孟志國(guó)，徐曉晨，靳文堯，楊鳳林

（1.東旭藍(lán)天新能源股份有限公司，北京 100036；2.大連理工大學(xué)，遼寧 大連 116024）

1　傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物處理方法及危害

近年來，我國(guó)集約化農(nóng)業(yè)和加工業(yè)發(fā)展迅速，同時(shí)大量農(nóng)業(yè)和加工業(yè)的固體有機(jī)廢棄物被浪費(fèi)掉，如水稻、小麥、玉米、油菜等作物秸稈就地焚燒，規(guī)?；B(yǎng)殖后的畜禽糞便和加工業(yè)的下腳料等隨意棄置，這不僅嚴(yán)重污染了環(huán)境，也極大地浪費(fèi)了有機(jī)肥產(chǎn)品的原料。下面將列舉傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物處理方法，并對(duì)其劣勢(shì)與危害進(jìn)行詳細(xì)探討[1]。

1.1　露天焚燒法及其危害

我國(guó)作為農(nóng)業(yè)傳統(tǒng)大國(guó)，在所有固體有機(jī)廢物組成中，農(nóng)作物秸稈是非常主要的一項(xiàng)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年農(nóng)作物秸稈固體廢物高達(dá)7億t，其中水稻、小麥、玉米等都是主要的來源，由于我國(guó)相關(guān)技術(shù)并不完善，在處理這類農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物時(shí)，很多農(nóng)民都采取直接焚燒法，這不僅會(huì)造成資源浪費(fèi)，還會(huì)導(dǎo)致環(huán)境污染，具體來說危害有以下幾種。

1.1.1損傷地力

土壤中含有許多對(duì)農(nóng)作物有益的微生物，其對(duì)促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化、加速養(yǎng)分釋放和改善植物養(yǎng)分供應(yīng)起著重要作用。在有機(jī)固體焚燒過程中，土壤以下的微生物受到了損害，會(huì)影響農(nóng)作物養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)，導(dǎo)致土壤肥力下降。

1.1.2污染大氣

農(nóng)作物秸稈中含有氮、磷、鉀、碳、氫元素及有機(jī)硫等。特別是剛收割的秸稈尚未干透，經(jīng)不完全燃燒會(huì)產(chǎn)生大量氮氧化物、二氧化硫、碳?xì)浠衔锛盁焿m，氮氧化物和碳?xì)浠衔镌陉?yáng)光作用下還會(huì)產(chǎn)生二次污染物臭氧等。在城市熱島效應(yīng)的作用下，城郊四周產(chǎn)生的大氣污染物便自然向市區(qū)流動(dòng)，造成嚴(yán)重的大氣污染。

1.1.3影響交通

我國(guó)耕地倒茬時(shí)間短、復(fù)種指數(shù)高，需要搶收、搶種，客觀上造成焚燒農(nóng)作物秸稈的時(shí)間較為集中。燃燒秸稈形成的大量煙霧，使能見度大大降低，嚴(yán)重干擾正常的交通運(yùn)輸。

1.2　自然排放法及其危害

除了農(nóng)作物固體廢物之外，農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物還包括家畜的糞便。改革開放以來，我國(guó)農(nóng)畜業(yè)發(fā)展速度越來越快，集體飼養(yǎng)規(guī)模已經(jīng)初步形成，可以說農(nóng)畜業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)的重要組成部分。當(dāng)然，隨著農(nóng)畜業(yè)的規(guī)?；c集體化，家畜糞便以及相關(guān)固體廢物的處理成為一個(gè)困擾相關(guān)農(nóng)戶的問題。2017年6月，中國(guó)農(nóng)業(yè)部副部長(zhǎng)于康震在新聞發(fā)布會(huì)上透露，我國(guó)每年產(chǎn)生畜禽糞污約38億t，其中有近一半沒有經(jīng)過有效處理直接進(jìn)行排放[2]。由此可以看出，我國(guó)農(nóng)畜業(yè)固體有機(jī)廢物直接排放危害非常嚴(yán)重。

1.2.1污染大氣

由于畜禽高度密集，廄舍內(nèi)混濁灰塵、糞便、霉變墊料及呼出的二氧化碳等散發(fā)出惡臭。畜禽糞便自然排放在養(yǎng)殖場(chǎng)周邊，產(chǎn)生大量惡臭氣體，其中含有大量的氨、硫化氫等有毒有害成分，嚴(yán)重影響了畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)周圍的空氣質(zhì)量，進(jìn)而對(duì)養(yǎng)殖場(chǎng)的畜禽生長(zhǎng)和周圍居民的健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

