農(nóng)業(yè)廢物

能源化利用技術(shù) 2009年的國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，“農(nóng)業(yè)廢棄物氣化燃燒能源化利用技術(shù)與裝置”榮獲2008年度國家科技進步二等獎。獲獎成果的非同尋常之處在于，它形成了適合于我國國情的農(nóng)業(yè)廢棄物氣化發(fā)電系統(tǒng)，設(shè)備已全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，技術(shù)處于國際先進水平，投資不到國外同類技術(shù)的2/3，運行成本也降低50%左右。近年來，農(nóng)業(yè)廢棄物的能源化利用越來越受到科學(xué)家乃至大眾的關(guān)注。它在國家能源多元化戰(zhàn)略中占有怎樣的位置？技術(shù)上進展如何？推廣中難點何在？未來的發(fā)展之路又在何方？中科院廣州能源所有關(guān)專家對一系列問題做了解答。

秸稈正在變成“寶貝” “從‘七五’時期開始，我們已經(jīng)在關(guān)注農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用技術(shù)，至今已研究了近20年?！闭勂鹪擃I(lǐng)域的變化，中科院廣州能源所所長吳創(chuàng)之頗為感慨?！?0年前，石油問題并不像今天這么突出，因此農(nóng)業(yè)廢棄物的能源化利用鮮有人去關(guān)注。而現(xiàn)在，它已經(jīng)成為循環(huán)經(jīng)濟和節(jié)能減排領(lǐng)域的重要課題?！?h3 class="title-text">農(nóng)業(yè)廢物秸稈正在變成“寶貝”

吳創(chuàng)之介紹，我國是農(nóng)業(yè)大國，每年產(chǎn)生的各類秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物約6.5億至7億噸，其中約30%還田，20%至30%作為農(nóng)村生活燃料，10%至15%作為飼料或造紙等工業(yè)原料，其余的在地里浪費。

近年來，隨著農(nóng)村生活水平的提高，越來越多的農(nóng)民開始使用煤炭、石油液化氣和天然氣等商品能源，以農(nóng)業(yè)秸稈作為生活能源的地區(qū)越來越少，大量的秸稈在收割季節(jié)就地焚燒，產(chǎn)生大量濃煙和灰塵，污染大氣，成為特殊的環(huán)保難題。雖然國家和很多地方都出臺了秸稈禁燒文件，但由于各種秸稈廢棄物數(shù)量巨大，而目前可大規(guī)模有效利用的技術(shù)途徑較少，浪費和焚燒問題仍然很嚴重。

事實上，這些秸稈完全可以變成“寶貝”。和其他生物質(zhì)一樣，農(nóng)業(yè)秸稈也是植物通過光合作用，把太陽能固定于地球上的有機物，其化學(xué)成分與煤、石油、天然氣等化石類燃料相似，按所含能量計算，2噸秸稈相當(dāng)于1噸標(biāo)煤，這決定了它們具備能源化利用的潛質(zhì)。

但是，由于秸稈能量密度低、種類復(fù)雜，適用于煤和石油的常規(guī)能源技術(shù)很難方便高效地用于秸稈。如何高效、低成本地利用秸稈中的能量，一直是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用的瓶頸問題。

農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用方式多種多樣，可以壓塊成型，也可以液化利用，而發(fā)電利用是目前應(yīng)用最多也最有效的方法。

傳統(tǒng)上，農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)電技術(shù)主要采用直接燃燒，產(chǎn)生蒸氣發(fā)電的辦法。但這一辦法只有在規(guī)模大時效率才高，適于現(xiàn)代化大農(nóng)場或大型加工廠的廢物處理，對于農(nóng)業(yè)廢棄物較分散、收集運輸手段較落后的發(fā)展中農(nóng)業(yè)國家則不適合。目前，國內(nèi)建設(shè)的一些秸稈燃燒發(fā)電站都出現(xiàn)了較大的成本問題，說明大規(guī)模秸稈燃燒發(fā)電技術(shù)在我國確實有較大的局限性。但另一方面，我國農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展迅速，電力供應(yīng)存在較大的缺口，開發(fā)適合我國農(nóng)業(yè)特點的中小規(guī)模生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)，靈活高效地利用農(nóng)業(yè)廢棄物資源，不失為一條有效的解決途徑。

