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1中國農業廢棄物的資源化現狀

1.1污染現狀

中國每年產生的農業廢棄物數以幾十億t計,由于污染事故與事件逐年增加,才漸漸被人們重視。農業廢棄物在生產過程中由于可利用品位不高,成分復雜,二次開發成本高、難度大,同時缺乏政策的引導和資金的投入,導致農業廢棄物污染呈現出數量大、品質差、危害多的特點[1]。農業廢棄物污染主要表現在:秸稈焚燒增加了空氣污染指數并影響到交通和航空運輸事業;養殖場周邊污水橫流、臭氣熏天,嚴重影響生態環境及景觀、居民的日常生活和身體的健康,直接導致面源污染和水體富營養化;農藥、獸藥和重金屬等殘留進入土壤,一方面影響到農產品的品質,另一方面增加土壤微生物的耐藥性;農業“白色污染”影響景觀、土壤的正常功能、作物的生長以及農產品的產量和品質等等[1-5]。

1.2資源潛力

農業廢棄物蘊藏著巨大的資源。中國產生的農業廢棄物按目前的沼氣技術水平能轉化成沼氣3111.5億m3,戶均達1275.2m3,可解決農村的能源短缺;以農作物秸稈為例,將目前的5億t秸稈轉化為電能,以1kg秸稈產生電1kW•h計算,就有電能5億kW•h的潛力;作為肥料可提供氮(N):2264.4萬t;磷(P2O5):459.1萬t;鉀(K2O):2715.7萬t;作為飼料,僅玉米秸稈能提供1.9～2.2億t。通過表1中國農業廢棄物資源化潛力分析可見其巨大的商業開發前景[1-4,15,18]。

1.3資源化現狀

中國農業廢棄物再利用有著悠久的歷史,源于中國的堆肥(composting)和沼氣(bio-gas)技術在傳統的生態理念指引下被廣泛應用,從全國生態農業示范縣收集到的370多個生態農業(ecologyagriculture)實用模式中,就有1/3是以農業廢棄物的循環利用技術為紐帶聯結形成的高效生產模式[5,6]。近些年來,農業廢棄物在能源化、肥料化、飼料化和材料化上取得了顯著的成績。

1)能源化

農業廢棄物是農村能源(ruralenergy)的重要組成部分,在解決農村能源短缺和農村環境污染方面有重要的價值。近年來,中國先后對禽畜糞便厭氧消化、農作物秸稈熱解氣化等技術進行了攻關研究和開發,已經取得了一定成績,生物質能高新轉換技術不僅滿足農民富裕后對優質能源的迫切需求,也在鄉鎮企業等生產領域中得到應用,目前農業廢棄物能源化的方向有:高效沼氣和發電工程系統研究;組裝式沼氣發酵裝置及配套設備和工藝技術研究;中熱值秸稈氣化裝置和燃氣凈化技術研究;移動式秸稈干燥糧食工藝及成套設備研究;秸稈干發酵及其配套技術研究;秸稈直接燃燒供熱系統技術研究;纖維素原料生產燃料乙醇技術研究;生物質熱解液化制備燃料油、間接液化生產合成柴油和副產物綜合利用技術研究;有機垃圾混合燃燒發電技術;城市垃圾填埋場沼氣發電技術;“四位一體”模式和“能源-環境工程”技術農業生態綜合利用模式研究等[1,8-11]。

2)肥料化

農業廢棄物(畜禽糞便、秸稈等)和鄉鎮生活垃圾的肥料化在提高土壤肥力,增加土壤有機質,改善土壤結構等方面有其獨特的作用。近年來,農業廢棄物肥料化的主要方向有:畜禽糞便開發研制的生態型肥料和土壤修復劑等技術;不同原料好氧堆肥關鍵技術研究;高效發酵微生物篩選技術研究;以城鄉有機肥為原料,配以生物接種劑和其他添加劑,高效有機肥生產技術研究;農業廢棄物的腐生生物高值化轉化技術研究;畜禽糞便高溫堆肥產品的復混肥生產技術研究;秸稈等植物纖維類廢棄物漚肥還田技術研究;農作物秸稈整株還田、根茬粉碎還田技術研究[1-4,12-14]。

