我国农业废弃物资源化利用现状与发展趋势分析刘振东1,李贵春2,杨晓梅1,尹昌斌1*(1．中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081;2．中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,北京100081摘要论述了我国农业废弃物的特点和资源化综合利用的现状,分析了农业废弃物的资源潜力以及在资源化过程中的限制因素和技术瓶颈,并结合中国社会、经济发展的目标,提出农业废弃物循环利用思路及其政策建议。
从农业废弃物资源化利用入手,推进生物基质产业化对于进一步解决环境污染和资源短缺、加快农业产业化进程和促进社会主义新农村具有重要意义。
关键词农业废弃物;资源化利用;基质化;循环利用理论中图分类号S181．3文献标识码A 文章编号0517－6611(201226－13068－03Status and Development Trend of Resource Utilization Ways of Agricultural Residues in ChinaLIU Zhen-dong et al (Institute of Agricultural Resources and Regional Planning ,CAAS ,Beijing ,100081Abstract The paper firslty discussed the characteristics of agricultural residues and its resource utilization in China ,and then analyzed the re-source potential of agricultural residues and the constraints and technical bottlenecks in the process of resource utilization．According to China＇s e-conomic and social development goals ,the concepts and suggestion were proposed on the recycling utilization of agricultural residues．Starting from the resource utilization of agricultural residues ,the biological matrix industrialization was promoted to solve environmental pollution and resourceshortages ,accelerate the process of agricultural industrialization and promote the construction of new socialist countryside．Key words Agricultural residues ;Resourceutilization ;Matrix ;Recycling theory基金项目公益性行业(农业科研专项(200903011－B 。
作者简介刘振东(1985－,男,山东济南人,硕士研究生,研究方向:农业生态学,E-mail :lzhd1006@163．com 。
*通讯作者,研究员,博士,博士生导师,从事环境经济与农业区域发展研究。
收稿日期2012-04-24农业废弃物(agricultural residue 是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质,主要包括农林生产过程中产生的植物残余类废弃物,牧、渔业生产过程中产生的动物类残余废弃物,农业加工过程中产生的加工类残余废弃物和农村城镇生活垃圾等[1－3]。
我国种植业正在向省工、高效的方向转变,以大量化肥代替原有农家肥的使用;养殖业正在向集约化、城郊化靠拢,以人工饲料代替农业废弃物饲料的使用[4]。
这些转变已经打破了传统农业中副产品的循环利用环节,造成农业废弃物堆积和利用率降低,进而产生了较为严重的环境问题和资源浪费问题[1,5]。
因此,实现农业废弃物变“废”为“宝”,对改善农村生态环境[3,5]、提高“三农”建设质量和实现农业可持续发展具有重大战略意义。
1农业废弃物的分类和资源化潜力1．1农业废弃物的分类我国农业废弃物的种类繁多。
按其来源可分为4种类型(图1:第1性生产废弃物,主要是指农田和果园残留物,如作物的秸秆、蔬菜的残体或果树的枝条、落叶、果实外壳等种植业废弃物;第2性生产废弃物,主要是指畜禽粪便和栏圈垫物等养殖业废弃物;第3性生产废弃物,主要指农副产品加工后的剩余物;第4性生产废弃物,主要指农村居民生活废弃物,包括人粪尿及生活垃圾等。
1．2农业废弃物的特点由于农业产品的品种和来源的不同,农业废弃物的理化性质存在很大差异,但有其共同特点:①在元素组成上,除C 、O 、H 三元素的含量高达65% 90%外,还含有丰富的N 、P 、K 、Ca 、Mg 、S 等多种元素。
②从化学组成上可分为天然高分子聚合物和天然小分子化合物。
高分子聚合物如纤维素、半纤维素、淀粉、蛋白质、天然橡胶、果胶和木质素等。
