农业固废处理及资源化.ppt

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1、前言 如何充分合理地利用自然资源，持续、稳定地发展农业生产，同时又保护和改善农村生态环境，已成为我国农业发展、乡村建设和农村环境保护的重要问题。我国是一个农业大国，农村居民生活和农业生产中产生的固体废物种类繁多，而且数量巨大。如何充分、有效地处理并利用这些废物，对于合理利用农业资源、发展农业生产、改善农村环境具有十分重要的意义。目录一、概述二、畜禽粪便的资源化利用三、农作物秸秆的资源化利用四、农业塑料地膜的资源化利用一、概述一、概述1.农业固体废弃物的概念、特点及分类农业固体废弃物的概念、特点及分类 农业固体废弃物是指农业生产、农产品加工、畜禽养殖业和农村居民生活排放的废弃物，如植物秸秆、人和

2、畜禽的粪便等。1.1 农业废弃物的特点农业废弃物的特点1.元素的组成 除C、H、O三元素的含量高达65%90%外，还含有丰富的N、P、K、Ca、Mg、S等。2.化学组成 一是天然高分子聚合物及其混合物，如纤维素、半纤维素、淀粉、木质素等；二是天然小分子化合物，如氨基酸、生物碱、单糖、激素、抗生素、脂肪酸等。3.物理性质 表面密度小、韧性大、抗拉、抗弯、抗冲击能力强等。1.2 农业废弃物的分类农业废弃物的分类农田和果园残留物，如秸秆、残株、杂草、落叶、果实外壳、藤蔓、树枝和其他废物；牲畜和家禽粪便以及栏圈铺垫物等；农产品加工废弃物；农村居民生活废弃物。二、畜禽粪便的资源化利用二、畜禽粪便的资源化

3、利用 （一）畜禽粪便的概述（一）畜禽粪便的概述n畜禽粪便的特点 富含营养，资源化潜力大；不同畜禽粪便成分差异大；不同畜禽的粪便量差异大；粪便量分布不均匀；距居民生活区近。表一 各种畜禽的粪便的化学成分 畜禽 种类水分有机质氮（N）磷（P2O5）钾（K2O）猪粪 牛粪 羊粪 鸡粪81.583.365.550.515.014.531.425.50.600.320.651.630.400.250.471.540.440.160.230.85n 畜禽粪便中污染物质种类 畜禽粪便中含有大量的有机物，且有可能带有病原微生物和各种寄生虫卵，如不及时加以处理和合理利用，将造成严重的有机污染和生物污染，成为环境

4、公害，危害人畜的健康。畜禽粪便的污染按污染物成分主要可以分为氮磷污染、矿物质元素污染、药物添加剂污染、生物病原体污染以及恶臭污染五个方面。n畜禽粪便对环境的污染l对水体的污染：水体富营养化；l对土壤的污染：土壤的营养局部积累，可造成植物一时疯长，或使植物根系受损，乃至引起植物死亡；l对大气的污染：产生恶臭气体（如甲基硫醇、甲硫醚等）；l对生物的污染：传染病和寄生虫病蔓延。（二）畜禽粪便的资源化利用方式（二）畜禽粪便的资源化利用方式1.饲料化技术饲料化技术饲料化的可行性 畜禽粪便的营养成分丰富，含有大量的蛋白质(15.823.5%)、粗纤维（12.716.8%）、维生素B12 17.6g/g。处

5、理后可做饲料。饲料化的安全性 畜禽粪便经适当处理，禁用治疗期的粪便，在动物宰杀前减少粪便的使用量或停用，畜禽粪便饲料化是安全的。饲料化的经济效益 相对于其他处理方式，畜禽粪便饲料化的效益最高。2.饲料化的几种方法饲料化的几种方法用新鲜粪便直接做饲料l主要适用于鸡粪，由于鸡的肠道短，从吃进到排出大约需4h，吸收不完全，所食饲料中70%左右的营养物质未被消化吸收而排出体外。鸡粪中粗蛋白含量为20%30%，氨基酸含量与玉米等谷物饲料相当，且还含有微量元素等。l但也含有吲哚、脂类、尿素、病原微生物、寄生虫等有害物质。可用含甲醛37%（质量分数）的福尔马林混合，24h后就可去除；也可先接种米曲霉或白地霉

