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第五章 农业废弃物处理与资源化

第一节 概 述

一、固体废弃物的资源化
（一）自然资源形势
1. 不断更新的自然资源
2. 可以更新的自然资源
3. 难以更新的自然资源
4. 不可更新的自然资源
农村环境的发展是在自然资源开发与利用的过程中发展的，其开发利用的程度，与城乡社会经济技术条件相适应。可以利用的资源称之为资源，暂时不能利用的资源为“潜在的资源”。因此，自然资源指在一定的经济条件下，自然界中对人类有用的一切物质和能量，如水、土、气、森林、草原、野生动植物等。
固体废物“资源化”的基本任务是采取工艺措施从固体废物中回收有用的物质和能源。固体废物“资源化”是固体废物的主要归宿。
（二）“资源化”特点与原则
固体废物属于“二次资源”“再生资源”范畴，虽然它一般不再具有原使用价值，但是通过回收、加工等途径，可以获得新的使用价值。
“资源化”应遵循的原则是：“资源化”技术是可行的；“资源化”的经济效益比较好，有较强的生命力；废物应尽可能在排放源就近利用，以节省废物在贮放、运输等过程的投资；“资源化”产品应当符合国家相应产品的质量标准，因而具有与之相竞争的能力。
二、生态农业中农业废弃物的综合利用
生态农业最大的特点是它的整体性和完整性，任务是促进物质在系统内部的多次重复利用和循环利用，以尽可能减少系统外部物质的投入，提高系统的经济效益。而农业废弃物的综合利用则是重要的途径之一。
本章试图通过介绍当前我国农业废弃物产生及综合利用现状，重点介绍如何应用生态农业原理及生态农业技术来处理和利用各种农业废弃物，达到变废为宝、化害为利、提高效益、改善和保护环境之目的。
第二节 畜禽粪便综合利用

