循环经济视角下农业废弃物的资源化利用技术探讨

宿培萌

循环经济理论是以可持续发展为总体基调生成的现代化理论，其中的核心是将可利用资源进行转化，使其发挥最大价值。废弃物资源的减量化、再循环、再利用的原则能够实现资源高利用率低损害率，尽可能减少废弃物对环境的污染损害程度。在当前背景下，发展经济循环理论能够大大提高农业废弃物的资源利用率，从而遏制生物多样性的丧失，减少恶劣气候发生的频率。

某村中的生猪养殖企业，除有生猪养殖基地、680亩的设施果蔬种植基地，还建有年产1万吨的有机肥料加工中心和700立方的大型沼气池一座，生物质燃料厂一座，是一家集生猪养殖、设施农业种植和农业废弃物资源化利用、农业科技研发及技术培训为主的农业科技型企业。该企业“以废产肥、以肥促种；以废产饲、以饲供养；以废产气、以气补能”的“菜-饲-畜-沼-肥”五位一体农业生态循环模式，该模式以沼气工程为纽带，利用物质形态和能量转换特点，将残次果蔬生产饲料、饲料供给养殖、养殖粪污发酵产气、沼气用于猪舍取暖及农户生活供气、发酵产物加工有机肥、有机肥施用蔬果生产、沼液用于蔬菜叶面肥等有机结合在一起，形成一个产气积肥同步，种养并举，能源物流良性循环的生态系统工程。这种模式有效解决农业面源污染问题，实现废弃物肥料化、能源化、饲料化利用。

一、我国农业废弃物资源化利用的必要性

农业废弃物资源化利用的必要性主要是从根本上二次转化为主。我国农村种植中大部分农户都使用化肥，而忽略了更高效、更营养的农家肥，人工制作的饲料大部分含有无机物，影响产品的营养性，同时也破坏了传统农业废弃物的一系列处理流程，导致我国农村地区农业废弃物大量堆置，影响周边生态环境。农业废弃物在长时间分解过程中所产生的污染性液体会流入地下并污染土壤和地下水，其中还包括其他重金属类物质，土壤中的微生物无法吸收。兽药残留也是一个重要影响因素，可能会给周边农户或牲畜带来严重的影响。部分不合规的农业废弃物处理方式产生的有毒气体同样会污染水体与空气。除此之外，废弃物本身也是某种物质的载体，其中蕴含着大量有益物质，是一种有益于人类的能源型物质。若不能及时处理农业废弃物，任其随意处理摆放，会造成内含有机物、营养成分流失，浪费资源。例如秸秆中含有丰富的有机质和营养成分，可以用于制作有机肥料，提高土壤质量，促进农作物生长。而且，秸秆还可以通过生物质能利用技术转化为电能、热能等清洁能源，替代传统的化石能源，减少温室气体排放，保护环境。充分利用秸秆的潜力，不仅可以为农民创造更多的经济价值，还能促进农村发展和环境改善。以此可以看出若能够对废弃物进行资源化利用不仅能够减少污染，保护生态环境，还能在一定程度上缓解农村资源短缺、能源匮乏的问题。

二、循环经济视角下农业废弃物资源化利用技术—堆肥技术

堆肥技术是循环经济中农业废弃物利用的重要措施之一，具体指以人为把控的基础上，通过周边环境的变化，加之微生物作用下产生的发酵作用，将农业废物中的有机物通过长时间的累积转化成肥料。在堆肥过程中，将稳定程度较差的有机物转变为稳定的腐殖质。堆肥产品中无病菌和其他携带病菌的蝇虫，是一种有机肥料。有机肥料主要包括液体肥料，农业废弃物（废渣、杂草、废菜叶、瓜果皮等）做成堆肥后，其液体经安全处理后可制成液体肥料、有机生物肥、有机无机复合肥三种。

1、堆肥的三个阶段

①发热阶段

堆肥在初始阶段，其中农业废弃物中的微生物大多是适应性较强的品种，其中包括霉菌、芽孢杆菌等。这类细菌的主要作用是分解堆肥中的农业废弃物，经过周围环境以及气候的影响，分泌旺盛的有机物质，这类有机物质会产生热量，堆肥底温升高，温度可以上升至25℃～30℃，这也是初期发热阶段。

②高温阶段

经过上述堆肥升温期后转入高温期，当温度上升至50℃左右时，微生物会逐渐死亡或是无法发挥自身分级功能，逐渐转变为显性微生物。进入高温期的微生物会不断分解堆肥中的农业废弃物，不断氧化，其中较为复杂的蛋白质以及纤维素也会逐渐氧化分解。此时微生物运行非单一性，而是交替出现，这一时间段的微生物中活跃程度较为明显的是放线菌与嗜热菌，当温度继续上升到60℃左右时，堆肥中的微生物已经无法看到真菌的行动，只有上述两种菌体在活动，当温度上升至70℃时，会大范围进入死亡或休眠模式。此时的细菌和放线菌几乎完全停止了活动，由于大部分微生物在该范围内活动最频繁，最容易分解有机物，其中大部分致病菌和寄生虫都能被杀死。