3)飼料化

目前,農業廢棄物的飼料化主要分為植物纖維性廢棄物的飼料化和動物性廢棄物的飼料化,因為農業廢棄物中含有大量的蛋白質和纖維類物質,經過適當的技術處理,便可作為飼料應用。主要的技術有:通過微生物處理轉化技術,將秸稈、木屑等植物廢棄物加工變為微生物蛋白產品的技術研究;通過發酵技術對青綠秸稈處理的青儲飼料化研究;通過對秸稈等廢物氨化處理,改善原料適口性和營養價值氨化技術研究。動物性廢棄物的飼料化主要是畜禽糞便和加工下腳料的飼料化研究,由于動物性廢棄物的飼料化存在太多的安全隱患,不值得提倡[1,6,13,16],因此不在這里贅述。

4)材料化

利用農業廢棄物中的高蛋白質資源和纖維性材料生產多種生物質材料和生產資料是農業廢棄物資源化的又一個拓展領域,有著廣闊的前景。目前的研究主要包括,利用農業廢棄物中的高纖維性植物廢棄物生產紙板、人造纖維板、輕質建材板等材料研究;通過固化、炭化技術制成活性炭技術研究;生產可降解餐具材料和纖維素薄膜研究;制取木糖(醇)的研究。主要應用方法有:稻殼作為生產白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料;秸稈、稻殼經炭化后生產鋼鐵冶金行業金屬液面的新型保溫材料;麥草經常壓水解、溶劑萃取反應后制取糠醛;甘蔗渣、玉米渣等制取膳食纖維;利用秸稈、棉籽皮、樹枝葉等栽培食用菌;棉籽加工廢棄物清潔油污地面;棉稈皮、棉鈴殼等含有酚式羥基化學成分制成聚合陽離子交換樹脂吸收重金屬[1,14,17,21]。

2中國農業廢棄物資源化的主要問題

在中國的現實社會環境中,由于農業廢棄物的數量大、品質差、危害多的特點,人們對農業廢棄物的價值還存在一些消極的觀念,沒有放在整個社會循環系統中考慮,導致對農業廢棄物資源化的重視程度不夠、資源總量估計不清,技術支撐不足,政策引導不力等的現實問題,阻礙了農業廢棄物資源化與生物質能利用技術的發展、推廣和應用[1,19]。

2.1資源總量不清

中國每年到底產生多少農業廢棄物,這些廢棄物呈怎樣的分布,利用狀況如何,對環境造成多大影響,沒有準確的數據和記錄,僅僅是根據作物和養殖規模估算。不同部門的統計數據出入很大,難辯真偽;農業廢棄物是如何處置處理的,各種消納和利用途徑比例及具體應用情況如何,沒有量化的數據,也沒有估算的標準統計數據。各地根據農業廢棄物的數量、特點,以及不同區域依據其地區特點和經濟發展狀況因地制宜確定的農業廢棄物綜合利用模式有哪些,都沒有明確的數據,中國的農業廢棄物的產生量和危害停留在粗略的估算上,數據不準,家底不清,導致中國農業廢棄物資源利用的盲目性,限制了切實可行政策的制定[1,18,19]。

2.2重視程度不夠

數以幾十億t計的農業廢棄物已經成為中國最大的污染源和潛在資源庫。以2003年中國畜禽糞便產生量為例,所產生的21億t畜禽糞便是中國固體廢棄物產生量的2.4倍。畜禽糞便化學耗氧量的排放量已達9118萬t,遠遠超過中國工業廢水和生活廢水的排放量之和。如果這些廢棄物不能有效地無害化處理和轉化為資源,就是一個巨大的污染源。據國家環保局在太湖地區的調查,農業廢棄物的污染占面源污染的60%。農業廢棄物又是一個有巨大潛力的資源庫。若將全國農業廢棄物所蘊含的能量轉化成沼氣計算可達3111.5億m3,戶均達1275.2m3[1,2]。解決農村的能源問題綽綽有余。因此,農業廢棄物是一最大的擱置資源。目前,人們對農業廢棄物的這種雙重性認識不清,重視不夠[1,7]。