“農(nóng)業(yè)廢棄物氣化燃燒能源化利用技術(shù)與裝置”的研究正是著眼于中小規(guī)模的生物質(zhì)發(fā)電。其推廣應(yīng)用不僅為解決農(nóng)村普遍存在的“秸稈焚燒”難題提供了有效途徑，更對發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟、提高農(nóng)民就業(yè)創(chuàng)造了有利條件。

吳創(chuàng)之算了一筆賬：如果農(nóng)民把秸稈賣去發(fā)電，1畝地1年可增收100元；每建設(shè)一個10兆瓦的項目，就可以解決200個農(nóng)民的就業(yè)。

“我國還承擔(dān)著很重的節(jié)能減排任務(wù)，我們應(yīng)該把農(nóng)村的資源、農(nóng)村的能源和農(nóng)村的發(fā)展結(jié)合起來?！眳莿?chuàng)之指出，如果一個鎮(zhèn)上建這樣一座10兆瓦的電廠，每年能夠減少大約6萬噸的二氧化碳，現(xiàn)在國際上減排1噸二氧化碳成本約為140美元，這樣算來，新的生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)如果得到推廣，將為國家省下一筆不菲的二氧化碳減排成本。

規(guī)模適當(dāng)，效率要高 與傳統(tǒng)技術(shù)相比，新的中小型生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)的優(yōu)勢何在呢？

農(nóng)業(yè)廢物規(guī)模適當(dāng)，效率要高

吳創(chuàng)之介紹，最大的好處在于，傳統(tǒng)的大型燃燒技術(shù)需要一個縣或者幾個縣的規(guī)模，而新的技術(shù)只需一個鎮(zhèn)的規(guī)模，運輸半徑小于10公里。這樣，農(nóng)民開著自己的手扶拖拉機等小型農(nóng)用車隨時都能運送，大大降低了原料運輸和儲存的成本。規(guī)模雖然小了，發(fā)電效率卻得到了提高。新技術(shù)在10兆瓦以內(nèi)，可以達到傳統(tǒng)技術(shù)25兆瓦以上的效率。

在核心技術(shù)上，廣州能源所的專家們實現(xiàn)了三大突破：一是突破了農(nóng)業(yè)廢棄物高效氣化技術(shù)，能夠把秸稈、谷殼、花生殼、樹枝等各種不同特點的生物質(zhì)統(tǒng)一變成可燃氣體，使其像煤氣一樣易于利用；二是研制出了簡單可靠的燃氣凈化集成系統(tǒng)，能夠很好地凈化生物質(zhì)燃氣中的雜質(zhì)，使其達到發(fā)電設(shè)備的要求；三是突破了小規(guī)模獨立應(yīng)用的發(fā)電技術(shù)，提高了發(fā)電效率。

經(jīng)過近10年的研究，廣州能源所已經(jīng)繪制了具有我國特色的農(nóng)業(yè)廢棄物能源利用技術(shù)路線，研制出的農(nóng)業(yè)廢棄物氣化發(fā)電系統(tǒng)具有鮮明的特點。一方面實用性和適應(yīng)性強，在我國大部分地區(qū)都具有推廣的條件；另一方面又具有充分的靈活性，目前研制成功并應(yīng)用的氣化發(fā)電系統(tǒng)最小規(guī)模為200千瓦，最大已達6000千瓦，可以根據(jù)規(guī)模的大小選用合適的發(fā)電系統(tǒng)，符合我國農(nóng)業(yè)廢棄物比較分散的特點。此外，還具有較好的潔凈性，環(huán)保效益明顯。

迄今為止，中小規(guī)模生物質(zhì)氣化發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)、核心設(shè)備和系統(tǒng)集成等方面已取得了6項發(fā)明專利，3項實用新型專利，而設(shè)備已全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，投資不到國外同類設(shè)備的三分之二，運行成本比國外低50%左右。

