农业固废处理及资源化

前言如何充分合理地利用自然资源，持续、稳定地发展农业生产，同时又保护和改善农村生态环境，已成为我国农业发展、乡村建设和农村环境保护的重要问题。我国是一个农业大国，农村居民生活和农业生产中产生的固体废物种类繁多，而且数量巨大。如何充分、有效地处理并利用这些废物，对于合理利用农业资源、发展农业生产、改善农村环境具有十分重要的意义。目录一、概述二、畜禽粪便的资源化利用三、农作物秸秆的资源化利用四、农业塑料地膜的资源化利用一、概述1.农业固体废弃物的概念、特点及分类农业固体废弃物是指农业生产、农产品加工、畜禽养殖业和农村居民生活排放的废弃物，如植物秸秆、人和畜禽的粪便等。1.1农业废弃物的特点1.元素的组成除C、H、O三元素的含量高达65%—90%外，还含有丰富的N、P、K、Ca、Mg、S等。2.化学组成一是天然高分子聚合物及其混合物，如纤维素、半纤维素、淀粉、木质素等；二是天然小分子化合物，如氨基酸、生物碱、单糖、激素、抗生素、脂肪酸等。3.物理性质表面密度小、韧性大、抗拉、抗弯、抗冲击能力强等。1.2农业废弃物的分类①农田和果园残留物，如秸秆、残株、杂草、落叶、果实外壳、藤蔓、树枝和其他废物；②牲畜和家禽粪便以及栏圈铺垫物等；③农产品加工废弃物；④农村居民生活废弃物。二、畜禽粪便的资源化利用（一）畜禽粪便的概述畜禽粪便的特点①富含营养，资源化潜力大；②不同畜禽粪便成分差异大；③不同畜禽的粪便量差异大；④粪便量分布不均匀；⑤距居民生活区近。表一各种畜禽的粪便的化学成分畜禽种类水分有机质氮（N）磷（P2O5）钾（K2O）猪粪牛粪羊粪鸡粪81.583.365.550.515.014.531.425.50.600.320.651.630.400.250.471.540.440.160.230.85畜禽粪便中污染物质种类畜禽粪便中含有大量的有机物，且有可能带有病原微生物和各种寄生虫卵，如不及时加以处理和合理利用，将造成严重的有机污染和生物污染，成为环境公害，危害人畜的健康。畜禽粪便的污染按污染物成分主要可以分为氮磷污染、矿物质元素污染、药物添加剂污染、生物病原体污染以及恶臭污染五个方面。畜禽粪便对环境的污染对水体的污染：水体富营养化；对土壤的污染：土壤的营养局部积累，可造成植物一时疯长，或使植物根系受损，乃至引起植物死亡；对大气的污染：产生恶臭气体（如甲基硫醇、甲硫醚等）；对生物的污染：传染病和寄生虫病蔓延。（二）畜禽粪便的资源化利用方式1.饲料化技术饲料化的可行性畜禽粪便的营养成分丰富，含有大量的蛋白质(15.8~23.5%)、粗纤维（12.7~16.8%）、维生素B1217.6μg/g。处理后可做饲料。饲料化的安全性畜禽粪便经适当处理，禁用治疗期的粪便，在动物宰杀前减少粪便的使用量或停用，畜禽粪便饲料化是安全的。饲料化的经济效益相对于其他处理方式，畜禽粪便饲料化的效益最高。2.饲料化的几种方法用新鲜粪便直接做饲料主要适用于鸡粪，由于鸡的肠道短，从吃进到排出大约需4h，吸收不完全，所食饲料中70%左右的营养物质未被消化吸收而排出体外。鸡粪中粗蛋白含量为20%~30%，氨基酸含量与玉米等谷物饲料相当，且还含有微量元素等。但也含有吲哚、脂类、尿素、病原微生物、寄生虫等有害物质。可用含甲醛37%（质量分数）的福尔马林混合，24h后就可去除；也可先接种米曲霉或白地霉，然后用瓮灶蒸锅杀菌。青贮由于畜禽粪便中碳水化合物的含量低，不宜单独青贮，常和一些禾本科青饲料一起青贮。青贮饲料具有酸香味，且可杀死粪便中病原微生物、寄生虫等。此法在血吸虫病流行区尤其适用。干燥法常用的处理方法。主要利用热效应和喷放机械。处理效率较高，设备简单，投资小。干燥方法主要有以下4种：日光自然干燥、高温快速干燥、烘干膨化干燥、机械脱水。分解法利用优良品种的蝇、蚯蚓和蜗牛等低等动物分解畜禽粪便，达到既提供动物蛋白质又能处理畜禽粪便的目的。此法比较经济，且生态效益显著。