城乡统筹视角下农业废弃物能源化利用的路径及对策研究

2018-12-19毕婷婷王昌梅赵兴玲刘士清张无敌

江西农业学报 2018年12期

毕婷婷，胡涵，尹芳，王昌梅，赵兴玲，吴凯，刘士清，柳静，杨红，张无敌*

(1.云南师范大学，云南昆明 650500；2.红河州农业环保工作站，云南蒙自 661199)

0 前言

全面建设小康社会是国家提出的奋斗目标，重点在于农村的发展，难点也在于农村，农村脱贫致富了，生活水平提高了，步入了小康生活，我们的国家才能完整进入小康社会。当今，“三农”问题中最突出的问题就是，农业资源的利用率不高、农村环境遭到破坏等，并且，随着城镇的城市化进程不断加快，面临着严重的大气污染、水源污染和垃圾污染等一系列问题。据统计：全国每年规模化养殖场生产畜禽粪污20.5亿t，综合利用率不到60%，全国每年秸秆的产量近10.4亿t，未利用的近2亿t[1]，这些未实现资源无公害处理的农业废弃物数量多、且随意堆放、焚烧，使城乡生态环境的发展面临着严峻的考验。党的十九大报告提出“实施乡村振兴战略”，国务院出台的《关于加快推进畜禽养殖废弃物资源化利用的意见》也提出：重视供给与环境并重，坚持通过源头减量、市场化运作、过程控制等措施，全面推进畜禽养殖废弃物的资源化利用，以农用有机肥和农村能源为主要利用方向，构建种养循环发展机制，预计到2020年，全国畜禽粪污综合利用率达到75%以上[2]。2017年，全国“十三五”沼气规划文件中指出：围绕解决农村环境差，资源不合理利用等问题，明确提出，发展、推广沼气是可持续的模式和机制，也是辐射引领各地加快改善农村人居环境，建设美丽宜居乡村的有效方法。

1 城乡废弃物

农业在我国国民经济的发展中占有重要地位，我国每年在社会经济各种活动和产品生产、流动过程所产生的固体废弃物近似于1.21010t，然而，仅农村废弃物产量就高于5.3109t[3]。我国的农业废弃物是指整个农业生产中被丢弃的有机物质，主要分为：种植业废弃物、养殖业废弃物、农业加工业废弃物、农村生活废弃物[4]。其中，在种植业废弃物中，秸秆资源占很大比例，主要以小麦、油菜、玉米、棉花、水稻和豆类等秸秆为主。目前，秸秆资源在农村的含量是非常丰富的，但是由于人们的认识水平低，受传统观念影响，多数农民将废弃的秸秆就地焚烧，他们认为这样相当于给土地增施了草木灰肥，还可以将地表的杂草、害虫、作物病菌有效去除，实际上，这不仅会造成环境的污染、资源的浪费，对土壤也有一定的副作用[5]。与此同时，随着经济的发展，农村的养殖规模也在日益扩大，畜禽的粪便得不到合理的处置，乱堆乱放，不仅对生存环境造成了污染，并且大量的粪便直接排入田间、地下水和河流，对水体污染也日益严重等[6]。总之，农业废弃物量大、面广，用则利，弃则害。

城镇是农村和城市重要的结合点，是农业产业化服务的载体，是两者沟通的重要桥梁[7]。在城镇发展的同时，生活垃圾(粪便、食品垃圾、厨余物、污水等)治理已经成为城市发展亟须解决的问题。发展循环经济体系，不仅使这些废弃物“变废为宝”，解决了各种污染问题，并使其得到充分利用，对解决我国目前能源短缺的现状也具有重要的意义[8]。

2 城乡发展沼气规划设想

在城乡发展过程中，农业废弃物、有机生活垃圾、畜禽粪便、生活污水等污染严重，多数采用肆意的焚烧、填埋等方式等处理，使其没有得到合理的二次利用，不利于生态环境的建设，也违背了我国可持续发展的战略。沼气发酵系统能够有效地利用回收各种有机废弃物，尽可能发挥出有机废弃物的最大功效，使其资源化，是比较理想的能源回收系统[9]。它的产物——沼气、沼肥，在居民生活、农业生产、生态环境维护等方面，起着举足轻重的作用。一个8～10 m3的沼气池，产生的沼气可以供3、4口人家的正常做饭和生活照明。那么，如何通过沼气发酵系统，将这些放错位置的垃圾变成宝，对城乡发展沼气作出进一步的规划设想。

