇、糖醛等，或者把廢舊農(nóng)膜、編織袋、食品袋等經(jīng)過一定的工藝處理后作為基體材料，同時(shí)加入適當(dāng)?shù)奶砑觿ㄟ^一定的處理和復(fù)合工藝形成以球-球、球-纖維堆砌體系為基礎(chǔ)的復(fù)合材料［39,40］。目前我國(guó)已經(jīng)成功開發(fā)出了”秸稈清潔紙漿及綜合利用新技術(shù)”，因此只要能科學(xué)合理地應(yīng)用，適當(dāng)擴(kuò)大規(guī)模,實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，在一定時(shí)期內(nèi)秸稈仍將是一種較可靠的非木材纖維造紙?jiān)希?7］。使用秸稈制造各類輕質(zhì)板材其保溫性、裝飾性、耐久性均屬上乘,不僅可以彌補(bǔ)木材的短缺，減少森林的砍伐,保護(hù)森林資源，而且還可消耗大量以稻草、麥秸為主的秸稈資源，降低秸稈焚燒所帶來的大氣污染，具有較高的生態(tài)效益。原料化是農(nóng)業(yè)廢棄物利用的一個(gè)重要途徑,其關(guān)鍵是依靠科技開發(fā)利用，最大程度的利用農(nóng)業(yè)廢棄物中有益的物質(zhì)循環(huán)利用,是未來農(nóng)業(yè)廢棄物利用的一個(gè)重要方向。6小結(jié)針對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物的特性應(yīng)用現(xiàn)代的生物工程技術(shù)提升農(nóng)業(yè)廢棄物的肥料化、飼料化、能源化、基質(zhì)化及工業(yè)原料化水平，使技術(shù)上向機(jī)械化、無害化、資源化、高效化、綜合化發(fā)展，產(chǎn)品上向廉價(jià)化、商品化、高質(zhì)化、多樣化和多功能化靠攏。物盡其用、變廢為寶、高效利用廢棄物達(dá)到消除污染、改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。(編輯:李琪)參考文獻(xiàn)(References)孫振鈞，袁振宏,張夫道，等.農(nóng)業(yè)廢棄物資源化與農(nóng)村生物質(zhì)資源戰(zhàn)略研究報(bào)告[R].國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略研究,2004.[SunZhenjun,YuanZhenhong,ZhangFudao,etal.ResearchReportofRecyclingandRuralBiomassResourcesStrategicforAgriculturalWastes[R].Long2termScientificandTechnologicalDevelopmentStrategy,2004.]孫振鈞.中國(guó)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)及發(fā)展取向[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2004,20(5):1-5.[SunZhenjun.BiomassIndustryandItsDevelopmentalTrendsinChina[J].TransactionsofTheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2004,20(5):1-5.]傅湘寧,沈國(guó)宏.秸稈直接還田與農(nóng)業(yè)機(jī)械化[J].農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備,2007,(11):22-23[FuXiangning,ShenGuohong.ReturningDirectlytotheFieldsofStrawandtheAgriculturalMechanization[J].AgriculturalTechnology&Equipment,2007,(11):22-23]SweetenJM.CompostingManureandSludge.In:Proc.Natl.PoultryWasteManage.Symp.DepartmentofPoultryScience[C].TheOhioStateUniversity,Columbus,OH,1998:38-44.李令軍，王英，張強(qiáng)，等.麥秸焚燒對(duì)北京市空氣質(zhì)量影響探討[J].中國(guó)科學(xué),2008,38(2):232-242.[LiLingjun,WangYing,ZhangQiang,etal.InfluenceofStrawBurningontheAirQualityinBeijing[J].ScienceinChinaPress,2008,38(2):232-242.]張穎,王曉輝.農(nóng)業(yè)固體廢棄物資源化利用[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:36-50.[ZhangYing,WangXiaohui.ResourceUtilizationofAgriculturalSolidWaste[M].Beijing:ChemicalIndustryPress,2005:36-50.]科學(xué)技術(shù)部中國(guó)農(nóng)村技術(shù)開發(fā)中心.農(nóng)村固體廢棄物綜合利用技術(shù)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)出版社,2007:173-178.[RuralTechnologyDevelopmentCenterofTheScienceandTechnologyDepartmentinChina.ComprehensiveUtilizationTechnologyofRuralSolidWastes[M].Beijing:China’sAgriculturalTechnologyPress,2007:173-178.]孫清,敖永華，葛雯，等.甜高粱莖稈殘?jiān)a(chǎn)蛋白飼料的研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2001,34(1):1-4.[SunQing,AoYonghua,GeWen,etal.ResearchonProductionofProteinFeedfromtheResidueofSweetSorghumStalks[J].ScientiaAgriculturaSinica,2001,34(1):1-4.]周根來，王恬.非常規(guī)飼料原料的開發(fā)利用[J].糧食與飼料工業(yè),2001,(12):33-341[ZhouGensheng,WangTian.Non2conventionalFeedRawMaterialsforExploitationandUtilization[J].Cereal&FeedIndustry,2001(12):33-34]王如意，靳淑敏，李偉.畜禽糞便資源化處理技術(shù)在環(huán)境污染防治中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代畜牧業(yè),2010,27(2):13-14.[WangRuyi,JinShumin,LiWei.TheComprehensiveUtilizationTechnologyofLivestockandPoultryFecesResourceinthePreventi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