廣州能源所的專家們正在已有技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)新的技術(shù)。原來只是將生物質(zhì)用來發(fā)電，而下一步他們希望用相同的核心技術(shù)，將生物質(zhì)變?yōu)橐后w燃料，代替農(nóng)村現(xiàn)在用的液化氣，以解決今后農(nóng)村面臨的能源緊張問題。

“現(xiàn)在農(nóng)村的能源主要有三種：一種是在落后地區(qū)仍然在燒的秸稈、柴禾，另一種是燒煤，第三種是沿海發(fā)達地區(qū)農(nóng)村已經(jīng)普遍使用的液化氣。其實，使用液化氣是全國的趨勢，但農(nóng)村不同于城市，存在搭建管道的難題。同時，液化氣肯定會越來越少、越來越貴。未來怎么辦？我們完全可以把秸稈變成液化氣的替代品，去滿足農(nóng)村高層次的能源需求。而這也是國家‘十一五’863計劃正在攻克的一個難題。”吳創(chuàng)之說。

推廣應(yīng)用，初見端倪 在國家863項目支持下，利用生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)在江蘇興化建成裝機容量為5兆瓦的示范電站，該電站示范運行中每天可發(fā)電8萬多千瓦時，年發(fā)電可達2500多萬千瓦時，最高發(fā)電效率達到27.8%左右，是目前亞洲最大的生物質(zhì)氣化發(fā)電廠，也是國際上第一個可以實現(xiàn)商業(yè)運行的中型生物質(zhì)氣化聯(lián)合循環(huán)電廠，性價比處于國際領(lǐng)先水平。運行結(jié)果表明，生物質(zhì)發(fā)電的上網(wǎng)成本約為0.55元/千瓦時，而按我國已頒布的生物質(zhì)發(fā)電補貼辦法，江蘇生物質(zhì)能電價最高可達0.75元/千瓦時，具有明顯的社會經(jīng)濟效益。

農(nóng)業(yè)廢物推廣應(yīng)用，初見端倪

為了提高生物質(zhì)氣化發(fā)電站的成套性和實用性，專家們在進行應(yīng)用示范的同時，又開發(fā)了從400千瓦到10兆瓦的不同規(guī)格的氣化發(fā)電裝置。自2001年以來，已簽訂生物質(zhì)氣化發(fā)電項目27個，總裝機容量40多兆瓦，累計銷售設(shè)備合同額近1.65億元，每年新增發(fā)電量近1億千瓦時。

在我國農(nóng)村，這一新技術(shù)的推廣已經(jīng)取得了顯著效益，在國內(nèi)先后建成中小型生物質(zhì)氣化發(fā)電站22座，為農(nóng)村提供1000多人的就業(yè)崗位；先后利用廢料共30多萬噸，相當(dāng)于節(jié)約標(biāo)煤約15萬噸，避免了大量的焚燒污染，與燃煤電站相比，減排二氧化碳約35萬噸、二氧化硫約5000噸，節(jié)能減排效果明顯。

雖然長期的實踐已經(jīng)證明了新技術(shù)的良好效益，但推廣難的問題也越來越清晰地顯現(xiàn)出來。

“最開始我們在農(nóng)村缺電的地方推廣這項技術(shù)，應(yīng)用于木材廠、碾米廠等鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，由于電比較貴，供應(yīng)又很不穩(wěn)定，這些企業(yè)可以用我們的設(shè)備自己發(fā)電自己用。秸稈焚燒難題凸現(xiàn)出來以后，我們開始瞄準農(nóng)業(yè)秸稈豐富的地方，如湖北、江蘇等盛產(chǎn)棉花(13520,55.00,0.41%)、水稻的省份進行推廣。但目前看來，推廣還是比較困難，問題主要存在于三個方面?！眳莿?chuàng)之說。

