前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的農業廢棄物的特點主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
關鍵詞:食用菌;廢棄物;栽培料;循環利用
中圖分類號:S39 文獻標識號:A 文章編號:1001-4942(2017)01-0155-05
Abstract Along with the rapid development of edible fungus industry in China, the traditional production mode with wood chips as the main cultivation material will be severely limited. To select the agricultural waste resources widely distributed with large output and high content of organic matter for production of edible fungus has better economic benefit and ecological benefit. In this paper, based on the analysis of characteristics of agricultural wastes in China, the application situation of agricultural wastes on the production of edible fungi at home and abroad was introduced, and its main problems in China at present stage were pointed out. Finally, the development direction for edible fungi culture with agricultural wastes was discussed, and the proposals were put forward for improving the theory system of edible fungi production with agricultural wastes and establishing the standardization technology system of edible fungi cultivation.
Keywords Edible fungi; Waste; Cultivation material; Cyclic utilization
食用菌是指可供人們食用的一類大型真菌[1],在物質循環的過程中,除了充當物質的還原者以外,同時又是對人類有貢獻的次級生產者[2]。其主要是以農作物秸稈、畜禽糞便等農業廢棄物中的大分子物質,如纖維素、半纖維素、木質素、蛋白質、多糖等為主要原料,通過菌絲體分泌的水解酶及氧化酶將栽培原料高效降解,最終形成可供人們食(藥)用的高蛋白食品。我國是世界食用菌生產第一大國, 2014年農業經濟中產值僅次于糧、菜、果、油之后的第五大類作物[3,4]。目前, 中國的香菇、平菇、金針菇、草菇、黑木耳、銀耳、滑菇、靈芝等產品的產量均居世界第一位[5]。中國食用菌的產量從1978年占全球總產量的5.7%發展到2009年的80%以上[6]。隨著食用菌在藥用領域的深入研究,其具有的免疫調節、抗腫瘤、抗氧化、抗衰老、保護神經系統、降血脂、護肝等功能,日益受到廣泛關注[7-9],這就促使其需求量越來越大,生產所需的原材料也逐漸增加。
農業廢棄物(agricultural residue)是指人類在組織農業生產過程中所丟棄的有機類物質的總稱,其主要包括植物性廢棄物(如農作物秸稈、林木枝條、雜草、落葉、果實外殼等)、動物畜禽糞便、農副產品加工廢棄物和農村居民生活廢棄物[10]。隨著國家農業和農產品數量的增加,這些被稱作“放錯位置的資料”也將逐年增加[11],其如何被合理有效地利用將成為我國面臨的一個重要農業和環境問題。近年來,隨著我國經濟的快速發展、農村能源消費結構改善和替代原料的應用,不少農村地區出現了地區性、季節性、結構性的秸稈過剩,特別是在糧食主產區和沿海經濟發達的部分地區,農業廢棄物隨意堆棄與焚燒現象嚴重,不僅浪費資源、污染環境,還嚴重威脅交通運輸安全。隨著食用菌傳統栽培基質棉籽殼價格的快速上漲與新型栽培基質的開發應用,農業廢棄物栽培食用菌技術在我國已越發成熟,其推廣應用后將大幅降低現階段的食用菌生產成本,并可實現農業廢棄物在生產中的高效循環利用,真正實現農業廢棄物的變廢為寶。
本文就我國農業廢棄物的特點、農業廢棄物在食用菌生產上的應用現狀、現階段農業廢棄物生產食用菌存在的主要問題以及農業廢棄物栽培食用菌的發展方向等內容進行了綜述,旨在為推進農業廢棄物在食用菌生產上的循環利用提供借鑒與參考。
1 我國農業廢棄物的特點
1.1 資源分布廣、產量大
我國是一個農業生產大國,也是農業廢棄物產出量最大的國家,農作物秸稈、畜禽糞便等廢棄物隨處看見,且絕大多數被隨意拋棄。據統計,我國僅農作物秸稈就有近20 種,年產量約7.0×108 t,其中稻草2.0×108 t,玉米秸稈2.0×108 t,小麥秸稈1.0×108 t,豆類和雜糧作物秸稈1.0×108 t,花生、薯類和甜菜等秸稈藤蔓1.0×108 t;畜禽糞便年產量約為26.0×108 t,其中牛糞10.7×108 t,豬糞2.7×108 t,羊S3.4×108 t,家禽糞1.8×108 t,其它畜禽糞便合計7.4×108 t;林業廢棄物(不包括薪炭林)0.5×108 t;其他類的有機廢棄物約有0.5×108 t[12],并且隨著社會經濟迅速發展和人口的增加,廢棄物總量將以年5%~10%的速度遞增,預計到2020 年我國總的廢棄物年產量將超過50.0×108 t[13]。
1.2 營養豐富、有機質含量高
由于農業廢棄物的品種和產地的不同,其理化性質也存在較大差異,其除含有主要元素C、H、O外,還含有N、P、K、Ca、Mg、S 等多種元素[11]。農作物秸稈與食用菌傳統栽培基料木屑和棉籽皮的化學組成基本相似,主要由纖維素、半纖維素和木質素三大部分組成。畜禽糞便含有大量未消化的蛋白質、礦物質、維生素、粗脂肪和碳水化合物等(表1)。因此,農業廢棄物可完全滿足食用菌的生長需要,產出的食用菌產品在質量和產量上都不亞于棉籽殼[14-16]。如利用農業廢棄物玉米芯、木屑、棉籽殼、甘蔗渣、稻草粉等為原料,再輔加有機氮源(如豆餅、麩皮、米糠、玉米面、棉籽餅等)、礦物質元素等進行平菇生產,其生物轉化效率可達到100%~150%。
2 國內外農業廢棄物在食用菌生產上的應用
食用菌生產是現代農業的重要組成部分,在農業生產中起到了承載與傳遞的作用,并可實現物質與能量的循環轉化。其產品不僅是人類重要的蛋白供應,而且是醫療保健品和功能食品的重要來源,對完善人類飲食結構,提高免疫功能有著重要的促進作用。此外,在食用菌生產過程中,培養料物質結構發生質的變化,可使原料纖維素含量降低50%、木質素含量降低30%、粗蛋白含量增加6%~7%、粗脂肪含量增加1倍左右,并利用這些分解產物產生大量可以利用的菌體蛋白(子實體)[19]。因此,食用菌生產可提高農業廢棄物的利用價值和再生效率,改善農業生態環境,降低農業生產成本。
我國利用農業廢棄物生產食用菌的規模與效益水平還遠遠落后于歐美等發達國家,荷蘭、德國、美國、日韓等國家都有專業的生產機構進行農業廢棄物的食用菌工廠化生產。雙孢蘑菇的生產在歐美一直是一個變廢為寶的環保產業,其產量與質量均處于I先水平。近幾年,我國在農業廢棄物生產食用菌方面做了大量工作,尤其在栽培基質方面進行了多方位的試驗,開發了多種農業廢棄物栽培食用菌的配方,并研發了一系列與栽培相關的技術裝備。
2.1 國內農業廢棄物在食用菌生產上的應用
我國是世界上人工馴化與栽培食用菌最早的國家,人工馴化栽培的食用菌品種已達40余種。早期的香菇、木耳等食用菌主栽品種都是在段木上進行接種生產,在20世紀50年代我國以木屑為主料的食用菌代料栽培技術試驗取得成功,并在全世界范圍內進行推廣應用。隨著食用菌產業擴大與科技發展,食用菌新型栽培基質不斷被開發,利用農林廢棄物制備食用菌栽培原料已成為研究熱點。范凌云等[20]利用稻草秸稈進行了蘑菇大棚栽培試驗,效果非常顯著。袁建生[21]進行了玉米秸稈、小麥秸稈與豬、牛、羊糞便混合發酵后栽培姬松茸的試驗,并總結出一套農業廢棄物栽培姬松茸的新技術,該技術得到了菇農的極大認可。齊志廣等[22]進行了玉米秸稈培養料栽培草菇的試驗,結果表明該試驗方案可行,且可降低生產成本。夏敏等[23]利用棉稈和玉米秸稈、玉米芯等為主原料與用純櫟木屑為主原料進行了栽培香菇后的蛋白質營養對比試驗,結果表明采用作物節本代料和純木屑代料栽培的香菇子實體蛋白質均有較高營養價值,且二者之間無顯著差異。趙秀芳等[24]采用大蒜稈為主料進行香菇栽培試驗,生物轉化率可達98%,且可減少生產過程中的雜菌污染,提高產量。孔祥輝等[25]研究表明,在木屑中添加30%玉米芯、50%玉米芯或30%豆稈的混合代料栽培黑木耳,菌絲生長及木耳產量均較好。苗人云等[26]采用花生殼、木屑、玉米芯、油菜稈、黃豆稈、獼猴桃枝、高粱殼等資源部分替代棉籽殼栽培金針菇,結果表明30%的花生殼替代棉籽殼栽培金針菇,其產量比用棉籽殼栽培提高33.11%,栽培效益明顯提高,并可顯著降低原料成本。周帥[27]、陳麗新[28]、陳君琛[29]、胡燕[30]等在進行食用菌新型基質栽培的研究中,分別測試出了玉米皮、花生殼、葡萄枝、谷稈以及花椒子中的粗蛋白含量和粗纖維含量,并通過合理組合與營養強化,完成了在秀珍菇、姬菇、茶樹菇等食用菌品種上的栽培試驗,結果表明農業廢棄物與傳統栽培料相比,生物轉化率均有較大的提高。
近十年來,我國食用菌生產研究人員和廣大栽培工作者為食用菌栽培技術的完善和發展做出了重要貢獻,食用菌的栽培規模和產量有了很大的提高。但是,隨著人民生活水平的提高,國內外市場對食用菌的需求量逐年增加,現有的原料資源難以滿足不斷擴大的栽培需要。因此,新型培養料的研究與開發刻不容緩,農業廢棄物作為食用菌生產的主要原材料將越來越得到重視。
2.2 國外農業廢棄物在食用菌生產上的應用
歐美食用菌的生產和消費主要以雙孢蘑菇為主,以農作物秸稈與畜禽糞便為栽培原料進行工廠化、專業化生產。亞洲食用菌生產主要以木腐菌為主,日本和韓國的木腐菌工廠化生產技術走到了世界前列,栽培料以木屑為主;東南亞國家近年食用菌發展較快,其食用菌生產也以木腐菌為主,品種主要為香菇等常見木腐菌食用菌品種,培養料主要以木屑為主。近年來非洲的納米比亞、贊比亞、坦桑尼亞、肯尼亞、埃及等都陸續開始了食用菌的生產,其高端市場需要的雙孢蘑菇工廠化的成套栽培技術引自歐美,而農業式的栽培多數是糙皮側耳,引自我國[4]。
現階段,歐美雙孢蘑菇栽培呈現了工業化生產,均已形成專業化、集約化、規模化、工廠化、機械化直至自動化的生產。美國專業從事雙孢蘑菇菌種生產的 Sylvan 公司已在全球建立了十多家連鎖企業。而從事培養料業務的荷蘭Heveco培養料公司,建有大型發酵隧道,將發酵的優質培養料直接或播種后供應給農戶,年栽培次數可達6次,1 m2 平均產菇 26~32 kg,極大地提高了工效與菇房設施的利用率。
3 我國農業廢棄物生產食用菌存在的主要問題
一、循環經濟中的物流
