农业废弃物沼气干发酵技术研究进展

关键词：农业废弃物；生物质能源；干发酵；沼气；研究进展 中图分类号：Ｘ７１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－９６５５（２０１８） 增 －００１２－０５
０ 引言
随着人们生活水平的提高，地球上有限的资源 与人类日益增长的能源需求形成了明显的供需矛 盾，能源安全及全球性环境问题备受社会各界的关 注。为了减少化石能源对环境带来的不利影响，可 再生能源的消费急剧增加。生物质能源作为世界上 第四大能源，是地球上最丰富的可再生能源，以生 物质能源替代化石能源是缓解温室效应的有效途 径。一般意义上的生物质能源主要指：林业资源、 工业有 机 废 弃 物、生 活 垃 圾、农 业 废 弃 物 等［１］。 我国作为一个农业大国，随着农牧业发展，机械 化、集约化程度越来越高，农业废弃物产生量已远 超农民自身的利用及土地消纳量。如何高效利用农 业废弃物，开发其中蕴藏的巨大能源，是当下的研 究热点。近年来，随着环保和资源利用最大化观念 深入人心，沼气干发酵技术的研究推广成为当下的 热点和重点发展方向之一。
农作物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
ｈｔｔｐ： ／／ｈｊｋ气干发酵技术研究进展 王武娟
弃物饲料化利用的加工处理方式有：青贮、酶解等 生物学处理，氨化、氧化等化学处理，机械加工、 蒸汽等物理 处 理， 以 及 多 方 法 复 合 处 理［３］。 目 前 我国批量制备植物类残余物饲料的普及程度不高， 工业集约化水平较落后，物理处理利用率不高，化 学处理成本较高，易带来环境污染，生物法处理易 引起腐败变质。对于动物类残余废弃物，从饲料安 全的角度出发，饲料化利用存在安全隐患，因此实 际利用较少。
农业废弃物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、可储 存利 用、污 染 环 境 等 特 性，主 要 包 括 农 林、渔、 牧、农业加工生产过程中的植物类残余废弃物、动 物类残余废弃物、加工类残余废弃物和农村生活垃 圾等在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质。 中国作为世界上农业废弃物产出最高的国家，每年
我国农业废弃物可分为养殖业废弃物、种植业 废弃物、农村生活垃圾、农业加工业废弃物四类。 养殖业废弃物包括畜禽粪便和栏圈垫物等；种植业 废弃物包括农田和果园残留物，如作物的秸秆、蔬 菜的残体或果树的枝条、落叶、果实外壳等种植业 废弃物；农业加工业废弃物包括农副产品加工后的 剩余物；农村生活垃圾包括农村居民生活废弃物， 如人粪尿和生活垃圾等。作物秸秆富含营养成分， 总能量和玉米以及淀粉的总量相当，纤维素含量 高，可广泛应用于动物营养、能源生产、造纸等行 业。畜禽粪 便 蕴 藏 着 巨 大 的 产 沼 气 潜 力，２００９年 中国畜禽养殖业粪便资源沼气总潜力达 １１９８４４亿 ｍ３［４］，此外，畜 禽 粪 便 含 有 氮、磷、钾 等 多 种 营 养成分，施用于农田有助于改良土壤结构，提高土 壤有 机 质 含 量， 促 进 农 作 物 增 产［５］。 近 年 来， 随 着农业废弃物资源化利用技术的日益成熟，农业废 弃物资源化利用向饲料化、肥料化、能源化、基质 化和材料化几个方面迅速发展。
收稿日期：２０１８－０３－１０ 作者简介：王武娟 （１９９５－），女，云南西双版纳人，在读硕 士，研究方向：反刍动物营养。 通信作者：杨膺白 （１９６１－），男，广西南宁人，教授，主要 从事反刍动物营养研究。
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大约产 出 ４０亿 ｔ；其 中 农 作 物 秸 秆 产 生 量 约 为 ９９３亿 ｔ，畜禽粪便年产生量约为 ２６１亿 ｔ，乡镇 生活垃圾和人粪便 ２５亿 ｔ，肉类加工和农作物加 工废弃物 １５亿 ｔ，林业废弃物 ０５ｔ［２］。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［３］。 １ 我国农业废弃物资源化利用途径及存在的问题
农业废弃物肥料化利用分为直接利用和间接利 用。直接利用是将废弃物直接施用于农田，在土壤 的微生物作用下释放养分供作物利用，在一定程度 上可以改善土壤结构，提高作物产量。但秸秆类废 弃物自然分解速度较慢，发酵过程中可能造成作物 根系损伤［３］，未 经 处 理 的 畜 禽 粪 便 进 入 环 境， 除 去可以通过土壤自然净化消纳的部分，在粪污排放 量与承载土地面积不匹配时，自净消纳后余下粪污 中的微量元素便会在土壤中富集，引起土壤性状改 变，如孔隙堵塞、土壤板结，对农作物产生毒害作 用，严重影响作物的生长发育，影响作物收成。间 接利用方式包括堆肥化及制复合肥。堆肥化是利用 微生物在一定温度、湿度、酸碱度的条件下，使秸 秆和畜禽粪便等农业废弃物降解，形成腐殖质，用 作肥料和改善土壤，分为好氧堆肥和厌氧堆肥。好 氧堆肥过程中温度较高，因此也称高温堆肥。制复 合肥技术是在高温堆肥产品中添加氮、磷、钾混合 制粒的过程。农业废弃物的肥料化虽然具有产量 高、施用方便等优点，但生产过程中占用空间大， 处理时间较长，高温堆肥过程中排放出大量氨气， 损失肥力的同时还会污染环境。目前预处理技术和 堆肥过程中治污技术不足是我国堆肥化处理农业废 弃物主要存在的问题。
环境科学导刊 ｈｔｔｐ： ／／ｈｊｋｘｄｋｙｉｅｓｏｒｇｃｎ ２０１８，３７（增）
ＣＮ５３－１２０５／Ｘ ＩＳＳＮ１６７３－９６５５
农业废弃物沼气干发酵技术研究进展
王武娟，杨膺白 （广西大学，广西 南宁 ５３００００）
摘 要：我国农业废弃物产量巨大，大部分废弃物因得不到合理利用而被丢弃，造成了环境污染。沼 气干发酵技术有较高的废物处理效率，具有运行费用低、有机负荷大、需水量小和产生沼液少等优点，能 有效解决农业废弃物的处置和能源化利用问题。综述了厌氧发酵过程机制及农业废弃物干发酵产沼气的研 究现状，并对干发酵的应用前景和发展趋势进行了展望。