1.2.2污染水體

畜禽糞便能直接或間接進(jìn)入地表水體，導(dǎo)致河流嚴(yán)重污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化、水質(zhì)嚴(yán)重惡化，致使公共供水中的硝酸鹽含量及其他各項(xiàng)指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)。畜禽污水排入魚塘和河流中，還會(huì)導(dǎo)致對(duì)有機(jī)物污染敏感的水生生物逐漸死亡，嚴(yán)重威脅水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。

1.2.3危害土壤

少量的畜禽糞便不經(jīng)過無害化處理就直接施入土壤中，其中的蛋白質(zhì)、脂肪、糖及部分有機(jī)污染物在土壤中可以較快地被分解而得到凈化。但是，如果污染物排放量超過土壤的自凈能力，便會(huì)出現(xiàn)降解不完全和厭氧腐解，產(chǎn)生惡臭物質(zhì)和亞硝酸鹽等有害物質(zhì)，引起土壤的組成和性質(zhì)發(fā)生改變，破壞其原來的基本功能。

2　農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物處理技術(shù)及資源化對(duì)策

傳統(tǒng)能源煤、石油和天然氣從人類幾千年文明發(fā)展以來就被用于生活、生產(chǎn)，至今絕大多數(shù)國(guó)家仍以消耗傳統(tǒng)能源生產(chǎn)發(fā)展為主。為了尋求可持續(xù)發(fā)展道路，可再生能源的開發(fā)利用已成為各國(guó)的重要任務(wù)。農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物的出現(xiàn)，為能源開發(fā)利用提供了新的思路，在進(jìn)行廢物處理過程中，可以通過相關(guān)技術(shù)將有機(jī)固體廢物進(jìn)行再利用，這就是所謂的固體有機(jī)廢物的綜合管理與資源化。為了使研究更加有針對(duì)性，本文以農(nóng)作物秸稈、農(nóng)畜糞便兩類固體有機(jī)廢物處理為主，討論具體的處理技術(shù)與資源化對(duì)策[3]。

2.1　農(nóng)作物秸稈固體有機(jī)廢物治理與資源化方案

農(nóng)作物秸稈是一種清潔、廉價(jià)的可再生能源。中國(guó)人口尤為密集，糧食年產(chǎn)量巨大，農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)量豐富，除了用于牲畜食料外，絕大部分都以燃燒方式取熱或還田。燃燒產(chǎn)物會(huì)給大氣造成嚴(yán)重污染，如果將秸稈資源進(jìn)行有效利用，不僅可以保護(hù)環(huán)境還可以增加農(nóng)民的收入。

目前，農(nóng)作物秸稈糖化水解進(jìn)行厭氧發(fā)酵產(chǎn)甲烷、產(chǎn)氫氣是生物質(zhì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵞茉吹挠行緩街?。由于農(nóng)作物秸稈原材料低廉、厭氧種菌生長(zhǎng)繁殖快、厭氧菌產(chǎn)氣能力強(qiáng)、厭氧發(fā)酵低污染、厭氧反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、反應(yīng)器容易操作和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，農(nóng)作物秸稈厭氧發(fā)酵產(chǎn)能技術(shù)獲得不斷發(fā)展。但是，受農(nóng)作物秸稈結(jié)構(gòu)及結(jié)晶纖維素等因素影響，要想早日實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物秸稈用于工業(yè)化產(chǎn)能，需要對(duì)農(nóng)作物秸稈厭氧發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行更全面、更深入的研究。在各種農(nóng)作物秸稈產(chǎn)能利用技術(shù)中，兩相厭氧技術(shù)以其高效、穩(wěn)定等特點(diǎn)具有較大的優(yōu)越性。然而，反應(yīng)器利用農(nóng)作物秸稈厭氧發(fā)酵連續(xù)產(chǎn)能較為困難，而且反應(yīng)器不容易啟動(dòng)；在寒冷地區(qū)，冬季溫度低，導(dǎo)致維持裝置恒溫消耗的熱量大，從而阻礙了兩相厭氧技術(shù)大規(guī)模推廣。因此，農(nóng)作物秸稈固體有機(jī)廢物治理與資源化的重點(diǎn)就是如何提升秸稈水解技術(shù)，接下來就具體探討當(dāng)前的秸稈水解主流技術(shù)。

