有机废弃物农业发展实现
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目前我国有机废弃物利用途径主要有作饲料、肥料、能源、培养料及多层次循环利用5种。用作畜禽饲料的有废弃物包括农作物副产品(如秸秆、糠麸)、食品加工废料、沼气发酵残留物和部分畜禽粪便等。秸秆经青贮或氨化后作草食动物饲料,氨化秸秆主要为小麦秸秆,青贮秸秆主要有玉米秸秆。1994年我国用作饲料的秸秆约1800亿kg,占其总量的35%,其中氨化处理160亿kg,青贮处理640亿kg。全国利用沼液喂猪267万头、养鱼4•0万hm2。畜禽粪便饲料化限于小范围试验开发阶段,以鸡粪喂猪、养鱼为主。用作肥料或生长促进液有4种方式:一是直接还田、小麦留高茬等,全国秸秆直接还田约3000万hm2,还田量3810kg/hm2;二是发酵还田,包括各种堆肥、沤肥、沼气肥等;三是生产有机商品肥或有机无机复合肥料,将畜禽粪便、沼渣、糠醛渣等有机废弃物加入化肥等无机肥中,经系列工艺处理加工成无病菌、无毒、无臭,便于运输和贮存的复合肥,实现NPK平衡和有机无机平衡,具有较大的优越性;四是通过沼液浸种或沼液叶面喷施等方式促进植物生长发育。用作生产和生活能源利用的有直接燃烧、沼气发酵或其他生物气化技术等方式。我国已建成农用沼气池550多万个,年产沼气13亿m3、沼肥660亿kg;沼气集中供气站600多处,用户8•5万户,户年均供气量431m3;城镇生活污水净化沼气池约3万座,总容量115万m3,供2•3万户居民用气。沼气除供做饭、照明、取暖外,还用于防治贮粮害虫、大棚种菜、保鲜水果、孵化鸡雏、增温养蚕和发电等。至1994年全国共建沼气动力站200多个,总功率3720kW,沼气发电机组3700kW,年发电480万kW•h,沼气贮粮4•7亿kg。
2有机废弃物开发利用技术与效益
2•1作物秸秆转化的生态工程技术
作物秸秆转化的生态工程技术有物理法(粉碎、制造颗粒、叶茎分离等)、化学法(碱化、氨化)、生物法(青贮、酶发酵)等,运用这些技术可显著提高秸秆营养价值和适口性、消化性。广泛推广青贮、氨化法极大促进了我国农区畜牧业的发展,使80%的牛和75%的羊由草原进入农区,年节粮160亿kg。氨化处理技术多采用简便的堆垛式,用液氨和尿素、碳铵的水溶液,可使粗蛋白含量增加1~1•5倍,消化率提高20%以上。北京等地试验表明,用3∶2的小麦秸秆与精饲料喂肉牛,肉牛对氨化秸秆进食量比未氨化秸秆进食量高43•9%,日增重高1倍。青贮有壕贮、窖贮、塔贮等形式,青绿秸秆经切碎、压紧、密封30~45d后使用可保持蛋白质和纤维素,减少营养损失20%以上。而热喷技术、秸秆压块技术和秸秆水解生产酵母饲料等新技术效益更佳。试验表明,热喷麦糠饲喂奶牛可完全代替青干草,每头可降低粗饲料成本256元,产奶量提高1•1%;而压块饲料可使牲畜消化率提高60%,饲料粗蛋白含量提高8%~12%。秸秆直接还田可培肥土壤、蓄水保墒和抑制杂草生长。山东已推广秸秆还田400hm2,初步表明连续还田2~3年后土壤孔隙度增加2•1%~4•1%,田间持水量增加1•4%~3•5%,有机质增加0•05%~0•17%,速效钾增加15~18•7mg/kg,碱解氮、速效磷均有所提高,年均增加粮食534kg/hm2。
2•2利用沼气发酵技术处理畜牧场粪便