(一)物流管理是循環經濟的重要環節在我國,目前對循環經濟的定義有八九種之多。一般認為:所謂循環經濟,即在經濟發展中,遵循生態學規律,將清潔生產、資源綜合利用、生態設計和可持續消費等融為一體,實現廢物減量化、資源化和無害化,使經濟系統和自然生態系統的物質和諧循環,維護自然生態平衡[1]。我們認為,循環經濟包括以下幾個要點:(1)遵循生態學規律,即經濟活動要在生態環境可承受范圍內進行,應改變原有的高消耗、高污染、低產出的粗放型經濟增長模式,保持生態系統的平衡;(2)將清潔生產、資源綜合利用、生態設計和可持續消費等融為一體,即是資源輸入端減量化,產品消費使用再利用,廢品資源回收再循環;(3)使社會系統、經濟系統和自然系統和諧共存,社會經濟和諧發展、物質持續循環,只有在資源承載能力之內的良性循環,才能使生態系統平衡地發展。傳統經濟是“資源產品污染排放”的線性經濟,而循環經濟是以物質資源的循環使用為特征的,它要求把經濟活動組成一個“資源產品消費再生資源”的反饋式流程,是物質閉環流動經濟。傳統線性經濟是把資源持續不斷的變成垃圾,通過反向增長的自然代價來實現經濟的數量型增長,而循環經濟是對傳統線性經濟的革命。
從我們對循環經濟概念的分析中可以看出,資源供給、產品的加工、儲運以及再生資源的回收、集散、加工等內容都是循環經濟中不可或缺的環節,而這些環節又是現代物流的重要內容。所謂物流,就是物品從供給地向接收地的實體流動的過程,根據實際需要,一般將運輸、儲存、裝卸、搬運、包裝、流通加工、配送、信息處理等基本功能實施有機結合[2]。顯然,循環經濟中的資源、產品、廢物的運輸、儲存、搬運、裝卸、回收、集散、加工和信息處理等均屬于物流的內容,對這些過程的管理也應是現代物流管理的重要領域。“垃圾是放錯了地方的資源”,以物質循環再利用為主要內容的循環經濟,理所當然應包括物流管理,只有包括現代物流管理的循環經濟才是完整的循環經濟。因此,發展循環經濟必須重視現代物流管理。但遺憾的是,目前我國循環經濟中的物流研究方面還基本上處于空白狀態。
(二)物流貫穿于循環經濟的全過程中國是一個擁有13億人口的大國,也是一個物質資源的消耗大國,我國每年的工農業產量及消費量都是巨大的。循環經濟實際上是通過物質流動來達到資源循環利用,在循環經濟系統中,從資源開發、資源轉化、產品制成、產品消費、廢物回收、資源再生的諸多過程中,無論是消費前的資源開發、運輸、儲存、加工,還是消費之后的廢棄物回收、集散、運輸、再利用,都存在著巨大的物流市場空間。我們所說的廢棄物主要包括農業廢棄物、工業廢棄物以及城市生活垃圾。農業廢棄物是指農業生產、農產品加工以及農村居民生活排出或產生的廢棄物品,主要包括農田和果園殘留物、牲畜和家禽糞便以及欄圈鋪墊物等、農產品加工廢棄物和人糞尿以及生活廢棄物[3]。近年來農業廢棄物被制成化肥、沼氣等,已經得到了相當程度的利用。相對于農業廢棄物而言,工業廢棄物和城市生活垃圾的數量、污染程度以及潛在的利用價值等都要大得多。從表1的數據可以看出,我國每年工業生產以及城市居民生活,都產生了大量的廢水、廢氣和固體廢棄物,這也說明與工業、居民生活、排放廢棄物相關的物流具有巨大流通量。現在的問題是如何在循環經濟中引入現代物流管理,通過發展現代物流將這些廢棄物重新納入到經濟的循環過程之中,以促進循環經濟的發展。
(三)在循環經濟中導入現代物流的意義在循環經濟中導入現代物流,就是要在工農業產品及其廢棄物的流通過程中,按照現代物流運行的要求,將以前分散實施的與工農業產品及其廢棄物流通相關的物質流動過程組織到循環經濟體系中來,實現循環經濟中物流管理的現代化。在循環經濟中導入現代物流管理的意義主要體現在以下一些方面:第一,在循環經濟中實行現代物流管理,可以縮短產品消費之后的廢棄物到再生資源重新利用的時間,加快物質資源的循環利用速度。現代物流管理的一個重要理念就是要減少中間環節,通過物流系統建立起生產與消費、廢棄物與再生資源的直接對接,使生產、消費、廢物再利用順暢連接。在循環經濟中實行現代物流管理必將使工農業廢棄物以更快的速度回收再利用,提高循環經濟效率,減少廢棄物對環境污染的時間和強度。
第二,現代物流是建立在高度信息化基礎之上的,可以建立起工農業廢棄物產生者與需求者的信息通道,現代物流管理可使廢棄物產生者和需求者能共享信息資源。管理優良的企業具有充分的市場供求信息和廣泛的運輸網絡,在循環經濟中實行現代物流管理可推動循環經濟領域的全社會性統一大市場的形成,使企業層次的小循環、區域層次的中循環與社會層次的大循環有機地協同起來,改變過去那種單個企業、區域各自獨立面對廢棄物的局面,使“放錯了地方的資源”得到優化配置,以此來實現循環經濟的規模效益、經濟效益和社會效益。
第三,在循環經濟中實行現代物流管理可開辟新的勞動力就業領域,為下崗再就業提供新的途徑。物流行業雖然是建立在現代技術和管理理念基礎上的產業,但它同時也是一個勞動力相對密集的產業,因此在循環經濟中發展物流可以充分利用我國勞動力資源充裕的特點,將一部分下崗失業人員組織到循環經濟中的物流行業中來,這既可降低物流管理成本,又可以促進社會穩定。
二、我國循環經濟領域物流的現狀循環經濟中的物流主要包括工農業廢棄物物流和城市居民生活垃圾物流兩個方面。農業廢棄物目前主要是農戶在城市居民生活垃圾物流方面,目前我國主要是居民將生活垃圾投放在垃圾箱、垃圾站或指定的投放地點,城市環衛部門每天將垃圾集中運走,將其掩埋、焚燒等集中處理,其參與者主要是提供公共服務的政府部門。以下我們主要分析工業廢棄物的物流現狀和問題。
(一)工業廢棄物流通渠道與方式我國工業廢棄物的物流渠道目前主要有以下幾種方式:第一種方式是企業自己直接排放。企業將生產過程中產生的廢渣、廢氣、廢水直接排放到自然界,某些固體廢棄物運送到垃圾場掩埋或焚燒掉,這一直是中國工業廢棄物最主要的物流形式。這種流通過程簡單,企業負擔的物流費用少,減少了企業的內部成本,但是這樣造成的后果是極大地增加了社會承擔的外部成本,不僅使廢棄物沒有在全社會的范圍內充分利用,造成資源浪費,還致使生態環境遭受了嚴重的破壞,造成大氣污染、酸雨、水質降低、土壤污染、土地沙化、草場退化、農作物減產等,并因此產生了一系列的社會問題。第二種方式是企業自己回收利用,這種方式主要分為企業自己回收利用和企業回收后送到廢品回收市場交易兩種。第一種是企業將生產過程中產生的廢品,如鋼鐵廢料、廢紙、碎玻璃等回收利用,作為原材料重新投入到生產過程中,使廢品原級資源化;第二種是企業將生產中產生的廢棄物收集后運送到廢品回收市場,通過回收市場賣給對此有需求的企業,這是廢棄物次級資源化,雖然利用程度不及原級資源化,但也使下游企業節省了購買原材料的費用,而且使社會節約了資源。第三種方式是由產生廢棄物的企業直接向廢棄物的需求企業提供廢棄物。這種方式主要分為廢棄物產生企業送貨上門和需求企業上門收購兩種。
這種情況廢棄物一般都是次級資源化,使許多廢氣、廢水、固體廢棄物得到了重新利用,在一定程度上實現了資源循環利用,但這種物流方式流通范圍比較有限,資源再利用程度低,而且企業之間存在著信息不對稱、交易成本比較高的問題,有時因為廢棄物需求企業收購價格過低或廢棄物提供企業要價過高而使企業雙方不能達成一致,導致大量本可以再利用的資源浪費。第四種方式是通過廢品回收公司回收。這種方式主要是有直接通過廢品回收公司中轉和廢品回收公司通過廢品回收市場再中轉等形式。廢品公司通過上門回收的形式,將企業產生的廢棄物運走,將其運到對此有需求的企業或地區。這種方式與前一種比較起來,因為廢品回收公司掌握較多的信息,具有專業的物流人員和設備,所以廢棄物的物流半徑明顯擴大,單位物流成本明顯降低,十分有利于資源循環再利用。這種方式目前已經成為我國大宗工業廢棄物循環利用的重要途徑。
(二)我國工業廢棄物物流存在的問題分析通過對目前我國工業廢棄物流通渠道和現狀的分析,我們認為存在的主要問題表現在以下幾方面:第一,物流組織化程度低。目前我國許多企業對產生的廢棄物大多還是直接排放。我國政府雖然出臺了許多政策,采用多種行政手段、經濟手段限制企業產生的廢棄物直接排放,但都是末端治理,并沒有將企業產生的廢棄物在全社會范圍內統一協調起來,也沒有專門的政府或民間組織統一協調,這樣使廢棄物的物流停留在企業自覺自發的基礎上,部分社會責任感強、管理優良的企業將廢棄物處理之后排放,而很多企業就是直接排放。由于廢棄物的物流組織方面十分欠缺,不僅造成了大量可以再利用的廢棄物被浪費掉,而且使生態環境遭到了嚴重破壞。第二,物流產業化程度低。2004年我國工業固體廢物產生量為12?0億噸,比上年增加20?0%,工業固體廢物排放量為1 792?0萬噸,工業固體廢物綜合利用量為6?8億噸,綜合利用率僅為為55?7%,與上年持平,工業二氧化硫排放量為1891?4萬噸,生活排放量為363?5萬噸,工業煙塵排放量為886?5萬噸,工業粉塵排放量為904?8萬噸(據國家環保局《2004年中國環境狀況公報》)。
廢棄物這一領域存在著巨大的物流市場,但目前對其認識不足,沒有將廢棄物物流看作一個很有發展潛力的產業,所以現在的物流是零散的,不具規模的,產業化程度過低。第三,缺乏健全、快捷、靈敏、安全和可靠的物流管理信息系統網絡。目前我國在廢棄物的流通過程中,各個企業缺乏充分的市場信息,造成廢棄物產生企業、需求企業不能及時有效地得到相關的供需信息,致使大量可再利用資源浪費,或再利用程度很低,當然這些現象的產生原因是多方面的,但在我國廢棄物的物流領域中尚未形成高度信息化的物流一體化系統是其重要原因之一。第四,物流設備、技術欠缺。廢棄物有固態、液態以及顆粒狀的粉塵等多種形態,但在我國廢棄物大多是敞車車身的普通貨車運送,盛裝液態廢棄物的大都是普通容器,在物流過程中的污染、損失很大,尤其是粉塵等物,塵土飛揚,給空氣、環境帶來了很大污染。
關鍵詞 旋轉堆肥箱;蔬菜廢棄物;好氧堆肥;處理效果
中圖分類號 S141.4 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2017)09-0193-03
Abstract The study mainly focused on the small amount of vegetable waste which was caused by the disease or pest in the process of vegetable production. The Swedish JK270 rotary compost bin was used to collect the vegetable waste,and DM bacteria was added to carry out the aerobic composting test. The results showed that under the condition of sufficient mixing and suitable temperature,the compost bin could decompose the vegetable waste efficiently through aerobic composting process,with the composting rate of 50%-57%.The high-temperature composting could effectively kill the bacteria and prevent the spread of the pests and diseases. The processing cycle was usually 8-14 days,which was mainly affected by waste type,the amount of bacteria added,the ambient temperature and other factors. JK270 compost bin could effectively deal with the waste which was produced by daily production process and some vegetable harvest process of 3-5 greenhouses.