6、，然后用瓮灶蒸锅杀菌。青贮l由于畜禽粪便中碳水化合物的含量低，不宜单独青贮，常和一些禾本科青饲料一起青贮。青贮饲料具有酸香味，且可杀死粪便中病原微生物、寄生虫等。此法在血吸虫病流行区尤其适用。干燥法l常用的处理方法。主要利用热效应和喷放机械。处理效率较高，设备简单，投资小。l干燥方法主要有以下4种：日光自然干燥、高温快速干燥、烘干膨化干燥、机械脱水。n分解法l利用优良品种的蝇、蚯蚓和蜗牛等低等动物分解畜禽粪便，达到既提供动物蛋白质又能处理畜禽粪便的目的。l此法比较经济，且生态效益显著。n热喷技术l利用热效应和喷放机械，使畜禽粪转变为鸡朊粉，生产高蛋白饲料，既除臭又能彻底杀菌灭虫卵，达到卫生防疫

7、和生产商品饲料的要求。3.肥料化技术肥料化技术n好氧堆肥技术厌氧发酵技术沼液、沼渣4.能源化技术n焚烧n厌氧发酵沼气5.畜禽粪便资源化技术展望畜禽粪便资源化技术展望n将现有的资源化技术在一定程度上进行科学组合，综合治理，使畜禽粪便得到多层次的循环利用，才能有效地解决养殖业的环境污染问题。目前，把几种方法有机地结合起来使用已成为畜禽粪便资源化技术展望的主要方向。下图为养殖场畜禽粪便综合处理工艺示意图。养殖场固液分离沉淀酸化调节厌氧反应器SBR混凝沉淀排放污泥脱水污泥浓缩池好氧连续式生物堆肥发酵复合有机肥料气体净化贮气柜发电、烧锅炉、民用三、农作物秸秆的资源化利用 （一）农作物秸秆的概述1.秸秆的

8、组成和特点组成：有机质含量平均为15%，平均含碳44.22%、氮0.62%、磷0.25%、钾1.44%，还有镁、钙、硫及其他重要的微量元素。特点：（1）蛋白质、可溶性碳水化合物、矿物质和胡萝卜素含量低，而粗纤维含量高，适口性不好，家畜采食量小，消化率低。（2）与纺织纤维相类似，但粗纤维含量较高，密度小于粘胶纤维，堆积密度和断裂强度较小；而自身含有大量孔隙，吸湿回潮率大于棉纤维，灰分含量较大。2.我国秸秆资源化利用现状 3.秸秆焚烧的危害秸秆焚烧的危害浪费资源：田间焚烧仅能利用所含钾的40%，其余氮、磷、有机质和热能则全部损失。污染环境 引发火灾损伤地力危害周围生态动植物（二）秸秆还田技术（二）

9、秸秆还田技术宏观秸秆还田可以草养田、以草压草，达到用地养地相结合，培肥地力。微观秸秆还田能提高土壤有机质含量；改善土壤理化状况，增加通透性；保存和固定土壤氮素，避免养分流失，归还氮、磷、钾和各种微量元素；促进土壤微生物活动，加速土地养分循环。1.秸秆直接还田 2.秸秆间接还田（1）机械直接还田 （1）堆沤腐解还田（2）覆盖栽培还田 （2）烧灰还田（3）机械旋耕翻埋还田 （3）过腹还田 （4）菇渣还田 （5）沼渣还田直接还田中应注意：秸秆覆盖量，一般每亩300400kg；配合施用氮、磷肥，施N0.60.8kg/100kg；减少病虫害传播。3.秸秆生化腐熟快速还田秸秆生化腐熟快速还田采用先进技术培

10、养能分离粗纤维的优良微生物菌种，生产出可加快秸秆腐熟的化学制剂，并采用现代化设备控制温度、湿度、数量、质量和时间，经机械翻抛、高温堆腐、生物发酵等过程，使秸秆有机肥。（1）催腐剂堆肥技术（2）速腐剂堆肥技术（3）酵素菌堆肥技术实例：由工业废液生产高浓缩秸秆复合肥造纸黑液工业化沤制发酵氨化处理磷化处理高温高压处理颗粒型复合肥。（三）秸秆饲料利用技术秸秆的主要成分是粗纤维，包括纤维素、半纤维素和木质素等，一般约占秸秆干物质的2050%。未经处理的秸秆消化率和能量利用率较低，因为秸秆中的木质素和糖类结合在一起，很难分解；蛋白质含量低和其他必要营养物质缺乏。处理目的：为动物的消化吸收创造条件；提高秸秆