一、畜禽粪便的环境污染
畜禽粪便中含有大量的氮、磷等营养物质，是营养丰富的有机肥。数千年来，我国农民一直将畜禽粪便作为提高土壤肥力的主要来源。
畜禽粪便既是宝贵资源，又是污染源，如不经妥善处理即排入环境，将会对地表水、地下水、土壤和空气造成严重污染，并危及畜禽本身及人体健康。特别是大城市郊区的集约化大型畜禽养殖场，畜禽粪便不仅没有被认为是资源，而且被视为环境污染的污染源。一些畜牧场的粪便没有出路，长期堆放，任其日晒雨淋，致使空气恶臭，蚊蝇孳生，污染周围水环境。在畜牧业生产中，清洗、消毒等所产生的污水数量大大超过畜禽粪便的排放量，这些污水中含有大量的有机质和消毒剂的化学成分，且可能含有病原微生物和寄生虫卵等。据测定，猪场污水中总固体物为15～47g/L，COD(化学耗氧量)为32.5～55g/L；牛场污水沉淀物中COD为14～32.8g/L，BOD(生物耗氧量)为4.2～5.2g/L，总固体悬浮物6g／L。在1ml牧场污水中有83万个大肠杆菌、69万个肠球菌。未经过处理的污水流入河流、水塘、湖泊，由于细菌的作用，大量消耗水中的氧气，使水体由好氧分解变为厌氧分解，水质变臭，并导致富营养化。
据上海污染调查，畜禽养殖对黄浦江的污染影响占进入黄浦江污染负荷36％，畜禽养殖已成为黄浦江水质环境低下重要原因之一。
二、畜禽养殖业污染的防治对策与措施
（一）管理控制
1. 控制发展规模和速度
2．布局 严禁在城市集中饮用水源地、人口稠密区及环境敏感区建设众多或大中型畜禽养殖场。
3．隔离带，控制饲养密度
一般都要设置隔离带或绿化带，大型畜禽养殖场隔离带的设置一般要在1000m左右，特大型的畜禽养殖场一般要在1500～2000m，小型场也要在300～500m。
4．严格执行“三同时”制度
（二）技术控制
1. 建立种植业与养殖业紧密结合的生态工程
2. 加强环境调查、监测，制订相应标准
三、畜禽粪便的资源化利用
所谓畜禽粪便资源化，就是通过一定的技术处理，将粪便由废弃物变成资源，变成农业的肥料、饲料和燃料。
（一）用作肥料
畜禽粪便容易收集，大多数采用填土垫圈或堆肥利用畜禽粪便，俗称农家肥。长期以来，人们一直利用农家肥给作物施肥.
畜禽粪便经发酵后就地还田作为肥料使用，是减轻其环境污染、充分利用农业资源最经济有效的措施。从我国畜禽粪便的利用情况来看，不同畜粪便使用差异较大。鸡粪含有的营养成分较高、含水量较低，大中型养鸡场、养鸡专业户、专业村的鸡肥都充分供给农民作为肥料，得到充分的利用。而牛粪和猪粪含水量较高，运输极为不方便，在一些地区猪、牛粪随意堆放，加之畜禽粪便的产生与农业使用存在季节性差异，猪、牛粪的还田利用率较低，据对部分地区调查，一些地区的猪、牛粪还田利用率仅达30％～50％，有一半以上的粪便没有得到利用，造成了资源的极大浪费。
在一些地区也兴建了畜禽有机肥生产厂。采用的方法有厌氧发酵法、快速烘干法、微波法、膨化法、充氧动态发酵法。目前在北京地区广泛采用快速烘干法利用鸡粪，用这种方法可以将排出的大量湿鸡粪及时进行烘干，避免了污染、减少了堆放场所，便于储存、运输、出售。及时烘干的鲜鸡粪也可用于再生饲料。
随着我国有机食品和绿色食品的发展，有机肥料的需求量也不断增加，用畜禽粪便制作有机肥具有一定的市场前景。资源化利用所占的比例仍极低，上海市商品有机肥产量仅占畜禽粪便总量2％～3％。
（二）用作饲料
1. 畜禽粪便饲料化的可行性
畜禽粪便的营养最适合于反刍动物。畜禽粪既含有丰富的营养成分，但又是一种有害物的潜在来源，有害物包括病原微生物(细菌、病毒、寄生虫)、化学物质(如真菌毒素)、杀虫药、有毒金属、药物和激素。1967年美国食品卫生管理部门认为粪便饲料化不卫生，并发布了一个政策性法令之后，各国学者对饲料化的安全性进行了广泛的研究，对畜禽粪便饲料化的安全性进行了重新评价。认为，带有潜在病原菌的畜禽粪便经过适当处理后，再用作饲料是安全的。
2. 畜禽粪便饲料化的方法
畜禽粪便经适当的处理可杀死病原菌，便于贮存、运输、改善适口性，并能提高蛋白质的消化率和代谢能，国外畜禽粪便饲料化早已商品化，很多加工处理方法和设备已获专利。我国畜禽粪便饲料化也已开展多年，积累了一些经验，但距商品化还有一定距离。常用的方法有干燥法、青贮法、需氧发酵和分离法
（三）用作燃料
厌氧发酵法是将畜禽粪便和秸秆等一起进行发酵产生沼气，是畜禽粪便利用最有效的方法、这种方法不仅能提供清洁能源，解决我国广大农村燃料短缺和大量焚烧秸秆的矛盾，同时，也解决了大型畜牧养殖场的畜禽粪便污染问题。
发展以沼气工程为中心的猪鸡粪尿处理工程系统，可充分利用肥、能源及营养物，投入-产出比可高达1：5，投资回收期一般仅为3年，具有极其显著的经济、社会、环境效益。

