設施農業種植廢棄物厭氧集中處理適用性研究

摘要：設施農業種植規模不斷擴大，致使種植廢棄物的產生量也隨之提高，為全面貫徹和落實國家關于農業種植可持續發展目標，需要選擇適合的廢棄物中處理方法。本文通過對案例中不同類型的設施農業種植廢棄物處理方法分析，選擇厭氧集中處理實驗，結果表明：厭氧集中處理設施農業種植廢棄物具有較高的適用性，但由于外界因素和技術自身的特殊性，在推廣和宣傳上仍有許多工作亟待加強。

關鍵詞：廢棄物；研究材料；溫度可控式；檢測

設施農業的種植業作為一種高質量、高效率、高水平的生產模式，為提高反季節農產品做出了貢獻，為保證供應鏈等起到了重要作用，但是，隨著設施農業種植技術的發展與進步，產生大量種植廢棄物，如果不能科學合理地處理，不僅會占用大量的土地，還會導致自然環境污染，應引起業界的足夠重視。

1 設施農業種植廢棄物處理影響因素分析

為了進一步探索設施農業種植廢棄物的處理效果和處理方法，我們調研了某地區蘋果種植農戶，收集了相關數據，調查內容主要包含蘋果種植情況、對廢棄物認知水平、廢棄物處理意愿以及廢棄物處理方法等。同時，根據所調查地區蘋果種植戶從業者相關因素也進行了統計分析。年齡層次：現階段，該地區的蘋果種植戶主要以51～60歲為主，占據數據收集樣本總量的47%；教育水平：大多數蘋果種植戶的受教育程度普遍不高，大專以上文化程度的蘋果種植戶僅有11人，占據數據收集樣品總量的4.85%；經濟收益：種植蘋果的農戶大多數經濟收益相對可觀，其中，年收入5萬～10萬的種植農戶約為130戶，占據數據收集總量的57%；收入來源渠：以蘋果種植為主的農戶占據7.16%，兼職種植蘋果的農戶占據9.5%。由此可見，該地區蘋果種植的范疇相對較大，參與農戶數量多。總體評價：種植人員的知識水平總體不高，無法科學合理地處理農業設施種植廢棄物，即便自身具有廢棄物處理意識，但是，也無法選擇適合的處理方法。

1.1 包裝廢棄物

在農業生產以及設施農業種植過程中，包裝廢棄物主要指生產過程中所使用各種類型包裝物，比如：設施包裝、農藥包裝以及廢棄的蔬果包裝袋等，其中，農藥包裝廢棄物主要指農藥在使用后，被廢棄的包裝物或者與農藥直接接觸含有殘留物的包裝物，如農藥瓶、農藥桶、農藥袋等，由于種植地區的地理特點和自然環境，在蘋果種植期間極易受到病蟲害的影響，所以，農藥是蘋果種植和生長過程中必不可少的輔助試劑，加上當地政府對于農業設施廢棄物處理政策不完整，種植地區出現大量的農藥廢棄包裝物。除此之外，部分蔬果包裝袋屬于塑料制品，無法輕易被降解，如果數量龐大后，仍然會對自然環境造成污染，需要加以重視，選擇適合的集中處理方法[1]。

1.2 種植廢棄物

在種植廢棄物中，蘋果果樹的廢棄枝條主要指樹木在生長過程中，由于受到病蟲害的影響，種植農戶需要將損壞的枝條進行修剪，或者隨著樹木的生長枝條自然脫落。而相對于其他農作物來說，蘋果樹木的枝條中包含大量的纖維素，是木質物質生長的核心構成部分，所以，在生物能源的種植和生產中，不僅扮演著十分重要的角色，還可以選擇適合的轉化技術，將枝條轉化自然環保可持續使用的清潔燃料，對于農業種植和城市發展來說都起到了重要作用，具有現實意義。

1.3 反光膜廢棄物

反光膜廢棄物主要指在農業種植期間，由有機高分子塑料以及單品質鋁元素所構成的一次性鋁塑合農業產品，尤其蘋果在種植和培養過程中，對于陽光的需求量相對較高，但由于蘋果通常以樹木種植為主，因此陽光照射均勻度不足，對此越來越多的農戶選擇反光膜，確保陽光通過直射或者散射將光線均勻地反射在樹冠層內，使果樹下層果實同樣能夠充分接觸到陽光，提高蘋果自身的糖分物質，有效保證蘋果種植質量。

2 設施農業種植廢棄物處理流程研究

2.1 試驗材料

鑒于研究試驗點所種植植物的特性，本次選擇蘋果廢棄枝條進行厭氧集中處理，同時，為保證研究結果的通用性和準確性，研究材料的選擇除了選擇蘋果枝條以外，還選擇西瓜藤、番茄莖稈、黃瓜藤以及小白菜等不同的農業設施種植廢棄物，并將其研究結果與蘋果枝條廢棄物相互對比，從而確保研究和實驗結論具有通用性[2]。