畜牧场饲养畜禽的有机废物排放量统计资料表明,每头猪饲喂8个月排粪量为0•8~1•05t;每头羊年排粪量为0•55t;每头牛年排粪量为10t以上,每只鸡(鸭)年排粪量7~10kg。以此为原料生产沼气,其燃烧值为23•03~25•12MJ/m3,常温发酵池产沼气率为0•2~0•25m3/(d•m3),人均生活日耗沼气量0•3m3。沼渣、沼液肥效高,施用方法简便,有利于提高土壤肥力且其养分较丰富,含多种氨基酸和大量矿物质元素,以此繁殖单细胞微生物可作为水产养殖优质饲料和畜牧饲料添加剂。因此,以畜牧业开发为核心、以沼气开发为纽带、带动植物性生产的循环利用模式能促进增产增值,变废为宝,在获得较大经济效益的同时,能切实有效地保护生态环境。通过实地考察,广泛征求群众意见,将畜牧饲养与环境保护利用紧密结合,采用“十”字形立体空间利用装置,把地面垂直空间分为2个层次,上层作禽棚舍,下层作畜圈栏,地下建沼气池,地面水平空间为沼渣、沼液综合利用生产作业流水线,这样物质循环利用流程短,利用效率高,不扩散污染环境,管理方便,节省投资,运行成本低。该模式采用水压式沼气发酵,就地取材建池,石材、红砖均可使用,沼气池容积可分大、中、小3种池型,规模较大的沼气池以组合池为好。采用自流进料连续发酵工艺,有利于提高发酵产沼气率和原料利用率。沼气发酵处理畜牧场有机废弃物,单级发酵后上层消灭寄生虫卵可达90•6%,中、下层灭卵效果100%,经二级沼气发酵后寄生虫卵基本被杀灭;沼气池单级发酵后使污染物BOD5降解91%,CODmn降解48%,消灭细菌99•6%,大肠杆菌90%,若采取二级或三级发酵降解率更高。沼气作生活燃料,方便、卫生、热效率高、投资成本低。沼气还可作远红外线辐射器燃料用于畜禽保温,经试验,60cm×40cm远红外线辐射器能使30m3育雏室室温由13℃提高到34℃,满足7d龄鸡鸭的需要。沼渣养分丰富,其有机质、腐殖质、全N,全P和全K含量分别为30%~50%,10%~20%,0•8%~2•0%,0•4%~1•2%和0•6%~2•0%。沼渣沼液养鱼、作蚯蚓饵料;沼渣沼液中SIO2,NH3-N,NO2-N,NNO3-N速效成分增加,有大量有机碎料物和单细胞蛋白质微生物可直接为养殖业提供饵料;也可先培植浮游生物后用作养鱼饵料,投放鱼池可减少溶量消耗和鱼疾病,鱼成活率提高15%,鱼产量提高16%。同时沼液经鱼塘生物转化,暴氧处理使水质干净,可见度高,达到排放标准。利用沼气厌氧发酵的多功能作用原理,能有效处理畜牧场畜禽粪便等有机废弃物,综合开发利用沼渣沼液等发酵生成物,便废为宝,提高综合经济效益。沼气综合利用模式是建立高效、持续现代生态畜牧场的重要生物工程,应广泛推广。
2•3城镇有机垃圾农用堆肥生态工程技术
城镇垃圾含大量有机物和农作物所需营养元素,如天津市商业垃圾平均含N0•78%,P2O50•25%,K0•58%,以及Fe,Mn等微量元素。若全国城市垃圾的农用率以60%估算,则可年产420亿kg优质堆肥,约相当于21•5亿kg标准化肥。堆肥处理分野外堆肥法和高温堆肥法,其中高温堆肥法较有效,其工艺分为前处理、发酵、后处理3阶段,前处理包括垃圾收集、筛分、配料、加温、混合及除去不宜堆肥物、统一粒度、调整温度和C/N等工序,要求有机质含量达40%~60%,C/N为30左右,含水量40%~60%;发酵包括布料、发酵、翻堆、通风、后熟等生物降解过程;后处理包括筛分、去石、造粒、装袋等工序。1985~1989年无锡市在国内首建1座日处理10万kg城市垃圾堆肥工厂,垃圾经多次机械分选去除非堆肥物后,经20d发酵处理成为腐熟度好、无臭味、元污染的优质有机肥料。施用这种肥料改善土壤结构,使小麦增产20%,油菜增产近1倍。