第三节 农作物秸杆综合利用

一、我国农作物秸杆资源量
我国是农业大国，随着农业的发展，副产品的数量也不断增加，如农作物秸秆、藤蔓、皮壳、饼粕、酒糟、甜菜渣、蔗渣、废糖蜜、食品工业下脚料、禽畜制品下脚料、蔗叶及各种树叶、锯末、木屑等，数量极大。据统计，我国每年的农作物秸秆，其中除豆饼用作高蛋白质饲料、部分农产品加工废物和作物秸秆用作饲料、少量的棉秆用于纤维板的生产、部分作物秸秆作为造纸的原料外，大部分副产品没有得到利用或没有得到充分利用。我国是个人口多、资源相对较少的国家，因此，把数量巨大的农业废弃物(特别是农作物秸秆)加以充分开发利用，变废为宝，不仅可以产生巨大的经济效益，还会收到重要的环境效益和社会效益。
二、我国农业秸秆资源利用现状
我国主要是还田利用、饲料化处理和作为工业生产原料三种。
（一）秸秆还田利用
秸秆还田的方法分为整株还田技术、有根茬粉碎还田技术和传统沤肥还田技术。秸秆直接还田在我国已有了一定面积的推广应用。在“八五”期间，秸秆直接还田技术规程研究取得了重要突破，已经制定出了包括华北、西南、长江中游区、江苏水旱轮作区和浙江三熟制种植区的麦秸、玉米秸、稻草直接还田的技术规程，包括还田方式、秸秆数量、施氮量、土壤水分、粉碎程度、还田时间及防治病虫害、防治杂草等方面的技术要求，并分析了秸秆还田增产效果的作用机理。秸秆还田增产因素是多方面的，概括起来主要是养分效应、改良土壤效应和农田环境优化效应三个方面。实践证明，秸秆还田后，对于缓解土壤中氮、磷、钾比例失调的矛盾，补充磷、钾化肥不足有十分重要的意义。
（二）秸秆饲料化利用
1. 微生物处理
一般来讲，农作物残体中都含有碳水化合物、蛋白质、脂肪、木质素、醇类、醛、酮和有机酸等，这些成分大都可被微生物分解利用。这些微生物含有较多的蛋白质，其中动物所必须的氨基酸含量也较高并含有较丰富的维生素，可作为人的高蛋白质食物，加到动物饲料中可大大提高饲料效果。
2. 饲料化加工
主要利用薯类藤蔓、玉米秸、豆类秸秆、甜菜叶等加工制成氨化、青贮饲料，稻草作为草食性动物的食料等。
方法有秸秆的氨化、青贮和微生物发酵贮存、热喷、揉搓、压饼等。
(三)作为生产原料利用
秸秆较多地应用于造纸和编织行业、食用菌生产等，近年又兴起了秸秆制炭技术、纸质地膜、纤维密度板等。利用农作物秸秆等纤维素废料为原料，采取生物技术的手段发酵生产乙醇、糠醛、苯酚、燃料油气、单细胞蛋白、工业酶制剂、纤维素酶制剂等，在日本、美国等发达国家已有深入研究和一定的生产规模，我国在这方面的研究和应用相对落后。
三、当前我国农业秸秆综合利用中存在的问题
（一）土壤有机质降低与秸秆废弃的矛盾
（二）秸秆资源的开发利用率低
据不完全统计，世界上被利用的秸秆等农林废弃物不足2％。我国目前的秸秆的利用率为33％，其中大部分未加处理，经过技术处理利用的仅占2.6％。综合利用的潜力巨大。
（三）秸秆还田等技术推广阻力较大
秸秆还田技术推广阻力大的主要原因与秸秆本身难以降解和推广应用中存在的一些问题有着密切的关系。
（四）露天燃烧秸秆严重污染
露天燃烧秸秆带来的一个最突出的问题就是导致大气污染，直接影响了民航、铁路、高速公路的正常运营。如成都双流机场从1996年开始每逢农作物收获季节都深受燃烧秸秆危害，有时机场能见度低于400m，严重影响机场航班的正常起飞和降落。由于燃烧秸秆导致火灾事故频频发生。
四、有待于推广的秸秆综合利用技术
秸秆禁烧和综合利用也可以概括为“疏”和“堵”的关系。秸秆禁烧就是“堵”，秸秆综合利用就是“疏”，两者有机地结合起来就是疏、堵并举。发明了许多方法，归纳如下。(1)物理方法：包括切短、粉碎、蒸煮、膨化(热爆、冷爆)等。这些方法可以提高采食量，有的也提高消化率，无怪乎古人曰：“寸草铡三刀，无料也上膘”。(2)生物法：包括青贮和用降解纤维素、半纤维素、木质素的微生物进行发酵生产单细胞蛋白等。(3)化学法：包括碱化、氨化、氧化、酸化、钙化等，主要是碱化和氨化。实践证明，一些秸杆综合利用技术仍有待于推广。
（一）作物秸秆氨化技术
作物秸秆的氨化技术是用含氨源的化学物质(例如液氨、氨水、尿素、碳酸氢铵等)在一定条件下处理作物秸秆，使秸秆更适合草食牲畜饲用的一种方法。
（二）作物秸秆的制气及应用技术
生物质是世界第四大能源，它对全世界一次能源的贡献约占14％。在我国，生物质占一次能源总量的33％，是仅次于煤的第二大能源。我国是世界上最大的农业国家，作为农业生产的副产品，农作物秸秆是生物质资源的重要组成部分。从可持续发展的角度看，秸秆是可再生而且洁净的能源资源。
生物质气化技术是热化学转换的一种方式，特别适用于农业废弃物的处理利用。秸秆气化集中供气、供电技术，具有效率高、原料适应性好、设备简单、投资较低的优点，适合于我国农村现阶段的技术经济水平。
1. 气化原理
广义地说，农业生产中存在各种各样的废弃物，除秸秆外，还有稻壳、蔗渣、木屑、花生壳、玉米芯、树皮、刨花等，这些固体废弃物，统称为生物质。
简单地说，生物质气化技术，就是生物质原料在缺氧状态下加热反应的能量转换过程。生物质由C、H、O等元素和灰分组成，当它们被点燃时，供应少量空气，并且采取措施控制其反应过程，使其变成一氧化碳、甲烷、氢气等可燃气体，生物质中大部分能量都转移到气体中，这就是气化过程。
2. 特点及应用前景
生物质气化发电的投资较小，容易实现，在我国农村的乡镇均可承担并建立使用。如果在这些地方建立中小型生物质气化发电装置，利用地区的生物质资源发电，就能解决当地的电力问题，实现自给自足，发展经济。另外，一些发达地区电力不足，也可就地取材，利用生物质废弃物建立生物质气化发电站，增加电力，以供给该地区工农业发展需要。生物质气化发电很有广阔推广前景。

