废弃物资源化利用

废弃物资源化利用结课论文题目农业废弃物资源化利用分析与展望学院机电工程学院专业农业生物环境与能源工程学生姓名魏斌学号13204021指导老师张全国撰写时间：2014年10月05日农业废弃物资源化利用分析与展望摘要：国内外实践表明，农业废弃物的资源化利用和无害化处理，是控制农业环境污染、改善农村环境、发展循环经济、实现农业可持续发展的有效途径。近年来，国内外农业废弃物的资源化利用技术和相关的研究项目有了较大的发展，农业废弃物的资源化利用正在进入科学化的新阶段，合理利用和推广这些技术，必将产生良好的经济、生态和社会效益。因此，本文拟对我国农业废弃物利用的现状及存在的问题进行分析，并提出相应对策措施及建议。一、概述农业废弃物是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质，主要包括农林业生产过程中产生的植物残余类废弃物、畜牧渔业生产过程中产生的动物类残余废弃物、农业加工过程中产生的加工类残余废弃物和农村城镇生活垃圾等。而通常我们所说的农业废弃物主要是指农作物秸秆和畜禽粪便。人类在开发利用自然资源进行社会化大生产的同时，必然产生许多废弃物。我国是一个农业大国，农业生产中的废弃物种类繁多，数量巨大。而且随着农业生产水平的提高，现代农业以大量化肥代替原有农家有机肥的使用，以人工饲料代替农业废弃物饲料的使用，加之现代农业集约化和规模化的发展，打破了传统农业中废弃物的循环利用环节，结果造成了农业废弃物的大量积累，进而产生了较为严重的环境问题和资源浪费问题。农业废弃物的污染主要表现为：秸秆焚烧和臭气引起的空气污染；重金属、农药和兽药残留引起的土壤污染；农业“白色污染”；畜禽粪便等造成的水源污染；农业废弃物引起细菌和病毒的传播。而合理利用农业废弃物资源可以有效地降低或者消除日益严重的环境污染问题，改善耕地土壤质量问题，解决农村能源短缺问题。农业废弃物资源的合理利用已日益成为当前世界大多数国家共同面临的问题。因此，如何合理利用农业废弃物资源，真正实现农业废弃物变“废”为“宝”，对缓解我国能源压力，保护生态环境，促进农业的可持续发展具有重大意义。二、农业废弃物资源化利用的现状我国农业废弃物主要来自于种植业和养殖业。2009年我国农作物秸秆总产量为7×108t左右，其中稻草2.5×108t，玉米秸秆2.3×108t，豆类和秋杂粮作物秸秆1.2×108t，花生、薯类藤蔓和甜菜叶等1.0×108t，而中国常年燃烧烧的秸秆量约为9×107~1.2×108t，约占秸秆产生总量的13%～17%。目前我国秸秆资源的利用仍以效率最低的直接燃烧为主，用于农村新能源开发利用的秸秆数量十分有限，“四化一电”（秸秆气化、秸秆固化、秸秆炭化、秸秆液化和秸秆发电）利用秸秆量依然较低。农村社会经济系统外的秸秆资源利用量不高，产业发展仍然十分薄弱，秸秆资源综合利用率所起作用还十分不到位。同时，我国是世界上畜禽养殖大国，2009年我国畜禽粪便产生量约为127×108t，畜禽粪便中含有的氮磷分别是1.60×107t和3.63×106t，相当于中国同期使用化肥量的78.9%和57.4%。由于受经济效益和技术普及的限制，许多养殖场并未对畜禽养殖业废物进行合理处理而直接外排，造成资源浪费和环境污染。几十亿吨的农业废弃物已经成为中国最大的污染源。畜禽粪便化学耗氧排放量已达9118t，远远超过中国工业废水和生活废水的排放量之和。2009我国2009年全国粮食总产量为5.3×108t，与这相比，可见我国农业废弃物产量巨大，而且我国的农业废弃物每年还以10%~15%的速率递增。目前，我国农业废弃物资源再利用方向主要有能源化、肥料化、饲料化和材料化等。2.1能源化利用生物质能是仅次于炭、石油、天然气的第四大能源，在世界能源消费总量中占14%，而且与前三大能源相比具有可再生的独特优势。我国农业废弃物的生物质能是农村能源的重要组成部分，在解决农村能源短缺和农村环境污染方面有重要的价值。