農(nóng)作物秸稈主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。微生物不能直接利用這些高分子化合物，農(nóng)作物高效糖化水解是提高厭氧發(fā)酵產(chǎn)能的關(guān)鍵因素,所以尋求合適、高效的預(yù)處理方法至關(guān)重要。秸稈預(yù)處理的方法主要分為四種：物理方法、化學(xué)方法、酶解法和生物法。目前，絕大多數(shù)都不是利用單一方法來實(shí)現(xiàn)秸稈糖化水解的，而是混合選擇其中幾個(gè)方法同時(shí)預(yù)處理秸稈。比如，堿加熱對(duì)秸稈中的木質(zhì)素具有很強(qiáng)的破壞作用，特別是濃度過高的堿溶液對(duì)秸稈中的纖維素具有抑制作用，不利于水解秸稈發(fā)酵產(chǎn)氣。也有相關(guān)技術(shù)人員通過明堿的預(yù)處理，效果比酶處理效果好，生物產(chǎn)氣量大。與此相類似的，酸加熱對(duì)秸稈中纖維素、半纖維素具有很強(qiáng)的分解作用，可以提高秸稈的水解度，酸濃度高低對(duì)后續(xù)生物產(chǎn)氣無影響[4]。

近年來，有研究利用厭氧消化剩余沼液對(duì)秸稈進(jìn)行預(yù)處理，該種預(yù)處理方法可顯著破壞秸稈表層結(jié)構(gòu)，破壞連接纖維素與木質(zhì)素間的酯鍵，降解效率可提高30%以上。瘤胃微生物被認(rèn)為是自然界纖維素降解能力最強(qiáng)的微生物菌群之一，其可以在短時(shí)間內(nèi)高效水解纖維素類生物質(zhì)。研究表明，在厭氧消化系統(tǒng)內(nèi)添加瘤胃微生物菌群，系統(tǒng)停留時(shí)間可縮短至15 d，VFAs產(chǎn)量可達(dá)到0.7 g/g VS，提升效果顯著[5]。

2.2　農(nóng)畜糞便固體有機(jī)廢物治理與資源化對(duì)策

畜禽糞便中的含水量一般為75%～85%，該含水量難以進(jìn)行堆肥。由于濕度大，堆體透氣性差，溫度很難達(dá)到腐熟要求，從而大大限制了畜禽糞便固體廢物的肥料化利用。因此，畜禽糞便的脫水和堆肥干燥是堆肥要解決的關(guān)鍵問題。國(guó)外自20世紀(jì)30年代開始，就對(duì)固液分離的機(jī)械設(shè)備開展研發(fā)工作。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，其已經(jīng)研發(fā)出技術(shù)成熟且系統(tǒng)化用于畜禽糞便固液分離的機(jī)械設(shè)備。

雖然畜禽糞便脫水后含水率較低，部分可以用于好氧堆肥生產(chǎn)有機(jī)肥，但脫除后的污水仍然需要處理。厭氧消化作為一種綠色、可持續(xù)技術(shù)近年被廣泛應(yīng)用于畜禽養(yǎng)殖糞污的處理。厭氧消化技術(shù)相對(duì)于好氧堆肥技術(shù)，其最大優(yōu)勢(shì)是在處理禽畜養(yǎng)殖糞便的同時(shí)，處理養(yǎng)殖污水，尤其是針對(duì)養(yǎng)豬場(chǎng)、養(yǎng)牛場(chǎng)等，厭氧消化技術(shù)有更廣泛的應(yīng)用空間。但是，單獨(dú)禽畜養(yǎng)殖糞污厭氧消化存在C/N比較低、產(chǎn)氣效率不高的特點(diǎn)，如何與秸稈等富碳類底物協(xié)同發(fā)酵也是近年研究的熱點(diǎn)[6]。

在單獨(dú)畜禽糞污厭氧消化系統(tǒng)中添加秸稈類生物質(zhì)，其停留時(shí)間長(zhǎng)達(dá)40～60 d，存在秸稈上浮、結(jié)殼進(jìn)而影響系統(tǒng)穩(wěn)定性與產(chǎn)氣效率的問題。研究表明，以瘤胃微生物為接種物，采用改良型CSTR厭氧消化反應(yīng)器，可以實(shí)現(xiàn)在同一反應(yīng)器內(nèi)高效降解秸稈類生物質(zhì)的同時(shí)，協(xié)同降解禽畜糞便。系統(tǒng)產(chǎn)氣率可達(dá)到350 m3/（t·TS），底物降解效率達(dá)到75%，系統(tǒng)停留時(shí)間15～20 d，產(chǎn)生的沼液可回用于秸稈氨化預(yù)處理，剩余部分可加工成為液體肥料或葉面肥；沼渣再與少量秸稈和畜禽糞便好氧堆肥生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥或人工基質(zhì)。