第四节 农业塑料、垃圾和乡镇工业废弃物综合利用

一、农业塑料综合利用
农业塑料主要是农业地膜和农业用棚膜（蔬菜大棚）。塑料不易腐烂、难于消解的性能，因此塑料散落在土地里会造成永久性污染。
近几年来，人们采取废膜回收、加工利用的方法，变废为宝，化害为利，达到消除污染、净化田间的目的，具体做法如下：先将废膜回收，遗憾的是，目前还没有回收废膜的机械，只能用手。回收的废膜上带有很多泥土，在加工之前必须用清水洗净晾干或风干，然后进行加工利用。加工的第一道工序是将废膜粉碎，加温熔融，经机械挤压成塑料泥。然后进入第二道工序，将塑料泥放入挤塑机，制成直径为3～4mm的塑料条，经水冷却后盘起来。第三道工序是造粒。需要一台小型造粒机，将塑料条切割成7～8mm长的塑料颗粒。到此，即完成了加工的初制产品。一般净膜出粒料97％左右。塑料颗粒是塑料工业的原料，每吨售价1100～1500元，每吨颗粒的原料成本600元左右(包括运输、购膜、损耗、代购奖励等)，除去加工、管理等费用，每吨纯利250～300元。一套机械8000多元，根据型号不同，一般日加工能力300～600kg，月产7～15t，年产100t左右。有l300 ～2000hm2的地膜面积即可保证一个小型加工厂点的一年用料。颗粒经过再加工，可生产塑料产品。目前，农民加工生产的有塑料桶、盆、盒、盘、勺、管、地板、桌面、洗衣搓板等。颗粒料的销售市场主要是国营企业，而再加工的产品，其市场则主要是广大农村。
废膜回收加工，进行综合利用是地膜新技术带来的新产业，原料充足，产品销路广，经济效益高，大有发展前途，为农民发家致富增辟了一条渠道。据不完全统计，已有9个省、市的80多个厂点搞废膜加工利用。其中辽宁省30多个。如果按1984年的覆膜面积计算，根据目前一般每套机器的加工能力，其废膜原料按投入地膜量的75％回收，约可满足1000多个厂点搞加工，按每吨粒料价值1100元计，年产值可达9000多万元，农民增加收入3000多万元，加工厂纯收入2500万元左右。因此，废膜回收，加工利用，一举数得，大有发展潜力，前景广阔。
二、生活垃圾和乡镇工业废弃物的综合利用
生活垃圾的成分主要是厨房废弃物(废菜、煤灰、蛋壳废弃的食品)以及废塑料、废纸、碎玻璃、碎陶瓷、废纤维、废电池及其他废弃的生活用品等，组成十分复杂。
生活垃圾成分复杂，除含有碳、氮、磷、钾等植物需要的营养元素外，还含有一些有害元素。据北京市环境卫生研究所调查(1983、1984、1985年平均值，质量分数)垃圾中含碳12％～38％、氮0.6％～2.0％、磷0.14％～0.2％、钾0.6％～2.0％、铁2.57％、硅19.9×10-6、锰350×10-6、铬52.47×10-6、铅14.5l×10-6、砷10.21×10-6、汞0.062×10-6、镉0.0042×10-6。
长期以来，我国城市垃圾的处置主要是堆积于郊区的堆放场或直接施入农田。结果垃圾由市区转移到郊区，再堆积起来，郊区堆起一座座“垃圾山”。垃圾堆积不仅占用了大量土地，而且也破坏了不少良田。长期露天堆放垃圾，腐烂发臭，灰尘、病虫卵随风传播。同时，由于有机物分解和雨水淋溶，也会使某些微生物和有害化学物质渗入地下，污染地下水。未经任何处理的垃圾直接施入农田，会造成农田土壤污染和肥力下降。