Key words rotary compost bin;vegetable waste;aerobic composting;treatment effect
自1988年家決定實施“菜籃子工程”以來,我國蔬菜事業進入了快速發展的新時期,蔬菜作物種植在農業中所占的比重越來越大,到2000年底我國設施蔬菜面積已發展到140萬hm2以上[1]。
隨著蔬菜產量的不斷增加和對蔬菜品質要求的提高,蔬菜廢棄物的產生量也在急劇增加。多種蔬菜如蠶豆、冬筍等的廢棄物產生比例已高達60%[2]。據統計,北京2015年的蔬菜廢棄物產量大約為200萬t,其中70%的廢棄物未經任何處理便隨意堆放。大量蔬菜廢棄物若不進行處理,不僅會造成巨大的資源浪費,還可能成為污染源。在云南滇池流域,產生的蔬菜、花卉廢棄物被農民直接丟進溝渠,成為滇池水體富營養化的重要物質來源[3];蔬菜廢棄物很有可能攜帶病原、蟲源,如含有番茄病毒病菌、葉霉病菌等[4],大多設施蔬菜產地產生的蔬菜廢棄物往往隨意丟棄,導致病蟲害滋生,堆積過程中的滲濾液極易對土壤造成污染[5-6]。因此,蔬菜廢棄物的有效處理和資源化利用對蔬菜產業健康發展和環境保護意義重大。
目前,蔬菜廢棄物的處理方式主要有以下幾種:一是按一般生活垃圾的方式進行填埋、焚燒處理;二是厭氧消化;三是好氧堆肥。厭氧發酵技術是目前一種應用比較廣泛的對蔬菜廢棄物的處理方式,國內外學者對厭氧發酵技術進行了大量研究[6-12],其技術特點是能夠產生沼氣,但是厭氧發酵工藝的成功實施依賴于高效反應器的開發利用,受設施規模的限制,同時存在最終的廢水、廢渣處理問題。好氧堆肥作為一種有效的有機廢棄物資源化處理技術,成為國內外固體廢棄物資源化的研究熱點[5,13-17],好氧堆肥堆體溫度一般在50~65 ℃范圍內,甚至更高。高溫可以殺滅病原菌,同時對有機質的降解速度快,是處理蔬菜廢棄物的有效方法。本文采用好氧堆肥技術快速處理蔬菜廢棄物,通過堆肥箱的旋轉實現堆料混勻和供氧,實現蔬菜廢棄物快速、安全的處理。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
本試驗選擇花椰菜、草莓和大白菜的廢棄物作為原料進行試驗研究。試驗原料為北京市通州區設施蔬菜生產基地的廢棄物,即設施蔬菜生產過程中每天因病害或蟲害等原因導致作物植株或果實干枯、腐爛而產生的蔬菜廢棄物或蔬菜采收過程中的廢棄物。
1.2 試驗裝置
試驗堆肥箱為瑞典JORA JK270堆肥箱(圖1)。該箱外形為六面體型,規格為1 130 mm×1 270 mm×698 mm,容量為270 L,分為2個發酵倉,可進行連續處理。堆肥箱有入料口和排氣口,并配有密封蓋,可人工進行旋轉,完成廢棄物在堆肥箱內的翻堆、混勻,避免了普通堆肥箱翻堆時病菌傳播擴散的潛在風險。
1.3 試驗設計
蔬菜廢棄物含水率較高,是限制堆肥化處理的因素之一。同時,大部分蔬菜廢棄物的C/N比在10以下[18],而堆肥的C/N比能滿足微生物所需的最佳值為25~35[19],應通過補充碳素材料(含碳較多的物質)的方法調整C/N比在合適的范圍內。本試驗通過添加木屑調節廢棄物含水率和C/N比,并添加DM菌劑進行好氧堆肥的處理。
1.3.1 試驗1。連續4 d收集設施內的花椰菜菜葉廢棄物,將花椰菜菜葉均勻地切碎為3~4 cm小段,分批加入JK270堆肥箱中,每天加入5 kg菜葉及2.5 kg木屑并手動旋轉堆肥箱進行混合。停止添加廢棄物后,一次性向堆肥箱內添加0.5 kg DM菌,每天旋轉堆肥箱1次,并記錄箱內溫度,觀察廢棄物發酵情況,處理周期為12 d。
1.3.2 試驗2。花椰菜菜葉不進行切碎處理,直接投入堆肥箱內進行發酵。分4次投入,每次添加5 kg菜葉、2.5 kg木屑和一定量的DM菌劑,并旋轉混勻。4次共添加菌劑量為0.5 kg。停止添加廢棄物后,每天旋轉堆肥箱1次,記錄箱內溫度,觀察廢棄物發酵情況,處理周期為8 d。
1.3.3 試驗3。一次性向堆肥箱中加入20 kg草莓廢棄物(主要為草莓秧和爛果落果)和10 kg木屑,并加入0.5 kg DM菌劑,旋轉混勻。由于草莓秧較難處理且外界氣溫較低,處理效果較差,后補加0.2 kg DM菌劑。每天旋轉堆肥箱1次,并記錄箱內溫度,觀察廢棄物發酵情況,處理周期為13 d。
1.3.4 試驗4。收集大白菜廢棄物20 kg,混合10 kg木屑,添加0.5 kg DM菌進行處理,由于試驗進行時霧霾天氣嚴重,光照低,外界溫度較低,試驗開始階段溫度上升不明顯,處理效果較差。補加0.5 kg DM菌劑后發酵明顯變快,整個處理周期較長,達到14 d。
1.4 分析指標與分析方法
使用美國ONSET公司的HOBO自動溫度記錄儀記錄堆體溫度,旋轉堆肥箱發酵倉內和堆肥箱外各放置1個HOBO溫度計,HOBO設定為每小時采集溫度數據1次。通過旋轉堆肥箱設置的出料口進行采樣,測定堆料含水率和大腸菌群等病原微生物。
采用稱重法計算堆肥處理廢棄物降解率,分別記錄堆肥前后物料的重量,計算降解率。采用烘箱烘干稱重法測定含水率,將鮮樣在105 ℃下烘干24 h,稱量恒重后計算含水率,精確到0.01 g。糞大腸桿菌的測定采用肥料中糞大腸菌群的測定國標方法[20]。
2 結果與分析
2.1 溫度的變化情況
從圖2可以看出,試驗1在開始階段連續4 d加入蔬菜廢棄物和木屑,但是未加入DM菌劑,因而在前4 d溫度基本未升高,發酵不明顯;在加入菌劑后溫度迅速升高,維持一段時間后發酵停止,溫度迅速下降到室溫,最高溫度達到69 ℃。
由試驗1的結果可知,添加DM菌劑對于蔬菜廢棄物好氧堆肥處理具有關鍵作用,通過添加菌劑可以有效促進好氧堆肥進程。因此,試驗2在開始階段即同蔬菜廢棄物和木屑一起加入了DM發酵菌劑,明顯促進了好氧發酵,堆肥箱內溫度快速上升,隨后快速下降到室溫,最高溫度為60 ℃(圖3)。
試驗3進行時,外界氣溫較低,一次性加入廢棄物和菌劑后開始發酵,但是處理前期溫度上升并不明顯,隨后再次添加了0.2 kg菌劑后,溫度開始升高,并維持一段時間后開始下降,最高溫度只有55 ℃(圖4)。
試驗4進行時,由于試驗時外界氣溫較低,并且有霧霾出現,設施內光照較差,導致處理過程較慢。前處理階段添加0.5 kg菌劑后,堆肥箱內溫度快速上升,維持較短時間后,隨即開始下降,考慮可能是天氣原因造成,隨后補加0.5 kg菌劑后,溫度又出現明顯升高,隨即又快速下降到室溫,反應結束(圖5)。
2.2 廢棄物降解情況
蔬菜U棄物收集到旋轉堆肥箱進行一段時間好氧處理后,廢棄物快速降解,但是不同廢棄物在不同條件下的降解情況有所不同。
從表1可以看出,試驗1的處理效果比較好,主要是因為試驗1中對花椰菜菜葉進行了切碎處理,堆料混合比較均勻,并且試驗時外界氣溫比較高,有利于反應進行,廢棄物的降解率為57%;根據試驗1的處理效果情況,在試驗2過程中未對花椰菜菜葉進行切碎處理,處理完成時,有較大、較硬的莖未被完全處理,有機質降解率為50%;蔬菜廢棄物的預處理對好氧堆肥處理效果具有一定的影響,但是考慮成本和操作性,建議較小的蔬菜廢棄物可以不進行預處理,直接進行堆肥。試驗3和試驗4處理過程由于外界氣溫比較低,好氧發酵比較慢,處理時間比較長,有機物的分解率也偏低,但是4次試驗中廢棄物的降解率沒有顯著差異。試驗結束后對堆肥產物的含水率進行測定,含水率均在40%左右。
2.3 處理周期和病原微生物檢出情況
從表2可以看出,4次試驗的處理周期最短的為試驗2(8 d),最長的為試驗4(14 d),試驗1在進行預處理的情況下,處理周期為12 d,主要是因為試驗1在開始階段未添加菌劑,所以在前階段基本沒有處理,在添加菌劑后才開始發酵處理;試驗3和試驗4處理周期長與外界溫度有很大關系,外界氣溫較低,堆肥箱內最高溫度也較低,導致反應緩慢。
衛生學指標是評價堆肥效果的重要參數,當溫度高于55 ℃,并且保持3 d以上時,可以殺死大多數病原微生物,部分蟲卵和病菌的致死溫度和所需時間具體見表3。研究主要對處理產物中的大腸菌群進行了檢測,試驗1、2、3的處理產物中均沒有檢測出大腸菌群,說明本次試驗堆肥溫度和高溫維持時間能夠有效殺滅蟲卵和病菌。試驗4的堆肥產物中檢出了大腸菌群,可能是由于外界氣溫比較低,最高堆肥溫度無法保持連續較長的時間,達不到大腸菌群致死的條件。
3 結論
目前,蔬菜廢棄物處理的研究多為大規模集中好氧發酵處理方式,主要針對蔬菜采收和加工產生的大量廢棄物,廢棄物的產生比較集中,量比較大。該研究主要針對設施蔬菜生產過程中由于病害或蟲害等原因產生少量的廢棄物,此類廢棄物產生特點是量小、時間分散,針對此類廢棄物處理的研究較少。
通過采用旋轉堆肥箱連續收集廢棄物進行處理試驗,掌握了旋轉堆肥箱處理蔬菜廢棄物時物料與DM菌劑添加比例約為60∶1,在一定范圍內,菌劑添加越多,發酵反應越快,廢棄物處理周期變短,但是處理成本會增加;菌劑添加較少時,發酵較慢,處理周期長,處理效果不佳。蔬菜廢棄物不同,處理周期也有差別,一般為8~14 d,處理周期主要受廢棄物種類、菌劑添加量和環境溫度等因素影響。不同廢棄物處理降解率也有一定的差別,廢棄物降解率一般在50%~57%的范圍內。一臺JK270旋轉堆肥箱可滿足3~5個設施溫室日常生產過程中和部分蔬菜采收過程中的廢棄物處理要求。
4 參考文獻
[1] 陳碧華,羅慶熙,張政.我國設施蔬菜的生產現狀、存在問題及對策[J].河南職業技術師范學院學報,2003,31(1):29-32.
[2] 宋麗.蔬菜廢物兩級強化水解厭氧消化實驗研究[D].北京:北京化工大學,2010.
[3] 曾詠梅,毛昆明,李永梅,等.微生物菌劑對蔬菜-花卉廢棄物直接還田效果的影響:以云南滇池為例[J].安徽農業科學,2006,34(17):4278-4280.
[4] 吳華圃,胡寧寶,李慧英.番茄病害及其綜合防治技術[J].內蒙古農業科技,2007(1):104-106.
[5] 張相鋒,王洪濤,聶永豐,等.高水分蔬菜廢物和花卉、雞舍廢物聯合堆肥的中試研究[J].環境科學,2003,24(2):147-151.
[6] 劉廣民,董水亮,薛建良,等.蔬菜廢棄物厭氧消化特征及固體減量研究[J].環境科學與研究,2009(3):27-30.
[7] CONVETI A,DELBORGHI A,ZILLI M,et a1.Anaerobic digestion of the vegetable fraction of municipal refuses:mesophilic versus thermophilic conditions[J].Bioprocess Eng,1999,21:371-376.
[8] JOLANUN B,TRIPETCHKUL S,CHIEMCHAISRI C,et al.The Applic-ation of a Fed Batch Reactor for Composting of Vegetable and Fruit Wastes[J].Sic Tech,2005,10:60-69.