近年来，中国先后对禽畜粪便厌氧消化、农作物秸秆热解气化等技术进行了攻关研究和开发，已经取得了一定成绩。比如利用粪便产生沼气发电，燃烧秸秆产生热能供热，将有机垃圾混合燃烧发电等2.2肥料化利用农业废弃物和乡镇生活垃圾的肥料化在提高土壤肥力，增加土壤有机质，改善土壤结构等方面有其独特的作用。主要肥料化方式有：直接还田，如秸秆和粪肥直接还田等，该技术操作简单、省工省时。有关试验研究表明，秸秆连续还田2~3年后土壤孔隙度增加2.1%～4.1%，有机质增加0.5~1.7g/kg，速效钾增加15.0～18.7mg/kg，碱解氮、速效磷含量也都有所提高，年均增产粮食534kg/hm2；发酵还田，如各种堆肥(耗氧)，沤肥(兼性厌氧)、沼气肥(厌氧)等，都是利用微生物进行生物化学反应，将有机废物转化成类似腐殖质的高效有机肥。其中，堆肥和沤肥由于简便易行而被广泛采用，而厌氧发酵生产沼肥因投入与维护问题，推广和应用受到了一定的限制。将畜禽粪便、有机垃圾等经一系列工艺处理(如高温、高压等)，加工成无病菌、无毒、无臭，并便于运输和贮存的有机复合肥料，使其既含有机成分，又含无机成分，既可实现氮磷钾平衡，又可实现有机与无机的平衡，具有较大优越性。2.3饲料化利用目前，农业废弃物的饲料化主要分为植物纤维性废弃物的饲料化和动物性废弃物的饲料化，因为农业废弃物中含有大量的蛋白质和纤维类物质，经过适当的技术处理便可作为畜禽饲料应用。植物纤维性废弃物主要指秸秆。当前我国秸秆的饲用量约为1.6亿吨，相当于3.67亿公顷天然草地的产草量，其相应的养殖量约为4.67亿只羊单位，占我国草食畜养殖总量的3/4。秸秆大多可以直接饲喂，经过一定的加工处理，可以提高其营养利用率和经济效益。加工处理方法包括粉碎等物理方法、酸碱处理等化学方法和微生物发酵等。动物性废弃物主要指畜禽粪便和加工下脚料。如鸡粪的有效能值为7524kJ/kg，含粗蛋白27%左右，无氮浸出物20%以上，还含有丰富的钙、磷和微量元素，通过特定的物理、化学和微生物方法处理后可作为畜禽饲料。但是，动物性废弃物的饲料化利用存在一定的安全隐患，目前人们对动物性废弃物的饲料化利用观点不一致，存在争议。2.4材料化利用利用农业废弃物中的高蛋白质资源和纤维性材料可生产多种生物质材料，比如利用农业废弃物中的高纤维性植物废弃物生产纸板、人造纤维板、轻质建材板，通过固化、炭化技术制成活性炭，生产可降解餐具材料和纤维素薄膜，利用稻壳作为生产白碳黑、碳化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料，利用秸秆、稻壳经炭化后生产钢铁冶金行业金属液面的新型保温材料，利用棉秆皮、棉铃壳等含有酚式羟基化学成分制成聚合阳离子交换树脂吸收重金属。三、我国农业废弃物资源利用中存在的主要问题我国虽然对农业废弃物的再利用有着悠久的历史，废弃物处理应用方向已经比较全面，但基本都是直接或简单处理后的应用，并没有高附加值产品，也没有形成产业化规模，例如，堆肥和沼气技术在传统的生态理念指引下被广泛应用，但都是小规模应用，而且其推广价值并不高，导致设备只能闲置。随着现代农业集约化和规模化发展，农业废弃物的环境污染问题及其可持续利用问题已日益突显。当前，我国农业废弃物利用主要存在以下几个方面的问题。3.1重视程度不够，缺乏相关政策法规和社会化服务体系首先，在农业废弃物资源化利用方面的意识以及生态环境意识淡薄，许多农业生产者往往追求短期效益，追求“短平快”，而不愿意对废弃物资源进行深度利用，农业主管部门只重视“肉、蛋、奶”等农产品的生产，不重视农业废弃物的利用，因而多肆意排放，或简单粗放利用。第二，相关的政策支持力度不够。目前，我国虽然已出台了废弃物资源化利用有关的政策法规，但一些实质性、可操作性的政策措施尚未很好地建立或执行，如鼓励农业生产者进行农业废弃物利用的优惠政策太少或支持力度不够，缺乏有效的激励机制，因此，大多数农业生产者和企业缺乏应有的积极性。而且即便在当前注重环境保护和食品安全的大背景下，对农业废弃物的处理和资源化利用也没摆在应有的位置。