农业废弃物资源化技术开发和利用课件

农业废弃物资源化技术开发和利用农业废弃物资源化技术开发和利用什么是农业废弃物？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)。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”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农业废弃物的量中国是世界上农业废弃物产出量最大的国家。据统计，我国每年产生放入畜禽粪便量26亿t，农作物秸秆7亿t，蔬菜废弃物1.0亿t，乡镇生活垃圾和人粪便25亿t，肉类加工厂和农作物加工场废弃物1.5亿t，林业废弃物(不包括薪炭柴)0.5亿t，其它类有机废弃物约有0.5亿t，折合7亿t的标准煤。农业废弃物的量中国是世界上农业废弃物产出量最大的国家。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。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共同特征可再生性循环再生，永不枯竭可利用性属于生物质资源，纤维素、半纤维素和木质素，具有可利用的物质基础可存储性可以收集、存储和运输污染性处置不当，对自然环境造成污染，表现为大气、土壤、水源。共同特征可再生性循环再生，永不枯竭农业废弃物资源化的形式肥料化饲料化能源化基质化材料化生态化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。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）肥料化间接利用是指废弃物通过堆沤腐解(堆肥)、烧灰、过腹、菇渣、沼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。饲料化——植物纤维处理案例分析孙清等采用黑曲霉、白地霉组合菌株对榨汁后的甜高粱茎秆渣及发酵动物性废弃物饲料化主要指畜禽粪便中含有为消化的粗蛋白、消化蛋白、粗纤维、粗脂肪和矿物质等，经过热喷、发酵、干燥等方法加工处理后掺入饲料中饲喂利用，该技术需要特别注意灭菌彻底消除饲料安全隐患。有试验表明利用米曲霉和白地霉接入鲜鸡粪与麸皮等混合料中进行固态发酵，并在发酵过程中添加氮源制的饲料适口性较好，可替代部分配合饲料，添加40%鸡粪饲料喂猪后，猪日增重比单喂配合饲料增加10.83%饲料化动物性废弃物饲料化主要指畜禽粪便中含有为消化的粗蛋白、消化蛋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。能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。能源化直燃热解又分直燃和热解两方面。能源化唐兰等，对生物质在高频耦合等离子体中的热解气化行为进行研究表明该技术能大幅度提高生物质气的热值及产率；张振华等，对锯末、稻壳、纸屑、橱芥、塑料和橡胶6种固体废弃物热解表明除谷壳外液体产物收率都在50%左右，并且其中汽油和柴油馏分共达到60%以上，是一种具有很高价值的粗成品；梁新等，通过对生物质热裂解制得热解油并进行热解油的精制研究；德国进行固体废弃物热解的工业化示范。能源化——热解技术案例分析唐兰等，对生物质在高频耦合等离子体中的热解气化行为进行研究表固体废物电浆热解及还原技术高频耦合等离子体固体废物电浆热解及还原技术高频耦合等离子体什么是电浆?什么是电浆?电浆概述电浆：可导电的离子体，是“物质的第四态”。为了测试宇宙飞船所需的隔热层的有效性和耐久度，上世纪60年代，美国太空总署及前苏联争相开发电浆热解技术。电浆将电能转化为热能。当一稳定气流注入电极之间时，会产生可控制的“超高温区域”。电浆制造出一个超高能环境，该环境里的能量大于分子中基本原子间结合的能量，从而使废弃物中各种物质被热解。电浆产生的热能分解废弃物分子，热解及气化将废弃物最终转化成有用的产品。热解——在缺氧环境中藉由热能产生的化学变化。在反应炉内制造超高能环境，大于废弃物中分子的“结合能”电浆概述电浆：可导电的离子体，是“物质的第四态”。不同热解工艺间的比较分析不同热解工艺间的比较分析电浆电浆固体废物电浆热解及还原技术固体废物电浆热解及还原技术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。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。材料化（原料化）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。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。生态化（生态循环模式）生态农业的基本原理生态化（生态循环模式）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。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农业固体废物（产生、现状、考量、危害）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。1、产生与现状农业固体废物（产生、现状、考量、危害）农业废弃物主要包2、农业固体废物产量计算