11、饲料的营养价值。处理方法：物理；化学；生物。1.物理处理物理处理（1）切短、粉碎机软化 简单有效，采食量增加2030%。（2）粉碎后压块成型 铡切（5cm段）烘干（含水16%）压制成型（圆柱或块状）。优点：密度大，含水量低，便于运输、贮存和饲喂；高温挤压使消化率提高25%；有浓郁糊香味和轻微甜度感，适口性提高；卫生条件好；可实现工厂化生产，全年进行加工。设备：挤压式环模压块机、平模压块机和压缩式压块机等。铡草粉碎机 环模颗粒饲料压制机 饲草秸秆揉搓机（3）秸秆挤压膨化技术）秸秆挤压膨化技术原理：将秸秆加水调质后输入专用挤压机的挤压腔，依靠秸秆与挤压腔中螺套壁及螺杆之间相互挤压、摩擦作用，产生热

12、量和压力，当秸秆被挤出喷嘴后，压力骤然下降，使秸秆体积膨大。主要设备：螺杆式挤压膨化机。工艺流程：秸秆清选粉碎调质挤压膨化冷却包装。膨化后易吸收的无氮浸出物含量提高，粗纤维与酸性洗涤纤维下降；且适口性好；便于运输贮存。家用多功能饲料膨化机（4）热喷处理）热喷处理原理：铡碎的秸秆（8cm），混入饼粕、鸡粪等，装入饲料热喷机内，在一定的热饱和蒸汽下，保持一定时间，然后突然降压，使物料从机内喷爆而出，从而改变其结构和某些化学成分，并消毒、除臭，使物料可食性和营养价值提高。设备：饲料热喷机，实质为一种间歇式蒸汽膨化机。2.化学处理化学处理利用化学制剂作用于作物秸秆，破坏秸秆细胞中半纤维素与木质素形成的

13、共价键，以利于瘤胃微生物对纤维素与半纤维素的分解，从而达到提高秸秆消化率与营养价值的目的。方法：碱化、氨化、氧化还原、复合化学处理。（1）碱化处理）碱化处理原理：在一定浓度的碱液的作用下，打破粗纤维中纤维素、半纤维素、木质素之间的醚键或酯键，并溶去大部分木质素和硅 酸盐，从而提高秸秆饲料的营养价值。方法：湿法：每吨秸秆需NaOH810kg，水35L浸泡、冲洗；干法：将2040%浓NaOH溶液喷于粉碎或切断的秸秆上（30ml/100g），然后用酸中和。用碱量大，须用大量水冲洗，易造成环境污染。（2）氧化剂处理）氧化剂处理主要指利用SO2、O3及碱性过氧化氢（AHP）处理秸秆，破坏木质素分子间的共

14、价键，溶解部分半纤维素和木质素，使纤维基质 中产生较大孔隙，从而增加纤维素酶和细胞壁成分的接触面积，提高饲料消化率。效果较好，但成本太高。（3）氨化处理）氨化处理原理：用氨水、液氨、尿素或碳铵等含氨物质，在密闭条件下处理秸秆，氨与秸秆发生碱化作用（打破木质素和纤维素的酯键和镶嵌结构，溶解半纤维素和部分木质素与硅酸盐，纤维素部分水解与膨胀）；氨化作用（氨吸附在秸秆上，增加了粗蛋白含量，延缓氨的释放速度，度，促进瘤胃微生物的活动）；中和作用（与有机酸中和，形成 适宜瘤胃微生物活动的微碱性环境）。要点：氨用量34%；处理时间随温度提高而缩短，一般48周；最佳含水量1520%。常用秸秆氨化操作方法：小

15、型容器法 堆垛法 氨化炉法饲喂方法：喂前12天要将秸秆取出，摊在地上放氨；初次饲喂数量不能过多，逐渐提高饲喂量。（4）复合化学处理）复合化学处理融合了碱化处理对木质素分解效果好和氨化处理增加瘤胃微生物蛋白合成量的优点，克服了碱化处理残留碱量高和氨化处理对木质素软化作用差的缺点。可使采食利用率提高1040%；含氮量提高12倍；粗蛋白含量达到715%。根据不同秸秆和牲畜选择不同的化学处理剂配方，如尿素+氢氧化钙的复合化学处理。将57kg生石灰和23kg尿素溶于50kg水中，喷洒在切碎的100kg秸秆上，混合均匀后密封，夏天2030天，春秋4060天，冬季60天以上，可开封饲喂，适宜的水分为40%，

