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农村废弃物处理利用工程

/rural waste treatment and utilization project/
条目作者邓良基

邓良基

最后更新 2023-09-05
浏览 114
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服务于城镇以外的乡村生活、养殖业、种植业等的废弃物处理和利用的一系列技术的统称。是农业环境保护工程的重要组成部分。

英文名称
rural waste treatment and utilization project
所属学科
农业资源与环境

农村生活垃圾是农民生活过程中产生的固体废物,其处理和利用有悠久的历史。早在公元前3000~前1000年,古希腊米诺斯文明时期,克里特岛的首府诺萨斯即有垃圾覆土埋入大坑的处理。1384年英国颁布禁止将垃圾倒入河流的法令。苏格兰大城市爱丁堡18世纪设有大废料场,将废料分类出售。1874年英国建成世界上第一座焚化炉,垃圾焚化后,将余烬填埋。1875年英国颁布公共卫生法,规定由地方政府负责集中处置垃圾。最早的处置方法主要是填埋或焚烧。进入20世纪后,随着生产力的发展,人口的增加和生活水平的提高,生活垃圾排出量急剧增加,其组成成分越来越复杂,污染水体、土壤和大气,成为严重的环境问题,环境保护受到重视,污染治理技术迅速发展,形成一系列处置技术和方法。中国、印度等亚洲国家,自古以来就有利用粪便作有机肥,家畜家禽粪尿、垫圈材料、饲料残茬作厩肥,以及垃圾作堆肥的处置方法。战国时期《荀子·富国篇》讲:“多粪肥田。”后魏时期《齐民要术》讲述了“踏粪法”。明代《宝坻劝农书》更是全面讲述“蒸粪法”“煨粪法”“酿粪法”“窖粪法”等有机肥料制造处理方式。

从古代农业到传统农业的发展过程中,秸秆等种植业有机废弃物处理利用方式简单,直接用于牲畜饲料、直接或焚烧还田、作农户家庭燃料、盖房屋(茅屋)等。产业革命以后,尤其是20世纪50年代以来,随着科学技术和农业生产的迅速发展,人口的急剧增加,畜禽养殖节约化、规模化程度不断提高,大量的生活垃圾、畜禽粪便、秸秆、菌渣、地膜等农村废弃物不断进入农村环境,带来环境污染、资源严重浪费等一系列问题。因此,秸秆、生活垃圾、畜禽粪便、菌渣等农村废弃物处理利用技术的研究与实践受到人们的关注。2008年中国国务院办公厅印发《关于加快推进农作物秸秆综合利用的意见》,提出秸秆综合利用的目标任务、重点和政策措施。美国的秸秆处理利用主要有作为饲料喂养牲畜、堆肥、作为家庭饰品和建材、加工成绿色燃料等四种模式。加拿大将玉米穗和玉米秆同时切碎运送到农场储料罐储存作饲料,或把切碎的玉米秆作为肥料还田。日本将秸秆翻入土层中还田,或将秸秆用作粗饲料喂养家畜;对部分难以处理的秸秆,则通过专门组织、采取统一地点和时间进行就地焚烧。截至2020年,很多国家都已研制出性能良好的机械用来处理秸秆,如秸秆打捆裹包机等收集秸秆的设备,成捆的秸秆可集中发酵作饲料,也可干燥处理后作为发电厂燃料;还研究开发了各种用秸秆生产乙醇、建材等的技术。农村生活、养殖业、种植业等废弃物处理和利用技术得到迅速发展,但农村废弃物处理利用工程仍处于初创和发展阶段。

农村畜禽养殖废弃物主要指畜禽粪便、废弃垫料及污水等。在农村废弃物中占相当大的比例。种植业废弃物是农田作物、食用菌及果蔬种植过程中产生的残留物、残余物和副产物,主要包括秸秆、残留地膜、稻壳等,在农村废弃物中占相当大的比例。农村种植业和养殖业废弃物利用率都较低,其排放既制约着农村生活、生产和生态的协同发展,又对农村可持续发展和人体健康构成威胁。农村废弃物具有两重性,对于某一生活、生产或消费过程来说是废弃物,但对于另一过程来说往往是有使用价值的原料。因此,农村废弃物处理利用工程的目标是无害化处理和资源化利用,其任务是对暂时不能利用的废弃物进行无害化处理,对可利用的废弃物采取管理或工艺技术措施,实现资源化利用,促进农村生态环境平衡运行和可持续发展。

