基于能值理論的德宏州農(nóng)業(yè)廢棄物綜合處理處置方式分析

谷蕾，段立杰

(德宏州環(huán)境監(jiān)察支隊(duì)，云南 芒市678400)

基于能值理論的德宏州農(nóng)業(yè)廢棄物綜合處理處置方式分析

谷蕾，段立杰

(德宏州環(huán)境監(jiān)察支隊(duì)，云南 芒市678400)

農(nóng)業(yè)廢棄物蘊(yùn)涵著巨大的能量，德宏州農(nóng)業(yè)廢棄物太陽(yáng)能值達(dá)9.217×1022sej。不當(dāng)?shù)奶幚矸绞綍?huì)造成能量損失，還可能產(chǎn)生污染空氣、水體、土壤的污染物，要稀釋這些污染物，大氣、水體污染降級(jí)所需環(huán)境貢獻(xiàn)能值分別為1.76×1015sej 和1.74×1022sej。德宏州原有的處理方式廢棄物利用率僅為1.338×104sej/J，而使用(飼料+有機(jī)肥)廢棄物循環(huán)處理法，廢棄物資源利用率達(dá)到了2.54×106sej/J，具有較好的資源效益和環(huán)境效益。

農(nóng)業(yè)廢棄物；能值理論；綜合處置；方式；德宏州

1 德宏州農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)生背景

德宏州地處云南省西部中緬邊界，面積1.15萬(wàn)km2，位于東經(jīng)97°31′～98°43′、北緯23°50′～25°20′。氣候溫和，年平均氣溫18.4℃～20℃。熱量豐富，年日照2281～2453h，年積溫6400～7300℃。雨水充沛，年降雨量1400～1700mm。是一個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)州，全州耕地面積12.6萬(wàn)hm2，其中水田面積6.0萬(wàn)hm2，旱地面積6.6萬(wàn)hm2。

德宏州內(nèi)盛產(chǎn)水稻、甘蔗、橡膠、茶葉、咖啡等糧食和經(jīng)濟(jì)作物，是云南省的商品糧和蔗糖生產(chǎn)基地。全州年農(nóng)作物總播種面積約229966.7hm2，年產(chǎn)生農(nóng)作物秸稈總量約192.88萬(wàn)t。由于秸稈綜合利用的意識(shí)薄弱，秸稈一直被視作廢棄物，特別是夏秋時(shí)節(jié)，其中的西瓜藤及煙葉稈，用作飼養(yǎng)飼料效果不是很好，大多被隨意丟棄或焚燒。隨意丟棄的秸稈進(jìn)入水體后，對(duì)水體環(huán)境產(chǎn)生很大的影響。采用焚燒處理，煙氣中含有CO、SO2、NOx以及顆粒物，對(duì)大氣環(huán)境污染嚴(yán)重，導(dǎo)致空氣質(zhì)量逐漸下降，經(jīng)常有霧霾現(xiàn)象出現(xiàn)。大氣污染問(wèn)題已經(jīng)引起政府部門的高度重視，專門發(fā)布了《德宏州人民政府關(guān)于加強(qiáng)環(huán)境整治禁止露天焚燒秸稈的通告》，禁止露天焚燒農(nóng)業(yè)廢棄物，但收效甚微。德宏州秸稈資源的作用不但沒(méi)有被充分發(fā)揮，還造成了安全隱患、環(huán)境污染、土壤肥力下降等一系列環(huán)境問(wèn)題。因此，如何從根本上增強(qiáng)農(nóng)民的環(huán)保意識(shí)，尋求合理合適的處理方法，已成為德宏州農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展面臨的一項(xiàng)重大難題。

德宏州養(yǎng)殖業(yè)蓬勃發(fā)展，截至2015年底，全州生豬出欄73.1萬(wàn)頭，生豬存欄77.4萬(wàn)頭；肉牛存欄4.5萬(wàn)頭，肉牛出欄6.5萬(wàn)頭；全州家禽出欄667.3萬(wàn)只，家禽存欄達(dá)437.0萬(wàn)只；肉用羊出欄6.0萬(wàn)頭，羊存欄達(dá)到9.4萬(wàn)頭；水奶牛存欄量1.5萬(wàn)頭。如表1所示，養(yǎng)殖業(yè)糞便尿液年產(chǎn)生量約305萬(wàn)t。大部分養(yǎng)殖戶為小規(guī)模散戶養(yǎng)殖，污染物處理隨意性強(qiáng)。不當(dāng)?shù)奶幚砜赡苡绊懙叵滤|(zhì)、空氣質(zhì)量、土壤環(huán)境、人類健康，是環(huán)境的重大隱患。