2.2 廢棄物處理設備

本次試驗將采用溫度可控式沼氣潛力檢測裝置，同時，在檢測輔助設備的選擇上，采用針筒反應器，因為傳統的檢測產氣潛力方法通常為排水及氣法，但由于所選擇的排水瓶材質會受到不同水壓參數的影響，又或者在試驗過程中，由于排水瓶內部需要經常換水，一旦操作不當會造成試驗結果誤差性過大，而針筒反應器則有效避免了以上問題，該設備能夠有效將所產生的氣體，通過活塞指數變化作為檢測計量的標準，以此有效計算不同物質在厭氧環境下所產生的氣體數量，同時由于真空反應器自身結構相對簡單，操作便捷，所以能夠盡可能減少人為操作因素所造成的數據誤差。同時，該設備在外部結構中安裝有恒溫裝置，所以，同樣能夠避免裝置內部溫度出現異常情況，保證內外溫差的穩定性。

在試驗過程中，設備主要由動力設備、移動圓盤、溫度控制裝置、針筒反應器等共同構成，其中，動力設備需要根據氣體產生數量進行轉動，從而帶動圓盤產生間歇性轉動；圓盤則為雙層結構，其內部空間需要使用螺栓固定，保證可以與動力設備同步轉動；反應器通常為圓柱形，并且表面帶有刻度的玻璃針筒，一般情況下，反應器的量程為150 mL，并且在出口安裝有攜帶控制裝置的橡膠管，確保反應器能夠始終處于密封狀態；在實驗過程中，溫度儀是保證實驗結果精準性的重要設備，所以，通常情況下需將溫度控制在38℃[3]。

2.3 實驗步驟

在實驗過程中，由于所選擇的針筒類型反應器容量較小，所以，加入的實驗原材料較少，為了保證蘋果廢棄枝條實驗結論的準確性，增加了許多對比物質，物質中有根莖，有葉片，如果原材料單次加入過少，會導致物質產生反應時出現不穩定現象，從而影響檢測結果。對此需要將不同類型的實驗原材料各選取1 kg，并且均勻分割成5 mm，隨后選取不同測試樣品時10 g加入針筒中，并且加入至少50 g的污泥材料，保證原材料與污泥充分攪拌后讀取針筒內的刻度，一切處理完成后，將設備放進溫度可控制的產氣潛力檢測設備進行溫度發酵，測試人員則需根據沼氣產生情況讀取活塞的刻度變化，并放出部分氣體，確保針筒內具有足夠的反應體積，連續檢測數天后觀察樣品的變化情況，如果沒有產生明顯變化，則認為樣品已經發揮出全部的厭氧消化和產氣能力，進而結束整個實驗流程，隨后重復相同流程設置多組對照小組。

3 結果

3.1 研究數據

實驗結束后，通過進一步檢測不同植物的結構密度，進而得出相關數據，其中，蘋果枝條的密度最大，其次為番茄莖稈，小白菜的密度最小，其核心原因是番茄以及蘋果枝條的莖稈構成相對復雜，而小白菜的根莖較小，葉片占比較大。針對樣本中的農業設施種植廢棄物成分進行詳細分析后，能夠觀察出由于小白菜的根莖含量較小，葉片含量較多，所產生的氣體較少，而蘋果廢棄枝條、番茄根莖、西瓜藤蔓由于根莖部位的占比較大，所以，產生氣體較多，含水率相對較低；西瓜藤蔓的蛋白質含量最高，小白菜的蛋白質含量最低；黃瓜的藤蔓由于自身所具有的特殊性，纖維素含量最高，小白菜由于根莖和葉片的水分含量過高，所以，纖維素最低；在鉀元素含量的檢測上，所有的樣品原材料大致相同。但由于小白菜的含水量含糖量較高，自身纖維素含量最低，所以，在實驗過程中，該物質最容易產生厭氧消化現象，反而其他根莖類的樣品由于自身包含較高的纖維素和蛋白質，所以產氣能力更高。

在設施農業種植廢棄物厭氧集中處理適用性的研究上，由于厭氧化學反應實施過程中原材料的選擇至關重要，直接影響反應效果，所以，相關團隊還要針對樣品中的廢棄物質進行碳氮元素的檢測，如果碳氮元素的結構比過高，則會導致厭氧消化反應過程中氮元素不足，阻礙了廢棄物質的消化[4]。針對以上樣品物質進行檢測和計算，進而得出相關結論，除了番茄根莖以及蘋果廢棄枝條以外，其他原材料的碳氮結構比均不處于最佳范疇內，無法充分發揮出原材料厭氧消化的基礎性能，由此可見，蘋果廢棄枝條和番茄根莖在厭氧消化過程中，化學反應更加穩定。

