农业废弃物资源化综合利用途径探讨胡明秀 (武汉工业学院生物与化学工程系,湖北武汉430023)摘要 根据农业废弃物的特点与现状及其资源化的实质,提出了农业废弃物多途径的利用方法和我国现阶段农业废弃物资源化利用存在的问题。
关键词 农业废弃物;资源化;综合利用;存在的问题中图分类号 X71 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2004)04-0757-03Approaches to Comprehensive U tilization of Agricultural W astesH u Mingxiu (Biology and Chem istry Engineering Departm ent,W uhan P olytechnic University,W uhan,Hubei430023)Abstract Based on the characteristics and situation of agricultural wastes as well as the essence of com prehensive utilization,the approaches to com prehensive utilization of agricultural wastes were represented and s om e problems h ow the wastes were treated effectively and rationally sh ould be s olved in the future.K ey w ords Agricultural W astes,C om prehensive utilization,Problems 根据资源废弃化理论,人类在开发与利用自然资源的同时,必然会产生大量的废弃物。
农业废弃物是农业生产和再生产链环中资源投入与产出在物质和能量上的差额,是资源利用过程中产生的物质能量流失份额。
近年来,随着农业经济的发展,农作物产量不断提高,农业废弃物总量和数量也呈上升趋势,特别是农民生活水平的改善,对可用作燃料和肥料的农业废弃物的利用率越来越低,因而导致农业废弃物越来越多。
另外,农业资源被严重破坏和浪费的问题也日益突出,在农业废弃物中仅1/5左右被利用。
如种植业和养殖业只注重粮、肉、蛋、奶等产品的利用,对大量的副产品弃之不顾。
据报道,我国每年种植业有10亿t左右的废弃物(秸秆、蒿草、壳蔓)未能很好地利用;养殖业畜禽粪便300万t左右;林业(锯末、刨花)160万t左右。
这些废弃物既是宝贵资源,又是严重污染源。
如大量的秸秆被简单地烧掉,严重污染大气环境;畜禽粪便等有机废液不经妥善处理直接排入水体,造成严重的地下水体和地表水系的污染等等。
如果这一状况进一步恶化,必然会制约农业生产的发展。
另一方面,农村乡镇工业迅速发展对商品能源的需求也会日益增长。
因此,如何充分有效地利用农业废弃物,将其加工转化,制成再生能源及其系列产品,对合理利用农业生产与生活资源,改善农村生态环境具有十分重要的意义。
虽然农业废弃物的产生是客观存在的,但资源化利用是可行的。
因此,解决农业废弃物的根本途径在于资源化。
合理地开发和利用农业废弃物,不仅可以保护农业环境,还可以获得巨大的经济效益。
作者简介:胡明秀(1965-),女,湖北省天门市人,讲师,从事农业环境工程研究。
收稿日期:20042062071 农业废弃物特点及其资源化利用的实质 从资源经济学的角度来看,农业废弃物本身就是某种物质和能量的载体,是一种特殊形态的农业资源,是农业生产和农村居民生活中不可避免的一种非产品产出。
由于农业产品的品种和产地的不同,农业废弃物的理化性质虽存在着很大差异,但也有其共同特点: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从化学组成上通常又可分为2大类,一类是天然高分子聚合物及其混合物,如纤维素、半纤维素、淀粉、蛋白质、天然橡胶、果胶和木质素等;另一类是天然小分子化合物,如生物碱、氨基酸、单糖、抗生素、脂肪、脂肪酿、激素、黄酮素、酮类、甾体化合物、萜烯类和各种碳氢化合物[1]。
尽管天然小分子化合物在植物体内含量甚微,但大多具有生理活性,因而具有重要的经济价值。
③在物理技术性质上,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,并能产生一定的热量,热值一般为12～16M J/kg[2],虽较煤低,但因含硫量极少,燃烧清洁,灰分用途广泛。
另外农业废弃物按其来源不同又可分为4种类型:①第1性生产废弃物,主要是指农田和果园残留物,如作物的秸秆或果树的枝条、杂草、落叶、果实外壳等;②第2性生产废弃物,主要是指畜禽粪便和栏圈垫物等;③第3性生产废弃物,主要指农副产品加工后的剩余物;④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。
由上述农业废弃物的来源可知,其种类在不同的地域可能多种多样,但实现资源化的本质是相同的。
经综合,可进行资源化利用的大概有3大类。
①农作物秸秆类。