现有的农业废弃物的管理体制和相关标准可操作性差，更谈不上预警、监测体系。第三，资金投入或扶持力度不够，由于政策扶持和资金支持的不足或缺乏，一些专门从事农业废弃物资源化利用的龙头企业未能很好地成长起来，相关的产业体系（如所谓“静脉产业”体系）也未能得到很好的培育。第四，目前有利于农业废弃物利用的社会化服务体系尚未形成，如废弃物资源的信息服务体系、技术服务体系、加工生产体系、市场服务体系、企业与农户的对接与组织模式等，因此，在一定程度上制约了农业废弃物资源的产业化和规模化发展。3.2农业废弃物利用技术落后，利用率低我国虽然具有利用农业废弃物资源的传统，但是创新和成熟的技术还比较少，拥有自主知识产权的技术和具有较好适应性能以及推广价值的技术更少，一些废弃物高效生产设备及其配套利用设备等在技术上未能有大的突破。比如秸秆的利用，大多数还是采用直接燃烧供热或者还田的方式，缺乏先进的利用技术。比如畜禽粪便的利用，大多数采用烘干后直接饲喂的方式，缺乏对其有效营养价值的分析利用，没有形成创新型的饲料产品。3.3农业废弃物转化产品单一，商品价值低农业废弃物资源化产品开发的主攻方向不明，导致中国的农业废弃物转化产品品种少、质量差、利用率低、商品价值低，而且产业化进程滞后，因此，无论在国内还是在国际市场上都缺乏竞争力；另一方面，在废弃物资源化设备的投入上，由于资金缺乏，一些很好的技术在产业化过程中得不到应用和推广，许多技术在低水平上重复，不能适应农业现代化发展的需求，使得农业废弃物得不到有效开发利用，反而造成严重环境污染。目前国内外农业废弃物生物质精炼已经总结为四个部分：生物质化学品(乙烯、乙醇、丙烯酸、丙烯酰胺、1,3-丙二醇、1,4-丁二醇、琥珀酸)，生物质材料(PLA、PTT、尼龙工程塑料)，医药中间体（愈创木酚），生物质能源(沼气、乙醇汽油、生物柴油)等。如果能按此分类形成农业废弃物产业规模，发展循环生态农业，农业废弃物污染问题将会得到很好的解决，真正实现农村现代化。国内外生态农业发展和农业废弃物资源化利用实践证明，农业废弃物资源化综合利用和向工厂化、商品化、多元化、标准化、高效化的深度发展是未来我国发展目标。四、我国农业废弃物资源化利用的对策措施及建议基于上述，针对农业废弃物资源化利用在政策、技术和产业方面存在的问题，提出一些战略性措施和战术性建议，真正实现农业废弃物的资源化利用。4.1要树立整体发展思路未来中国农业废弃物的产生总量依然呈增加的趋势，如果不加合理利用和处理，农业废弃物，尤其是畜禽养殖对环境的污染将更加严重。农业废弃物的处理与资源化不仅关系到资源的再利用和环境安全，而且与农业的可持续发展和农村小康社会的建设紧密相关，必须树立农业废弃物资源化的总体发展战略思路。按循环经济理论，以人为本，由废弃物的生态循环开始，逐级发展到循环农业、循环社会的“三环”循环总体发展战略思路：第一个“环”是从农业本身发展的层面，按照生态循环原理，以农业废弃物的循环利用为切入点连接种植和养殖业，构建循环农业的发展模式；第二个“环”是依据循环经济的原理，构建生产-生活-生态-生命-一体化协调发展的“四位一体”农村发展模式；第三“环”为在上述两个循环的基础上，形成具有循环社会特征的农村小康社会。4.2注重技术创新突破和集成在今后农业废弃物的资源化利用中，要把新技术、新工艺的研究放在突出位置，依靠现代生物技术、信息技术和工程技术，提升产品的技术含量。比如发酵工程中微生物的筛选和高效工程菌的构建，新型酶制剂的选择等。依据不同地区资源优势和经济发展水平，因地制宜地利用现代科学技术并与传统农业技术相结合，按照“整体、协调、循环、再生”的原则，运用系统工程方法，将各种技术优化组合，构建农业废弃物资源化高效利用生态模式。建立和完善农业废弃物资源化利用标准技术体系和技术保障体系，实现技术集成和生物质精炼工厂可复制性，保证技术的先进性与可靠性，才能使项目具有应用推广价值，最终实现生态经济农业。例如，在美国，基于政府提供的现代化科学技术，使得农民合资建立的现代标准化燃料乙醇工厂随