3　農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物處理技術(shù)保障措施

上文對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物的處理原則、目的以及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了分析，那么在未來實(shí)施過程中，如何保證有機(jī)廢物治理與資源化順利實(shí)施值得進(jìn)一步探討。

3.1　基層部門強(qiáng)化組織結(jié)構(gòu)建設(shè)

我國(guó)農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物綜合管理與資源化實(shí)施時(shí)間不長(zhǎng)，與其他廢物垃圾處理技術(shù)相比，還是處于發(fā)展階段。由于運(yùn)行時(shí)間短，其存在一些不合理的問題，包括組織結(jié)構(gòu)不合適、固體有機(jī)廢物處理部門的業(yè)務(wù)分工不明晰、管理不到位以及人員冗余等。這些問題的存在，影響了固體有機(jī)廢物綜合管理以及資源化發(fā)展，因此需要對(duì)其進(jìn)行生產(chǎn)工藝優(yōu)化。這就要求管理者按照以下要求進(jìn)行改變。

一是在作業(yè)出現(xiàn)問題時(shí)，管理者應(yīng)第一時(shí)間出現(xiàn)在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)；二是管理者應(yīng)該經(jīng)常了解生產(chǎn)設(shè)備、人員狀態(tài)，對(duì)出現(xiàn)的問題要查找原因；三是在明確問題發(fā)生的原因后，應(yīng)該及時(shí)采取必要措施；四是將解決問題的過程形成標(biāo)準(zhǔn)，杜絕同一問題再次發(fā)生。

在農(nóng)業(yè)固體廢物處理作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，技術(shù)、設(shè)備組成都比較復(fù)雜，為了協(xié)調(diào)一致地開展生產(chǎn)工作，全體人員要通力合作，保證生產(chǎn)任務(wù)順利開展。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，企業(yè)內(nèi)部應(yīng)該建立一個(gè)通暢的信息溝通渠道，這樣才能保證作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問題時(shí)，作業(yè)員工了解應(yīng)該通知誰(shuí)，能夠第一時(shí)間告知到位，防止問題出現(xiàn)后貽誤處理時(shí)機(jī)。此外，國(guó)內(nèi)大多數(shù)農(nóng)業(yè)固體有機(jī)物處理項(xiàng)目規(guī)模較小，組織結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，有的部門甚至擔(dān)負(fù)了幾項(xiàng)責(zé)任，如果項(xiàng)目規(guī)模變大，在生產(chǎn)過程，特別是原料收集過程中很容易出現(xiàn)主次區(qū)別不到位，管理目標(biāo)不明確的問題。為了順利開展生產(chǎn)，有效提高生產(chǎn)效率，企業(yè)應(yīng)該細(xì)化組織結(jié)構(gòu)，將每一項(xiàng)管理任務(wù)具體分工到人。另外，還應(yīng)該借鑒同行業(yè)其他成熟企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，規(guī)劃本企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)建設(shè)[7]。

3.2　配套資金籌措

農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物進(jìn)行治理，實(shí)現(xiàn)資源化，離不開政策的支持。但政策支持不可能長(zhǎng)遠(yuǎn)進(jìn)行，由于處理工藝優(yōu)化是一個(gè)持續(xù)漸進(jìn)的過程，在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)過程中，要求處理廠每年安排專項(xiàng)資金來進(jìn)行支持，主要用于生產(chǎn)工藝改善知識(shí)普及、推廣、項(xiàng)目建立、項(xiàng)目實(shí)施的經(jīng)費(fèi)。同時(shí)，安排一部分經(jīng)費(fèi)，用于評(píng)測(cè)和優(yōu)化生產(chǎn)工藝的改善效果。在經(jīng)費(fèi)支出時(shí)，要簡(jiǎn)化經(jīng)費(fèi)審批流程，以免造成不必要的時(shí)間浪費(fèi)，同時(shí)要求賦予不同管理層以一定的費(fèi)用支出審批權(quán)限，使得用于生產(chǎn)工藝優(yōu)化項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)能夠及時(shí)并足額劃撥，保障項(xiàng)目按進(jìn)度實(shí)施。