农村废弃物处理受地理环境、经济发展、废弃物特性及气候条件等多种因素的影响和制约。受农村环境特殊性以及废弃物组成复杂多样性等因素的制约,使得农村废弃物处理不能简单套用现有工业或城市废弃物处理的技术,城市或工业废弃物的处理方式也不完全适合农村。因此,农村废弃物处理必须坚持因地制宜、分类处置原则,主要的技术方法有:填埋、焚烧、基料和原料化、能源化、肥料化、饲料化,以及地膜残留污染防控等。

可分为简单填埋法和卫生填埋法。简单填埋设施简单,一般采用土堤围坝压实填埋,投资小,工艺简单。缺点是没有污染防治设施,废弃物产生的废液和废气对水体和大气环境容易造成污染危害,也是鼠、蝇滋生地,不宜提倡使用。卫生填埋采取防渗、铺平、压实、覆盖等措施将垃圾埋入地下,经过长期的物理、化学和生物作用使其达到稳定状态,并对气体、渗沥液、蝇虫等进行处理,最终对填埋场封场覆盖,从而将垃圾产生的危害降到最低。缺点是投资大、占地多,仍存在渗漏液继续渗出污染环境的危险等。适用于无回收利用价值、难处理的农村废弃物。

将无回收利用价值、有毒或有害的农村废弃物,在高温下燃烧,通过高温氧化作用,使其中的可燃废物转变为二氧化碳和水等,达到减少固体废物量,彻底消灭各种病原体的目的。

作物秸秆、稻壳、麦壳等富含食用菌所必需的糖分、蛋白质、氨基酸、矿物质、维生素等,是栽培食用菌的好材料。选用多种农作物秸秆,利用机械粉碎成小段并碾碎,以此作为基料栽培食用菌或作为食用菌培养基。工艺流程包括:原料准备、辅料添加、拌料、装袋、灭菌、接种、发菌、出菇管理等。以秸秆为原料栽培食用菌形成的菇渣密布菌丝体,具有较高的营养价值,加工后可制成菌体蛋白饲料喂养家畜,也可以作为肥料施用,从而形成“秸秆—蘑菇—饲料—菌渣—还田”的物质能量循环处理利用模式,既可大量利用作物秸秆,减少环境污染,又可增加农民收益。秸秆、稻壳、麦壳等作为一种天然纤维素纤维,生物降解性好,能够作为原料制造纸、建筑板材、秸秆餐具等纤维复合产品,减少木材用量和废弃物的排放。

主要包括八类处理利用技术。①生活垃圾焚烧供热或发电技术。适合用于平均低位热值高于5000千焦/千克的生活垃圾,可以将垃圾燃烧产生的热量用于供热或发电。缺点是投资大,垃圾所需低位热值较高,燃烧过程可能产生污染,截至2020年运用较少。②畜禽粪便直接燃烧供热技术。即将含有较多纤维的动物粪便风干后制成可供燃烧的燃料,直接作为燃料进行使用。此技术在草原地区被普遍应用。③畜禽粪便和秸秆直接燃烧发电技术。通过废弃物在锅炉中直接燃烧,释放出来的热量通常用来产生高压蒸汽,使高压蒸汽在汽轮机中膨胀做功,转化为机械能驱动发电机发电的系列技术。此类技术在国际上运用较为广泛,美国本森公司将鸡的粪便作为燃料进行发电,每年大概消耗70万吨的鸡粪。中国也在逐渐推广此种技术。福建圣农集团通过鸡粪与其他燃料混合的方式进行发电,燃烧鸡粪约25万吨,同时节省煤炭资源约9万吨。④废弃物沼气利用技术。主要将畜禽粪便、作物秸秆等农村废弃物作为生产沼气的原料,借助微生物对废弃物进行净化与反应,通过厌氧发酵来使废弃物生产出可供利用的沼气,沼液、沼渣经评估无公害或无害化处理后作肥料施用,既能大大促进畜禽养殖废弃物的资源化利用,又能提供清洁能源。⑤秸秆热解气化技术。以农作物秸秆、稻壳、木屑、树枝以及农村有机废弃物等为原料,在气化炉中,通过控制燃烧,使之产生含一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体的系列技术。⑥秸秆燃料固化技术。在一定温度和压力作用下,将农作物秸秆压缩为棒状、块状或颗粒状等成型燃料的系列技术。秸秆成型后,体积缩小,能源密度相当于中质烟煤,燃烧特性明显得到改善,使用时火力持久,炉膛温度高。⑦秸秆液化技术。通过物理、化学、生物方法,使秸秆中的木质素、纤维素等转化为醇类、可燃性油或其他化工原料的系列技术。具体技术主要包括:生物质水解发酵制燃料乙醇技术、生物质直接液化技术和生物质裂解液化技术。⑧秸秆干馏技术。利用限氧自热式热解工艺和热解气体回收工艺,将秸秆在一个系统上转化为生物质炭、燃气、焦油和木醋酸等多种产品的系列技术。

