基于能值理论的德宏州农业废弃物综合处理处置方式分析

谷蕾，段立杰

(德宏州环境监察支队，云南 芒市678400)

基于能值理论的德宏州农业废弃物综合处理处置方式分析

谷蕾，段立杰

(德宏州环境监察支队，云南 芒市678400)

农业废弃物蕴涵着巨大的能量，德宏州农业废弃物太阳能值达9.217×1022sej。不当的处理方式会造成能量损失，还可能产生污染空气、水体、土壤的污染物，要稀释这些污染物，大气、水体污染降级所需环境贡献能值分别为1.76×1015sej 和1.74×1022sej。德宏州原有的处理方式废弃物利用率仅为1.338×104sej/J，而使用(饲料+有机肥)废弃物循环处理法，废弃物资源利用率达到了2.54×106sej/J，具有较好的资源效益和环境效益。

农业废弃物；能值理论；综合处置；方式；德宏州

1 德宏州农业废弃物产生背景

德宏州地处云南省西部中缅边界，面积1.15万km2，位于东经97°31′～98°43′、北纬23°50′～25°20′。气候温和，年平均气温18.4℃～20℃。热量丰富，年日照2281～2453h，年积温6400～7300℃。雨水充沛，年降雨量1400～1700mm。是一个传统的农业州，全州耕地面积12.6万hm2，其中水田面积6.0万hm2，旱地面积6.6万hm2。

德宏州内盛产水稻、甘蔗、橡胶、茶叶、咖啡等粮食和经济作物，是云南省的商品粮和蔗糖生产基地。全州年农作物总播种面积约229966.7hm2，年产生农作物秸秆总量约192.88万t。由于秸秆综合利用的意识薄弱，秸秆一直被视作废弃物，特别是夏秋时节，其中的西瓜藤及烟叶秆，用作饲养饲料效果不是很好，大多被随意丢弃或焚烧。随意丢弃的秸秆进入水体后，对水体环境产生很大的影响。采用焚烧处理，烟气中含有CO、SO2、NOx以及颗粒物，对大气环境污染严重，导致空气质量逐渐下降，经常有雾霾现象出现。大气污染问题已经引起政府部门的高度重视，专门发布了《德宏州人民政府关于加强环境整治禁止露天焚烧秸秆的通告》，禁止露天焚烧农业废弃物，但收效甚微。德宏州秸秆资源的作用不但没有被充分发挥，还造成了安全隐患、环境污染、土壤肥力下降等一系列环境问题。因此，如何从根本上增强农民的环保意识，寻求合理合适的处理方法，已成为德宏州农业和农村经济可持续发展面临的一项重大难题。

德宏州养殖业蓬勃发展，截至2015年底，全州生猪出栏73.1万头，生猪存栏77.4万头；肉牛存栏4.5万头，肉牛出栏6.5万头；全州家禽出栏667.3万只，家禽存栏达437.0万只；肉用羊出栏6.0万头，羊存栏达到9.4万头；水奶牛存栏量1.5万头。如表1所示，养殖业粪便尿液年产生量约305万t。大部分养殖户为小规模散户养殖，污染物处理随意性强。不当的处理可能影响地下水水质、空气质量、土壤环境、人类健康，是环境的重大隐患。

2 研究方法分析

能值分析是以能值为基准，把生态系统和生态经济系统中的不同种类、不可比较的能量转换成同一标准的能值来衡量和分析，以评价其在系统中的作用和功能。HTOdum[1]认为任何资源、产品或劳务形成过程中，直接或间接消耗的能量，都可以转化成太阳能值，单位为太阳能焦耳(solar Emergy joules，缩写为sej)。太阳能值是通过能值转化率来进行计算的，能值转化率是指形成1J产品或劳务所需要的太阳能值，单位：sej/J或sej/g。

农业废弃物能值总量中的畜禽粪便由排泄系数法计算所得。

农业废弃物人均生态承载力:E=e/P1

式中：E为区域农业废弃物人均生态承载力；e为人均农业废弃物理论能值；p1为全国农业废弃物能值密度。

表1 德宏州主要畜禽粪便年平均排放量

污染降级所需环境服务能值：

EA=DCxmAxV2

EW=mwxG

式中：DC为风阻系数(0.002)；v表示风速(1.7m/s)；G表示吉布斯自由能(4900J/kg)；mA、mw表示稀释系统环境潜在的污染排放所需要的空气和地表水质量。空气密度1.29g/L，水密度1kg/L。