3.2 轉化潛力

根據實驗結果和樣品中不同物質的基礎屬性可知，在整個試驗流程中，原材料在反應第2～3天后出現第1個沼氣產生高峰，數值隨后快速下降，而在測驗的第6～12天后產生第2個高峰數值，直至反映到第22天后數值則趨于平穩，在反映第42天后，幾乎無任何氣體物質產生。

除此之外，不同的測試原材料所產生的氣體也各不相同，其中，番茄根莖和蘋果廢棄枝條的產氣速度相對較快，西瓜藤蔓的產氣速度雖然較慢，但是，產氣速度十分平穩。以上結果表明，無論是何種原材料，在反應5～10 d后，均能夠達到總產氣量的50%；20～25 d后產氣量基本處于平穩狀態，42 d后產氣量無法有所突破，其產氣潛力相對較大，能夠滿足普通早期工程的實際需求。

4 廢棄物厭氧集中處理策略

4.1 集中處理問題

4.1.1 運輸體系

通過對以上農業設施種植廢棄物厭氧集中處理適用性進行研究和分析，案例中所種植的蘋果廢棄枝條轉化效果相對較高，能夠應用于沼氣處理工程中，但由于大多數沼氣工程所建設的區域相對偏遠，并且工程項目所涉及的施工流程相對復雜，因此園區建設面積較大，加上案例中種植蘋果的農戶相對分散，所以廢棄物的收集難度系數高，在運輸方面需要支出大量的經濟成本和人力投入。除此之外，部分廢棄物在運輸和處理期間，會由于人工操作或外部環境等相關影響因素，出現二次污染或遺落等相關問題[5]。

4.1.2 能源消耗

由于該地區屬于我國北部，所以季節溫差相對較大，一旦進入到冬季后，種植環境相對惡劣，氣溫指數過低，此時，為了保證該地區沼氣工程正常運轉，維持厭氧發酵所需要的溫度環境，要投入大量的人力、物力和財力，消耗更多的加熱能源，長此以往，會造成沼氣工程運行成本和經濟投入量大幅度提高，增加了城市建設的壓力，此時如果政府不能增加經濟投入，有效扶持沼氣工程，則極易造成工程項目中

斷運行。

4.1.3 銷售渠道

由于案例中蘋果種植地區所具有的特殊性，當地對于沼氣所產生的肥料認知不完整，雖然早期工程所產生出的肥料質量水平高，并且具有環保性，能夠確保農戶種植效果，但是，由于此種類型的肥料產量較少，所以，沼氣肥料在運輸應用和銷售等相關方面都具備一定困難和問題，所產生出的肥料只能用于園區自用，無法保證沼氣工程的可持續發展。

4.2 處理策略

4.2.1 優化運輸體系

想要有效解決農業設施種植廢棄物厭氧集中處理，在運輸結構體系所出現的問題與不足，相關部門則需要根據廢棄物自身所具有的特殊性，建立收集和運輸網絡結構體系，并在該地區各個種植范圍設定廢棄物收集點，并配備專業的運輸設備和收集系統，同時，還要加強對廢棄物運輸結構體系的監督和管理，盡可能減少廢棄物二次污染問題。在運輸體系的設立和優化上，還可以選擇與周邊物流企業相互合作，以此有效降低運輸所需要的成本支出。

4.2.2 強化節能改造

為保證能源損耗問題得以解決，相關部門要盡可能加強對能源的管理力度，并選擇適合的節能技術改造能源使用系統，比如，選擇可行的保溫材料，對厭氧反應設備外部結構進行保溫處理，提高能源的使用效率，同時，還可以加設太陽能、風能、地能等清潔型能源輔助反應設備，降低設備在冬季的能源損耗率。

4.2.3 拓展沼肥銷售渠道

鑒于沼氣肥料的特殊性和應用優勢，沼氣工程以及相關企業要加強對該肥料的推廣應用與宣傳，打開沼肥銷售市場，拓展銷售渠道，提高肥料在市場上的基礎認知度，企業可以與周邊合作社種植農戶建立聯合種植關系，以此有效拓寬肥料的銷售市場，同時還可以對肥料進行二次加工，積極研究和引進有機肥料的相關產品提高沼氣肥料自身的附加價值。

5 結語

根據以上研究結論可知，對于農業設施種植廢棄物來說，厭氧集中處理方法是可行的，能夠有效實現廢棄物的二次利用，并產生沼氣或肥料等具有種植價值的產品，從經濟合理性來看，雖然該技術在前期成本投入力度較高，但是通過長時間的運作后，項目自身仍然存在著一定經濟收益。

參考文獻

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