小分子化合物如生物碱、氨基酸、单糖、抗生素、脂肪、脂肪酸、激素、黄酮素、酮类、甾体化合物、萜烯类和各种碳氢化合物[6]。
③在物理性质上,普遍具有表面密度小、韧性大、抗拉、抗弯、抗冲击能力强的特点。
植物类废弃物干燥后对热、电的绝缘性和对声音的吸收能力较好,且具有较好的可燃性[7]。
图1我国农业废弃物的分类1．3农业废弃物的资源化潜力由表1可知,我国农作物秸秆年产生量7．0ˑ109t 左右,其中稻草2．3ˑ108t ,玉米秸秆2．2ˑ108t ,豆类和杂粮作物秸秆1．0ˑ108t ,花生、薯类藤蔓和甜菜叶等蔬菜残体1．8ˑ108t [1]。
畜禽粪便年产生量约为18．6ˑ108t ,其中牛粪10．7ˑ108t ,猪粪2．7ˑ108t ,羊粪3．4ˑ108t ,家禽粪1．8ˑ108t [1,5]。
乡镇生活垃圾和人粪便2．5ˑ108t ,肉类加工厂和农作物加工废弃物1．5ˑ108t ,林业废弃物0．5ˑ108t ,其他类有机废弃物约有0．5ˑ108t ,约合7ˑ108t 的标准煤[1－2]。
并且随着工农业生产的迅速发展和人口的增加,这些废弃物以年5% 10%的速度递增。
农业废弃物被称为“放错位置的资源”,具有巨大的资源容量。
按目前我国沼气技术的转化水平,农业废弃物可转化沼气3111．5亿m 3,户均达1275．2m 3,可弥补农村能源供应不足的问题;以农作物秸秆为例,将目前的6．5亿t 秸秆转化为电能,按1kg 秸秆产生电1千瓦时计算,就具有产生6．5亿千瓦时电能的潜力;用作肥料可提供氮约2264．4万t 、磷459．1万t 、钾2715．7万t ;制作饲料,仅玉米秸秆就能提供责任编辑张彩丽责任校对卢瑶安徽农业科学,Journal of Anhui Agri．Sci．2012,40(26:13068－13070,130761．9亿 2．2亿t。
因此,农业废弃物成为最大的搁置资源之一[9]。
表1中国农业废弃物资源化潜力分析[1,8]种类数量ˑ108t肥料有机质ˑ109t含氮量ˑ104t含磷量ˑ104t含钾量ˑ104t能源热值ˑ1015kJ 沼气ˑ109m3 标准煤ˑ108t畜禽粪便18．6273991470．0294．01109．032．0497．841．12农业秸秆7．036386430．057．0651．0100．01546．803．84蔬菜废弃物1．0174869．07．337．012．0177．800．40生活垃圾2．56250120．072．0249．023．0346．710．78林业废弃物0．5320534．055．5500．07．3111．130．25加工废弃物1．5304084．817．3101．822．0328．930．74其他0．5200156．611．567．96．7102．240．23合计39．0800292264．4459．12715．7203．03111．507．002农业废弃物资源化利用的途径近年来,农业废弃物的资源化利用向能源化、基质化、饲料化、材料化利用等几个方面迅速发展。
2．1农业废弃物能源化利用农业废弃物的能源化利用主要分为发酵及热解两个方向。
厌氧发酵制沼气技术是指农业废弃物经多种微生物厌氧降解成高品位的沼气燃料及副产品沼液和沼渣的过程[10]。
沼气除了可供日常生活外,还可以进行大棚温室种菜、发电、孵化雏鸡、车用燃气供应等。
研究表明,农作物秸秆、蔬菜瓜果残体和畜禽粪便都是制沼气的好原料[11－12],并且废弃物混合处理比单独处理生物气产量有显著提高[13]。
到2007年底全国沼气工程总数到达26871处[13],多以养殖业畜禽粪便为主要原料[10,14－15],将部分废弃物转化为清洁能源加以利用。
农业废弃物通过热解技术可转化为清洁气体燃料与热解油等产品。
富氢燃料气体部分可进入锅炉燃烧,进行城镇集中供热供气、供燃料电池等。
热解液体经过加工制备生物柴油、生物汽油等有机化工产品。
目前,关于生物质能方面的研究较多,成为重要研究热点之一[16]。
梁新等通过对生物质热裂解制得热解油并进行热解油的精制研究[17];唐兰等对生物质在高频耦合等离子体中的热解气化行为的研究表明,该技术能大幅度提高生物质气的热值及产率[18]。
2．2农业废弃物饲料化利用农业废弃物中含有大量的蛋白质和纤维类物质,经过适当技术处理便可作为畜禽饲料应用[1－2,19],可分为植物纤维性废弃物的饲料化和动物性废弃物的饲料化。
植物纤维性废弃物的饲料化处理技术归纳为:机械加工、辐射、蒸汽等物理处理,氨化、Ca(OH2－尿素、氧化等化学处理,青贮、发酵、酶解等生物学处理,另有多种方法复合处理。
动物性废弃物饲料化主要指畜禽粪便中含有未消化的粗蛋白、消化蛋白、粗纤维、粗脂肪和矿物质等,经过热喷、发酵、干燥等方法加工处理后掺入饲料中饲喂利用[9,20]。
如干燥鸡粪含粗蛋白23．0% 31．3%,粗脂肪8% 10%,还有氨基酸、维生素,用于喂猪、养鱼,效果良好。
2．3农业废弃物材料化利用高蛋白、纤维素是材料利用的有效成分,是农业废弃物材料化利用的重要领域,有着广阔的应用前景。
利用农业废弃物中的高纤维性植物废弃物生产纸板、人造纤维板、轻质建材板等材料;利用甘蔗渣、玉米渣等制取膳食纤维产品,通过固化、炭化技术制成活性炭材料;秸秆、稻壳经炭化后生产钢铁冶金行业金属液面的新型保温材料;利用稻壳作为生产白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料;利用棉秆皮、棉铃壳等含有酚式羟基化学成分制成吸收重金属的聚合阳离子交换树脂等[1－3,21]。