总产量W=W1+W2+W3+W4

(1)畜禽养殖废弃物(w1)产生量估算和预测方式：

W1=∑aiXi+∑kjYj

式中：W1为畜禽废物产生量(t/a)；Xi为不同种类畜禽每年饲养数(头/年)；ai为不同畜禽每头每年产生粪尿量[t/(头/年)]；Yj为所使用不同种类饲料添加剂量（t/a）；Kj为不同饲料添加剂残余率。2、农业固体废物产量计算

总产量W=W(2)农作物秸秆(W2)据UNEP报道，世界上各种谷物每年可提供秸秆17亿吨，我国总产量达7亿多吨。我国每年的农作物秸秆约为6亿吨。农作物秸秆的产生量：

W2=∑BiZi

式中：W2为农作物秸秆产生量(吨/年)；Zi为不同农作物每年果实收成量(吨/年)；Bi为不同农作物剩余秸秆量与农作物果实收成量之比。(2)农作物秸秆(W2)据UNEP报道，世界上各种谷物每年可(3)农用塑料残膜(W3)目前我国农膜残留量一般在60－90kg/hm2，最高可达到165kg/hm2。农膜残留量估计与预测：W3=∑riTiW3为农膜残留量（t/a）；ri为不同地方不同膜在不同使用年限下该年单位土地的残留系数（kg/hm2）；Ti为不同地方不同种类膜一年的使用量（t/a）。(4)农村生活垃圾(W4)(3)农用塑料残膜(W3)目前我国农膜残留量一般在60－90环境中病原体向人类传播疾病的途径病原体人畜排泄物鼠类苍蝇肥料农作物土壤污染水食用植物饲料污染动物直接接触饮用水实用水生动植物寄生水生动植物肉食品人类传染疾病病原体型污染环境中病原体向人类传播疾病的途径病原体人畜排泄物鼠类苍对环境的危害1、侵占土地：堆放1万吨垃圾占地1亩。1994年，我国仅工矿业废渣、煤矸石、尾矿堆积量就有66亿吨，占地90万亩。对环境的危害1、侵占土地：堆放1万吨垃圾占地1亩。1994年2、污染土壤

废物直接进入土壤造成污染，有害成分经风化雨淋地表径流等进入土壤造成污染。白色污染2、污染土壤废物直接进入土壤造成污染，有害成分经风化雨淋3、污染水体

有害成分随地面径流或随风飘迁落入水体、随渗滤液进入土壤使地下水污染。3、污染水体有害成分随地面径流或随风飘迁落入水体、随渗滤4、污染空气

细小的颗粒垃圾随风漂浮、垃圾分解释放有毒气体、焚烧法处理固体废物也会污染大气。4、污染空气细小的颗粒垃圾随风漂浮、垃圾分解释放有毒气体5、影响环境卫生

固体废物综合处理率低，环境污染严重，对人体健康构成威胁。5、影响环境卫生固体废物综合处理率低，环境污染严重，对人6、其他危害可能造成燃烧、爆炸、接触中毒、严重腐蚀等特殊损害。生物群落特别是一些水生动物的休克死亡，可以认为是废物（包括垃圾）处置场释出污染物质的前兆。例如，由于填埋处置不当，在雨季使地表径流或渗沥液中的化学毒物进入江河湖泊而引起大量的鱼群死亡。这类危害效应可从个体发展到种群，直到生物链，并导致受影响地区营养物循环的改变或产量降低。6、其他危害可能造成燃烧、爆炸、接触中毒、严重腐蚀等特殊损害固体废物污染防治的“三化”原则减量化资源化无害化固体废物污染防治的“三化”原则减量化一、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。一、固体废物污染防治的“三化”原则我国固体废物污(一)减量化1、概念：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。(一)减量化1、概念：减量化就是通过适宜的手段减少固体废物数（1）选用合适的生产原料。原料品味低、质量差，是固废产生量大的主要原因。例如：高炉炼铁（2）采用无废或低废工艺。例如：苯胺生产工艺（3）提高产品质量、使用寿命，提高物品重复利用次数。例如：商品包装物的重复使用。（4）废物综合利用。是最根本、最彻底、也最理想的减量化过程。例如：城市垃圾、硫铁矿烧渣的回收利用。2、减量化途径（1）选用合适的生产原料。原料品味低、质量差，是固废产生量大(二)资源化1、概念：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。(二)资源化1、概念：资源化就是指采用适当的技术从固体废物中2、固体废物资源化的范畴(1)物质回收，即处理废弃物并从中回收可回收物如纸张、玻璃、金属等物质；(2)物质转化，即利用废弃物制取新形态的物质，如利用废玻璃和废橡胶生产铺路材料，利用炉渣生产水泥和其他建筑材料，利用有机垃圾生产堆肥和有机复混肥料等；(3)能量转化，即从废物处理过程中回收能量，如通过可燃垃圾的焚烧处理回收热量，进一步发电，利用可降解垃圾的厌氧消化产生沼气，作为能源向居民或企业供热或发电等。2、固体废物资源化的范畴(1)物质回收，即处理废弃物并从中回(1)环境效益高。减少废物堆置场地和废物贮放量。(2)生产成本低。废铝炼铝比用铝矾土炼铝能减少能源90%-97%，减少空气污染95%，减少水质污染97%。(3)生产效率高。如用铁矿石炼1t钢需8个工时，而废铁只需要2-3个工时。(4)能耗低用废钢炼钢比用铁矿石炼钢可节约能耗74%。3、固体废物资源化的优势(1)环境效益高。3、固体废物资源化的优势(三)无害化