[9] 劉廣青,張瑞紅,HAMED M,等.批式與兩相高溫厭氧消化廚余和雜草廢棄物對比研究[J].中國農業大學學報,2006,11(6):111-115.
[10] 董永亮.蔬菜廢棄物兩相厭氧消化特征研究[J].能源環境保護,2011,25(4):19-23.
[11] 付傯危于水利.厭氧消化工藝處理水蔬菜菜廢棄物的研究進展[J].中國沼氣,2005,23(4):18-21.
[12] 劉榮厚,王遠遠,孫辰,等.蔬菜廢棄物厭氧發酵制取沼氣的試驗研究[J].農業工程學報,2008(4):209-213.
[13] 黃鼎曦,陸文靜,王洪濤.農業蔬菜廢物處理方法研究進展和探討[J].環境污染治理技術與設備,2002,3(11):38-42.
[14] 吳昊,張贛道.生活垃圾生物處理的研究與展望[J].江蘇環境科技,2004,17(2):38-40.
[15] 孫向陽,宋樹林.國內外城市生活垃圾處理概況[J].海岸工程,1999,18(4):92-95.
[16] 陳活虎,品晶,呂凡,等.熟堆肥接種對蔬菜廢物中高溫好氧降解過程的影響[J].環境化學,2006(4):444-448.
[17] 張相鋒,王洪濤,聶永豐,等.高水分蔬菜和花卉廢物序批式進料聯合堆肥的中試[J].環境科學,2003,24(5):146-150.
[18] 席旭東,晉小軍,張俊科.蔬菜廢棄物快速堆肥方法研究[J].中國土壤與肥料,2010(3):62-66.
關鍵詞 煙田廢棄物;循環利用模式;土壤保育技術
中圖分類號 TS49 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2016)19-0202-02
煙葉原料作為煙草行業存在和發展的基石和根本,受到行業內外的高度重視。隨著經濟社會發展和卷煙消費市場對煙葉制品“安全性、高香性、低害性”的追求,煙葉原料市場對其產區環境、香型特點、風格特色、等級結構、等級純度、外觀商品性、內在協調性等都有了更為苛刻的要求。市場需求導向的變化最直接的傳導就是煙葉產品品質的提升,具體而言就是等級結構、把(捆)內純度、成熟度與化學成分協調性的提升,而這些質量特色的優化提升最根本的是煙葉標準化生產與GAP管理技術的精益體現、精準落實。目前,在整個大農業控制化肥使用量、降低農藥殘留、控制調節劑濫用、追求綠色有機生產模式的背景下,煙葉清潔生產技術要求備受推崇,安全、低害、生態、有機、醇香、協調等生產理念或概念已經不新鮮了。因此,在基于自然環境下土壤系統上栽培優質特色煙葉,如何將田間優勢轉化產品質量優勢非常重要,這致使煙田土壤物理、化學、生物指標的改善和營養元素循環成為研究的熱點,煙田土壤培育的重要性在市場、技術和管理變化的“新常態”下日益凸顯。
1 煙田營養利用的傳統模式利弊分析
傳統生產模式下,大農業生產和煙葉生產一般都是“無機肥、高投入、高產出、高殘留、高污染、直線型”的營養利用模式,每年施用大量的無機肥料、速效養分、速效農藥,致使土壤系統發生了酸化、鹽漬化、板結、微生物結構失調、次生病蟲害頻發等問題。產量雖然明顯提高,但成本投入也相應增加,同時土壤變差帶來的次生問題和發育隱患明顯疊加,其綜合效益降低,利潤空間變小。據測算,全國煙草種植產業肥料的使用情況如表1所示。
眾所周知,煙區發展由于規模化、職業化、專業化,煙農很少飼養大型家畜,致使農家有機肥料肥源非常緊缺,因此表1中的肥料均為商品肥料數據。商品肥料還是以無機化肥為主,有機肥、生物肥比例相對較低,這對土壤結構改善、生理生化指標提升只有較大的負面促進作用。近些年,煙區煙葉質量提升進入了瓶頸期,而市場對優質高等級結構煙葉的需求持續旺盛,迫使煙區必須加強生態環境保護和煙田土壤環境改良,循環經濟發展理念引導下清潔生產成為產區持續健康發展的必由之路。如何將煙區廢棄有機物循環利用與土壤保育工作結合起來,開發成先進適用技術成為基層煙草科技工作者努力的熱點方向。
2 煙田廢棄物循環利用的模式構建
煙田環境是一個開放而復雜的生態系統,主要有動物(地上地下害蟲)、植物(煙株、雜草、廢棄煙株組織)、微生物(土壤微生物、煙株寄生微生物)、無機有機營養(無機鹽、有機酸等)和人類添加物(地膜、非煙受控物質等),這些廢棄物絕大多數可以進入循環系統重復利用而變為資源,以滿足生產生活的需求。根據近些年全國煙區發展中的有益探索,可以對煙田廢棄物循環利用的模式構建歸納,具體如圖1所示。
3 煙田廢棄物循環利用對土壤保育工作的促進與推動
人類利用資源的歷史,就是技術優化與突破的歷史,同時也是產業化高水平提升的歷史。煙田廢棄物的循環利用是一件非常有意義的事情,它的工作思路里面融入了很多持續發展的管理理念和技術理念,讓“廢物”變成“寶貝”,中間過程盡最大可能實現零污染、零排放,過程可循環,產品質量高,資源利用好。煙草農業發展到今天,“一基四化”的巨量投入和普遍建設,給煙區的生產生活條件帶來了根本性的轉變和改善,產業發展的生產組織化程度、技術標準化程度、管理高效化程度都取得了巨大進步,下一步甚至目前發力的重點就是如何“以煙為主”繼續提升煙農綜合素質、繼續擴大煙農增收水平、繼續依靠科技創新提升產業鏈條、產業集群的發展水平[1-2]。
隨著農業產業化發展,煙區及周圍農村區域產生的廢棄有機物資源非常多,但是能夠通過合理模式將其循環到土壤系統維持碳循環平衡的技術探索成果的卻不多。諸如圖1模式,能將煙草、環保、農業、科技、扶貧、綜合治理等部門的項目資金進行整合,在基地鎮、基地村引進技術工藝、購置設施設備、建好廠房園區、配套扶持辦法,抓好示范點、帶動一大片,既能解決農村環境污染、廢棄物綜合利用、提高農民環保意識、促進區域和諧發展,又能扶持產業、促進就業、精準扶貧、農民增收,更重要的是改良土壤、改善結構、培肥地力、清潔生產、提高產量、提升質量。農村環保、農田污染、土壤退化是目前煙區和周圍農業區域面臨的刻不容緩的問題,抓住廢棄物循環利用這一枚關鍵棋子,促使整個科技產業鏈條轉動起來,提升整個農村生態―經濟―社會子系統的良好狀態水平,意義非常重大[3-5]。
4 建議
要做好煙田及周圍環境的廢棄物循環利用,推動整個“土壤-生態-經濟-社會”系統的良好運轉,有以下建議:一是要有“四大意識”,即產業發展環保先行意識、產品質量與清潔生產高度關聯意識、資源利用依靠科技進步意識、系統發展與責任擔當意識,要努力完成一個“被動宣教―主動認可―積極參與―自覺踐行”的意識提升的蛻變,關注長遠、持續、健康發展從關愛環境、關愛土壤做起。二是要建“四大平臺”,即項目結合與融資鼓勵平臺、技術創新與產品開發平臺、管理創新與標準化生產平臺、特色產業與市場銷售保障平臺,要完成廢棄物循環利用與區域產業的緊密結合,解決好原料來源、產品質量、市場銷售、綜合效益等問題,尋找一條自我突破、自我提升、互惠互利、特色發展的道路。三是要做“四大循環”,即煙葉生產―廢棄物―有機肥―提高煙葉質量的循環、廉價原料―優質工藝―環保產品―生態品質的循環、環保理念―技術推動―項目結合―特色產業的循環、政策啟動―示范帶動―平臺推動―效益撬動的循環,用理念、技術、產品和產業的循環賦予清潔生產、生態發展、資源利用持續健康提升的新生命[6-7]。
5 結語
“天藍、水綠、村美、民富”是生態文明的標志。煙區環境下能夠真正做到農業資源無廢棄、有機無機能循環、依托科技有產業、發展產業能就業、就近從業能致富、清潔生產有特色、產品質量有保障、循環模式能永續、健康樂業提素質、依靠技能再創新,創新保障土更肥、民更富、家更美,這就是廢棄物循環利用與土壤保育的技術愿景和實踐意義[8-17]。
6 參考文獻
[1] 王建安,翟新,華,等.淺談烤煙基本煙田廢棄物的綜合利用[J].中國農學通報,2012,28(34):138-142.
[2] 杜鴻波.陜南山地煙葉生產循環經濟模式研究[J].科技視界,2013(26):439-440.
[3] 陳崗,董繼翠,王躍金,等.利用煙田廢棄生物質生產生物有機肥的可行性研究[J].安徽農業科學,2016(5):159-160.
[4] 東方煙草報.中國煙草2015年發展報告(網絡資料)[EB/OL].[2016-06-30].http://.
[5] 顧驊珊.農業廢棄物循環利用模式探討:以浙江嘉興為例[J].生態經濟,2009(1):82-84.
[6] 彭靖里,馬敏象,吳紹情,等.論煙草廢棄物的綜合利用及發展前景[J].中國資源綜合利用,2001(8):18-20.
[7] 朱榮譽,于學玲,史勁松.煙草廢棄物的綜合利用[J].中國野生植物資源,1999(3):25-27.
[8] 唐莉娜,陳順輝.循環農業:現代煙草農業可持續發展的必然選擇[J].中國煙草學報,2009(5):58-61.
[9] 陳素云.現代煙草循環農業園區運行模式研究[J].河南財政稅務高等專科學校學報,2012(2):22-24.
[10] 孫翠英.規范煙田操作 防止土壤污染[J].河南農業,2012(12):48-49.
[11] 陳素云,吳一平.現代煙草循環農業評價指標體系研究[J].中國煙草學報,2012(6):74-80.
[12] 邱壽豐.循環經濟規劃的生態效率方法及應用[D].上海:同濟大學,2007.
[13] 王錫春,李小慧,郭軍,等.煙葉復烤廢棄物煙梗灰在烤煙生產上的應用研究[J].中國農學通報,2015(22):256-262.
[14] 李放.烤煙莖桿對水體環境的影響及其堆肥化利用的研究[D].福州:福建農林大學,2007.
[15] 李素蘭.烤煙莖桿與城市泔水堆肥化利用的研究[D].福州:福建農林大學,2007.
