农业废弃物资源化技术-讲义

《农业废弃物资源化技术》讲义Agricultural Waste Utilization Technology001什么是农业废弃物？农业废弃物也称为农业垃圾，是指农业生产和农村居民生活中不可避免的非产品产出，具有数量大品种多形态各异、可储存再生利用、污染环境等特性。

主要包括植物性纤维性废弃物(农作物秸秆、谷壳、果壳及甘蔗渣等农产品加工废弃物)和动物性废弃物(畜禽粪便、冲洗水、人粪尿)。

002固体废物概念：指在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值或者虽未丧失利用价值但被抛弃或放弃的固态、半固态和置于容器中的气态的物品、物质以及法律、行政法规规定纳入固体废物管理的物品、物质。

相对性：时间（昨日废物明日的资源）空间（过程于场所的改变）“放错地方的资源”003农业固体废物概念：是农业生产和再生产链环中资源投入与产出在物质和能量上的差额，是资源利用过程中产生的物质能量流失份额。

一般意义上的农业废物主要是指农业生产和农村居民生活中不可避免的一种非产品产出。

从资源经济学的角度上看，农业废弃物是某种物质和能量的载体，是一种特殊形态的农业资源。

分类（来源）农业（种植业）林业（？）畜牧业（养殖业）副业（农村生活垃圾等）渔业004农业废弃物资源化的意义从资源经济学上讲，它是一种特殊形态的农业资源，如何充分有效地利用将其加工转化不仅对合理利用农业生产和生活资源、减少环境污染、改善农村生态环境具有十分重要的影响，而且对能源日益枯竭的今天具有重大意义。

005农业固废的共同特点可再生性来源于农作物和畜禽，具有生命周期性，属于可再生的物质。

可利用性属于有机物质，富含多种有机成分，如纤维素、半纤维素和木质素等，具有可转化为再生资源的基础。

可储存性可以收集、贮存和运输，提供了开发利用的条件。

污染性处置不当，造成污染，大气、土壤、水的污染。

太阳能的载体生物质资源是固化二氧化碳和太阳能的载体，其燃烧产生热量，发酵产生沼气即是太阳能的转化。

006农业废弃物资源化的形式☺肥料化:农业废弃物肥料化利用是一种非常传统的用方式，分为直接利用和间接利用。

直接利用是一种最直接最省事的方法，在土壤中通过微生物作用，缓慢分解，释放出其中的矿物质养分，供作物吸收利用，分解成的有机质、腐殖质为土壤中微生物及其他生物提供食物，从而一定程度上能够改善土壤结构、培育地力、增进土壤肥力、提高农作物产量，但自然分解速度较慢，尤其是秸秆类废弃物腐熟慢，发酵过程中有可能损害作物根部。

间接利用是指废弃物通过堆沤腐解(堆肥)、烧灰、过腹、菇渣、沼渣、或生产有机生物复合肥等方式还田。

堆沤腐解高温堆腐，烧灰还田，过腹还田粪肥还田，菇渣还田，沼渣还田，生产有机生物复合肥（商品化流通、高效利用方式）饲料化:农业废弃物的饲料化主要包括植物纤维性废弃物饲料化和动物性废弃物饲料化。

植物纤维性废弃物主指秸秆类物质，秸秆中的木质素与糖结合在一起使得瘤胃中的微生物及酶很难分解，并且蛋白质低及其他必要营养缺乏，导致直接饲喂不能被动物高效吸收利用，需要对其进一步的加工处理改进其营养价值、提高适口性和利用率。

机械加工、辐射、蒸汽、热喷膨化等物理处理，NaOH、氨化、Ca(OH)2-尿素、氧化等化学处理，青贮、微贮、发酵、酶解等生物学处理。

饲料化——植物纤维处理案例分析(分析如下两个实例中饲料化技术的异同?)☺孙清等采用黑曲霉、白地霉组合菌株对榨汁后的甜高粱茎秆渣及发酵残渣进行发酵，所得蛋白饲料的粗蛋白含量由2.01%提高到21.43%，粗纤维由12.37%降为2.34%；英国Aston大学的研究者从农作物秸秆中筛选出一种白腐菌属真菌，它能降解木质素，但不能降解纤维素，用这种真菌发酵农作物秸秆，能最大限度地提高农作物秸秆的消化率，使农作物秸秆的消化率从9.63%提高到41.13%，效果极为明显。