2.3技術裝備落后

雖然中國有農業廢棄物資源化的傳統,但是創新的技術少,有自己知識產權的技術和有很好適應性能和推廣價值的技術更少。實際上我們原有的優良傳統技術(堆肥技術、沼氣技術)沒有大的發展,就是由于長期困擾生產的一些問題,比如發酵過程中的微生物篩選,沼氣的產氣率和設備、堆肥的設備和氮素損失沒有得到很好的解決。學習國外的先進技術又不到位,如,中國規模化養豬場廢棄物處理的設備引進過程中,沒有很好的吸收和消化國外的整套技術。不清楚農業廢棄物產品開發的主攻方向,導致中國的農業廢棄物轉化產品品種單一、質量差、利用率低、商品價值低,不能形成產業化,無論在國內還是在國際市場上都沒有競爭力,也就不能有效的轉化農業廢棄物,實現資源化利用;同時在設備的投入上,財政的支撐和吸納社會資金的能力不足,一些很好的技術在產業化的轉化過程中,得不到應用和推廣,導致廢棄物的資源化在低水平上重復以至發展緩慢,不能適應社會生產的需求[1]。

2.4政策法規缺乏

中國目前已建立了若干項涉及廢棄物資源化的環境政策,主要是由國家環保總局出臺政策,然而相關的農業部門,主要是抓“谷物、肉、蛋、奶”的生產,并不重視農業廢棄物這類“副產品”,更談不上相應的鼓勵治理政策,即便是在食品安全受到高度重視的大背景下,農業廢棄物的處理與資源化也沒有擺在應有的位置,而且多頭管理也造成部門間的有關政策法規的矛盾和沖突。目前的策略基本上是采取末端治理思路去“堵絕”污染,沒有強調全過程的綜合治理,這樣“堵”的結果是廢棄物累積性危害的爆發。目前的政策主要是廢棄物的治理性和限制性的政策,標準和準則不全面,不統一,有些標準要求高,缺乏監督管理機制,只有“罰”沒有“獎”,可操作性不強,運行成本超過相關責任人的承擔負荷,執法人員執行難度大,導致政策落實難。此外,還沒有一套完整的有關農業廢棄物利用的專門法律或法規,而且針對不同地域和不同類型的農業廢棄物沒有相應的廢棄物管理辦法,更談不上系統的監測、監管、預測、預警體系。中國急需要制定出相關的法律和法規來規范廢棄物的資源化利用[1,7]。

3中國農業廢棄物資源化的發展戰略

3.1總體發展思路

中國在未來15～20年,農業廢棄物的產生總量依然呈增加的趨勢,如果不加合理的利用和處理,農業廢棄物,尤其是畜禽養殖對環境的污染將更加嚴重。農業廢棄物的處理與資源化不僅關系到資源的再利用和環境安全,而且與農業的可持續發展和農村小康社會的建設緊密相關。農業廢棄物資源化的總體發展戰略思路是按循環經濟理論,以人為本,由廢棄物的生態循環開始,逐級發展到循環農業,循環社會的“三環”循環總體發展戰略思路:第一個“環”是從農業本身發展的層面,按照生態循環原理,以農業廢棄物的循環利用為切入點連接種植和養殖業,構建循環農業的發展模式;第二個“環”是依據循環經濟的原理,構建生產-生活-生態-生命(人)一體化協調發展的“四位一體”農村發展模式;第三“環”為在上述兩個循環的基礎上,形成具有循環社會特征的農村小康社會。農業廢棄物的合理利用和處理,主要的技術突破在以下幾個方面:生物處理和生態利用技術的結合將進一步提高物質、能量轉換效率,提高產品經濟和商品價值,降低生產成本;新技術、新工藝進步,促進生物質能源在可再生能源結構中所占比例;形成比較完善的生產體系和服務體系,保護環境和國民經濟可持續發展。

1)單項技術

以現代生物技術、信息技術和工程技術提升現有技術和產品的技術含量。比如發酵工程中微生物的篩選和高效工程菌的構建,高效率的機械設備與生物技術有機結合,通過工藝和工程技術的升級和設備水平的提高,提高廢棄物無害化、資源化的效率和產品質量。