2•4以沼气为纽带的庭院生态经济模式
在我国云南省西部石灰岩地区水缺林少,生态环境恶劣,农业生产条件差,农户平均庭院面积达0•14hm2。为此,该市在农户房前屋后平地及空间建立以沼气为主的庭院生态循环系统,提供能源、有机肥和农副产品,增加农民收入,降低森林消耗,改善村社生态环境及农户生活环境。庭院生态经济系统配套工程技术主要有节柴改造工程、沼气工程、小水窖工程和专业户养殖工程。通过建沼气池,以沼气为纽带,促进庭院种、养、加合理配套技术,充分开发利用庭院有限土地资源,实现立体种植、专业化养殖,提高单位面积产出率。目前,云南省思茅市建曲流布料沼气池综合利用合作社58个3620户,庭院生态经济示范户5000多户。庭院经济构成主要有鸡、猪、鱼和果树、药材、花卉以及饲料等,城郊坝区建设以菜、果、粮、鱼、花卉和沼气为主,一般坝区建设以粮、猪、果、沼气为主,石灰岩山区建设以粮、干果、饲料、鸡、猪、药材、沼气为主,半山区建设以林果、养殖、粮、沼气为主,形成了粮、林、果、茶、菜、牛、猪、鱼多业并举的山区农林复合生态经济模式,初步实现了生态、经济和社会效益的统一。
3存在的问题及发展趋势
由于受认识、技术和投入等因素限制,我国有机废弃物农业生态工程开发利用尚存在一些问题。首先,处理能力和利用规模十分有限,主要以分散、小型农户利用方式为主,集中、大型工厂化利用方式较少。如1989年全国仅有29座中、小型垃圾处理厂,年处理城市垃圾7•82亿kg,约占总量的1%,其无害处理率不足6%,农用率仅20%,绝大部分未经处理即裸露堆放、简单填埋或直接施于农田;其次,一些传统的利用方式其工艺设备简单,技术落后,利用效率低,资源浪费巨大。目前我国农村年总耗能6亿t标准煤中仅60%为商品能源,其余40%依靠燃烧生物质,其中作薪柴的作物秸秆3•25亿~4•20亿t,占总量的65%~84%,作饲料的作物秸秆53%~60%,因未经适当处理而造成70%以上纤维素、木质素等利用不充分,且大部分为一次利用方式,而将秸秆作畜禽饲料,畜禽粪便作有机肥料等多层次循环利用方式较少,限制了资源利用率的提高。有机废弃物若作肥料直接施用,其所含能量几乎全部浪费,营养物质损失率达40%~50%。我国有机废弃物农业利用发展趋势,一是规模化和商品化,有机废弃物处理和利用生态工程将由分散、小型向集中、大型工厂化、机械化和自动化方向发展,由废弃物转化的商品肥料、饲料和能源增多;二是多元化与多级化,运用生态工程进行有机废弃物处理及利用的途径和方法增多,通过巧接食物链或增加加工环节,将某营养级的废弃物或排泄物作其他营养级的食物而加工转化利用,提高资源利用率;三是高效化和洁净化,现代高新技术广泛应用,提高了有机废弃物的利用率和产品质量,资源化将与城镇生态环境综合整治和生态农业建设更密切结合,实现洁净安全生产,防止重复污染;四是规范化与法律化,有机废弃物工程技术、配套设备及工艺流程将进一步规范化,有关废弃物开发利用及污染防治法律法规需进一步完善。