热喷技术利用热效应和喷放机械，使畜禽粪转变为鸡朊粉，生产高蛋白饲料，既除臭又能彻底杀菌灭虫卵，达到卫生防疫和生产商品饲料的要求。3.肥料化技术好氧堆肥技术厌氧发酵技术—沼液、沼渣4.能源化技术焚烧厌氧发酵—沼气5.畜禽粪便资源化技术展望将现有的资源化技术在一定程度上进行科学组合，综合治理，使畜禽粪便得到多层次的循环利用，才能有效地解决养殖业的环境污染问题。目前，把几种方法有机地结合起来使用已成为畜禽粪便资源化技术展望的主要方向。下图为养殖场畜禽粪便综合处理工艺示意图。养殖场固液分离沉淀酸化调节厌氧反应器SBR混凝沉淀排放污泥脱水污泥浓缩池好氧连续式生物堆肥发酵复合有机肥料气体净化贮气柜发电、烧锅炉、民用三、农作物秸秆的资源化利用（一）农作物秸秆的概述1.秸秆的组成和特点组成：有机质含量平均为15%，平均含碳44.22%、氮0.62%、磷0.25%、钾1.44%，还有镁、钙、硫及其他重要的微量元素。特点：（1）蛋白质、可溶性碳水化合物、矿物质和胡萝卜素含量低，而粗纤维含量高，适口性不好，家畜采食量小，消化率低。（2）与纺织纤维相类似，但粗纤维含量较高，密度小于粘胶纤维，堆积密度和断裂强度较小；而自身含有大量孔隙，吸湿回潮率大于棉纤维，灰分含量较大。2.我国秸秆资源化利用现状3.秸秆焚烧的危害浪费资源：田间焚烧仅能利用所含钾的40%，其余氮、磷、有机质和热能则全部损失。污染环境引发火灾损伤地力危害周围生态动植物（二）秸秆还田技术宏观秸秆还田可以草养田、以草压草，达到用地养地相结合，培肥地力。微观秸秆还田能提高土壤有机质含量；改善土壤理化状况，增加通透性；保存和固定土壤氮素，避免养分流失，归还氮、磷、钾和各种微量元素；促进土壤微生物活动，加速土地养分循环。1.秸秆直接还田2.秸秆间接还田（1）机械直接还田（1）堆沤腐解还田（2）覆盖栽培还田（2）烧灰还田（3）机械旋耕翻埋还田（3）过腹还田（4）菇渣还田（5）沼渣还田直接还田中应注意：秸秆覆盖量，一般每亩300~400kg；配合施用氮、磷肥，施N0.6~0.8kg/100kg；减少病虫害传播。3.秸秆生化腐熟快速还田采用先进技术培养能分离粗纤维的优良微生物菌种，生产出可加快秸秆腐熟的化学制剂，并采用现代化设备控制温度、湿度、数量、质量和时间，经机械翻抛、高温堆腐、生物发酵等过程，使秸秆→有机肥。（1）催腐剂堆肥技术（2）速腐剂堆肥技术（3）酵素菌堆肥技术实例：由工业废液生产高浓缩秸秆复合肥造纸黑液→工业化沤制发酵→氨化处理→磷化处理→高温高压处理→颗粒型复合肥。（三）秸秆饲料利用技术秸秆的主要成分是粗纤维，包括纤维素、半纤维素和木质素等，一般约占秸秆干物质的20~50%。未经处理的秸秆消化率和能量利用率较低，因为秸秆中的木质素和糖类结合在一起，很难分解；蛋白质含量低和其他必要营养物质缺乏。处理目的：为动物的消化吸收创造条件；提高秸秆饲料的营养价值。处理方法：物理；化学；生物。1.物理处理（1）切短、粉碎机软化简单有效，采食量增加20~30%。（2）粉碎后压块成型铡切（5cm段）→烘干（含水16%）→压制成型（圆柱或块状）。优点：密度大，含水量低，便于运输、贮存和饲喂；高温挤压使消化率提高25%；有浓郁糊香味和轻微甜度感，适口性提高；卫生条件好；可实现工厂化生产，全年进行加工。设备：挤压式环模压块机、平模压块机和压缩式压块机等。铡草粉碎机环模颗粒饲料压制机饲草秸秆揉搓机（3）秸秆挤压膨化技术原理：将秸秆加水调质后输入专用挤压机的挤压腔，依靠秸秆与挤压腔中螺套壁及螺杆之间相互挤压、摩擦作用，产生热量和压力，当秸秆被挤出喷嘴后，压力骤然下降，使秸秆体积膨大。主要设备：螺杆式挤压膨化机。工艺流程：秸秆→清选→粉碎→调质→挤压膨化→冷却→包装。膨化后易吸收的无氮浸出物含量提高，粗纤维与酸性洗涤纤维下降；且适口性好；便于运输贮存。