16、尿素不得低于2%。3.生物处理生物处理（1）青贮技术原理：将新鲜植物紧实地堆积在不透气的容器中，通过微生物的厌氧发酵，使原料中所含的糖分转化为有机酸 主要是乳酸菌。当乳酸在青贮原料中积累到一定浓度时，就能抑制其他微生物的活动，并制止原料中养分被微生物分解破坏，从而将原料中养分很好地保存下来。发酵过程中产生大量热能，当温度上升到50时，乳酸菌也就停止了活动，发酵结束。优点：饲料保持青鲜多汁的特点，并具有酸香味，牲畜比较爱吃，贮存时间较长；且技术简单、方便推行。但对纤维素的消化率提高甚微。青贮添加剂：微生物制剂、酶制剂、抑制不良发酵的添加剂、营养添加物、无机盐 技术要点：窑的建设：容器有青贮塔、青

17、贮窑和塑料袋；可建成地下式、半地下式和地上式。原料的收割与切短：适时收割；水分应降至6070%。操作步骤：配制菌液；粉碎分层铺实湿度控制在5560%封窑715天后开窑。喂养注意：只能喂反刍动物。逐步加量。（2）微贮技术）微贮技术秸秆微贮是对农作物秸秆机械加工处理后，按比例加入微生物发酵菌剂、辅料及补充水分，并放入密闭设施中，经过一定的发酵过程，是指软化蓬松，转化为质地柔软，湿润膨胀，气味酸香，动物喜食的饲料。原理：利用微生物将秸秆中的纤维素、半纤维素降解并转化为菌体蛋白。成本低、适口性好、消化率高、利于工业化生产。技术要点：复活菌种配制菌液切断秸秆装填入窑水分控制封窑开窑。用微贮技术制备秸秆菌

18、体蛋白生物饲料以农作物秸秆、杂草、树叶等为主要原料，将秸秆粉置于人工造就的特定的生态环境中，经过制作剂秸秆生化饲料发酵剂的生物化学作用，促使微生物的大量繁殖和活动，合成游离氨基酸和菌体蛋白，从而使秸秆转化为富含粗蛋白、脂肪、氨基酸及多种维生素的高效能秸秆饲料。（四）秸秆能源技术 1.秸秆直接燃烧供热技术秸秆直接燃烧供热技术以秸秆为燃料，以专用的秸秆锅炉为核心形成供热系统。有秸秆收集、前处理、秸秆锅炉和秸秆灰利用几部分组成。适于在秸秆主产区为中小乡镇企业、乡镇政府机关、中小学校和相对比较集中的乡镇居民提供生产、生活热水和冬季采暖之用。2.秸秆气化集中供气技术秸秆气化集中供气技术原理：通过气化装置

19、将秸秆、杂草及林木加工剩余物在缺氧状态下加热反应转换成燃气的过程。工艺流程：粉碎给料机气化器除尘器冷却器过滤器贮气柜用户。秸秆气化机组由加料器、气化炉、燃气净化器和燃气输送机组成。秸秆气化的优势与限制：优势：变废为宝、经济可行、优势明显；限制：燃气质量较差、热值偏低；燃气中含氧量偏高形成安全隐患；焦油含量偏高；水洗焦油后污水排放造成环境污染；气化设备投资偏高。3.秸秆发酵制沼气秸秆发酵制沼气立式圆形水压式沼气池 秸秆制沼系统包括沼气的收集、运输、净化、贮存、使用及附属设备等。秸秆制沼系统的主要设备：集气室 输气管和配气管 脱硫装置 气柜 止火器（或逆火防止器）4.秸秆压块成型及炭化技术秸秆压块

20、成型及炭化技术（1）成型“秸秆炭”（2）秸秆“生物煤”（3）秸秆成型燃料利用途径秸秆成型燃料利用途径：l农村生活用能；l工业用途；l生产成型炭；l生产活性炭。（五）秸秆的工业应用1.生产可降解的包装材料生产可降解的包装材料一次性餐具湿法生产工艺：麦秸粉碎（120目）加入水、粘合剂拌和轧片裁剪冷压成型烘干喷涂快餐盒。干法生产工艺：秸秆粉碎（60目）黏合剂、催化剂、固化剂拌和热压成型冷风散热紫外消毒包核快餐盒。还有缓冲包装材料、瓦楞纸芯、纤维降解膜等。2.用做建筑装饰材料用做建筑装饰材料（1）秸秆轻型建材（2）秸秆人造板3.秸秆生产工业原料（1）植物秸秆生产酒精（2）秸秆制作淀粉（3）秸秆生产饴糖