农业秸秆是农业废弃物中最主要的部分,它是自然安徽农业科学,2004,32(4):757-759,767 Journal of Anhui Agricultural Sciences赐于人类宝贵的生物资源,其中含有丰富的有机质、纤维素、半纤维素、粗蛋白、粗脂肪和氮、磷、钾、钙、镁、硫等各种营养成分,可广泛应用于饲料、燃料、肥料、造纸、轻工食品、养殖、建材、编织等各个领域。
据报道,我国各类主要农作物秸秆年产量达7亿t左右,其植物能大约占农作物总量的50%～75%,具有很高的利用价值,但目前我国的利用率较低,仅为33%左右[3]。
②蔬菜及瓜果等农副产品加工类。
为丰富我国城镇居民的菜篮子,我国在大中小城市周围相继建立了一批菜篮子工程,但也带来了大量的剩余物。
蔬菜食品类的营养成分很丰富(占总重量%):总水分71.8%～85.0%,干物质15.0%～28.2%,其中蛋白质1.7%～4.4%,油脂0.4%～1.6%,无氮提取物11.4%～15.5%,舷宋素1%～3%,灰分1.8%～2.4%;另外,每千克废弃物中还有2.5g钙、1.5g磷、15～22g可消化蛋白[4]。
除此以外,还有大量的有价值的农副产品加工下脚料。
如水产品中淡水鱼的加工,淡水鱼一般头大、内脏多,采肉量仅为鱼体重量的30%,鱼头、内脏、鱼鳞、鱼刺、鱼皮、鱼绪等下脚料被白白丢弃;农产品中大豆的加工,可产生大量的豆渣。
这些下脚料除少部分用作肥料和饲料外,大部分都被丢弃,既浪费了资源又污染了环境。
③人畜粪便类。
据初步统计,目前我国每年畜禽养殖场排放的粪便及粪水总量就超过了17亿t[5],再加上集约化生产的冲洗水,实际排放量远远超过此数字。
如此多的畜禽粪便,不仅污染了养殖场周围的环境,而且导致了水体的污染。
随着生产的发展和人口的进一步增加,农业废弃物正以年均5%～10%的速度递增。
具有前述共性的这些大量的农业废弃物是一种特殊形态的可再生资源,具有巨大的开发潜力。
根据其理化特性,通过一定的手段,有目的地对其进行资源化利用,可以满足人们的某一特殊需求。
如利用废弃物中的生物质能将其作为能源开发利用;利用其营养成分制作肥料和饲料以及食品添加剂等制品;利用其物理技术特性,生产质轻、绝热、吸声的功能材料;利用其化学特性,提取有机和无机化合物,生产化工原料和化学制品等。
不仅如此,运用农业生态工程并通过一整套废弃物资源化利用技术,可以将种植业、养殖业和农业相关的其他行业联成一个有机整体,从农业系统学的角度来研究农业废弃物的处理与利用问题,这样不仅可提高资源利用效率,变废为宝,节约自然资源,解决饲料、肥源、能源问题,增加农副产品的价值,而且可减轻环境处理负荷,全面消除废弃物的直接污染,保护农业生态环境。
同时还强化了生态系统中还原者的作用,以较低的物能消耗,取得最佳的生态、经济、社会效益,为农业持续发展和实现生态与经济良性循环发挥巨大作用。
2 农业废弃物资源化综合利用途径农业废弃物种类繁多,成分复杂,如能加以分类、收集、处理再利用,其作用是不可低估的。
2.1 获取能量 由于生物质能是仅次于煤炭、石油、天然气的第4大能源,在世界能源消费总量中占14%,而农业废弃物作为生物质的一个部分,在利用其能量方面,可采用如下途径:2.1.1 农业废弃物制沼气。
据研究表明,农作物秸秆、蔬菜瓜果的废弃物和畜禽粪便都是制沼气最好的原料。
据测算,每千克秸秆可制气2.2m3,每吨秸秆可替代0.7t煤炭,每利用1万t秸秆可减少二氧化硫排放量140t,减少烟尘排放量100t。
按1家4口人每天用气量5～6m3、价格0.1～0.2元/m3计算,每户每月仅需18～36元[6]。
2.1.2 农业废弃物气化。
利用生物质热能气化原理,由气化反应器将可燃烧物质经过干燥热解气化和还原等过程,变成可燃气体,最终输送到各个用户。
固体废弃物经气化可产生高效清洁方便的可燃气,为农村供气、供热、供电。
2.1.3 农业废弃物液化。
将能量密度较低的废弃物转化成密度高、品位高的液体燃料是合理利用生物质能的有效途径,也是21世纪最有发展潜力的技术之一。
由生物质制成的液体燃料叫生物燃料。
生物燃料主要包括生物酒精、生物甲醇、生物柴油和生物油。
2.1.4 农业废弃物固化。
将秸秆、稻壳、锯末、木屑等有机废弃物,用机械加压、加热等原理,将原来松散、无定型、低发热量的生物质原料压制成具有一定形状、密度较高(1.1～1.4t/m3)的固体成型燃料(热值14～20M J/kg),其功效相当于中质煤,但没有煤所固有的含硫量大、灰分高、污染环境等缺点。
从成型工艺上可分为常温压缩成型、热压成型和碳化成型3类。
2.2 制作肥料2.2.1 堆肥。
利用微生物在一定温度、湿度、pH值条件下,使畜禽粪便和秸秆等农业有机废物发生生物化学降解,形成一种类似腐殖质土壤的物质,可作肥料和改良土壤,这种方法称为培肥化。
根据处理过程中微生物对O2要求的不同,培肥化可分为好氧堆肥化和厌氧堆肥化。
前者是在通气条件下借好氧微生物活动使有机物得到降解,因好氧堆肥化温度在50～60℃,极限可达80～90℃,故亦称为高温堆肥;后者是利用微生物发酵造肥,所需时间较长。
2.2.2 液体肥料。
农业废弃物(废渣、杂草、废菜叶、瓜果皮等)做成堆肥后,其液体汁液经安全处理后可制成液体肥料。
2.2.3 有机生物肥。
堆肥处理后,沼气池中的固体残渣经处理后可制成有机肥。
2.2.4 有机复合肥。
将高温堆肥产品经杀灭病原菌、虫卵和杂草种子等无害化处理和稳定化处理后,配以一定比例的无机氮、磷、钾复混造粒,加入功能微生物而形成的一种融有机、无机肥及功能微生物于一体的“三合一”肥料。