2)技術集成

依據不同地區資源優勢和經濟發展水平,因地制宜利用現代科學技術并與傳統農業技術相結合,按照“整體、協調、循環、再生”的原則,運用系統工程方法,將各種技術優化組合,構建農業廢棄物資源化高效利用生態模式。建立和完善農業廢棄物資源化利用標準技術體系和技術保障體系。實現生態環境與農村經濟兩個系統的良性循環,達到經濟、生態、社會三大效益的統一。

3.2發展戰略重點

通過廢棄物處理與資源化技術升級和產品拓展,實現廢棄物資源化產品的無害化、高效化、高質化和工業化。具體有十個重點課題,即:農業廢棄資源肥料生產技術與產業化;農業廢棄資源飼料化技術與產業化;農業廢棄資源新材料生產技術與產業化;農業廢棄資源生產生化制品技術與產業化;基于信息技術的廢棄物環境安全和預警體系研究與建設;農業廢棄物污染治理環境工程與生態技術;用于環境污染物治理和廢棄物資源化的生物技術;廢棄物處理與綜合資源化利用生態工程模式;現代工程技術提升廢棄資源機械設備研發與示范推廣;農林廢棄物生物轉化的基礎研究。

4中國農業廢棄物資源化的對策和保證措施

通過對中國農業廢棄物污染現狀和資源化技術現狀以及主要的瓶頸和資源潛力的分析,依據中國未來全面實現小康社會和GDP翻兩番的目標和目前面臨的“三農”現狀,應用現代的生物技術和工程技術提升農業廢棄物的肥料化、能源化、飼料化和材料化水平;針對農業廢棄物的數量大、品質差、危害多的特點,提高廢棄物的利用率,消除農業廢棄物對環境的污染,開發生物質能源,發展生物質經濟,變廢為寶,物盡其用,需要從政策上引導、技術升級支撐、確保資金投入等方面,使農業廢棄物資源化得以落實。

4.1政策引導

針對農業廢棄物的資源化缺乏相關的政策性引導,應制定出廢棄物資源化的相應政策,明確廢棄物資源化的方向是發展循環經濟和生態農業,通過制定相關法規教育和提高全民的生態環保素質,鼓勵相關技術的引進和中國具有自主知識產權開發,扶持相關人才的培養,補充和修改相關治理政策,實行全過程管理與末端治理相結合的原則,環保部門和農業部門相結合,政策和法規標準要有步驟、分階段、分區域的制定和落實,標準要切實可行。

4.2技術支持

農業廢棄物的資源化要依靠技術支撐,在現有技術優勢的基礎上,組合升級,解決兩個層次和兩個升級的關鍵技術。兩個層次是農業廢棄物集中程度比較高的養殖場等點源污染環境治理和資源利用技術的攻關和農村廣大區域面源污染綜合治理和資源化利用問題的技術攻關;兩個技術升級是提高轉化效率和提高轉化產品的質量和數量,將大量的污染物轉化為能源物質和資源,消除環境污染,通過技術的升級,降低運行成本,提高效益。

4.3投入資金

投入不僅是資金的投入,還要有管理、人才等等,但是資金的投入是農業廢棄物資源的保證,環保政策落到實處,將技術關鍵和難點順利攻克。相關政府單位的財政支持引導廢棄物資源化的方向,解決面上的污染問題和廣大農村的能源短缺,吸納社會資金和鼓勵企業的參與,生產高值化產品,促進農業廢棄物在整個社會循環圈中的流動和循環。

5結語

農業廢棄物是一個大的環境污染源,同時也是一個大的生物質資源庫,要充分的認識其“雙重性”。通過技術升級,向規模化的生物質能的方向拓展減少農業廢棄物對環境的危害、遏制廢棄物的污染、降低廢棄物資源化成本、深度開發高值產品、提高廢棄物資源化和無害化處理率,配套相關政策,大力推廣具有市場競爭力的產品,建立一套適合于中國國情的廢棄物資源化技術體系和保障體系及發展戰略,為農業可持續發展和中國的能源安全以及全面實現小康社會做出重要貢獻。