2.1 依据理念

根据循环经济的基本原理，它关注的永恒主题就是资源效应的最大化和最优配置，也是其原理坚持的最根本法则，遵循物质循环模式是“资源—产品—再生资源”，并强调经济、社会、环境的最佳关系[10]。生态系统中任何有机排泄物或呼吸出来的废气、植物的残枝、动物的腐尸等，这些都可以再次进入生态系统，通过另外一种表现形式参与再循环，经过能量的储存与释放，维系生态系统的平衡[11]。

2.2 沼气位置安放条件

就目前统计来看，全国每年规模化养殖场生产畜禽粪污20.5亿t，综合利用率不到60%，全国每年秸秆的产量近10.4亿t，未利用的近2亿t[1]，除了正常的饲料和生产加工以外，如果将其剩余的秸秆和畜禽粪便等用于沼气发酵，每年农村可产各类畜禽粪便34.8108t和6.2108t农作物秸秆，将两者用于发酵原料分别可产沼气536.2108m3和744108m3，人粪尿1.7108t，可产沼气88.4108m3[9]。根据笔者调研，在农村建立沼气池所面临问题包括：(1)户养家禽、作物秸秆用作沼气发酵原料供其个人家庭生活基本没什么问题，但是由于农户的认识水平比较低，对沼气池的管理技术掌握还不到位；(2)建池的资金筹备不足，政府补助等支持力度小；(3)沼气池的后续服务体系不健全，导致沼气池出现重建轻管，甚至废弃的现象[12]。

在城镇不断发展的过程中，环境基础设施却出现了严重的滞后现象[13]。在土地资源有限的情况下，有机废弃物必须找到一个合理有效的解决办法，促进能源的循环利用，而绿色无污染沼气发酵技术成为首选。在城镇建立沼气池已经具备的条件：(1)拥有相关的沼气企业、公司等通过合作给予一定的经济支持；(2)拥有众多沼气池方面的专项技术人员、专家、科研机构等；(3)交通、水力、电力等基础设施也十分方便；(4)大中型养殖场、有机垃圾回收场等使沼气发酵具备充足原料。综合以上分析，为了进一步带动农村建立沼气池，规范管理，充分认识沼气、沼肥，将先在城镇建立沼气池，通过示范作用，带动农村。

将城乡各自的优势条件进行充分结合，针对沼气工程的长远发展，仍需要考虑几个主要问题：(1)建池方位布局方面：应该首先理清楚区域内关于沼气肥的需求现状，就目前而言，人们对绿色有机肥的认可程度逐渐提高，先考虑有需求的小范围地方，然后满足区域，再进行外延，通过创建互联网打造关于沼肥产业的线上线下服务，提高市场销路，进一步拉伸沼气产业链条，提升经济收入；(2)沼气发酵原料方面：供给的原料主要以大中型的养殖场为主，以农户和周围的小型养殖场及生活有机垃圾为辅，进一步带动周围农户和养殖场的发展，位置的选择尽量布局在基础设施相对完善的种养殖中间地带；(3)沼气池技术、工艺方面：截止2015年统计，全国户用沼气池达到4193万户，大型沼气工程6737处，中小型沼气工程10.4万处，以秸秆为主要原料的沼气工程达458处，以畜禽粪便为主要原料的沼气工程达11万处[1]，国家高度重视农村沼气的发展事业，建设了沼气工程示范区，在设立城乡沼气池时，应该多吸取建池成功经验，结合当地的沼气方面人才资源、其他社会条件情况等，进一步掌握建池的技术。

2.3 实施方案

通过沼气发酵系统，秉承城乡有机废弃资源能够得到最大化利用的理念，各取所长，发挥优势，在发酵原料的选材中，从农村选取农作物秸秆和畜禽粪便，在城镇通过公厕粪便、生活污水、有机废弃物等，结合城镇各种便利的条件，根据要素叠加，将两者科学合理地组合起来，如图1所示。