据粗略测算，如果我国秸秆资源的40%用于发酵饲料，就会产生即相当于112亿t粮食的饲用价值。

能源化农业废弃物的能源化利用主要分为厌氧发酵及直燃热解两个方向。

厌氧发酵分为制沼气和微生物制氢技术；厌氧发酵制沼气技术是指农业废弃物经多种微生物厌氧降解成高品位的清洁燃料沼气(甲烷含量50%-70%)及副产品沼液和沼渣的过程。

微生物制氢技术是指利用异养型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物制氢的过程，是农业废弃物利用非常具有潜力的方向直燃热解又分直燃和热解两方面。

直燃作为一种传统获得热能的技术一直存在，例如使用秸秆(其能源密度能达到13376-15466kJ/kg)和草原地区牛马粪便直燃做饭、取暖；“贫用福弃”。

现阶段直燃有表现为生物质固体成型燃料供热与发电和有机垃圾混合燃烧发电。

农业废弃物通过热解技术可以转化为清洁的气体燃料、热解油和固体热解焦，热解液体经过加工制备生物柴油、生物汽油或者生产酸、醇、酯、醚等，固体热解焦由于空隙发达、比表面积较大可作为吸附材料用于环境污染治理，或者作为燃料供热解所需的热源。

基质化基质化是指利用经适当处理的农业废弃物作为农业生产(如栽培食用菌、花卉、蔬菜等，及养殖高蛋白蝇蛆、蚯蚓等)的基质原料。

关键在于原料的选取及配比，和原料的前处理。

玉米秸、稻草、油菜秸、麦秸等农作物秸秆，稻壳、花生壳、麦壳等农产品的副产物，木材的锯末、树皮等，甘蔗渣、蘑菇渣、酒渣等二次利用的废弃有机物，鸡粪、牛粪、猪粪等养殖废弃物都可以作为基质原料。

材料化农业废弃物中的高蛋白资源和纤维性材料可以生产多种生物质材料和农业资料。

秸秆作为纸浆原料、保温材料、包装材料、各类轻质板材的原料，可降解包装缓冲材料、编织用品稻壳作为生产白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料棉籽加工废弃物清洁油污地面；或棉秆皮、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甘蔗渣、玉米渣等二次利用废弃物制取膳食纤维食品，提取淀粉、木糖醇、糖醛等废旧农膜、编织袋、食品袋等经过一定的工艺处理后作为基体材料，同时加入适当的添加剂，通过一定的处理和复合工艺形成以球-球、球-纤维堆砌体系为基础的复合材料。

生态化生态农业的基本原理生态农业一词最初是中美国土壤学家W．Albreche于1970年提出的，1981年英国农学家M．Worthington将生态农业明确定义为：“生态上能自我维持、低输入，经济上有生命力，在环境、伦理和审美方面可接受的小型农业”。

克服石油农业所带来的危机，其中心思想是企图将农业建立在生态学基础上而不是化学基础上，但西方替代农业出现了一些片面遏制化学物质投入的极端做法。

六个“化”的启发针对农业废弃物的特性应用现代的生物工程技术提升农业废弃物的肥料化、饲料化、能源化、基质化及工业原料化水平，使技术上向机械化、无害化、资源化、高效化、综合化发展，产品上向廉价化、商品化、高质化、多样化和多功能化靠拢。