問題之一在于生物質(zhì)發(fā)電相對于水電和煤電來說貴了很多。生物質(zhì)發(fā)電規(guī)模小，比較分散，效率偏低，為此，國家進行了每千瓦時電0.25元的補貼。但各種成本算在一起，電價仍然比較高，難以保證企業(yè)盈利，因而對投資者缺乏足夠的吸引力。

問題之二在于原料供應(yīng)沒有保障。農(nóng)民提供的原料是有季節(jié)性的，某幾個月有，某幾個月又沒有。同時，農(nóng)民愿意賣就賣，不愿意賣也沒有辦法。由于對原料的市場控制能力差，電廠的運行時間無法保障。如果一個電廠年發(fā)電6000小時才能盈利，那么只發(fā)電4000小時肯定虧本。

問題之三在于新技術(shù)是適合于分散利用的，而現(xiàn)在分散利用的技術(shù)還不多，因而還沒有明確的政策支持。生物質(zhì)能與風(fēng)能等新能源不同，并不是越大越好?，F(xiàn)有政策補貼明確要求12兆瓦以上的電站，而新技術(shù)適合10兆瓦以下的，國家補貼沒有明確規(guī)定，因而目前的小型發(fā)電項目大部分上網(wǎng)困難。

如何使這項利國利民的農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用技術(shù)真正惠及千家萬戶？吳創(chuàng)之認為，這需要多策并舉：一方面，要盡快探索出有利于農(nóng)業(yè)秸稈收集和管理的模式；另一方面，要發(fā)展更多適于分散利用的農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)電技術(shù)。同時，應(yīng)盡快出臺相關(guān)政策，支持農(nóng)村分散利用生物質(zhì)，而不僅僅是大規(guī)模的工業(yè)化利用。

“過去農(nóng)業(yè)廢棄物氣化發(fā)電領(lǐng)域90%都是我們在做，量雖小，卻是一個很好的開端。今天，越來越多的研究者和企業(yè)已經(jīng)開始關(guān)注這一領(lǐng)域，相信在國家的支持下，它將獲得快速發(fā)展，為國家節(jié)能減排和農(nóng)村發(fā)展做出應(yīng)有貢獻?！眳莿?chuàng)之滿懷信心地說。

固體廢物按來源大致可分為生活垃圾、一般工業(yè)固體廢物和危險廢物三種。此外，還有農(nóng)業(yè)固體廢物、建筑廢料及棄土。固體廢物如不加妥善收集、利用和處理處置將會污染大氣、水體和土壤，危害人體健康。

廣東普通高校土壤環(huán)境與廢物資源農(nóng)業(yè)利用重點實驗室依托華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，現(xiàn)有重金屬研究實驗室、有機廢物農(nóng)用資源化實驗室、水處理實驗室、有機污染控制實驗室、公共儀器室等室內(nèi)實驗室約1600平方米，室外的溫室、網(wǎng)室700平方米，合計約2300平方米。擁有主要的無機和有機分析測試設(shè)備，如原子吸收光譜儀、HPLC-ICP-MS、GC、TOC測定儀等。

廣東普通高校土壤環(huán)境與廢物資源農(nóng)業(yè)利用重點實驗室希望建成國內(nèi)一流的土壤和農(nóng)業(yè)環(huán)境保護的科技研發(fā)、技術(shù)推廣和人才培養(yǎng)華南地區(qū)中心。在重金屬污染土壤修復(fù)、有機廢物農(nóng)業(yè)利用、農(nóng)業(yè)和農(nóng)村污水處理方面達到國內(nèi)領(lǐng)先或國際先進水平。