图1 城乡沼气池综合利用图

采用“农户+合作社+企业”的发展模式，合作社按照市场价从农户那里将发酵原料按照市场价进行收购，再将原料进行分类、整合，然后运输到沼气厂，从中给予合理的运输费用，大中型养殖场负责原材料的发酵加工，并联系市场的销路，沼气池后续服务工作人员由养殖场企业派人，以保证沼气池正常的运行；对于没有养殖业的农户来说，可以通过合作社这个中间媒介，用粪便或者作物秸秆来向企业换取沼肥，也可以购买商品沼肥；对于路途遥远、交通不便且经济能力比较差的农户，通过合作社双向联系、沟通，可以使养殖企业在农户田地中创建蔬菜、水果等有机种植基地，用劳动力来换取有机肥，且在收获季节中给予合理的报酬。本着城乡合建沼气池双赢的目标，积极响应国家建立绿色乡村、美丽乡村、魅力乡村的号召，先做好城镇示范效果，再进一步带动农村，大力推广沼肥种植作物的理念，秉承用事实说话，城镇沼气厂可以按照市场价格对农户家中的粪便、秸秆等进行收购，然后提供农户沼气和商品肥，价格制定要比市场价其他的肥料和燃料价格低一些，与此同时，也为了进一步减轻就业难的压力，积极鼓励农户进厂当工人，免费培训沼气发酵技术，并且每年免费发放一定量的沼肥，用于试种，让农户不仅真正学到沼气发酵技术，而且切实看到农作物的品质和收益，起到一举两得的效果。

将符合发酵的原材料从城乡中收集起来后，经过严格的厌氧发酵，产生的沼气和沼肥(沼液、沼渣)能在不同领域发挥着它们的作用。产生的沼气可以用作生活燃料、照明，可以直接用来发动各种内燃机，当城镇有些工厂电力不足或供应不稳定，可以用沼气发电；还可以作为汽车的动力，尾气没有黑烟，利于保护环境，是一个很好的能源利用方式。在种植业中，沼液主要用于叶面喷肥，防治作物病虫害、根部追施、做无土栽培的营养液等；沼渣主要用于作基肥、追肥、制作营养土等；在养殖业中，沼气肥可以作动物饲料的添加剂，加快动物的生长发育等；如果将沼肥制成商品肥，不仅可以解决远距离运输，还可以销往各地，增加经济效益。

2.4 模式构建结果规划

通过沼气发酵系统，规范生产，起好带头作用，并通过给农户优惠的策略，使农户几乎都施用沼肥，使其深切体会到不仅成本低，还能种植出绿色无公害的农作物，从根本意义上认识沼肥。随着宣传力度的增加，进一步带动地理位置相邻的城镇、农村，扩大沼肥使用的辐射圈，由近到远逐步过渡，解决城乡环境污染问题，最大限度地利用有机废弃资源，变废为宝(图2)。

图2 沼气产业辐射图

根据区域协同发展的理念，以市场为主导，政府为推动力，通过人流、物流、资金流、信息流等各种经济要素间的相互关系，形成相互联合、功能分工、协同发展的系统和发展模式[14]。如图2所示，在城镇建立沼气池，尽量选择周边农村集中地带为中心，交通相对便利，便于开展沼气工程。随着城镇沼气池规模的逐渐扩大，沼肥在种植农作物方面效果日益显著，对减少城乡生活垃圾、环境污染等也有所改善。通过免费培训沼气发酵技术，感兴趣的农户有了更加深入的了解，然后逐渐从重新开启自家的沼气池，慢慢形成以点带面，最后形成片，农村使用沼气池数量逐渐增多，能源得到了较好循环，绿色乡村指日可待。沼气池使用量的增加，一定程度上带动了农户的经济效益，慢慢辐射周边临近的城镇、农村，辐射范围越来越大，从而实现污染的低排放甚至是零排放。

3 城乡沼气发展的路径

城乡沼气池的建立要着眼全局，统筹全方面发展，通过科学合理布局，促进能源循环，加强生态治理等，使其相互影响、相互促进、相互配合，最终产生协同效益[15]。把城乡的“三废”(秸秆、有机垃圾、粪便)变为“三料”(饲料、燃料、肥料)，通过延伸农业产业链条，提高资源的利用率，实现保护环境、可持续发展和提高经济效益的发展目标，实现农业的现代化[16]。

3.1 城镇沼气建立要以政策为导向

城镇沼气池的建设必须深入贯彻习近平总书记在党的十九大报告会中的明确要求：要把能源工作放在生态文明建设的重要位置，落实绿色发展的理念，加强生态文明建设，不断促进绿色消费方式。要适应农业的生产方式、顺应市场的需求、人们的生活方式以及人们用能方式的转变，要始终坚持清洁能源的供给、生态环境保护和循环农业相结合的理念[17]。在国家政策的依托下，地方应该结合当地有机废弃物资源的利用情况，出台相关的规章制度，加强立法监督，并且尽快颁布实施，给广大人民建立起规范的指导。通过建立标准化体系，坚持市场导向，政府扶持，建立废弃物标准化分类收集，专业化处理、规范化运转，在农业废弃物转化增值中延伸产业链条，促进沼气、沼肥的高效利用。