2 研究方法分析

能值分析是以能值為基準(zhǔn)，把生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的不同種類、不可比較的能量轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)的能值來(lái)衡量和分析，以評(píng)價(jià)其在系統(tǒng)中的作用和功能。HTOdum[1]認(rèn)為任何資源、產(chǎn)品或勞務(wù)形成過(guò)程中，直接或間接消耗的能量，都可以轉(zhuǎn)化成太陽(yáng)能值，單位為太陽(yáng)能焦耳(solar Emergy joules，縮寫為sej)。太陽(yáng)能值是通過(guò)能值轉(zhuǎn)化率來(lái)進(jìn)行計(jì)算的，能值轉(zhuǎn)化率是指形成1J產(chǎn)品或勞務(wù)所需要的太陽(yáng)能值，單位：sej/J或sej/g。

農(nóng)業(yè)廢棄物能值總量中的畜禽糞便由排泄系數(shù)法計(jì)算所得。

農(nóng)業(yè)廢棄物人均生態(tài)承載力:E=e/P1

式中：E為區(qū)域農(nóng)業(yè)廢棄物人均生態(tài)承載力；e為人均農(nóng)業(yè)廢棄物理論能值；p1為全國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物能值密度。

表1 德宏州主要畜禽糞便年平均排放量

污染降級(jí)所需環(huán)境服務(wù)能值：

EA=DCxmAxV2

EW=mwxG

式中：DC為風(fēng)阻系數(shù)(0.002)；v表示風(fēng)速(1.7m/s)；G表示吉布斯自由能(4900J/kg)；mA、mw表示稀釋系統(tǒng)環(huán)境潛在的污染排放所需要的空氣和地表水質(zhì)量。空氣密度1.29g/L，水密度1kg/L。

廢棄物利用率=系統(tǒng)中再利用廢棄物貢獻(xiàn)的總能值/系統(tǒng)產(chǎn)出的產(chǎn)品有效能量，單位Sej/J,是衡量系統(tǒng)對(duì)廢棄物的再利用程度[2]。

將德宏州內(nèi)原有的處理方式作為模式1(能流圖如圖1)，秸稈與畜禽糞便分別為兩個(gè)單獨(dú)的處理系統(tǒng)。秸稈45.85%用于還田，25.39%用來(lái)生產(chǎn)飼料，1.03%用來(lái)作為食用菌基料生產(chǎn)食用菌，還有部分丟棄或焚燒。畜禽養(yǎng)殖糞便尿液年產(chǎn)生量約為305萬(wàn)t，綜合利用率為54.67%，主要一部分用于制沼氣，沼液沼渣用于還田。模式2主要將秸稈與畜禽糞便用于生產(chǎn)有機(jī)肥，有機(jī)肥的生產(chǎn)是利用秸稈與畜禽糞便經(jīng)過(guò)配比后，在一定溫度及濕度下，采用好氧堆肥堆制而成。有機(jī)肥用來(lái)種植，部分秸稈用來(lái)生產(chǎn)有機(jī)飼料，飼料用來(lái)喂養(yǎng)畜禽，形成一個(gè)閉合的廢棄物利用系統(tǒng)，最終產(chǎn)出高品質(zhì)的種植物及畜禽(能流圖如圖2)。

3 結(jié)果分析及結(jié)論

德宏州國(guó)土面積1.15萬(wàn)km2，人口121.144萬(wàn)人。其中農(nóng)村人口797370人，占65.82%(據(jù)德宏州第六次全國(guó)人口普查資料)。每年約產(chǎn)生農(nóng)業(yè)廢棄物4981696t，共蘊(yùn)含太陽(yáng)能值9.217×1022sej(表2)。由于該人均生態(tài)承載力為農(nóng)業(yè)廢棄物，選取人口為農(nóng)村人口，則通過(guò)計(jì)算求得德宏州人均生態(tài)承載力為0.3635×103hm2/人。與福建省年平均生態(tài)承載力2.262hm2/人相比[3]，人均生態(tài)承載力較強(qiáng)。

由于傳統(tǒng)觀念的影響，現(xiàn)有的處理方式使大量的能源流失：秸稈每年焚燒量為40.5萬(wàn)t，占21%；棄置亂丟量為138400t，占總量的7.18%：造成大量的煙氣污染及固體廢棄物污染[4]。秸稈焚燒后，按照秸稈燃燒排放因子計(jì)算[5]，可能產(chǎn)生一氧化碳量為3.726萬(wàn)t，二氧化碳量為61.35752萬(wàn)t，氮氧化物量為1012.5t，二氧化硫32.4t，顆粒物5265t，甲烷1093.5t，揮發(fā)性有機(jī)污染物6358.5t。這些污染物是造成空氣質(zhì)量下降，導(dǎo)致溫室效應(yīng)的重要原因。德宏州屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛，早晨易形成霧，風(fēng)少，導(dǎo)致污染物不易消散，附著于潮濕空氣中，易出現(xiàn)霧霾天氣。

