有机废弃物资源化利用

中国农业大学烟台研究院丁强农业有机废弃物资源化利用内容一、农业废弃物的涵义、种类、数量二、农业有机废弃物资源化利用的意义三、农业废弃物资源化利用四、农业废弃物资源化利用技术发展方向一、农业废弃物的涵义农业废弃物是整个农业生产过程中被丟弃的有机类物质主要包括：•一是农林生产中产生的植物残余类废弃物（农作物秸秆、也包括果树枝干、蔬菜秧蔓）；•二是畜牧渔业生产中产生的动物类残余废弃物（畜禽粪便）；•三是农产品加工过程中产生的加工类废弃物（食品加工、制糖、肉类加工、屠宰、水产加工、酿酒、罐头、淀粉加工）•四是乡镇生活垃圾及人粪尿农业废弃物资源的数量单位：亿吨种类秸秆畜禽粪便废弃农膜菜秧乡镇生活垃圾及人粪尿产品加工（肉）林业M3数量6.8628.62.51.52.50.653700合计41农作物秸秆是指在农业生产过程中，收获了稻谷、小麦、玉米等籽粒以后不能食用的茎、叶等。2010年全国农作物秸秆数量约为6.86亿吨。•农作物秸秆农作物秸秆数量单位亿吨种类稻草稻壳玉米秸秆麦秸大豆秸高粱秸花生秧花生壳棉籽棉秆苷薯蔓油菜杆糖麻等其它产量1.82.21.30.30.120.180.260.120.520.3合计6.86亿吨••畜禽粪便•畜禽排泄物的总称，包括粪便、尿及其与垫草的混合物。•我国每年总量大约在28.6亿吨左右。种类牛马驴的大牲粪鸡粪猪粪其它数量（亿吨）16.8390.6合计28.6•••农产品加工废弃物•肉食加工工业废弃物，制糖业的甘蔗和甜菜渣，罐头、食品厂植物加工废物，酿酒的酒糟、葡萄渣，果汁加工业的果渣、水产品加工废弃物等。•肉类加工废弃物年产生量大约0.65亿吨。••••乡镇生活垃圾及人粪尿•我国目前乡镇生活垃圾总量大约0.4—0.5亿吨，有机物质含量约在60%左右。•我国每年可收集人粪尿量大约在1.8亿吨。二、农业废弃物资源利用的意义1、消除日益严重的环境污染•污染空气：秸秆焚烧产生大量二氧化碳、二氧化硫、可吸入颗粒等有害物质；畜禽粪便产生大量有害恶臭气体严重影响空气质量。•传染疾病：病毒传播，疾病蔓延，人畜共患病的发生；•污染水体：畜禽粪便进入水体后，含氮磷高，增加农业面线源污染和水体富营养化。•化学残留，污染土壤：农药、兽药残留污染土壤；农业“白色污染”2、保持和提高耕地土壤质量，生成有机农品•我国用占世界10%的耕地养活占世界22%的人口近年来由于有机肥的投入显著减少。耕地土壤有机质含量有下降趋势（下降1/2-1/3,胶东地区由于秸秆还田及果园有机肥施用量较高土壤有机质成上升趋势，82年含量平均0.84%，2011年平均值为1.01%，增加近17%)。•土壤肥力减低缓冲能力减弱，抗灾能力衰退。•实现农业废弃物肥料化利用，一方面可提高和保持土壤肥力，促进农业可持续发展。另一方面可以生产有机农产品提高效益。（有机农产品较一般产品的价格增加2—3倍）3、解决农村的能源短缺•我国农村人口占全国总人口的70％以上，农村的生活用能57％以上靠薪柴和秸秆，致使薪柴消费量超过合理采伐量的15％，直接燃烧作物秸秆热效率低于10％。而采用生物质能转化技术可使热效率提高到35％—40％。•另外将作物秸秆或畜牧粪便发展为沼气等能源，可有效解决农民的生活用能，据测定农民建一个8㎡的户用沼气，年可产气500方，除做饭用气约300方，其余可用于取暖。4、为国家能源和电力紧张做贡献•我国目前含农业废弃物在内的生物质资源量达7亿吨标准煤，到2020年可达15亿吨。如果将50％用于生产液体燃料可为我国石油市场提供2亿吨液体燃料（2000年我国进口7000万吨），（利用玉米秸秆玉米芯开发乙醇）;•农业废弃物质能可以在填补农村电力供应缺口方面做出贡献。目前我国电力人均用电不倒1000kw；只有韩国的五分之一。人均生活用电只有110kw，农村用电缺口很大。如果利用农业废弃物量50％作为电站燃料，可占目前我国总用电量的30％左右。（德国利用秸秆发电厂，每年可处理3000万吨秸秆，电费只需5美分/kwh，美国目前有150家）。