3.2改善能源消费结构

目前，我国城乡生活用能多数以煤炭为主，天然气、石油次之，有些地方还以柴木作为生活燃料，乱砍乱伐，造成森林破坏、植被减少；燃烧煤炭，造成环境污染、影响人的身体健康、温室效应严重等一系列问题。据资料显示，如果通过发展沼气来代替30%的农村居民煤炭消费，则相当于消耗1479.44万t的煤炭，同时也相当于减少4438.31万t的二氧化碳的排放[18]。因此，城镇建立沼气池，必须先解决环境问题，将污染降到最低。要制定出长远的能源计划，拉伸沼气的产业链条，使种植业和养殖业有机结合，根据各行各业能源的使用类型和现状，科学合理地制定出相应的能源消费量。

3.3 提高人们生态环境保护意识

随着时代的进步和生活水平的提高，为了满足人们的需求，多数生产者追求经济利益，只顾眼前，忽视环境承载力，肆意地破坏、排放有害气体等，破坏了生态平衡，有的地方甚至遭受了大自然惨痛的“回报”，农村畜禽粪便肆意排放，臭气熏天等。因此，应该加大宣传力度，增设多种途径，以政策为依托，鼓励、引导人们，通过开展培训工作，多进行一些讲座，大力提倡发展沼气池，使农户具备一些基础理论知识，进行充分了解，从内心接受这个能源工程，不仅是处理城市废弃物需要的能源环境工程，也是处理农业生产废弃物的能源工程，是促进能量循环利用，保护生态平衡，建立绿色家园的有效手段。

3.4 加强企业、农户的联系

沼气工程的建立，要结合当地的实际情况，充分利用现有的城市、农村资源，合理布置物质和能量的多级利用，采用科技资源，加大科技投入，借助企业的力量进行技术攻关，延伸沼气的产业链条，以企业和农户为中心[19]，有机结合种植、养殖，探索出农业有机循环发展的路子。随着沼气用户使用量的增加，要做好后续的服务工作，以保证农户正常使用沼气池和安全使用沼气池的操作。

3.5 建设废弃物资源化分类管理模式

为了使沼气工程的产气、沼肥效果有所保障，其操作过程、设备是一方面，发酵原料的质量也有着至关重要的作用。针对回收的农业有机废弃物，应该成立专门的处理机构，进一步进行精细的分类、处理、加工、销售等，更好地选择发酵原料。将一些产气效果不好的发酵原材料，进行进一步资源化处理，提升“二次”利用的价值，依靠高效商业化模式，使其在其他方面发挥作用，避免资源的浪费，进一步增加养殖企业的收入，提高其积极性。

3.6 重视多方面的产业融合

城乡建立沼气池，不仅要依靠政府的支持与引导，坚持市场的导向，凭借城市各种便捷的有利条件以及广阔的机遇和挑战，充分利用农村有机资源。通过农业与其他产业的有机融合，把生产、加工、流通链接起来，实现农业全产业链的发展，增加农业的产业链条，提高产品的附加值，从而推进农业现代化和缩小城乡差距的收入[20]。利用好现代社会各种信息宣传、交流平台，如：互联网、电视、微博等，加大宣传力度，及时掌握人们的生活需求和最新动态。

4 总结与建议

目前，我国城乡经济发展仍不平衡，农村大部分地方只重视农业的发展，忽视了其他产业，在很多方面都落后于城市，如何找出促进农村经济发展的动力，合理分配各种资源，调整产业结构，切实解决“三农”问题，响应国家的号召[21]。城乡发展过程要统筹兼顾，全面发展，将经济建设和城乡建设双管齐下，制定科学有效的发展方案，促进加快城乡一体化的形成[22]。通过沼气发酵产业，合理利用农村有机废弃资源，解决畜禽粪便大量堆放造成的环境污染、资源浪费等问题，沼肥使用促进无公害蔬菜的产生，农户以较低的成本，不仅带来了生活燃料(沼气)，还带来了一定的经济效益。通过沼气池的建立，利用农户身边的资源，从基础发展，逐渐缩小城乡贫富差距，建立生态农村，促进能源经济循环利用。