關鍵詞:區域;循環型社會;構建;實踐模式
中圖分類號:F127文獻標識碼:A文章編號:1003-4161(2007)03-0015-03
區域循環型社會的構建是一種運用生態學規律來指導人類社會的經濟活動,是一種物質不斷循環利用、能源梯級利用、信息高效利用的基礎上建立的新型區域經濟發展模式的創新。所有的物質、能源、信息要在循環網絡中得到合理利用,從而把以經濟活動為主的人類活動對自然環境的影響控制在最優的范圍內。區域循環型社會的本質可以歸納為通過生態綜合規劃、改變和完善人類的活動模式,使相關個人、組織(家庭、企業、產業……)、區域間乃至在全球范圍內形成能夠共享資源、能源、信息和互換副產品的共生協作群落及單元,使進行某人類活動所需的物質和能量最優化(投入最小、產出最優、廢棄最少、對自然的影響最小),產生的剩余物質和剩余能源能夠成為進行另一人類活動所需的資源和能源,達到人類活動之間資源、能源的最優化配置和合理利用,使各個層面的資源和能源在循環網絡中得到永續利用和梯次利用,從而實現資源循環利用、能量梯級利用、信息高效利用的生態協調型活動模式。
1.區域循環型社會的構建思路
在區域內構建循環型社會是一個龐大的系統工程,需要各方面、各層次的共同努力和長期奮斗,結合當地實際,我們認為有必要在以下六個方面進行重點突破:
1.1 按照循環經濟理念,優化產業空間布局
各地區要按照循環經濟理念,統籌布局產業帶、園區、產業基地的具體方位,從大空間上構筑相互循環、上下鏈接的布局體系[1]。用循環經濟理念指導經濟技術開發區、工業園區等建設。以土地調控為主要手段,充分考慮企業之間的關聯度,引導上下游產品的企業依次落地,形成資源循環利用的產業鏈。對入園企業提出土地、能源、水資源利用及污染物排放綜合控制要求,建設集中供熱和廢棄物集中處置中心。
1.2 改造提升傳統產業,將其納入循環經濟軌道
對符合國家產業政策、市場前景好的傳統產業,按照循環經濟的要求進行生態化改造。實現產業鏈的延伸,上下游產品的對接,內部結構合理、資源有效互補的農業、工業和服務業體系。對招商引資項目、入駐開發區或工業園區的企業,盡可能采用國內外先進的生產、環保技術,以循環經濟理念指導項目的設計、建設、生產全過程。
1.3 建設廢棄物綜合利用基地
引導企業利用廢棄物再生技術以及檢測分析技術,重點對廢舊塑編產品、廢舊鋼材、廢舊輪胎、生活垃圾、冶煉廢渣等進行再資源化利用。研制開發城市垃圾(棄土)無害化、資源化、消納化處理技術及成套裝備,利用城市生活垃圾(棄土)生產環保型燒結多孔磚和空心砌塊。綜合利用冶煉廢渣,回收氧化鋅、電解銦、電解鎘、海綿銅、鉛銀砂等。
1.4 積極建設生態農業基地
大力推廣農業廢棄物(農作物秸稈、畜禽糞便等)的資源利用技術。建設以沼氣為紐帶的農村新能源工程。以沼氣發酵為核心技術,因地制宜,推行“生態型”、“能源環保型”和“環保型”等工程模式,處理規模畜禽養殖場糞便污水。農村重點推廣“豬―沼―作物”和“豬―沼―果(茶)”生態模式。利用生物發酵畜禽糞便技術,生產商品有機肥。加快機械化進程,推行秸稈直接還田。實施秸稈資源利用(如作為蘑菇培養基、沼化后的沼渣),實現秸稈間接還田[2]。
1.5 優化能源結構,大力發展新型能源
優化能源結構,大力發展新型能源,開發利用可再生能源。鼓勵發展風力發電。發展環保熱電聯產。積極推進國家確定的重點節能工程,抓好重點耗能行業和企業節能,推動新建住宅和公共建筑節能,引導公共、商業和民用節能。貫徹實施國家《關于發展節能省地型住宅和公共建筑的指導意見》和《公共建筑節能設計標準》。
1.6 大力提高資源利用效率
提高已利用資源的利用效率。重點是加強土地、水、森林資源的綜合利用和電力、化工、不銹鋼等行業的能源、原材料消耗管理,努力提高資源的產出效益。強化節約和集約利用土地。進一步強化建設項目用地控制指標管理,合理確定建設項目供地數量,建立土地出讓合同履約管理機制,加強對建設項目用地供應后開發利用各環節的監督檢查。提高城市建設用地效率。開展城市土地整頓,按照土地利用總體規劃和城市規劃的要求,加大城市內閑置土地的清理和處置力度,建立用地退出機制,騰出土地利用空間。提高工業用地產出率。積極鼓勵零技改用地和廠房加層,引導和促進工業建設項目用地集約高效利用,提高工業用地投資強度。
2.區域循環型社會的構建模式
2.1 構建循環型工業體系
以產品結構的綠色化為核心,推動制造業優化升級。以具有比較優勢的主導產品為重點,以產品生命周期全過程的資源使用和環境影響最小化為原則,大力開展產品的生態設計與研制開發,通過產品的綠色升級換代,突破綠色壁壘,提升區域工業在國內外市場上的競爭力。運用經濟手段,引導產業關聯的生態化轉向,培育構筑規模布局合理、功能互補的生態工業園區體系,推進具有循環型工業特點的零排放工業示范園區建設;以冶金、建材、能源等產業為載體,大力發展具有廢物吸納作用的環境無害化、資源再生與循環利用產業,重點扶持有益于社會廢棄物回收利用的非競爭性產業建設,改善提升工業系統的生態功能。
依靠科技進步,提高工業生產的資源利用效率。加快建立以企業為主體,產學研緊密結合的技術創新體系。重點研究和開發生態工程技術、生物技術、納米技術,提升工業的科技原創能力;大力扶持應用技術擴散和信息平臺建設,促進科技成果的有效轉化;著力研制開發清潔生產技術,清潔能源與可再生能源技術,節能節水技術,無廢少廢工藝,廢物再生循環利用技術以及先進的管理技術,提高技術進步對發展循環型工業的貢獻率。
點面結合,重點突破。開展循環型工業示范區建設,大力發揮區域層次示范的綜合效應,聯動腹地,輻射周邊。選擇一批基礎較好,有條件的城市、工業園區和企業,建設一批循環型工業基礎設施,集中實施一批重點項目。
2.2 構建循環型農業體系
加大農業產業結構調整的力度,促進農業向無害化方向發展。循環農業建設重要目標之一是農業生產過程對生態環境和人體健康的無害化,循環農業采用環境友好型技術,按照無害化要求組織生產,引導農業產業結構向無害化方向調整。
結合產業結構調整,實現投入品的減量化。圍繞投入品的生態化、無害化目標,加速投入品的減量與替代。實施化肥的減量與精量使用,用生物農藥替代化學農藥,以高效無害化配方飼料降低“畜產公害”,以可降解農用薄膜替代不可降解的塑料薄膜。
推廣農業清潔生產模式,提高資源利用效率。推廣清潔生產有利于提高資源利用效率,對于實現循環農業建設目標意義重大。
促進農業產業化經營,實現農業生產的區域循環。循環農業既涉及種植業和養殖業,還涉及農產品加工業等多個領域。循環農業的重點應是加快農業生產經營及廢棄物利用的專業化和規模化,促進企業間循環和區域間循環。
加強農業生產過程中資源的循環利用,逐步降低農業的各類污染。農業生產與加工中的廢棄物是目前農業生產加工中最大的污染源之一。廢棄物利用雖然取得一定進展,但還有很多廢棄物未能利用或有效利用,遠未達到循環農業建設的要求。
2.3 構建循環型服務業體系
構建資源共享平臺,提升第三產業整體競爭力。構筑企業網絡、電子政務、遠程教育、電子商務、數字城市等信息平臺,增強循環型信息資源對于物質資源的替代功能。整合現有物流資源,積極發展生態物流技術體系,推進發展生態物流產業。通過電話銀行、網上銀行、自助終端等多種形式,積極發展電子銀行這一高效、便捷的現代化金融服務體系。
開展第三產業清潔生產,提高服務業環境管理水平。建立符合第三產業發展的清潔生產體系和綠色認證體系。積極配合旅游戰略的實施,整合旅游資源,通過產品創新及提升配套能力和服務水平,推進旅游區生態環境建設。在生產、流通企業選用各類符合國家標準的可降解的環保型替代產品,積極推行可降解塑料袋或紙袋,生產銷售綠色食品,建立綠色產品的原料生產基地,推行包裝綠色化。
不斷創新機制,做大、做強環境服務產業。通過機制創新、市場創新、技術創新,大力發展環保產業服務體系,并堅持社會化、企業化、市場化、產業化的原則,打破環保產業服務領域的壟斷經營,放寬市場準入,引進競爭機制,鼓勵服務企業優化組合,并推動建立以資金融通、工程建設、設施運營和技術咨詢、信息服務、人才培訓等為主要內容的環境服務體系,提高環境服務業在環保產業中的比重[3]。
2.4 構建“靜脈”①產業體系②
在傳統的經濟運行模式中,經濟活動的主體大都著眼于動脈產業,而忽視靜脈產業的作用。在循環經濟的運行中,靜脈產業是與動脈產業同等重要的產業部門。經濟結構中如果缺少了靜脈產業,循環經濟將無法實現“循環”,這也正是傳統的直線型經濟模式的弊端所在。因此,建立循環經濟的過程,正是對市場結構中缺失的靜脈產業部門的完善過程。
區域靜脈產業的發展,必須建立在以下四項前提之上,即:存在大量的廢棄物;廢棄物具有有用的屬性;有把廢棄物再資源化的技術;存在著對再生品的需求[4]。在同時滿足這些條件的基礎上,與利用原生資源的成本相比,如果利用從廢棄物再生的資源的成本低,而且能在一定時間內維持價格差,循環再利用就能充分發展,即靜脈產業的運營就能得以實現。
靜脈產業活動的四個主要階段,決定了靜脈產業可能存在四類不同的參與者③。靜脈產業的運行主要包括廢棄物回收、再資源化、最終處置和再生資源銷售四個階段。廢棄物的收集運輸與廢棄物的排放過程對應,是靜脈產業活動的開始[5]。再生處理是采用一定的技術手段,通過物理性、化學性的處理,從廢棄物中回收物質和能源,實現物質的閉環循環的過程。最終處置不只是一般的“廢棄”,而是在循環經濟的框架下,基于保護環境、保護資源的目的,以最合理的方式處理廢棄物中最終沒有可能再利用的部分[6]。這一階段也可以視為靜脈產業的一個生產性過程,即提供了廢棄物最終處置的服務。再生資源銷售是指再生資源在資源市場上進行銷售,從而輸入到動脈體系中,再次成為生產的原材料或消費的商品的過程。再生資源作為靜脈產業的“產品”,只有通過營銷手段獲得“利潤”,靜脈產業的經濟價值才能真正得以實現,社會價值才能得到認可。從經濟物質流的觀點來看,廢棄物的排放者和一般生產者內部對自身生產過程中產生的廢棄物再利用的部門也屬于靜脈系統的范疇,但由于其僅是動脈系統的延伸,沒有圍繞廢棄物的處置和再生資源的銷售產生市場關系,因此只能通稱為動脈產業中的靜脈部門,而不屬于靜脈產業的范疇。靜脈市場④主要包括: (1)廢棄物市場;(2)再生資源市場。
2.5 區域循環產業體系的整合
在區域層面上推行循環型產業發展模式,要建立促進區域循環型產業體系形成的法規制度。借鑒發達國家在區域及社會層面發展循環經濟的經驗,加快制定適宜本地發展區域循環型產業體系的法規,通過法規對發展循環經濟以必要規制,做到有章可循、有法可依。在區域循環型產業體系的建設中,繼續探索新的循環型產業實踐模式[7]。政府有關部門特別是環保部門要認真轉變職能,為發展循環經濟做好指導和服務工作;充分發揮市場機制在推進區域循環型產業體系構建中的作用,以經濟利益為紐帶,使循環經濟具體實踐模式中的各個主體形成互補互動、共生共利的關系。
基金項目: 2007年度西南民族大學博士創新基金項目階段研究成果。
注 釋:
①日本學者后藤典弘指出:“物質來源于自然界,并經過第一產業、第二產業、第三產業,流向廣大的消費者。將這樣以生產為中心的流動,比喻成人體的‘動脈流’。大部分的物質通過社會消費,在經過一定時間后,會以原來的形態,或者改變的形態、狀態,再次還原于自然界。這就是廢棄物的物流。我們知道,廢棄物處理由收運一中間處理一最終處置三個階段組成。從物流的觀點來看,在這三個階段中的廢棄物的物流,剛好是與第一、二、三產業的物流,即以消費為中心的情況是完全對稱的。也就是說,在廢棄物的物流過程中,收集、搬運與流通等第三產業逆對稱,以分解為中心的中間處理與制造等第二產業逆對稱,掩埋等最終處理與以從自然界中開采資源為中心的第一產業逆對稱。消費后的廢棄物的這種物流過程,比照在生產性的過程,被稱為‘靜脈流’。……對比生態系統的物質流,就可以理解‘環流(循環流動)’。”
② 聶永有.循環經濟條件下的靜脈產業發展探索.南方經濟[J].2005,(12):95-97.