21、（4）生产梭甲基纤维素（5）制取木糖醇（6）生产糠醛（7）制生物蛋白。4.秸秆用作食用菌的培养基秸秆用作食用菌的培养基l如蚕豆秸秆栽培草菇：原料处理培养料配方建堆发酵翻堆播种发菌出菇管理采收。l玉米秆栽培平菇；秸秆栽培香菇、银耳、木耳、仿野生菇等。5.秸秆的其他应用秸秆的其他应用（1）造纸工业（2）秸秆人造丝（3）秸秆用于编织业四、农业塑料地膜的资源化利用塑料是一种高分子材料，具有不易腐烂，难于降解的性能，使用过的农膜由于开裂破碎等埋进土壤中，完全降解需要200400年。农膜会阻碍作物的根系的发育及对水分养分的吸收，使土壤的通气性降低等。1.废弃塑料地膜的危害废弃塑料地膜的危害1.1 对农田生

22、态系统的危害 对土壤物理性质的影响 对作物生长的影响 对作物产量的影响 影响了根系的生长，使作物的发病率提 高，作物减产达1825。1.2 残留农膜的化学污染1.3 其他方面的污染2.资源化利用方式2.1 焚烧回收热能焚烧回收热能 在塑料的生产、加工成型及消费过程产生的废塑料主要是聚乙烯（PE）、聚氯乙稀（PVC）、聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）等。木材的燃烧热为1465GJ/Kg，聚乙烯的燃烧热为4663GJ/Kg，聚丙烯的燃烧热为4395GJ/Kg，聚氯乙稀的燃烧热为1806GJ/Kg。2.1.1 焚烧方式焚烧方式 专用焚烧炉焚烧废旧塑料地膜回收能量 作补充燃料与生产蒸汽的其他燃料掺用法

23、 通过氢化作用或无氧分解转化为可燃气或可燃物再生热法。在燃烧过程中应控制有害气体的产生量，防止其污染环境。2.1.2 能量回收能量回收 废旧塑料地膜的能量回收是通过对它在焚烧炉内焚烧时释放热能的有效利用来实现的。优点：适用于难以分拣的混杂型塑料制品；产热量大；焚烧后质量减少80以上，体积减少90以上。废旧塑料地膜收集破碎焚烧热量回收排烟处理2.2 熔融再生技术熔融再生技术 废弃塑料地膜回收利用的关键是熔融再生。洗净、粉碎、改型、造粒 预处理 成型前处理 成型 制品 清洗、干燥、破碎 配料、捏合、造粒2.3 制备氯化聚乙烯制备氯化聚乙烯 氯化工艺是将粉碎好的废塑料加入反应釜中，加入一定量的引发剂

24、、水、助剂，边搅拌边加热，加热到一定温度时通入氯气，进行氯化，放出的氯化氢由酸槽吸收。产物经洗净、中和、干燥后即为产品，可以作为制备氯化聚乙烯的原料。（CHCH2 2-CH-CH2 2）x x（CHCH2 2-CH-CH2 2）x x（CHCH2 2-CH-CH2 2）x xClClCl配方和流程 优点：对设备腐蚀轻，寿命长；原料利用率高；反应体系在常压下进行；流程短，成本低；可以实时控制反应过程和氯化程度。原料用量/g水70氢氧化钠3原料用量/g废聚乙稀70助剂3液氯8废聚乙烯薄膜洗涤干燥粉碎氯化2.4 还原油化技术还原油化技术 主要工艺有：热解法油化；催化热解法（一步法）油化工艺；热解催化法改质法（两步法）油化工艺。油化工艺存在的问题：原料的分拣；原料的输送和出渣；传热和结焦。废聚乙烯熔融物黏度大，传热性差，热解反应器内容易因物料温度不均匀导致结焦，物料容易黏壁形成积炭。可以采用以下措施：1.与碳黑、褐煤、砂子等混合，改善传热条件；2.采用搅拌装置；3.通入CO2、N2或过热水蒸气；4.加循环系统等。2.5 地膜二次、多次利用地膜二次、多次利用意义：提高地膜利用率、降低成本，节省农业投资；延长地膜使用期，使地膜长时间发挥作用；增加蔬菜淡季产量，调节市场供应。地膜覆盖方式：地膜平盖；地膜近地面短期覆盖；高垄地膜覆盖；一次覆膜多茬连种。谢谢！