三、农业废弃物资源化利用--秸秆资源化利用•肥料化—秸秆还田（粉碎、直接覆盖还田、秸秆反应堆）、发酵（堆沤）有机肥、牲畜垫圈（每年利用秸秆2.0亿吨，约占28%）•饲料化—青贮饲料、直接饲喂（每年大约利用秸秆1.6亿吨，约占22%）•能源化—沼气发酵、秸秆气化、生物质能源（秸秆发电和炭化）、农村生活燃料—年利用秸秆2千万吨，约占3%。•材料化—板材、建筑材料、提取物、工艺品（年利用1千万吨，不足2%）•高值化--食用菌栽培（年利用秸秆2千万吨,不足3%)•整个秸秆利用率57%左右，尚有40%左右的秸秆未被利用，随意丢弃造成资源浪费及环境的污染为了解秸秆资源不同利用方式的经济效益和国民经济贡献率，2008年-2009年调研黄淮地区不同秸秆的数量、分布及不同利用方式，测试分析了不同利用方式的经济效益和国民经济贡献率。Page19表12007年黄淮地区小麦秸秆利用方式地区秸秆产量秸秆还田秸秆发电生产食用菌利用百分比汇总数量百分比数量百分比数量百分比山东787.62264.6833.91%165.4121.00%44.045.59%60.20%河南2011.48710.1711.50%428.5621.31%62.353.10%59.71%安徽760.2087.4311.50%95.3012.54%7.500.99%25.02%江苏601.45141.2322.09%121.3420.17%17.322.88%46.53%汇总4160.761203.5128.93%810.6019.48%131.213.15%51.56%注：秸秆产量和秸秆利用数量的单位是万吨。小麦秸秆的利用方式秸秆还田,28.93%秸秆发电,19.48%生产食用菌,3.15%未利用,48.44%图1黄淮地区小麦秸秆利用情况小麦秸秆还田是主要的利用方式，约占总秸秆的28.93%，秸秆发电约占19.48%，生产食用菌约占3.15%。麦秸总利用率为51.56%。剩余48.44%的尚未利用。调研测试黄淮地区秸秆利用方式及效益Page20小麦秸秆不同利用方式的效益分析利用方式经济效益（元/亩）生物学转化率利用方式占比例利用秸秆数目（万吨）贡献率（元/吨）秸秆还田122.913.79%28.93%1203.51300.27秸秆发电115.1135.7%19.48%810.60631.25生产食用菌973.3238.5%3.15%114.341940表2小麦秸秆利用效益、转化率和贡献率05001000150020002500秸秆还田秸秆发电生产食用菌国民经济贡献率（元/吨）图2麦秸不同利用方式的国民经济贡献率对比小麦秸秆生产食用菌转化率最高为38.5%，经济收益明显高于其他利用方式，目前小麦秸秆生产食用菌占总秸秆的比例较低，发展食用菌产业对促进循环经济的发展有着深远意义。调研测试黄淮地区秸秆利用方式及效益Page21玉米秸秆的利用方式地区秸秆产量秸秆还田秸秆发电生产沼气秸秆青贮生产食用菌综合利用比例数量比例%数量比例%数量比例%数量比例%数量比例%山东560.45190.0433.91103.2218.388.01.3162.5411.1629.455.2570.02河南977.29345.6435.37211.0021.5990.769.2931.303.2069.45安徽498.9557.7011.5623.2512.5820.2110.501.840.9635.61江苏358.1386.4224.1372.8620.3418.625.2010.242.8652.54汇总2394.81679.8028.39449.6718.788.00.33224.339.3775.803.1760.03表32007黄淮地区玉米秸秆利用方式注：秸秆产量和秸秆利用数量的单位是万吨。秸秆还田,28.39%秸秆能源化,19.11%秸秆青贮,9.37%生产食用菌,3.17%未利用,39.97%图3黄淮地区玉米秸秆利用情况玉米秸秆总的利用率为60.03%，还有39.97%的玉米秸秆没有得到很好的利用。