固体废物资源化——秸秆利用_秸秆资源化利用技术

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固体废物资源化

——秸秆利用

【摘要】：本文对国内秸秆利用技术及发展做了简述，并由现存的发展障碍提出相应解决对策。【关键词】：秸秆利用 障碍 对策

前沿

近年来，农作物秸秆成为农村面源污染的新源头。每年夏收和秋冬之际，总有大量的小麦、玉米等秸秆在田间焚烧，产生了大量浓重的烟雾，不仅成为农村环境保护的瓶颈问题，甚至成为殃及城市环境的罪魁祸首。我国作为农业大国，是世界上秸秆资源最为丰富的国家之一。2003年，我国秸秆资源产量达7.9亿吨, 约合3.6亿吨标准煤，并每年以0.12亿吨的速度稳步增长。我国农村主要有水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆，其中玉米秸秆占36.7%，稻草秸秆占27.5%，小麦秸秆占15.2%。农作物秸秆蕴藏着丰富的能量，含有大量的营养物质，除了含有大量N、P、K 元素之外, 还含有蛋白质、有机质和微量元素[1]。开发利用潜力巨大。秸秆燃烧值约为标准煤的50%，1t 普通秸秆的营养价值平均与0.25t粮食的营养价值相当[2]。如何提高农作物秸秆的综合开发利用及其利用率是解决问题的关键。秸秆综合利用技术

目前,中国利用农作物秸秆的方法,以焚烧为主,其次是秸秆还田, 牲口饲料养殖和工业利用。据相关资料显示,目前国内农作物秸秆中,直接用作生活燃料的约占总量的 20 % , 用作肥料直接还田的约占总

量的 15 %, 用作饲料的约占总量的15%,用作工业原料的约占总量的 2 % , 废弃或露天焚烧的约占总量的 33 % [3]。秸秆是目前广大农村利用最为普遍的燃料，具有降低农民生活成本、获得便利等优点，将秸秆作为燃料减少了煤等不可再生资源的使用量，但其危害也不可忽视。农户燃烧秸秆量较大时，就会产生大量二氧化碳和一氧化碳，空气中粉尘量也会严重超标，严重影响当地居民的身体健康，危害不亚于露天焚烧秸秆[4]。

1.1秸秆还田 秸秆还田的主要方式有:机械直接还田、覆盖还田、堆沤腐熟还田和过腹还田。

1.1.1 机械直接还田 机械直接还田方式, 可分为通过机械一次性粉碎还田和将作物秸秆整秆翻埋或平铺还田两种。研究显示:秸秆机械直接还田与单施肥料处理相比, 其土壤中泥沙量减少了70% ~ 80 %, 地表径流量减少了 26 % ~ 31 % ,渗漏径流量增加了 30 % ~ 52 %;减少了 N、P元素的流失。另外, 还促进作物吸收 K和缓解土壤中 K含量下降。

1.1.2 覆盖还田 秸秆覆盖地表后, 可以阻挡降水对地表的直接冲击, 保护土壤表层结构,可以有效降低土壤中水分向大气蒸发的速度, 减少蒸腾量,使得土壤有效储水量明显提高, 同时调节土壤温度, 有效缓解气温激变对作物的伤害。

1.1.3 堆沤腐熟还田 堆沤腐熟还田也称高温堆肥,主要是利用快速堆肥剂产生大量的纤维素酶,在较短时间内将作物秸秆堆制成有机肥。使用腐熟秸秆有机肥,能改善由于使用化肥导致的土壤次生盐渍

化对作物生长的抑制程度,同时也可以提高作物的产量。1.1.4 过腹还田 过腹还田指秸秆通过牲畜食用过腹排粪还田,这种还田方式对于维持和提高土壤中氮和钾的水平有重大意义。研究表明, 连续 5年施用玉米秸秆过腹牛粪, 土壤肥力明显提高,土壤中的有机质、TP、TN 和 TK 分别提高了 15.2 %、8.9 %、120 %和 5.9 % , 速效 P、N、K和 HA /FA值与转化酶活性均明显提高。

1.2 秸秆用于养殖

种植养殖可以形成相互连接的产业链条, 种植业的副产品-作物秸秆, 可以作为食草动物的饲料,动物粪尿积累起来可以肥田,改良土壤结构,减少化肥施用量,发展绿色无公害农业,节本增效。

1.2.1 秸秆作家畜饲料 秸秆含有很高的营养价值,常利用化学、微生物学等原理, 将秸秆转化为含有丰富菌体蛋白、维生素等成分的生物蛋白饲料。目前较为常见的转化技术有秸秆青贮、微贮(无氧发酵)、氨化压块等。青贮指将青玉米秸秆切碎、装窖、压实、封埋,进行自然乳酸发酵。微贮指在秸秆中加入微生物制剂, 密封发酵。压块指在秸秆晒干后, 粉碎加入其它添加剂加工成颗粒饲料。氨化指在秸秆中加入氨源物质密封堆制。