主要包括三类处理利用技术。①生产有机肥。畜禽养殖粪便、垫圈材料、农作物秸秆、生活垃圾等废弃物含有丰富的有机质以及氮、磷、钾、钙、镁、硫等植物所需营养元素,是可利用的有机肥料来源,利用生物技术、新型生物菌剂、肥料生产工艺等处理废弃物,控制病原微生物的繁殖,提高有益微生物的数量,改善粪便、秸秆、垃圾等废弃物中的微生物区系,清除或控制重金属等有毒有害物质,添加氮、磷、钾等单质肥料,生产有机无机复混肥料。既能提高粪便利用率,又能减轻粪便对环境的污染。②堆肥处理。通过对生活垃圾破碎筛分出来的可腐有机物与无机物混合物、畜禽养殖粪便、垫圈材料等废弃物进行厌氧堆肥或好氧堆肥发酵制成肥料。腐熟堆肥利用技术是世界各国普遍采用的处理利用技术,可以在较短的时间内使粪便、垃圾等减量、脱水、无害化,生产出堆肥,用于生产。③覆盖或机械化直接还田技术。将秸秆直接覆盖农田或机械粉碎后施入农田,并辅微生物菌剂加速腐化与熟化,提升土壤肥力

秸秆、稻壳、麦壳等作为饲草喂养草食家畜,是废弃物饲料价值的重要体现。秸秆饲料加工利用技术主要有物理处理法、化学处理法和微生物处理法等。物理处理法借助人工和机械等手段,通过浸泡、蒸煮、切短、揉碎、膨化、热喷、射线照射等方法改变秸秆的物理性状,便于家畜咀嚼,减少能耗,同时也可改善适口性,提高采食量。化学处理法主要通过添加一定量的化学试剂,进行碱化或氨化或酸化处理后,改善适口性,提高消化率和营养价值,如氨化秸秆喂羊、牛等。微生物处理法的实质主要借助微生物(以乳酸菌为主)的作用,在厌氧状态下发酵,抑制或杀死微生物,降解可溶性碳水化合物而产生醇香味,提高饲料的适口性。

随着以聚乙烯为原料的地膜投入量和使用年限不断增加,大量地膜残留在土壤中,破坏土壤结构、导致耕地质量下降、作物减产以及农事操作受阻,不仅严重影响农业生产的持续进行,而且对农村环境安全与健康构成巨大威胁。地面残留污染防控技术主要有三类。①生物降解地膜替代技术。生物降解地膜具有与普通聚乙烯地膜相似的增温保墒、抑制杂草等功能,并能彻底解决地膜用后的残留问题。②一膜多用技术。指覆膜前茬作物收获后,不揭膜保护地膜,于当年或翌年春季在原有地膜上播种后茬作物的一种免耕抑蒸保墒增温技术。③机械化地膜回收技术。地膜回收机具的研究始于20世纪80年代末,已开发研制的机具达百余种,主要类型包括弹齿式、卷膜辊式、伸缩杆齿式、链耙式、铲筛式、夹指链式等,按照农艺要求和作业时间分为苗期地表残膜回收、耕前地表残膜回收、耕后的耕层残膜回收三类。

农村生活垃圾和污水、养殖业粪便和废弃垫料及污水、种植业秸秆与稻壳和残留地膜等废弃物弃置堆放和排放,既占用农村生活、生产和生态空间,又会造成水体或大气污染,限制着农村经济由数量型向质量效益型转变,对农村人体健康和可持续发展构成威胁。采用科学技术,科学处理和合理利用废弃物资源,积极防治农村环境污染和破坏,能够促进农村生态环境平衡运行和可持续发展。

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