调研测试黄淮地区秸秆利用方式及效益Page22玉米秸秆不同利用方式的效益分析秸秆利用方式经济效益（元/亩）生物学转化率（%）利用率（%）利用秸秆数（万吨）贡献率（元/吨）秸秆还田102.7110.9926.76834.23165.63秸秆发电174.435.717.12449.67631.25秸秆青贮465.0811.00.33224.33750秸秆生产沼气412.2570.58.028.00万664.79生产食用菌1374.5939.63.0475.802040表4玉米秸秆利用效益、转化率和贡献率05001000150020002500秸秆还田秸秆发电秸秆青贮秸秆生产沼气生产食用菌国民经济贡献率（元/吨）图4玉米秸秆不同利用方式的国民经济贡献率对比玉米秸秆的五种利用方式中，生产食用菌带来的经济效益最大，国民经济贡献率最高。调研测试黄淮地区秸秆利用方式及效益Page23调研测试黄淮地区秸秆利用方式及效益结论秸秆还田,28.73秸秆能源化,19.35秸秆青贮,3.42生产食用菌,3.16未利用,45.35在秸秆的各种利用方式中，秸秆养殖食用菌模式的效益最高，国民经济贡献率最高；秸秆养殖食用菌的生物学转化率可达到38.5%，远远的高于秸秆还田、秸秆发电和秸秆青贮，是农作物秸秆资源高效转化的重要途径；食用菌产业具有低碳、环保、循环、营养、安全等特点，具有极大的生态和社会效益；黄淮地区小麦秸秆和玉米秸秆尚有45.35%未被利用，应当创造条件推广秸秆生产食用菌。图5黄淮地区小麦玉米秸秆利用情况秸秆收集秸秆肥料化利用方式：•直接还田：留茬、粉碎后还田（依靠大型机具）•堆沤还田：集中处理，稳定养分，减少病虫害传播，•秸秆反应堆还田：设施农业，果树•过腹还田：饲料秸秆直接还田堆沤还田田秸秆反应堆--还田秸秆反应堆技术简介：•概念：农作物秸秆在微生物（主要是纤维素分解酶）的作用下，发酵分解定向转化成作物生长所需的二氧化碳、热量、抗病孢子、有机无机养料，进而实现作物高产、优质和无公害，提高作物产量和品质的一项新技术。•晚秋、冬季、早春建行下内置反应堆。•以秸秆替代大部分化肥，植物疫苗（微生物）替代大部分农药，使有机栽培技术成本低、易操作、投入产出比大，大棚瓜果菜提高产量30%以上，亩纯增收5000元以上。（投入产出比1：8）秸秆反应堆优点：•提高棚室气温1～3.5℃，提高地温2～7℃。•CO2浓度可提高大约1000µL/L，试验棚CO2浓度是对照棚的2.4倍。•土壤中速效磷和速效钾含量均比对照棚室高约150%。•土壤微生物群落结构丰富，物种均匀，多样性高，植株对抗病原菌的综合能力增强。•提高植物的农艺性状，产品提早成熟，采摘期延长，产量提高，产品质量改善。•减少农药和化肥的使用量，甚至不使用农药化肥，产品做到真正无公害，是安全食品、绿色食品、有机产品。秸秆反应堆优点秸秆饲料化利用：•青贮：•青贮窖、青贮壕、青贮塔、青贮塑料袋、•直接饲喂秸秆饲料青贮直接饲喂秸秆能源化利用：•主要目的是提高能源的转化效率，直接燃烧效率极低，因此通过气化、沼气发酵、直燃发电、碳化等方式可大大提高秸秆资源的能量的转化，提高秸秆资源的有效利用。秸秆能源化利用秸秆材料化利用•建筑板材--棉秆、玉米秸•保温板---棉秆•草帘--稻草•造纸--麦秸•制取化工医药原材料--木糖醇、酒精、果胶、活性炭•工艺品及生活小用品---画、扇子等（麦秸、玉米皮）材料化秸秆高质化利用——食用菌栽培•木腐菌的代料栽培•草腐菌的栽培—草菇、双孢菇食用菌栽培—草腐菌、木腐菌的代料栽培为高效利用秸秆畜牧粪便等农业有机废弃物资源，研究创新了双孢菇高效栽培技术研究及技术集成•秸秆配伍配比•培养料工厂化适氧发酵技术•培养料简易设施最佳发酵方式•集成双孢菇工厂化和简易设施两套高效栽培技术体系1、不同秸秆配伍创新了工厂化玉米秸秆养殖双孢菇技术，研究了不同粪源双孢菇简易设