1.2.2 秸秆作基料培养食用菌 利用微生物以纤维素为基质原料生产单细胞蛋白质,是当今利用纤维素最有效的方法之一。用秸秆为原料代替木材,进行鸡腿菇、香菇等食用菌的生产, 可减少 1 /2的木材使用量,不仅大大节约木材的消耗, 且价格低廉。秸秆生产菌菇后的菌糠, 是一种营养丰富的菌体蛋白饲料,既能作为饲料过腹还田，也可作为优质的有机肥直接还田。试验表明, 每平方米菌菇栽植面积约可消耗麦草 5 kg ,每公斤培养料可采收平菇 0.8~ 1.5 kg。1.2.3 秸秆培养蚯蚓 秸秆经过粉碎堆制处理后,可作为饵料饲养蚯蚓。蚯蚓含有多种氨基酸和丰富的粗蛋白, 不仅可用来补充畜禽蛋白饲料的不足, 还可入药。蚯蚓粪是很好的有机肥料, 含有很高的有机质、腐殖质、N、P、K、氨基酸等,是植物生长最需要的养料。1.3 秸秆用作能源

秸秆能源技术包括秸秆气化制气、秸秆压块成型制炭和锅炉燃烧发电以及生物沼气等,与煤、油、天然气相比,秸秆燃料成本低、污染少、秸秆燃烧后的草木灰和制气产生的沼渣可以还田作肥料,沼液可喂猪或养鱼。

1.3.1 秸秆热解气化 秸秆热解气化是利用秸秆气化装置, 将干秸秆粉碎后在经过气化设备热解、氧化和还原反应转换成一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体,再通过输配系统, 用于生产生活。秸秆燃气燃烧后无尘无烟无污染, 减少了 CO2、SO2、烟尘等污染物的排放。1.3.2 秸秆成型制炭 秸秆成型制炭, 是利用固化成型设备将秸秆压缩为原体积的 1 /8~ 1 /12 ,制成一定形状的块状固体燃料,1.4 t秸秆固化燃料与 1 t煤炭的热值相当, 用秸秆成型燃料替代煤炭,经济、环保、清洁。

1.3.3 锅炉集中燃烧发电 农作物秸秆是一种很好的清洁可再生能源,平均含硫率只有 0.38 % ,发电 CO2排放量为 0 , 硫排放量比煤炭至少低 50 %。用秸秆燃烧发电既可缓解农村能源紧张, 又有利于保护生态和资源。

1.3.4 秸秆制沼气 利用秸秆制沼气, 即用秸秆和畜禽粪便混合发酵制沼气,不仅可解决农村的煮饭和照明问题, 还可与柴油混合使用, 节约柴油70% ~ 80 %。另外,沼液沼渣中含有丰富的氨基酸和蛋白质,是很好的速效肥。

1.4 秸秆工艺品 麦秆可加工成工艺画或草编织物, 每公斤0.2元左右的稻草,经简单粗加工制成包片和草苫效益成倍或双倍增加,是农民增加收入的一条好途径。

1.5 秸秆作工业原料 农作物秸秆也可用作工业制品原料, 经碾磨处理后的秸秆纤维与树脂混合物在金属模具中加压成型, 可制造纤维板、包装箱、快餐盒、工艺品、装饰板材和一次成型家具等产品, 既减轻了环境污染,又缓解了木材供应的压力。秸秆板材制品具有强度高、耐腐蚀、防火阻燃、不变形、不开裂、强度高、美观大方及价格低廉等特点。秸秆餐具保温隔热性好, 强度、挺度佳,制造工艺简单可靠,生产成本低, 产品附加值高, 使用后可自然降解,或用作饲料和肥料,对环境损害小。秸秆利用存在的障碍

2.1 土地承包形式制约机械化的处理方式

我国农村的土地联产承包责任制-小片分散经营的模式给农业生产机械化带来了问题。由于农户平均农田面积小, 农作物种植分散, 秸秆分散, 很难采用机械化作业的方式。近期我国农户的经营模式及大型机械化收集作业还无法普遍实现, 秸秆收集及利用也无法照搬西方发达国家模式。

2.2季节性强时间短产生量大

玉米是我国北方大量耕种的农作物之一。多数地区采用的是玉米小麦间作的种植方式。因此, 在玉米收获季节从收获到种植基本在一个多月的时间。时间短, 秸秆产生量大。也就是说, 收获时玉米平均亩产秸秆 2 794kg , 其中秸秆的含水量为 2 061kg。如果在收获时处理秸秆的话, 不论将秸秆运往何处, 都要考虑运输这每亩秸秆所产生的 2 t左右水所作的无用功。2.3质地疏松运输储存困难