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。例如：垃圾的焚烧、卫生填埋、堆肥、粪便的厌氧发酵、有害废物的热处理和解毒处理等。注意：各种无害化技术的通用性是有限的，其优劣程度往往不是有技术、设备条件本身所决定。例如垃圾的焚烧处理必须以垃圾含有高热值和可能的经济投入为条件。当前的发展垃圾经过高温堆肥无害化处理后再进行垃圾复混肥的加工有着更为广阔的发展空间。焚烧处理只能有条件的利用。(三)无害化概念：无害化是指对已产生又无法或暂时固体废物资源化方法与途径一、固体废物资源化方法二、固体废物资源化途径三、固体废物的综合处理四、固体废物的最终处置固体废物资源化方法与途径一、固体废物资源化方法一、固体废物资源化方法

固体废物处理（treatmentofsolidwaste)是通过物理、化学、生物等不同方法，使固体废物转化为适于运输、贮存、资源化利用以及最终处置的一种过程。包括：物理处理方法、化学处理方法、生物处理方法。一、固体废物资源化方法固体废物处理（treatment(一)物理处理方法

物理处理是通过浓缩或相变化改变固体废物结构，但不破坏固体废物组成的一种处理方法，包括压实、破碎、筛分、分选、脱水、蒸发、萃取、吸附等工序，主要作为资源化的预处理技术。(一)物理处理方法物理处理是通过浓缩或相变化改变(二)化学处理方法

采用化学方法使固体废物发生化学转化从而回收物质和能源的一种资源化方法。化学处理方法包括煅烧、焙烧、烧结、溶剂浸出、热分解、焚烧、电力辐射等。由于化学反应条件复杂，影响因素较多，故化学处理方法通常只用在所含成分单一或所含几种化学成分特性相似的废物资源化方面。(二)化学处理方法采用化学方法使固体废物发生化学转化(三)生物处理方法

生物处理是利用微生物分解固体废物中可降解的有机物，从而达到无害化或综合利用。固体废物经过生物处理，在容积、形态、组成等方面均发生重大变化，因而便于运输、贮存、利用和处置。生物处理包括好氧处理（堆肥）、厌氧处理（沼气）和兼性厌氧处理（细菌冶金）。生物处理在经济上一般比较便宜，应用也相当普遍，但处理过程所需时间较长，处理效果有时不够稳定。(三)生物处理方法生物处理是利用微生物分解固体废二、固体废物资源化途径（一）提取各种有价组分有色金属渣和化工渣中提取多种金属。（二）生产建筑材料是一条固体废物消耗量最大的利用途径，且一般不会产生二次污染问题。可生产的建筑材料主要包括以下几种：生产碎石，水泥、硅酸盐建筑制品、铸石和微晶玻璃、矿渣棉和轻质骨料。还可以用来生产陶瓷、玻璃、耐火材料等。（三）生产农肥如利用可降解废物进行堆肥；工业废物生产肥料或直接用于农