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在农业种植业和养殖业生产中,会产生大量各种各样的废弃物,其中农作物秸秆和畜禽粪便数量最大。各种废弃物有多种用途,作为能源利用是其中主要用途之一,并且越来越引起人们的重视。本文将对浙江省农业废弃物的利用现状和发展前景做一分析。
1浙江省农业废弃物资源量
表1 2004年主要秸秆资源量
表2 2004年主要畜禽粪便资源量
从表1、表2可知,浙江省每年有秸秆资源量992.90万t,畜禽粪便资源量2340.50万t。
2农业废弃物利用现状
2.1秸秆利用
直接燃烧用作炊事燃料。2004年作为农村炊事和生活用能,直接燃烧秸秆301.94万t,折标煤129.52万t,占全省秸秆总量的1/3左右。随着农村城镇化进程的加快和农村生活水平的提高,除经济欠发达的山区县以外,大部分农户都采用电和液化石油气炊事,而不再使用或少量使用秸秆作生活燃料。每年收割的秸秆除1/3~1/2被用来还田、做氨化饲料和工业原料外,大部分都废弃在田间地头或直接焚烧。据调查,全省每年有400多万t被废弃或焚烧,造成部分河道堵塞和水体污染,每到收获季节,形成“处处点火,村村冒烟”的严重大气污染。
秸秆气化利用。到2004年底,全省已建成秸秆气化集中供气站8处,年产气130.4万m3,供1239户农户使用,年利用秸秆780.3t。
2.2畜禽粪便沼气化利用
目前,全省畜禽粪便主要是通过户用沼气池和大中型沼气工程的厌氧发酵实现了资源化利用。到2004年底,全省共有户用沼气池80178个,正常使用的44827个。总产气量2759.13万m3,户均产气量615.5m3。全省已建成100m3以上的大中型沼气工程114处,总池容37828m3,年产沼气581万m3,年处理畜禽粪便污水263多万t。其中:
100≤V<200m3 4121m3/35处
200≤V<500m3 15257m3/56处
500≤V<m3 18450m3/23处
实践证明,沼气技术是农村畜禽粪便利用的有效途径。浙汀省松阳具赤寿乡朝阳村养殖大户罗益智,常年有存栏猪80头,猪场周边有0.67hm2竹林、0.13hm2翠冠梨和0.13hm2菜地,建造了一个30m3的沼气池,不仅解决了全年的生活用能,还解决了竹林、果园和菜地的有机肥料。近几年来,浙江省大中型沼气工程建设有了较快地发展,绍兴县一些养殖场利用本场的畜禽粪便生产沼气,取得了较好的经济效益和环境效益。
随着农业结构的调整,畜禽养殖逐渐向规模化、集约化发展,畜禽粪便量也越来越大,目前全省畜禽粪便已利用量仅占资源总量的1.5%左右(见表3),因此,畜禽粪便资源化利用潜力很大。
表3 2004年浙江省主要畜禽粪便资源产沼气量
3农业废弃物能源利用分析
3.1秸秆
秸秆压缩成型燃料。
我国80年代就已经研制成功加粘结剂和不加粘结剂的生物质燃料压块机,用于对农林废弃物进行加工,所生产的压块燃料能保证有一定的形状和尺寸,密度达到1.0~1.3,湿度为10%左右,便于贮存和运输。而且低位热值可达17974~19646kJ/kg,比未压块加工的秸秆热值提高50%左右。适合于山区、半山区农户使用。
秸秆气化制生物质气。
秸秆气化技术已经成熟,并已在山东、江苏、河南等省得到推广。秸秆气化的工艺为:秸秆预处理→秸秆气化→生物质气净化→贮存→输配→用户
秸秆气化系统设备包括:秸秆切碎机,喂料斗,电动机,上料器,气化炉,旋风分离器,冷却器,过滤器,风机,水封器,贮气柜等。
一般1kg秸秆可以产气1.5-2.0m3的生物质气。建一个供300户的村级秸秆气化集中供气站约需要投资75万元。由于目前秸秆气化技术还处于低水平,生产的生物质气属于低热值燃气,热值仅为4200~7560kJ/m3,每户农户每天炊事用气需要5m3。目前浙江大学已在研究开发中热值的秸秆气化技术,以进一步提高秸秆气化的技术水平。
秸秆液体燃料。
乙醇是汽车发动机的良好燃料。虽然相同体积的乙醇热值只相当于汽油的2/3左右,但目前已成为石油的替代品种之一。甘蔗、高粱经生物发酵制取乙醇已广泛应用。由于大多数农作物秸秆的主要成分是纤维素和半纤维素,与甘蔗、高粱等糖类农作物相比,需要增加一个生化环节,其加工工艺为:秸秆→酶的水解反应→糖类→发酵→乙醇,目前的困难是生物酶的水解过程比较缓慢,生产成本较高。在酶工程技术突破以后,秸秆液体燃料产业化就能实现。3.2畜禽粪便
分散农户畜禽粪便的利用。
一个农户家庭饲养3-5头猪,一般只要建造6~10m3的户用沼气池,全年可产300多m3的沼气,足够供全家一年的炊事、点灯用气。在建造沼气池的同时,配套“一池三改”,即改造厨房、厕所和猪栏,达到粪尿和污水自流入池。同时,利用秸秆等废弃物入沼气池发酵提高产气量。除了沼气利用以外,还可以将沼液、沼渣综合利用,形成“养殖业废弃物——沼气池——种植业生产”的资源循环利用和“猪——沼——果”庭院式生态经济。
饲养量在300头以下的小型专业养殖大户的畜禽粪便利用。
根据饲养量,一般建造20~50m3的地下沼气池,并配套有一定面积的种植土地和鱼塘,使畜禽粪便发酵后的沼液、沼渣全部资源化利用。
饲养量在5000头以下的中小型专业养殖场的畜禽粪便利用。
对于饲养量在5000头以下的中小型养殖场,可采用全混合式消化工艺和地下混凝土结构的厌氧消化装置,池容在500m3以下,并以沼气、沼液和沼渣综合利用为处理目标实现零排放。
饲养量在5000头以上的大型养殖场的畜禽粪便利用。
对于饲养量在5000头以上的大型养殖场,畜禽粪便量很大,沼气工程规模在500m3以上,采用2UASB或UASB+SBR处理工艺和地上混凝土结构或地上钢结构,1m3发酵装置的投资为1000~1500元。根据畜禽粪便种类不同,其池容产气率为0.5~1.0m3/m3•d,全年产沼气15万m3以上,除供养殖场职工食堂炊事外,还可以用于猪栏禽舍加温和发电,实现了畜禽污水“减量化、资源化和无害化”的目标。随着国家对可再生能源优惠政策的逐步出台,利用沼气发电前景广阔。
参考文献:
[1]2005年浙江统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2005.
[2]蒋成球.生物质能源工程[M].北京:航空工业出版社,1994.
[3]张希良,等.能源利用与农业可持续发展[M].北京:北京出版社,2001.