③降温阶段

经过升温阶段以及高温阶段后，温度会有所下降，农业废弃物中的纤维类制品以及例如桃类含有果胶成分的物质基本被分解，其余分解难度较大的成分以及分解后形成的新形态腐殖质难以分解，内含微生物大量减少，温度也逐渐下降。这时，各种纤维素、半纤维素和果胶类物质中温性微生物在温度降至35℃左右会再次迸发新生机。在可控时间内，堆肥的效果不理想则温度下降较快，无法最大程度分解，此时可以翻搅堆肥中的农业废弃物，使其能够再次发酵，提高温度，加快堆肥的分解。

2、堆肥工艺分类

①筒仓式堆肥发酵仓

筒仓式堆肥发酵仓为单层筒状，发酵仓深一般为4～5米，多为钢筋混凝土堆肥发酵仓。为保持仓内堆肥好氧发酵，发酵仓内供氧全部采用高压离心风机强制供气。空气由仓底进入发酵仓，经过6～12天的好氧发酵，再由仓顶加入堆肥原料。从仓底通过料理机将初步腐熟的堆肥下料。

②立式堆肥发酵

立式堆肥发酵柜的构造与普通楼房构造类似，整体大概6～8层之间，堆肥物料由柜顶投入，柜内有一套完整的机械运动流程，帮助堆肥物料发酵。每达到一层的要求，堆肥物料会进入下一层，整体发酵时间约一周左右，堆肥物料会从第一层转移到最底层。立式堆肥发酵柜整体都有密封包装，柜内温度也由低到高逐渐升温，柜内通风装置主要以通风机为主。

3、堆肥底物及其特点

堆肥底物主要由牛粪、禽粪、马粪、猪粪、食品加工废料、屠宰废料、鱼加工废料组成。每种底料都有其特点，只有掌握其中的独特之处，才能进一步完成堆肥。牛粪的主要特点为氮含量较高，湿度大，正常情况下需要大量干的含碳高的物料调节。大约一份牛粪用3份调节物，牛粪堆肥气味较小，分解速度快，综合来说在堆料中是优质堆料选择；禽粪氮含量高且水分适宜，但禽粪在堆肥时由于有可能出现潜在氨气，所以需要高碳调节。除此之外，禽粪的pH值较高，属于优质堆料；马粪中含有大量垫料，氮含量与磷含量相对来说较高，且由于干燥，臭味少，分解快等特点成为优质堆料；猪粪中氮含量高，湿度大，需要与较为干爽的高碳物料调节，未来发展潜力大，是优质堆料；食品加工废料的水分适中，且磷含量与氮含量比重较低，伴随臭味，属于中等堆料；屠宰废料湿度较大，磷含量与氮含量比重较低，易分解，伴有臭气，需要后续二次加工，属于中等堆料；鱼加工废料水分含量最高，氮含量高，臭气较大，属于中等堆料。

4、堆肥pH值及水分影响

堆肥微生物的最适pH值在5.5到8.5之间。如果堆肥体系变成厌氧条件，有机酸的累积可以使pH值降低到4.5，这将严重限制微生物的活动。在这种情况下，通风足以使堆肥pH值调节到可接受的范围。同样，在pH值>10.5的条件下，大多数细菌不适应，高于11.5时开始死亡。

水分对于所有活的生物体而言是必需的，并且大多数微生物由于缺乏保持水分的机制，所以对水分极为敏感。当含水量在35%～40%之间时，降解速率就会极大地降低，在30%以下时，降解过程就完全停止。然而过多的水分则会导致厌氧状态发生，并且会因此产生臭气。

三、循环经济视角下农业废弃物资源化利用技术—秸秆氨化处理技术

秸秆氨化处理技术，就是在秸秆中加入一定比例的氨水、无水氨（液氨）、尿素等，在密闭条件下通过它们的作用，破坏木质素与纤维素之间的联系，促使木质素与纤维素、半纤维素分离，从而提高秸秆的消化率、营养价值和适口性的加工处理方法（见表1、表2）。氨呈碱性，与秸秆中的有机酸化合，改善秸秆的适口性，提高饲喂氨化饲料的效果。

从表1、表2中可以看出氨化秸秆不论从营养成分还是牛羊的适口性都是极为适宜的。

1、窖藏式氨化法

①窖藏大小

窖的大小根据饲养家畜的种类和数量而定。例如，一头350千克的架子牛，日采食秸秆在7.5千克左右。以这些参数为准，再考虑每年氨化次数、养畜多少等实际情况，设计出窖的大小。