③ 日本學者吉野敏行認為:靜脈產業的核心業務應該主要由“收運者”、“中間處理者”、“再生資源經營者”、“最終處理者”承擔,四者之間形成與動脈系統中供應鏈關系一樣的網鏈結構,共同完成靜脈產業活動的全部過程,因此他們是靜脈產業的主體。
④ 靜脈產業圍繞著如何處理廢棄物這個問題開展產業活動,這樣就出現了兩種相關的“產品”,一是關于廢棄物最終處置的各項服務,二是重新獲得使用價值的再生資源。與此相對應,形成了以靜脈產業為中心的“廢棄物市場”和“再生資源市場”。在廢棄物市場,排放者排放廢棄物時向收運者支付排放費;收運者獲得廢棄物后,向最終處置者轉移廢棄物時也需要支付排放費,即廢棄物的價格表現為“處理費用”,前一階段的價格包含后一階段的價格,靜脈產業各主體之間表現的是排放者支付的排放費的分配關系。在再生資源市場,廢棄物的有價屬性在排放時即被市場所承認,與一般的商品一樣,收運者向排放者支付收取費用(排放者的銷售價格),轉讓時收取銷售價格;再生資源經營者向再生資源利用的產業銷售時同樣要收取銷售價格。即靜脈產業主體之間表現的是再生資源的銷售收入的分配關系。
參考文獻:
[1]施正一.民族經濟學教程(修訂本)[M].北京:中央民族大學出版社,2001:211-215.
[2]譚崇臺.發展經濟學的新發展[M].武漢:武漢大學出版社,1999.:668-670.
[3]諾思.經濟史上的結構和變革[M].北京:商務印書館,1998:54-55.
[4]毛如柏,馮之浚.論循環經濟[M].北京:經濟科學出版社,2003:56-57.
[5]張坤.循環經濟理論與實踐[M].北京:中國環境科學出版社,2003:87.
[6]馮之浚.循環經濟導論[M].北京:人民出版社,2004:160-162.
[7]馬江.西部民族地區發展循環經濟的對策研究[J].西南民族大學學報(人文社科版),2005,(4):151.
[8]馬江.循環經濟與西部地區發展[A].“APEC循環經濟與中國西部大開發”會議論文集[C].2005:79-80.
摘要:目前南寧市園林綠色垃圾的回收處理利用率較低,不能滿足建設生態南寧的要求。簡要介紹南寧市園林綠色垃圾的處理現狀,綜述園林廢棄物利用的形式與優勢,結合實際找出適合南寧市園林綠色廢棄物處理的思路,實現園林經濟建設走節約化道路。
關鍵詞:園林綠色;廢棄物處理
園林綠化養護過程中,都會產生園林廢棄物,園林綠色廢棄物主要是指園林植物自然凋落或人工修剪所產生的植物殘體,主要包括樹葉、草屑、喬灌木剪枝等。其主要成分為木質纖維素,可以用作植物覆蓋、綠化堆肥、景觀營造等[1]。隨著南寧市城市建設的不斷發展,園林綠色廢棄物的產量日益增長,如果處理不當,勢必造成城市大氣、水體和土壤的污染,嚴重影響城市的景觀,造成人居環境質量的下降和加大生態環境建設的難度。
但至今,筆者在實際生產過程中發現,南寧市的綠色廢棄物回收利用率較低,大多采取填埋、堆放、焚燒等傳統處理方式,無法實現對其的回收再生再利用。作者通過對南寧市園林綠色廢棄物處理現狀進行分析,綜述園林廢棄物利用的形式與優勢,以期使城市的園林建設走節約化道路。
一、南寧市園林廢棄物處理現狀
南寧市是廣西壯族自治區的首府,地理位置優越,處于中國華南、西南和東南亞經濟圈的結合部,是環北部灣沿岸重要經濟中心,是中國-東盟博覽會永久舉辦地,“中國綠城”是南寧的又一張名片,素來被形容為“半城綠樹半城樓”,其綠蔭如蓋、繁花似錦,是一個非常適合人居住的城市。據統計,截至2011年底,南寧市建成區綠地總面積達到了7105公頃。隨著綠化面積的擴大,植物自然凋落的枝葉和綠化養護過程中產生的剪枝、間伐材、草屑等園林有機廢物的數量也相應增加。目前,南寧市的園林綠色廢棄物主要被集中堆放在垃圾場,并進行集中填埋,部分采用焚燒的方式處理,占用了大量的土地空間和污染了大氣環境。只有少數幾個公園用以堆肥,但規模較小。
目前,國內外對園林綠色廢棄物處理主要有四種形式,即堆肥處理、生物質能源化利用、食用菌培養基生產和木塑利用等。
二、園林綠色廢棄物的處理形式
1、堆肥處理
所謂堆肥,是指在人工控制下,在一定的水分、C/N比和通風條件下通過微生物有氧發酵作用,將廢棄有機物轉變為肥料的過程。通過堆肥化過程,有機物由不穩定狀態轉變為穩定的腐殖質物質,堆肥產品可以安全處理和保存,是一種良好的土壤改良劑和有機肥料[2]。
傳統有機廢棄物堆肥歷史悠久,而現代的堆肥技術發展于20世紀30年代,出現了稱為印多爾法(Indore)堆肥法[3],以在堆肥方法上出現了堆體、翻堆和發酵有效控制為標志。90年代后,各國堆肥處理呈上升的發展趨勢,堆肥的發酵工藝、技術和設備日趨完善,機械化程度提高,進入了規模化和產業化發展階段,逐漸成為可降解有機物的再生利用、垃圾減量和垃圾資源化的最佳途徑。經過堆肥技術處理生成的產品包括育苗基質、生物有機肥料和土壤改良劑等,可以廣泛用于園林植物種植、養護、屋頂綠化、育苗等方面。綠化廢棄物堆肥,就是指將綠地中產生的樹枝、落葉、草末等廢棄物經過一定的處理和混合配比,在適合的條件下經過有氧發酵,形成有機肥料和土壤改良劑的過程,達到無害化(無雜草、寄生蟲等)、減量化、資源利用的目的。
2、生物質能源化利用
發展生物質能源,主要是通過工業化利用途徑,將富含油脂、木質纖維及非食物類果實淀粉的林木生物質材料轉化為多種形式的能源產品和生物基產品,包括液體生物柴油和燃料乙醇、固體成型燃料、氣體燃料、直燃發電以及生物塑料等[4]。生物質能源發展是目前世界各國關注的熱點,其中包括生物質固體、液體氣體等燃料技術的研發和利用。在生物質液體燃料方面以巴西發展最具代表性。在我國利用農林剩余物等進行生物質燃料方面的應用也逐漸興起,在河南、北京等地都已經有相關的企業進行此方面產品的開發和推廣。
3、食用菌培養基生產利用
食用菌培養基生產起初是以硬雜木大塊廢木為基礎,加以養料等進行食用菌培養。隨著對林木資源管理的加強和利用的集約化,此種方式已經逐漸退出,取而代之的是以園林綠化廢棄物(木屑、雜草等)以及農業剩余物(棉籽殼等)為主料的食用菌培養基。隨著食用菌市場需求的增加,食用菌培養基生產是一種具有較高附加值的廢棄物利用方式,尤其是對于農民來講,低成本,容易學習其技術操作要求,是農業生產之余另外一種增加收入的方式。而且食用菌培養基使用全部出菌后的廢料含有大量的營養元素可以用做堆肥的原料,是生產花木有機肥、育苗基質以及屋頂綠化植物養料的重要原料,利用價值很高。
4、木塑利用技術
木塑復合材料,簡稱木塑(Wood-plastic composites,WPC),在美國材料試驗協會標準(ASTM)中給出的定義是“一種主要以木材或者纖維素為基礎材料與塑料(也可以是多種塑料)制成的復合材料”。
木塑復合材料加工性能好,能夠克服木材耐用性差、易潮、易腐、易蛀等缺點,又避免了單純塑料材質的不足之處,是一種適應性較強的復合材料。木塑復合材料的應用領域非常廣泛,凡是以木材或木質材料為主材料的應用領域都可用木塑復合材料來取代,包括回廊板、窗戶和門板、建筑用混凝土水泥模板、園林建筑、汽車制造等。由于該產品具有產品可塑化、原料資源化、成本經濟化及回收再生化的特點,因此具有較大的發展空間。但是當前木塑材料的防火性能研究還存欠缺,有待加強并規范化[5]。
園林綠色廢棄物的這四種處理方式各有優點,而從園林經濟建設角度考慮,筆者傾向于采取堆肥處理的措施,反哺于園林綠化建設。
三、園林綠色廢棄物堆肥處理的可行性與優勢
1、土壤改良的要求
作為廣西的首府,南寧的綠化發展速度較快,但與國內外景致優美的城市綠化相比還是有差距。主要表現在植物品種較少,植物長勢差,特別是道路綠化隔離帶的植物長勢較弱,一些觀葉植物存在著偏色等問題,這既與生態設計的理念有關,也與當地土壤條件有關。
市區綠化用地,土壤普遍存在pH偏高、板結、通透性差、土壤濕度過低等問題。這主要是由于城市化建設過程中,一些不合格的化學污染土、建筑垃圾土或沒有活性的深層土被用于綠地。且受經濟的約束,土壤改良的不到位,也進一步造成了土壤質地的惡化。其次受養護水平的制約。這是由于養護經費的限制和養護單位為經濟利益所趨,不愿對綠化廢棄物進行堆肥處理,而作為垃圾被運走,這樣固然保持了清潔,但破壞了園林種植土壤的生態循環,使其養分收支不平衡,土壤肥力逐年下降,影響植物的正常生長。
園林綠色有機廢棄物具有豐富的養分,它在土壤中的循環利用能提高土壤的質量。在這個領域,西方發達國家已經做出了很好的典范。美國等園藝發達國家,城市綠化已經走出了利用自然土壤的傳統年代,轉而利用枯枝落葉等綠色廢棄物生產的堆肥(compost)、基質(media)來替代自然土壤,這些廢棄物改善了自然土壤存在的板結、有機質含量低、通氣性差和透水性不良的缺點,更為關鍵的是這些廢棄物的利用改善了土壤的植物生長、污染物凈化和雨水滲透能力等生態功能[6]。多年的試驗證明,城市園林綠色有機廢棄物能有效地改善城市綠地的土壤質量,提升城市綠地的景觀效果。
2、苗木生產的需求
目前花卉、苗木的集約化程度越來越高,使用基質的量也越來越大,所用的基質主要是泥炭。泥炭作為一種不可再生自然資源,有很強的稀缺性,而可供商業化開發利用的部分則更為稀缺。泥炭開發必然造成泥炭地環境的破壞,過度開發將導致自然資源的迅速耗損。正確的途徑只有選擇可持續發展的理念和做法,合理開發泥炭地和研究泥炭替代品。對園林有機廢棄物進行堆肥處理,使其在園林生態系統內得到合理和重復的利用,可以取代泥炭成為良好的綠化基質,把園林綠化活動對自然環境的負面影響降低到盡可能小的程度。并且南寧市周邊現在存在大量的苗圃,苗木生產過程中對堆肥的需求量也不斷加大。
3、處理方便
南寧市綠化工程管理處分片區管轄南寧市絕大部分道路綠化養護,每一個養護管理所都有自己的運輸車輛,并且該單位在快速環道旁建立了一座了綠色廢棄物處理廠;而各個公園都有自己的場地,對綠色廢棄物的運輸處理更是方便。所生產的土壤改良劑、高效營養基質、生物有機肥不僅能滿足自己的園林養護需求,還可以銷往各個苗木生產基地。
四、結語
隨著南寧市綠地面積不斷增加,可堆放綠色廢棄物的空地逐年減少,綠化廢棄物堆肥是減少城市固體廢棄物的一條有效途徑。但園林廢棄物堆肥處理仍存在不少問題:首先是缺乏相關政策和法律法規的支撐,堆肥處理尚未享受在法規、政策上的優惠和補貼,科研經費缺乏;其次堆肥處理尚未建立相關的行業標準,產品的質量有待加強;此外堆肥處理的相關技術尚未成熟,有的環節有保密性,不能達到技術共享。因而極大制約了堆肥技術在南寧市的推廣使用。
因此從根本上解決園林綠化廢棄物資源化利用的問題,需要各級部門高度重視和關注,必須制定相應的法律法規和系列標準,有必要制定具體和詳盡的政策,同時建立有效的實施主體。同時提供專項資金和場地建立堆肥廠,減少城市園林綠化廢棄物的產生,促使其循環再利用。另外鼓勵和資助各科研單位對城市有機廢棄物堆肥處理方法、處理技術和處理設備的研究、創新與推廣應用,增加科技投入,通過企業、科研院所和高等院校在科研、設計、產品開發等方面的結合,培育并逐步形成技術產品市場,推動城市有機廢棄物綜合利用產業的深入發展。那么南寧市綠化廢棄物堆肥處理將會有一個很好的發展前景,這也是創建節約型園林的一個重要方面。
參考文獻:
[1]余洪文. 杭州市下沙城市園林廢棄物的利用探討[J]《浙江農業科學》2011年 第2期
[2]周肖紅. 綠化廢棄物堆肥處理模式和技術環節的探討[J]《中國園林》2004年 第4期
[3]席北斗,魏自民,劉鴻亮等.《有機固體廢棄物管理與資源化技術》[M]國防工業出版社
[4]韓璞,李大中,劉曉偉.生物質氣化發電燃氣焦油脫除方法的探討.可再生能源,2008,26(l):41.