德宏州糞便尿液年產(chǎn)生量約為305萬(wàn)t，綜合利用率僅為54.67%，主要用于制沼氣。雖然沼氣為低污染能源，但沼氣鍋爐燃燒，每年仍然會(huì)產(chǎn)生煙塵6.188t，SO21.91t。未利用的畜禽養(yǎng)殖污染物，隨意排入自然界。每年進(jìn)入自然界的COD、BOD、氨氮和總氮分別為8.104萬(wàn)t、5.84萬(wàn)t、1.77萬(wàn)t、0.723萬(wàn)t(表3)。

表2 秸稈和畜禽糞便能值轉(zhuǎn)化率表

表3 現(xiàn)有處理方法產(chǎn)污情況

《GB3095-2012空氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定二氧化硫日平均濃度值為0.150mg/m3，氮氧化物日平均濃度值為0.12mg/m3，顆粒物日平均濃度值為0.15mg/m3,一氧化氮小時(shí)平均濃度值為10mg/m3；《GB3838-2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定 COD濃度值為20mg/L,BOD濃度值為4mg/L,NH3-N濃度值為1mg/L，TP濃度值為0.05mg/L。需要空氣96.13×109m3及144.6×109m3的地表水來(lái)進(jìn)行稀釋。大氣、水體污染降級(jí)所需環(huán)境貢獻(xiàn)能值分別為1.76×1015sej 和1.74×1022sej，這么大的污染量給自然界空氣、水體及土壤都帶來(lái)了重大環(huán)境隱患。

模式2不存在產(chǎn)污情況，廢棄物全部利用。模式2中的廢棄物資源利用率達(dá)到了2.54×l06sej/J，與模式1中的廢棄物利用率1.338×l04sej/J相比，大大提高了資源的利用率。

使用(飼料+有機(jī)肥)廢棄物循環(huán)處理法，能夠較好地處理掉農(nóng)業(yè)廢棄物，不存在廢棄物存留，有較高的資源效益與環(huán)境效益。但微生物好氧堆肥對(duì)于過(guò)程中溫度、濕度的控制及菌劑的選取都有一定的要求，如果沒(méi)有合理的技術(shù)處理，堆肥過(guò)程中產(chǎn)生的臭氣及蚊蟲的滋生也可能產(chǎn)生環(huán)境問(wèn)題。解決好堆肥過(guò)程中幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的問(wèn)題對(duì)于廢氣物循環(huán)利用至關(guān)重要。

秸稈能值轉(zhuǎn)化率為2.7×104sej/J,畜禽糞便能值轉(zhuǎn)化率為1.33×106sej/J。

[1]藍(lán)盛芳，欽佩，陸紅芳.生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：11-76.

[2] 王小龍.基于生命周期評(píng)價(jià)與能值分析的循環(huán)農(nóng)業(yè)評(píng)價(jià)理論、方法與實(shí)證研究[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué),2016：1-70.

[3] 邊淑娟，黃民生，李娟，陳曉麗. 基于福建省農(nóng)業(yè)廢棄物再利用方式評(píng)估[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2010,30(10):2678-2686.

[4] 畢生斌，張國(guó)云，楊順華，雷明.德宏州農(nóng)業(yè)秸稈焚燒成因及建議[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2016(9).

[5]曹國(guó)良,張小曳,王亞強(qiáng),鄭方成.中國(guó)區(qū)域農(nóng)田秸稈露天焚燒排放量的估算[J].科學(xué)通報(bào),2007,52(15):1826-1831.

Analysis of Comprehensive Disposal of Agricultural Wastes Based on Energy Theory in Dehong

GU Lei, DUAN Li-jie

(Dehong Environmental Supervision Detachment, Mangshi Yunnan 678400, China)

The agricultural wastesinDehong contain 9.217×1022sejofhuge energy. Inappropriate disposal of the wastes would lose energy and pollute air, water, and soil. In order to consume these wastes, 1.76×1015sej and 1.74×1022sej of energy were needed to degrade air and water pollution. The utilization rate of the previous ways of disposing the waste was just 1.338×104sej/J. However, the utilization rate would reach to 2.54×106sej/J when the recycling process of forage and organic fertilizer was applied, which indicated a better resource benefits and environmental benefits.

agricultural waste; energy theory; comprehensive disposal; way; Dehong

2017-01-15

X71

A

1673-9655(2017)03-0087-04