另外，建立相應(yīng)的經(jīng)費(fèi)管理機(jī)制，要通過審核來保障所劃撥的經(jīng)費(fèi)能夠足額地用于生產(chǎn)工藝優(yōu)化方案的實(shí)施中，保證項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)能夠有效地改善生產(chǎn)狀況，提高生產(chǎn)效率。通過審核，掌握經(jīng)費(fèi)的支出與產(chǎn)出的比例，保證每一筆經(jīng)費(fèi)都能發(fā)揮最大作用，避免不必要的浪費(fèi)。

3.3　建立與完善技術(shù)考核體系

農(nóng)業(yè)固體廢物處理廠為了優(yōu)化生產(chǎn)工藝，要建立科學(xué)的考核體系，促進(jìn)優(yōu)化措施的執(zhí)行。在考核體系中，重要的考核依據(jù)就是員工崗位職責(zé)，具體包括設(shè)備指標(biāo)完成程度、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)以及修復(fù)情況等。為了保證生產(chǎn)安全、持續(xù)地進(jìn)行，生產(chǎn)員工要經(jīng)常對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢查，具體包括每天定期檢查以及平時(shí)不定期的抽查。在考核員工在生產(chǎn)中的表現(xiàn)時(shí)，企業(yè)要從員工的工作態(tài)度、成績(jī)、技術(shù)革新、設(shè)備改造等環(huán)節(jié)來評(píng)測(cè)，對(duì)表現(xiàn)突出的員工進(jìn)行表彰，尤其是在檢查重大生產(chǎn)安全隱患時(shí)，對(duì)于表現(xiàn)突出的員工，要從精神和物質(zhì)兩方面進(jìn)行表彰。對(duì)于工作態(tài)度落后、違反勞動(dòng)紀(jì)律，甚至造成重大安全問題的員工，要進(jìn)行相應(yīng)的處罰，甚至待崗處理，在員工待崗期間，只享受基本生活保障的待遇。

對(duì)農(nóng)業(yè)固體廢物處理廠的一線生產(chǎn)員工的崗位職責(zé)要求主要包括以下幾方面：

首先，巡查員工要按照規(guī)定時(shí)間針對(duì)固體廢物處理的每個(gè)生產(chǎn)場(chǎng)地以及生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行巡查，并認(rèn)真記錄生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)儀表中的數(shù)據(jù)。特別是對(duì)那些需要焚燒或者掩埋的固體，要注重技術(shù)、設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，如果發(fā)現(xiàn)某設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正常，要及時(shí)向上一級(jí)進(jìn)行匯報(bào)。

其次，生產(chǎn)員工要在安全生產(chǎn)規(guī)定下來使用生產(chǎn)設(shè)備，并保證設(shè)備能夠正常運(yùn)行。對(duì)生產(chǎn)設(shè)備要按照規(guī)定，定期進(jìn)行保養(yǎng)，包括上潤(rùn)滑油、吸泥機(jī)堵塞清除、清晰脫水機(jī)等工作。對(duì)于出現(xiàn)生產(chǎn)事故的員工要進(jìn)行相應(yīng)的處理，比如員工誤操作或者工作疏漏造成生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)異常甚至損壞的情況，要進(jìn)行警告、通報(bào)甚至扣除績(jī)效獎(jiǎng)金等。

最后，生產(chǎn)員工要保證固體廢物處理各個(gè)工序的順利執(zhí)行，保證生產(chǎn)有序進(jìn)行，生產(chǎn)員工要根據(jù)每天固體廢物和廢物的污染濃度適當(dāng)調(diào)整工藝參數(shù)，按照計(jì)算后得出的藥劑的需求量，投入藥劑。如果生產(chǎn)疏忽，造成污染，要追究相關(guān)責(zé)任人生產(chǎn)事故責(zé)任。

4　結(jié)語(yǔ)

農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物的管理與資源化，是任何一個(gè)國(guó)家在發(fā)展過程中必須要面對(duì)的重要課題。在固體廢物處理技術(shù)實(shí)施過程中，人們要對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)流程予以優(yōu)化，從而提高廢物處理效率。本文主要針對(duì)農(nóng)業(yè)固體有機(jī)物的治理與資源化進(jìn)行討論，分析了傳統(tǒng)的固體廢物處理法及其危害。筆者認(rèn)為，要想適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展要求，農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物處理方法要考慮環(huán)境、技術(shù)等多種因素。筆者研究了農(nóng)作物秸稈、農(nóng)畜糞便兩項(xiàng)代表性固體有機(jī)廢物的處理技術(shù)，提出了相關(guān)技術(shù)的保障措施，展望了其發(fā)展前景，以期促進(jìn)我國(guó)建立完善的農(nóng)業(yè)固體有機(jī)廢物處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廢物資源化。