關鍵詞:塑料廢棄物;碳基材料;環境工程
固體廢棄物處理與處置作為多學科交叉的綜合性研究方向,涉及生活垃圾、工業固體廢物、農業廢物和危險廢物的處理處置與資源化、管理體系建立以及相關法規標準制定等多個研究領域[1]。該學科包括對固體廢物進行管理和污染控制的處理處置技術以及對固體廢物作為可再生資源進行利用的各類資源化技術[2]。課程設計是指在學校教育環境中,使學生獲得的、促進其遷移的、進而促使學生全面發展的教學方案,突破了以往只注重知識、經驗積累的局限,把積累、遷移、促進學生發展等多方面因素作為指標。江蘇理工學院固體廢物處理與處置課程設計就是根據環境工程專業特點所開展的實踐教學課程。本課程對學生根據社會生活中提出的問題、分析問題、解決問題等綜合能力的培養有著重要的意義,也是增強學生對本專業知識的鞏固和應用的重要途徑。塑料廢棄物是指日常生活生產中產生污染環境的廢棄塑料制品。塑料廢棄物的種類較多,常見的有廢棄的塑料包裝、農用塑料制品如棚膜等,已經成為城市生活垃圾的主要組成部分之一,占城市固體廢棄物的15%20%[3]。對廢棄塑料的回收利用,既可以保護地球環境,還可以實現資源再利用,節約能源。本論文主要介紹反應釜的特點、廢棄塑料在反應釜內熱處理的原理及廢棄塑料資源化利用,闡述反應釜內熱處理廢棄塑料在固體廢棄物處理與處置課程設計中的重要意義。
1反應釜熱處理廢棄塑料的特點及其資源化利用的原理
1.1反應釜的特點
不銹鋼反應釜是熱處理廢棄塑料的基本設備,它是由一個完全由不銹鋼組成的密閉的反應空間,能夠耐800℃以下的反應溫度和1000個大氣壓的高壓,可以滿足一些難合成材料以及亞穩態材料特殊的合成條件。不銹鋼反應在熱處理廢棄塑料過程中有以下特點:一是反應在一個密閉的條件下進行,反應物不會溢出,得到的產物在一個密閉的空間內冷卻至室溫可以防止氧化。二是在反應過程中可以形成高壓的體系有利于亞穩態新材料的發現。三是反應釜可以在較高的溫度和壓力下進行,反應過程中產生的熱量集中在反應釜內有利于在較低的溫度下實現產物的形成和結晶同步完成,從而有利于減少能耗。四是反應過程中無需任何保護氣體,操作簡單,安全性較好。
1.2熱處理廢棄塑料制備碳基材料實現資源化利用的基本原理
將廢棄塑料和其它原料加入到反應釜內,通過電爐對反應釜進行加熱,使反應釜內的廢棄塑料通過熱處理形成碳原子與其它原料一起發生新的化學反應形成新的碳基材料。
1.3合成碳基材料的舉例
在反應釜內熱處理廢棄塑料可以制備不同的碳基材料,主要包括以下部分:1.3.1不同形貌的碳納米材料在反應釜內550℃利用氫氧化鈣作為脫氟劑水熱處理廢棄聚四氟乙烯可以制備得到直徑為140200nm的非晶碳球,如圖1所示[4]。1.3.2碳復合材料在反應釜內利用廢棄聚丙烯、二茂鐵和疊氮化鈉反應制備了鐵/碳納米管復合材料,如圖2所示[5]。1.3.3碳化物納米材料利用硫粉作為誘發劑,以硅粉作為硅源,廢棄聚乙烯作為碳源與金屬鈉和鎂在反應釜內發生還原反應制備了碳化硅納米材料,如圖3所示[6]。以過渡金屬氧化物(二氧化鈦、五氧化二釩、五氯化二鈮和三氧化鉬)作為金屬源,廢棄聚四氟乙烯為碳源與金屬鈉在反應釜內發生共還原反應制備過渡金屬碳化物(立方相碳化鈦、碳化釩、碳化鈮和六方相的碳化鉬),如圖4所示[7]。
2反應釜內熱處理廢棄塑料在固體廢棄物處
理與處置課程設計中的重要意義江蘇理工學院環境工程專業開展的固體廢棄物處理與處置專業課程設計所使用的反應釜內熱處理廢棄塑料是固體廢棄塑料資源化利用的方法之一。通過設計實驗方案,在反應釜內回收塑料廢棄物制備有價值的碳基材料。通過設計不同的實驗方案,可以實現塑料廢棄物的資源化利用,制備不同類型的碳基材料如不同形貌的碳材料、碳化硅半導體材料以及過渡金屬碳化物材料。了解不同類型的廢棄塑料在反應釜內熱解規律以及轉化機理。固體廢棄物處理與處置專業課程設計這門實踐課程能夠提高學生的動手能力,并且把已經掌握的理論知識在實踐課程中得到應用,使學生的理論知識得到進一步鞏固和豐富。隨著生活水平的提高,高分子塑料用品需求量猛增,然而塑料用品的使用周期較短,同時由于這些高分子塑料用品在自然界中降解周期非常長,已經成為城市主要固體垃圾的之一。對廢棄塑料的資源化利用可以保護環境還可以節約資源,實現可持續發展。通過固體廢棄物處理與處置課程設計使學生對固體廢棄物對環境的危害有進一步了解,同時使學生從理論和實際的聯系中去更好地理解和掌握學習的內容,引導學生運用所學的知識分析和解決實際生活中的問題,從而可以提高學生的創新精神、創新能力和實踐能力,為社會培養創新性人才。
3結語
循環農業基本內涵及其特點
農業作為國民經濟的重要基礎產業,其優化轉型與整體提升,必須要有良好的生態環境作保障,但現代農業發展則面臨的資源約束和環境問題日益突出,嚴重制約著區域經濟與社會的可持續發展,并在很大程度上影響著全面建設小康社會的進程。深入探討和合理運用循環經濟理論指導現代農業生產,不斷創新富有中國特色的農業生產模式,從根本上轉變傳統農業增長方式,實現人與自然的和諧共處,是當前一項重要而緊迫的任務。發展現代循環農業是全國農業發展在特定歷史時期的必然選擇,而從省域空間看,發展循環農業則是生態強省建設的不可或缺的組成部分。
1循環農業的定義和基本內涵
雖然國外已將循環經濟應用于農業,但是并沒有提出“循環農業”這一概念,因此,這一提法其實是國內的創造。國內“循環農業”一詞首先出現在2002年陳敏德和王文獻的《循環農業—中國未來農業的發展模式》一文[13]中,但沒有對循環農業的概念進行詳細定義,高旺盛,翁伯琦,周震峰等先后提出了發展循環農業的思考與對策[15-17],郭鐵民和王永龍的《福建發展循環農業的戰略規劃思路與模式選擇》[18]中則詳述了循環農業的定義與概念。綜合學者們的觀點,循環農業的定義可歸納為:循環農業是以可持續發展思想和循環經濟理論為指導,尊重生態系統和經濟系統的基本規律,以促進農業的可持續發展為目標,以“4R”原則(即再利用、減量化、再循環、可控化)為核心,以低能耗、低排放、高效率為基本特征,以生態產業為發展載體,以清潔生產為重要手段,調整和優化農業生態系統內部結構及產業結構,提高農業系統物質能量的多級循環利用,嚴格控制外部有害物質的投入和農業廢棄物的產生,最大程度地減輕環境污染,實現生態的良性循環與農業的可持續發展。成功的經驗也已表明:循環農業就是著力于提高資源利用率、土地產出率、勞動生產率,其主要通過農業生態系統設計與管理,實現物質能量資源的多層次、多級化的循環利用,達到農業系統的自然資源利用效率最大化、購買性資源投入最低化、可再生資源高效循環化、有害生物和污染物可控制化的產業目標。就其要求而言:循環農業是以農業資源減量消耗、農產品多級利用和農業有機廢棄物資源化等諸多環節組成的“資源利用—現代農業—資源再生”的閉合循環生產模式的工業型農業。除此之外,循環農業注重遵循“整體優化,循環再生,有效鏈接,高效運作”的原則,在生產管理上,其是以資源的高效利用為要義的資源節約型農業;是以廢棄物資源化利用和污染物減量化的環境友好型農業;是以開發鏈合理延伸和產業轉型升級為目標的高效農業;是以科技進步與優化管理為支撐的現代農業。
2循環農業的特點
循環農業建設包括農業廢棄物綜合利用、農業產業鏈延伸和循環農業園區建設3個方面。其主要特點:(1)合理優化的循環模式。循環農業的提出是全國農業發展到特定歷史階段的必然,是綠色農業、有機農業、生態農業的延伸,是以生態農業為基礎的一種新型的農業發展模式;(2)高效利用的循環模式。循環農業是一個全新的生產方式與運作理念,賦予農業廢棄資源以新的概念與內涵,形成了新的資源觀,從循環農業的角度考察,傳統農業生產過程之所以廢棄物堆積如山,這主要是因為生產組織不合理,棄之不用即廢物,合理用之即資源,農牧菌業廢棄物無疑是把資源“放錯了地方”,在循環農業的運作過程只有放錯了地方的資源,而沒有廢棄物;(3)“4R”原則的實踐載體。循環農業是一個全新的策略,明確提出按照“4R”原則組織農業生產,要求物質能量資源循環利用;(4)形成閉合的運作回路。循環農業是循之有道、用之有效的合理生產模式,關鍵在于要通過對農業生產流程的分析,對農業生產流程重新加以組織,以形成一個物質和能量的閉環系統,在農業生產工藝流程的設計中增加了一個耦合———反饋的有效機制,從而使得物質和能量流的運動按照一個循環線路進行;(5)現代農業的高優成效。循環農業是涉及整個農業系統的良性生產運作農業模式,是優化集聚多元化資源為開發體的工業型農業。其不僅要有現代農業的高優性,更要有生態經濟的和諧性。
3現代循環農業的定義
進入21世紀,產業之間的滲透融合已逐漸成為發展趨勢,現代循環農業也不應拘泥于第一產業中,不僅是第一產業的循環,而應是第一與第二或第三產業融合的循環,第一、第二和第三產業融合的循環;同樣在農業生產范圍,不僅僅是種養業的循環,而應是種植業、養殖業和微生物產業之間的良性循環[19]。現代循環農業是生態農業的繼承和發展,是生態農業的內涵拓展與深層應用。生態農業的基礎與精華為現代循環農業的發展提供了基礎理論和經驗借鑒,現代循環農業的要義在于其不僅具有現代農業的機械化與先進性,同時也體現生態經濟的特色化與和諧性。可以認為,循環經濟的本質是生態經濟,那么現代循環農業則是講求可持續發展的高優型生態農業。生態農業的提升與完善則是實現現代循環農業目標的最佳模式之一。兩者之間總體目標一致,但側重點與著力點有所不同,現代循環農業更加注重農林牧菌草業生產過程廢棄物的資源化再利用,即減量化、循環鏈、再生點與可控性的有機結合。以現代農業先進設施與精確技術來武裝循環農業,使之達到產業化與標準化開發的目標,并在生產過程中盡可能做到節能降耗,減排降污,讓更多的廢棄物重新進入有序的生產鏈中,得以高效循環與多級利用。