②窖藏操作方式

秸秆的整体厚度应保持在两厘米左右，可采取人工控制厚度，正常规定下，硬秸秆切短，软秸秆切长。尿素配比大概在每100千克秸秆用3～5千克尿素，并配以适量的水，将尿素充分搅拌，使其完全分解溶化后少量多次洒在秸秆上，喷洒最佳时间为入窖前。在入窖的过程中要不断将秸秆踩实，并在上方铺一层塑料薄膜，用有重量的物体压好。尿素氨化与液体氨化时间相同。

2、堆垛氨化法

堆垛氨化与其他氨化方法不同，需要将秸秆堆成垛状，再进行氨化处理，亦称为垛贮法。堆垛法对于气温、时间以及其他原材料的需求与窖氨化法无较大差别。较为不同的是可以在地面进行且不需水泥与土窖。

首先选择厚度合适的聚乙烯塑料膜，将其平整地摊开在正常的地面上，把需要使用的秸秆按照不同质量分别摆放起来。处理秸秆时应使用尿素作为氨源，在放置氨源时也尤为讲究，要根据秸秆摆放方式分层次放入，也可直接溶解在水中洒在秸秆上方，让其自然而然地渗透，处理时应在堆垛到顶后再泼洒；液化氨应在门、窗等都封锁之后注入。堆垛大小无法固定，应根据当前所需的秸秆量大小决定。液化氨适合大垛堆，有利于后续规模化管理，以及避免资源过度浪费，缺点在于漏气严重，喷洒不均。若想进一步保障氨气的流通，可以用能够通风透气的胶管插在垛堆中间。小垛堆适合使用尿素，可用草垛做成雏形。无论大小草垛其顶部都要建成三角形，利于在下雨时高效排水。上下两面覆盖的塑料薄膜都需留出1～1.5米左右，这层塑料薄膜需用土壤压紧，不透气，并将边封折叠好。若采用液化氨则需在垛堆完成后将透气的塑料管与氨气连通，按照秸秆重量的4%通入氨气。有两种通氨气的方法，其一为将氨气注入特有的车中运输到指定地点，其二为将氨气分装到瓶中，再向秸秆实施氨气。

四、我国农业生产废弃物资源创新利用模式的探索

当前，我国已研制出更为先进的副产品二次利用的技术，能够在一定程度上解决农业生产的废弃物给环境带来的压力，以循环经济为依托，实现农业生产废弃物循环发展的新局面。但是，当前我国对农业生产废弃物利用大多保留着粗放式经营理念，整体思想无法适应当前生态文明建设的发展要求。根据现今时代的循环经济理论来说，转化粗放式经营模式，要建立一套提高农业生产废弃物资源综合利用模式体系。

1、改变粗放低值转化

以饲料转化、能源转化、基质转化等形式提高农业生产废弃物的转化率，改变粗放低值转化的现状。转化能够进一步降低对周围环境的污染。例如：将秸秆二次利用，利用秸秆还田和堆沤还田使土壤肥力提高，优化土壤结构，过后三年左右的农作物收成涨幅明显；秸秆氨化后饲喂牛羊，用于促进牛羊等禽畜动物的消化，且能够降低禽畜养殖的饲料成本投入。

2、增效综合利用

提高农业生产废弃物的利用率是转化增效的综合目的，以此降低农业生产废弃物的产生量。转化增效循环利用技术是指利用现代化技术，例如光伏技术、风电技术、有机固体废弃物热解转化技术、生物质绿能颗粒（黑颗粒）燃料制备技术等，以此扩大能源利用率，将能够再利用的农业生产废弃物通过这些技术的综合处理，转变利用效果，降低末端产物排放量。NCS智能分子膜发酵技术是一种新型堆肥技术，可根据不同农产品加工废弃物与畜禽粪污按一定比例混合进行发酵处理。该技术中采用的特殊膜材具有单向透过性，空气可透过的同时，又可隔离异味，可保证露天发酵且环保隔臭。该技术模式运营成本低，省工省力，又能得到养分齐全无公害的有机肥料，使农产品加工废弃物变成肥料，环保又高效。

3、集约精细增值

集约精细增值循环技术主要围绕化学类技术作为依托，包括提纯技术、生物技术等具有一定机制的生物学技术，将农业生产废弃物中有机分子转化为具有高附加值的资源性物质。农业生产废弃物大多是果蔬类，其中富含多种营养成分及色素、抑制老化等作用，将其精细化增值后可用于化妆品、工业化学类、医疗保健类，实现资源利用最大化。

近年来，我国农业产值稳步提升，循环经济是我国农业发展的重中之重。整合农业生产废弃物资源，构建超循环经济模式，是实现我国乡村振兴战略的重要一步。完成我国农业生产废弃物资源循环模式需要技术支持，目前我国主要技术有堆肥技术与秸秆氨化技术等，为我国农业资源利用实现循环经济，实现农业可持续发展和生态文明建设作出重要贡献。

（作者单位：250100山东省农药检定所）