物尽其用、变废为宝、高效利用废弃物达到消除污染、改善农村生态环境、促进农业可持续发展的目标。

007农业固体废物产生与现状农业废弃物主要包括农作物秸秆、畜禽粪便、农膜、农村生活垃圾等。

目前，我国每年仅作物秸秆量就达7亿吨，7亿吨秸秆中的氮磷钾养分含量相当于400多万吨尿素，700多万吨过磷酸钙和700多万吨硫酸钾。

相当于目前我过化肥施用量的四分之一。

如果能够还田50％，就相当于投入化肥900多万吨。

但因缺乏相应的技术和设备来加以利用，其中的2/3只能废弃或焚烧。

008固体废物污染防治的“三化”原则我国固体废物污染控制工作起步较晚，开始于80年代初期。

由于技术力量和经济力有限，近期内还不可能在较大的范围内实现“资源化”。

我国于80年代中期提出了以“资源化”、“无害化”、“减量化”作为控制固体废物污染的技术政策，并确定今后较长一段时间内应以“无害化”为主。

我国固体废物处理利用的发展趋势必然是从“无害化”走向“资源化”，“资源化”是以“无害化”为前提的，“无害化”和“减量化”则应以“资源化”为条件。

009减量化就是通过适宜的手段减少固体废物数量、体积，并尽可能地减少固体废物的种类、降低危险废物的有害成分浓度、减轻或清除其危险特性等，从“源头”上直接减少或减轻固体废物对环境和人体健康的危害，最大限度地合理开发和利用资源和能源。

是防治固体废物污染环境的优先措施010资源化就是指采用适当的技术从固体废物中回收有用组分和能源，加速物质和能源的循环，再创经济价值的方法。

一切废物，都是尚未被利用的资源，是人类拥有的有限资源的一部分，不能随意丢弃。

工业发达国家已把固体废物资源化纳入资源和能源开发利用之中，逐步形成了一个新兴的工业体系：资源再生工程。

目前，日本、西欧各国固体废物资源化率已达60% 左右，我国仍很低。

011概念：无害化是指对已产生又无法或暂时尚不能资源化利用的固体废物，经过物理、化学或生物方法，进行对环境无害或低危害的安全处理、处置，达到废物的消毒、解毒或稳定化，以防止并减少固体废物的污染危害。

012农业废弃物肥料化技术利用微生物的新陈代谢作用使固体废物分解、矿化或氧化的过程，称为固体废物的生物处理技术。

作用：可将大量的固体废物通过各种工艺转换为有用的物质和能源。

013生物转化技术就是利用微生物的分解、转化将固体废物中易于生物降解的有机组分转化为腐殖肥料、沼气或其他化学转化品，从而达到固体废物无害化的一种处理方法。

（一）堆肥化的定义与分类堆肥化(Composting)是在控制条件下，使来源于生物的有机废物发生生物稳定作用(Biostablization)的过程。

具体讲就是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，在一定的人工条件下，有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程，其实质是一种发酵过程。

废物经过堆肥化处理，制得的成品叫做堆肥(Compost )。

它是一类棕色的、泥炭般的腐殖质含量很高的疏松物质，故也称为“腐殖土”。

014分类：根据堆肥化过程中氧气的供应情况可以把堆肥化过程分成两种。

1、好氧堆肥（高温堆肥）：在通气条件好，氧气充足的条件下通过好氧微生物的代谢活动降解有机物。

特点：一般在55～60℃时比较好，有时可高达80～90℃，堆制周期短，也称为高温堆肥或高温快速堆肥。

2、厌氧堆肥：是在氧气不足的条件下借助厌氧微生物发酵堆肥。

特点：堆制温度低，工艺较简单，成品堆肥中氮素保留比较多，但堆制周期过长，需3～12个月，异味浓烈，分解不够充分。

015（二）好氧堆肥原理（1）中温阶段（产热或起始阶段）堆制初期，15～45℃，嗜温性微生物利用堆肥中可溶性有机物进行旺盛繁殖。

温度不断上升，此阶段以中温、需氧型微生物为主，一些无芽孢细菌，真菌和放线菌。

在目前的堆肥化设备中，此阶段一般在12小时以内。

（2）高温阶段45℃以上，嗜热性微生物为主，复杂的有机物如半纤维素、纤维素和蛋白质等开始被强烈分解。