废弃物利用率=系统中再利用废弃物贡献的总能值/系统产出的产品有效能量，单位Sej/J,是衡量系统对废弃物的再利用程度[2]。

将德宏州内原有的处理方式作为模式1(能流图如图1)，秸秆与畜禽粪便分别为两个单独的处理系统。秸秆45.85%用于还田，25.39%用来生产饲料，1.03%用来作为食用菌基料生产食用菌，还有部分丢弃或焚烧。畜禽养殖粪便尿液年产生量约为305万t，综合利用率为54.67%，主要一部分用于制沼气，沼液沼渣用于还田。模式2主要将秸秆与畜禽粪便用于生产有机肥，有机肥的生产是利用秸秆与畜禽粪便经过配比后，在一定温度及湿度下，采用好氧堆肥堆制而成。有机肥用来种植，部分秸秆用来生产有机饲料，饲料用来喂养畜禽，形成一个闭合的废弃物利用系统，最终产出高品质的种植物及畜禽(能流图如图2)。

3 结果分析及结论

德宏州国土面积1.15万km2，人口121.144万人。其中农村人口797370人，占65.82%(据德宏州第六次全国人口普查资料)。每年约产生农业废弃物4981696t，共蕴含太阳能值9.217×1022sej(表2)。由于该人均生态承载力为农业废弃物，选取人口为农村人口，则通过计算求得德宏州人均生态承载力为0.3635×103hm2/人。与福建省年平均生态承载力2.262hm2/人相比[3]，人均生态承载力较强。

由于传统观念的影响，现有的处理方式使大量的能源流失：秸秆每年焚烧量为40.5万t，占21%；弃置乱丢量为138400t，占总量的7.18%：造成大量的烟气污染及固体废弃物污染[4]。秸秆焚烧后，按照秸秆燃烧排放因子计算[5]，可能产生一氧化碳量为3.726万t，二氧化碳量为61.35752万t，氮氧化物量为1012.5t，二氧化硫32.4t，颗粒物5265t，甲烷1093.5t，挥发性有机污染物6358.5t。这些污染物是造成空气质量下降，导致温室效应的重要原因。德宏州属于亚热带季风气候，雨量充沛，早晨易形成雾，风少，导致污染物不易消散，附着于潮湿空气中，易出现雾霾天气。

德宏州粪便尿液年产生量约为305万t，综合利用率仅为54.67%，主要用于制沼气。虽然沼气为低污染能源，但沼气锅炉燃烧，每年仍然会产生烟尘6.188t，SO21.91t。未利用的畜禽养殖污染物，随意排入自然界。每年进入自然界的COD、BOD、氨氮和总氮分别为8.104万t、5.84万t、1.77万t、0.723万t(表3)。

表2 秸秆和畜禽粪便能值转化率表

表3 现有处理方法产污情况

《GB3095-2012空气环境质量标准》规定二氧化硫日平均浓度值为0.150mg/m3，氮氧化物日平均浓度值为0.12mg/m3，颗粒物日平均浓度值为0.15mg/m3,一氧化氮小时平均浓度值为10mg/m3；《GB3838-2002地表水环境质量标准》规定 COD浓度值为20mg/L,BOD浓度值为4mg/L,NH3-N浓度值为1mg/L，TP浓度值为0.05mg/L。需要空气96.13×109m3及144.6×109m3的地表水来进行稀释。大气、水体污染降级所需环境贡献能值分别为1.76×1015sej 和1.74×1022sej，这么大的污染量给自然界空气、水体及土壤都带来了重大环境隐患。

模式2不存在产污情况，废弃物全部利用。模式2中的废弃物资源利用率达到了2.54×l06sej/J，与模式1中的废弃物利用率1.338×l04sej/J相比，大大提高了资源的利用率。

使用(饲料+有机肥)废弃物循环处理法，能够较好地处理掉农业废弃物，不存在废弃物存留，有较高的资源效益与环境效益。但微生物好氧堆肥对于过程中温度、湿度的控制及菌剂的选取都有一定的要求，如果没有合理的技术处理，堆肥过程中产生的臭气及蚊虫的滋生也可能产生环境问题。解决好堆肥过程中几个关键点的问题对于废气物循环利用至关重要。

秸秆能值转化率为2.7×104sej/J,畜禽粪便能值转化率为1.33×106sej/J。

[1]蓝盛芳，钦佩，陆红芳.生态经济系统能值分析[M].北京：化学工业出版社，2002：11-76.

[2] 王小龙.基于生命周期评价与能值分析的循环农业评价理论、方法与实证研究[D].北京：中国农业大学,2016：1-70.

[3] 边淑娟，黄民生，李娟，陈晓丽. 基于福建省农业废弃物再利用方式评估[J].生态学报,2010,30(10):2678-2686.

[4] 毕生斌，张国云，杨顺华，雷明.德宏州农业秸秆焚烧成因及建议[J].现代农业科技,2016(9).

[5]曹国良,张小曳,王亚强,郑方成.中国区域农田秸秆露天焚烧排放量的估算[J].科学通报,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