廣東普通高校土壤環(huán)境與廢物資源農(nóng)業(yè)利用重點實驗室主要研究方向有：（1）土壤污染防治：有教授4人，副教授5人，2001年以來獲得國家863探索項目“與強化植物提取相結(jié)合的重金屬原位深層鈍化技術(shù)”和重點項目子課題、國家自然科學(xué)基金等的支持，在篩選出水稻、菜心低累積重金屬的作物品種的基礎(chǔ)上，開發(fā)出重金屬超累積植物與低累積作物套種來修復(fù)污染土壤的新模式，實現(xiàn)邊生產(chǎn)邊修復(fù)，并發(fā)展成為化學(xué)添加劑加強的套種聯(lián)合技術(shù)，成為國內(nèi)外土壤重金屬修復(fù)技術(shù)的新亮點。（2）有機廢物處理及農(nóng)業(yè)利用：在國內(nèi)較早開展了糖廠有機廢物、城市污水處理廠和造紙廠污泥的系列研究，不少成果已經(jīng)在生產(chǎn)上推廣應(yīng)用，如環(huán)保型控釋肥技術(shù)、污泥堆肥技術(shù)等。（3）農(nóng)業(yè)和農(nóng)村水環(huán)境控制技術(shù)：參加國家863計劃“滇池入湖河流環(huán)境治理技術(shù)與工程示范” 等重大項目，以及國家自然科學(xué)基金、農(nóng)業(yè)部、廣東省多個項目，在污水處理生態(tài)工程技術(shù)方面，形成了以復(fù)合人工濕地為代表的一系列適合于華南地區(qū)減少農(nóng)村廢水污染和農(nóng)業(yè)面源污染的技術(shù)體系，并大范圍推廣應(yīng)用。

固體廢物是指在生產(chǎn)，生活和其他活動過程中產(chǎn)生的喪失原有的利用價值或者雖未喪失利用價值但被拋棄或者放棄的固體，半固體，和置于容器中的氣態(tài)物品，物質(zhì)以及法律，行政法規(guī)規(guī)定納入廢物管理的物品，物質(zhì)。不能排入水體的液態(tài)廢物和不能排入大氣的置于容器中的氣態(tài)物質(zhì)。由于多具有較大的危害性，一般歸入固體廢物管理體系。

1.分類

固體廢物的分類方法有多種，按其組成可分為有機機廢物和無機廢物;按其形態(tài)可分為固態(tài)廢物、半固態(tài)廢物和液態(tài)(氣態(tài)）廢物；按其污染特性可分為危險廢物和一般廢物等；按其來源可分為礦業(yè)的、工業(yè)的、城市生活的、農(nóng)業(yè)的和放射性的。

此外，固體廢物還可分為有毒和無毒的兩大類。有毒有害固體廢物是指具有毒性、易燃性、腐蝕性、反應(yīng)性、放射性和傳染性的固體、半固體廢物。

根據(jù)《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》(1995年公布)分為城市生活垃圾、工業(yè)固體物和危險廢物。

2.危害

固體廢物是環(huán)境的污染源，除了直接污染外，還經(jīng)常以水、大氣和土壤為媒介污染環(huán)境。固體廢物不像廢氣、廢水那樣到處遷移和擴散，必須占有大量的土地。城市固體廢物侵占土地的現(xiàn)象日趨嚴重，我國堆積的工業(yè)固體廢物有60億噸，生活垃圾有5億噸，預(yù)計每年有1000萬噸固體廢物無法處理而堆積在城郊或公路兩旁，幾萬公頃的土地被它們侵吞。

3.處理方法

固體廢物處置是指最終處置或安全處置，是固體廢物污染控制的末端環(huán)節(jié)，是解決固體廢物的歸宿問題。一些固體廢物經(jīng)過處理和利用，總還會有部分殘渣存在，而且很難再加以利用，這些殘渣可能又富集了大量有毒有害成分；還有些固體廢物，尚無法利用，它們都將長期地保留在環(huán)境中，是一種潛在的污染源。為了控制其對環(huán)境的污染，必須進行最終處置，使之最大限度地與生物圈隔離。

以往，“處置”是指無控地“將固體廢物排放、堆積、注入、傾倒、泄入任意的土地上或水體中，使這些廢物進入環(huán)境”，很少考慮其長期的不利影響。隨著環(huán)境法規(guī)的完善，向水體傾倒和露天堆棄等無控處置被嚴格禁止，故所說的“處置”是指“安全處置”。

固體廢物處置方法包括海洋處置和陸地處置兩大類。