家用多功能饲料膨化机（4）热喷处理原理：铡碎的秸秆（8cm），混入饼粕、鸡粪等，装入饲料热喷机内，在一定的热饱和蒸汽下，保持一定时间，然后突然降压，使物料从机内喷爆而出，从而改变其结构和某些化学成分，并消毒、除臭，使物料可食性和营养价值提高。设备：饲料热喷机，实质为一种间歇式蒸汽膨化机。2.化学处理利用化学制剂作用于作物秸秆，破坏秸秆细胞中半纤维素与木质素形成的共价键，以利于瘤胃微生物对纤维素与半纤维素的分解，从而达到提高秸秆消化率与营养价值的目的。方法：碱化、氨化、氧化还原、复合化学处理。（1）碱化处理原理：在一定浓度的碱液的作用下，打破粗纤维中纤维素、半纤维素、木质素之间的醚键或酯键，并溶去大部分木质素和硅酸盐，从而提高秸秆饲料的营养价值。方法：①湿法：每吨秸秆需NaOH8~10kg，水3~5L浸泡、冲洗；②干法：将20~40%浓NaOH溶液喷于粉碎或切断的秸秆上（30ml/100g），然后用酸中和。用碱量大，须用大量水冲洗，易造成环境污染。（2）氧化剂处理主要指利用SO2、O3及碱性过氧化氢（AHP）处理秸秆，破坏木质素分子间的共价键，溶解部分半纤维素和木质素，使纤维基质中产生较大孔隙，从而增加纤维素酶和细胞壁成分的接触面积，提高饲料消化率。效果较好，但成本太高。（3）氨化处理原理：用氨水、液氨、尿素或碳铵等含氨物质，在密闭条件下处理秸秆，氨与秸秆发生碱化作用（打破木质素和纤维素的酯键和镶嵌结构，溶解半纤维素和部分木质素与硅酸盐，纤维素部分水解与膨胀）；氨化作用（氨吸附在秸秆上，增加了粗蛋白含量，延缓氨的释放速度，促进瘤胃微生物的活动）；中和作用（与有机酸中和，形成适宜瘤胃微生物活动的微碱性环境）。要点：氨用量3~4%；处理时间随温度提高而缩短，一般4~8周；最佳含水量15~20%。常用秸秆氨化操作方法：①小型容器法②堆垛法③氨化炉法饲喂方法：喂前1~2天要将秸秆取出，摊在地上放氨；初次饲喂数量不能过多，逐渐提高饲喂量。（4）复合化学处理融合了碱化处理对木质素分解效果好和氨化处理增加瘤胃微生物蛋白合成量的优点，克服了碱化处理残留碱量高和氨化处理对木质素软化作用差的缺点。可使采食利用率提高10~40%；含氮量提高1~2倍；粗蛋白含量达到7~15%。根据不同秸秆和牲畜选择不同的化学处理剂配方，如尿素+氢氧化钙的复合化学处理。将5~7kg生石灰和2~3kg尿素溶于50kg水中，喷洒在切碎的100kg秸秆上，混合均匀后密封，夏天20~30天，春秋40~60天，冬季60天以上，可开封饲喂，适宜的水分为40%，尿素不得低于2%。3.生物处理（1）青贮技术原理：将新鲜植物紧实地堆积在不透气的容器中，通过微生物的厌氧发酵，使原料中所含的糖分转化为有机酸——主要是乳酸菌。当乳酸在青贮原料中积累到一定浓度时，就能抑制其他微生物的活动，并制止原料中养分被微生物分解破坏，从而将原料中养分很好地保存下来。发酵过程中产生大量热能，当温度上升到50℃时，乳酸菌也就停止了活动，发酵结束。优点：饲料保持青鲜多汁的特点，并具有酸香味，牲畜比较爱吃，贮存时间较长；且技术简单、方便推行。但对纤维素的消化率提高甚微。青贮添加剂：微生物制剂、酶制剂、抑制不良发酵的添加剂、营养添加物、无机盐技术要点：①窑的建设：容器有青贮塔、青贮窑和塑料袋；可建成地下式、半地下式和地上式。②原料的收割与切短：适时收割；水分应降至60~70%。③操作步骤：配制菌液；粉碎分层铺实→湿度控制在55~60%→封窑→7~15天后开窑。喂养注意：只能喂反刍动物。逐步加量。（2）微贮技术秸秆微贮是对农作物秸秆机械加工处理后，按比例加入微生物发酵菌剂、辅料及补充水分，并放入密闭设施中，经过一定的发酵过程，是指软化蓬松，转化为质地柔软，湿润膨胀，气味酸香，动物喜食的饲料。原理：利用微生物将秸秆中的纤维素、半纤维素降解并转化为菌体蛋白。成本低、适口性好、消化率高、利于工业化生产。技术要点：复活菌种→配制菌液→切断秸秆→装填入窑→水分控制→封窑→开窑。用微贮技术制备秸秆