秸秆收获后都需要将秸秆搬运到工厂。然而, 秸秆质地疏松, 不论何种运输工具都是得不偿失。即使经过一段时间的晾晒, 在百分之十几含水量的情况下, 其密度每 m3也只有几十 kg。对于一个 25 MW 的发电厂, 年需要秸秆约20万 t。即使运输半径在 100km以内可以收集到足够的原料, 其运输费用恐怕也在秸秆的本身价值之上。由于秸秆的收获季节性很强, 因此, 就更不用说这些秸秆储藏所需要占用的土地, 以及防火等设施的费用。2.4 投入和产出不成比例

在实践中农民还发现, 秸秆还田后, 由于秸秆腐烂较慢使土壤的通 透性等受到破坏, 反而不利于土壤的改良。虽然当前有一种能使秸秆 快速腐烂的催腐剂, 但农民采纳的不多, 原因是用催腐剂腐化秸秆需先将秸秆从地里搬出来后堆积腐化, 费时费力。将秸秆进行气化虽是利用秸秆的好方式, 但投资太大, 一般村子搞不起来。因此, 要把秸秆综合利用做好, 需要政府从财力、物力、人力和技术上给予大

力支持。秸秆综合利用的对策

3.1 一体化便捷式秸秆加工的工作方式

大量的秸秆在收获后, 有相当一段时间只能是存放在地头、路旁或田间, 而且人们都知道十里不运草, 因此, 加工设备的工作方式应该 是小型便捷, 可以移动, 且配置电力、柴油机等不同的动力输入, 集切碎、调质、固化成型为一体, 方便农民操作, 适合于在地头、路旁实现就地加工[5]。

3.2 加大政府支持力度并建立激励机制

严格执行有关法律法规, 并围绕秸秆还田制定一系列行之有效的行政和技术措施, 对焚烧秸秆、掠夺式经营土地的行为给予法律约束。对增加有机肥投入、进行秸秆还田或有效利用的农民要给予一定的政策鼓励或奖励。同时各级政府要因地制宜, 加大推广投入力度, 安排专项资金重点支持建立示范基地, 对推广项目的技术、设备引进给予适度补贴。

3.3重点解决秸秆转化中的技术问题

目前推广的秸秆综合利用项目中, 有的技术还不成熟、有的还需进 一步研发, 技术上的不足很大程度上影响了秸秆的有效利用。如秸秆 气化中的焦油问题, 高效生物有机肥工业化生产设备的引进、消化吸收及国产化问题, 秸秆饲料的优化配制等。秸秆的转化利用技术除要求经过基础研究和应用技术研究外, 还需要经过大量的试验改进, 特别是生产性中间试验更为重要。

3.4积极搞好示范推广工作

在总结秸秆青贮、氨化、气化、加工、机械化还田、快速腐熟等技术应用基础上, 从实际出发, 因地制宜选准技术切入点, 推动各项关键综合利用技术的推广应用。如平原地区和大城市郊区, 机械化基础条件好, 要大力推广应用秸秆机械化粉碎还田、保护性耕作等适用技术;丘陵区与经济欠发达区, 要着重考虑秸秆堆沤还田技术, 大力推广秸秆快速腐熟还田;草食动物比较集中地区, 要大力发展秸秆养畜, 推动秸秆经济的发展;经济较发达地区, 要推动秸秆气化、沼气和秸秆加工业的发展, 开拓农民增收的新途径, 推进新农村建设。

3.5把秸秆综合利用作为一个产业发展

按照市场经济的要求, 把秸秆综合利用作为一个产业发展, 不断向 广度和深度推进。同时要做到三结合:与种植业结构调整相结合、与优势产业布局相结合、与发展农业机械化相结合。秸秆综合利用主体是农民, 出路在技术, 关键在机械, 重点是增加投入。必须利用市场经济的利益驱动机制, 发展秸秆经济, 引导社会资源配置, 引导企业和农民参与, 使农民增收、企业增利。如建立秸秆种菇场、秸秆气化站、秸秆生物制肥厂等, 推行企业化管理[6]。结语

与国外秸秆利用技术相比，我国起步晚，发展滞后，但我国有丰富的秸秆资源，可以适当借鉴国外发展经验，找出适合我国现状的发展思路。《可再生能源法》的颁布实施也为生物质能源的发展创造了有利的外部环境。结合现有资源解决我国以及全球的能源短缺问题是人类发展史上的重大突破。只要我们从思想创新、工艺创新、回收复用创新及市场创新几方面下手，一定能够解决固体废物资源化利用问题。

参考文献

[1] 严 妍, 接梅梅，韩姗珊，农作物秸秆综合利用方法浅析[X],2010，04，16

[2]李研宁，刘亭亭，作物秸秆综合利用技术研究，2010（22），：0107-01 [3] 刘瑞伟，我国农作物秸秆利用现状及对策 [J].农业与科技,2009 , 29(1): 7-9.[4]赵艺欣，浅析秸秆利用方式利与弊，2011,(2):27-28 [5]我国农业生物质秸秆能源化利用的途径及思路，王永明，蒋振山，朱小宁[X](2010)，02-0050-04 [6]周留洋，农作物秸秆综合利用现状及对策研究，2010（18）