二、乡镇工业固体废弃物
乡镇企业从一开始就在低技术水平、低人员素质、相对落后的设备基础上发展、前进。因此，乡镇工业在创造了大量物质财富的同时，也使农村环境受到严重污染，排放的污染物逐年增多。乡镇工业排放的固体废弃物大多数没有经过处理，直接排放到环境中，或堆放、或填埋，大量侵占农田，造成农业环境的严重污染。
三、生活垃圾及乡镇工业固体废弃物处理处置的生态工程
（一）生态工程概念
70年代提出的。生态工程是依据生态系统中物种共生与循环再生原理、结构与功能协调原则，结合系统最优化方法设计的分层多级利用物质的生产工艺系统。根据我国朴素的生态工程实践经验，把生态工程原理总结为整体、协调、自生、再生循环等原则。我国生态工程强调人工生态建设，追求经济效益与生态效益的统一，将人为的改造与建设作为可持续发展的方法论基础。我国生态工程一般是常规、实用技术(也包括高新技术)的系统组合，投资少、周期短，技术要求较简易。
（二）垃圾处理生态工程
垃圾处理生态工程要做到经济上合理必须把垃圾的处理与利用结合起来。垃圾包括生活垃圾、商业垃圾、烧柴炉的炉灰、冬季取暖的灰渣等垃圾。主要组成有食品废弃物、纸、金属、塑料、灰渣、玻璃及其他废弃物。其中富含能源与资源，弃之则为废，用之则为宝。
垃圾处理利用生态工程以整体、循环、协调、再生为基本原则，模拟自然生态系统，将生产者、消费者、分解者通过“食物(生产)链网”互相联系，形成一个闭合的、相对稳定的高效循环系统(图6-1)。
消费者
（生活垃圾）
生产者
（产品、废弃物）
垃圾处理（无害化、资源化、产业化）
图6-1 生活垃圾处理利用生态工程示意图

（三）垃圾处理的资源化及产业化
1. 堆肥
城镇垃圾农业利用前的无害化处理包括两方面的含义，一是除去石头和砖块、碎玻璃、金属、塑料等不应进入土壤的异物，二是可堆腐的有机物在微生物的作用下，向腐殖质转化，生产腐熟好的堆肥，同时杀灭有害生物。城镇垃圾堆肥处理，主要是依靠自然界广泛分布着的细菌、真菌、放线菌等微生物的作用。垃圾(堆肥物料)在这些微生物的作用下分解，向较为稳定的腐殖质转化，微生物自身同时得到繁殖，这个过程的最终产品是腐熟的堆肥。好氧分解能有效地快速分解有机物，因此，现代堆肥的方法基本上都是采用好氧堆肥的方法。
2. 制造复合肥料
堆肥是我国传统的有机垃圾处理方式，但由于肥效低、费工多、难保存、有异味等原因，已不适应现代农业生产状况。将堆肥与化肥相结合，制造有机无机复合肥料，是堆肥产业化的方向。
3. 废纸再生造纸
1000t废纸回收再生可生产800t好纸，可节约木材4000m3。
4. 废塑料生产液态、气态燃料
5. 废玻璃再利用
碎玻璃经过清洗、破碎、加工，可生产硅系列化原料。
6. 发展废品回收业。

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