生態強省建設與現代循環農業發展的內在聯系
建設生態強省離不開高效型生態農業———現代循環農業的發展。生態強省建設是區域可持續發展的有效途徑,而生態問題從一開始就是可持續發展的中心問題。可持續發展的基本思想是追求人與自然、經濟、生態的和諧共處。可持續發展包括生態持續、經濟持續和社會持續,它們之間相互關聯且不可分割。生態持續是基礎,經濟持續是條件,社會持續是目的。良好的生態環境,是可持續發展的基本標志,而發展現代循環農業的目的便是通過農業經濟增長與生態系統環境質量改善的動態平衡機制,來實現生態的良性循環與農業的可持續發展;另一方面,現代循環農業通過優化農業產品生產至消費整個產業鏈的結構,實現物質的多級循環利用和產業活動對環境的有害因子的最小排放和最小干擾,這不僅要求農業與工業和三產形成基于全社會的大循環,更要把農業關聯產業經濟活動通過要素耦合等方式組織成協同發展的產業網絡,這表明現代循環農業的發展也離不開生態強省建設中生態工業、生態服務業等的協助。生態強省與現代循環農業的內在聯系是辯證統一的。首先,是內涵與目標的統一性。(1)哲學思想一致。在對待人與自然關系問題上,兩者都認為世界上任何事物都處于一個相互聯系的整體之中,事物的各個方面都不是孤立的,而是相互聯系、緊密聯系的;都把人與自然環境看成不可分割、高度相關的有機統一體,注重人與環境的內在和諧性。(2)理論指導一致。兩者都是以循環經濟理論為指導,應用系統工程方法,在一種不影響子孫后代需要的前提下,充分滿足當代人需求的發展途徑,尋求經濟社會發展與環境的最適關系,實現生態和經濟的良性循環和可持續發展。(3)基本目標吻合。兩者都是為了實現經濟、社會和生態效益的同步實現,人與社會、自然環境的和諧、可持續發展。共同為了營造最適人居環境,堅持以人為本,建設生態文化,追求人與自然、人與人、人自身的協調與和諧。其次,是方式與運作的差異性。(1)側重不同。生態強省是在省域水平上以可持續發展為目標的新理念及其發展模式,不是單純的生態環境保護和建設,是把經濟社會發展與生態環境保護和建設有機地結合起來,探索和總結一條人口、資源、環境與經濟社會相協調的發展道路,以實現省域建設的可持續發展;而現代循環農業則是涉及整個農業系統的良性生產運作農業模式,從整體角度構建農業及其相關產業耦合體系,借鑒生態工業生產方式,注重建立“資源利用高效率、外部投入最低化、污染排放最小化”的生產目標,以實現農業的可持續發展。(2)范疇不同。生態強省建設包含六大體系:協調發展的生態效益型經濟體系、永續利用的資源保護體系、自然和諧的城鎮人居環境體系、良性循環的農村生態環境體系、穩定可靠的生態安全保障體系和先進高效的科教支持和管理決策體系,這涵蓋了廣義的生態農業,即體現了現代循環農業的基本內涵;而現代循環農業則是全國農業發展到特定歷史階段下,是綠色農業、有機農業、生態農業的延伸,為資源節約型與環境友好型生態農業增添了新的發展形式,也是向新的發展階段跨越。因而,要建設生態強省需要發展高優型的現代循環農業,以此來支撐鄉村循環農業經濟持續發展,這無疑是新時期生態強省建設重要的組成部分。
循環農業發展思路及其對策
1創新技術與模式,因地制宜推廣
現代循環農業既要求產業鏈內資源循環再利用、減排增效,又講求產品的高產、優質,因而必須創新技術與模式,以最大限度減少源頭污染,節能減排,降耗減污,提高效益。如研究開發農林牧菌草等多因素組合開發過程中有效接口技術與有序鏈接模式;鼓勵農業科研機構、農業龍頭企業和工商企業聯合研究開發作物秸稈、林業廢棄竹材、修剪枝丫、筍殼、蔬菜葉、菜幫等種植業廢棄物在飼料加工、工業原料、快速還田、燃料加工等方面的綜合利用技術,以及動物屠宰廢棄物、水產、畜禽等農產品加工廢棄物綜合利用技術。
2建立標準體系,規范產業發展
現有的較多循環農業模式缺乏標準化與可量化的結構比例,缺乏較為嚴格的技術規范,有很強的人為性、任意性和粗放性,不利于循環農業的標準化生產,不適合生產過程與生產質量的管理,也不利于循環農業的示范與推廣。現代循環農業是規模生產的組合方式,使不同生產環節的廢棄物優化分配與再生利用。就此必須配套相關先進機械與設施,在規模化生產中精確控制與有序管理,在生產過程中建立標準化體系尤為重要。
3創建示范園區,推動產業升級
可以選擇一批基礎好且有實力的農業企業,建立綜合基地或示范園區,列入地方政府的農業發展規劃,配套優惠政策,合理布局,鏈接上下游產業,優勢互補,帶動區域性開發,從而構建公司+農戶的現代循環農業生產體系,形成產供銷一條龍的良性運作新格局。這樣,生態環境質量得到提升,經濟發展方式獲得轉變,區域綜合競爭力實現增強,區域經濟和環境效益的雙贏得以實現,經濟社會可持續地協調發展。
關鍵詞:固體廢棄物;處理;措施
一、固體廢棄物對環境的污染
固體廢棄物堆積量大、占地廣。從有害成分遷移轉化的角度看,由于廢水、廢氣在處理時其有害成分往往轉化成固體形態,因此,固體廢棄物在某種意義上成了有害成分存在的終態。存于固體廢棄物中的有害物質不易破壞衰減,其危害具有長期性和潛在性,不易被人們發現。由于過去只注意防治水、氣的污染,加上法制不健全、管理不完善,隨意不按期處置這些固體廢棄物,有的甚至直接倒入江、河、湖、海造成嚴重污染。污染土地。固體廢棄物長期露天堆放,其中有害成分經過風化、雨淋、地表徑流的侵蝕很容易滲入土壤中、不僅會使土壤中的微生物死亡,使之成為無腐解能力的死土,而且這些有害成分在土壤中過量積累,還會使土壤鹽堿化、毒化。由于工業固體廢棄物中的有害物質釋入土壤,積累量過大,導致土壤破壞、廢毀、無法耕種的事例很多。侵占土地了大量的土地。固體廢棄物累積量的增加,使占地大量增加。這是國內外普遍存在的一個問題。1990年,我國固體廢棄物累積堆存6448億t,占地5.8萬公頃。垃圾、糞便長期棄置郊外,粗制濫造,作為堆肥使用,使土壤堿性增加,重金屬富集。因過量施用廢棄物使土質被破壞的土地每年有近7000公頃,從而影響了農業生產。受到污染的土壤,由于一般不具有天然的自凈能力,也很難通過稀釋擴散的辦法減輕其污染程度,所以不得不采取耗資巨大的辦法解決。由于許多企業的堆渣無地可征,我國有不少場所直接把廢渣排入水體,每年約4000多萬t,僅電廠每年向長江,黃河等水系統排放粉煤灰500萬t。有的企業在排污口外形成的灰灘已延伸到航道中央,長江上游的一些沿江企業排出的灰渣在河道中大量淤積,將對中游的大型水利工程造成潛在的危害。影響環境衛生。由于沒有廢渣、垃圾處置場所,固體廢棄物被隨意傾倒,堆放在城市的各個角落,既影響市容、妨礙景觀,又容易影響環境衛生,傳染各種疾病。在我國,城市垃圾、糞便的出路歷來是送往近郊區的農田作肥料,而大部分生活垃圾只作簡單分選就直接上地,沒有經過高溫堆肥、無害化處理。目前隨著城市人口的迅速增加,城市的生活垃圾每年以6%――7%的速度增加,固體廢物在面臨著無處安納的困難局面。
二、固體廢棄物的處理措施
(一)焚燒處理
焚燒法是一種高溫熱處理技術,即以一定的過剩空氣量與被處理的有機廢物在焚燒爐內進行氧化分解反應,廢物中的有毒有害物質在高溫中氧化、熱解而被破壞。焚燒處置的特點是可以實現無害化、減量化、資源化。焚燒的主要目的是盡可能焚毀廢物,使焚燒的物質變成無害和最大限度地減容,并盡量減少新的污染物質產生,避免造成二次污染。焚燒不但可以處置城市垃圾和一般工業廢物,而且可以用于處置危險廢物。
(二)堆肥處理
堆肥是利用微生物人為地促進可生物降解的有機物向穩定的腐殖質轉化的生物化學反應過程。自然界中有很多微生物具有氧化、分解有機物的能力,而城市有機廢物則是堆肥微生物賴以生存、繁殖的物質條件。利用固體廢物中微生物的新陳代謝作用,進行微生物的自身繁殖,從而將可生物降解的有機物轉化為二氧化碳、水和熱,同時生成腐殖質。堆肥法分好氧分解和厭氧分解兩種。厭氧堆肥是指有機物質在缺氧的條件下,通過微生物的分解代謝,最終產生沼氣的生物過程,其堆內最高溫度不超過45℃,腐熟時間較長。而好氧堆肥是指有機物質在氧氣充足的條件下,通過微生物的分解代謝轉化為無害的肥料過程,其堆內溫度可達50℃――60℃,能殺死垃圾中的病源菌、蟲卵及蠅蛆等。
(三)海洋處理
海洋處置主要分為海洋傾倒與遠洋焚燒兩種方法。海洋傾倒是將固體廢棄物直接投入海洋的一種處置方法。它的根據是海洋是一個龐大的廢棄物接受體,對污染物質有極大的稀釋能力。進行海洋傾倒時,首先要根據有關法律規定,選擇處置場地,然后再根據處置區的海洋學特性、海洋保護水質標準、處置廢棄物的種類及傾倒方式進行技術可行性研究和經濟分析,最后按照設計的傾倒方案進行投棄。遠洋焚燒,是利用焚燒船將固體廢棄物進行船上焚燒的處置方法。廢物焚燒后產生的廢氣通過凈化裝置與冷凝器、冷凝液排人海中,氣體排入到大氣中,殘渣傾人海洋。這種技術適宜處置易燃性廢物,如含氯的有機廢棄物。
(四)生化處理
利用生物降解法已經在處理生活污水及工業廢水起到重要作用,分解固體廢棄物的微生物主要有細菌、放線菌和真菌。主要原理就是利用微生物將固體廢棄物碳、氮、磷等的吸收轉化,將固體廢棄物中的易于生物講解的有機物分轉化為肥料、沼氣或其他化學轉化品,從而達到固體廢棄物無害化、資源化。
(五)熱解處理
熱解是利用有機物的熱不穩定性在無氧或缺氧的條件下受熱分解的過程。熱解的溫度較焚燒的低,從有機廢棄物中直接回收燃料油或者燃料氣,是廢棄物資源化的一個重要方式。主要是針對處理有機廢渣、某些廢塑料、橡膠制品、廢油、油泥和有機污泥等。不是對所有的廢棄物都試用而且對設備的要求要嚴格得多。