单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,专业,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,农业废弃物资源化利用技术,荣湘民,湖南农业大学资源环境学院,2014.6,1,内 容,一、农业废弃物的概念、特点及种类,二、农业废弃物资源化利用途径,三、堆肥技术,2,一、农业废弃物的概念、特点及种类,1,、概念,农业废弃物是指在整个农业生产过程中被丢弃的有机类物质，主要包括农林业生产过程中生产的植物残余类废弃物、畜牧渔业生产过程中生产的动物类残余废弃物、农业加工过程中产生的加工类残余废弃物和农村城镇生活垃圾等。而通常我们所说的农业废弃物主要是指农业作物秸秆和畜禽粪便。,3,2,、特点,1,）在元素组成上，除,C,、,O,、,H,三元素的含量高达,65%,90%,外，还含有丰富的,N,、,P,、,K,、,Ca,、,Mg,、,S,等多种元素。,2,）从化学组成上通常又可分为,2,大类，一类是天然高分子聚合物及其混合物，如纤维素、半纤维素、淀粉、蛋白质、天然橡胶、果胶和木质素等；另一类是天然小分子化合物，如生物碱、氨基酸、单糖、抗生素、脂肪、脂肪酿、激素、黄酮素、酮类、甾体化合物、萜烯类和各种碳氢化合物。,3,）在物理技术性质上，普遍具有表面密度小、韧性大、抗拉、抗弯、抗冲击能力强的特点。,4,3,、种类,1,）第,1,性生产废弃物，主要是指农田和果园残留物，如作,物的秸秆或果树的枝条、杂草、落叶、果实外壳等。,2,）第,2,性生产废弃物，主要是指畜禽粪便和栏圈垫物等。,3,）第,3,性生产废弃物，主要指农副产品加工后的剩余物。,4,）第,4,性生产废弃物，主要指农村居民生活废弃物,包括人粪尿及生活垃圾。,5,1,、获取能量,1.1,农业废弃物制沼气。据研究表明，农作物秸秆、蔬菜瓜果的废弃物和畜禽粪便都是制沼气最好的原料。据测算，每千克秸秆可制气,2.2 m,3,，每吨秸秆可替代,0.7t,煤炭。,1.2,农业废弃物气化。利用生物质热能气化原理，由气化反应器将可燃烧物质经过干燥热解气化和还原等过程，变成可燃气体，最终输送到各个用户。,二、农业废弃物资源化利用途径,6,1.3,农业废弃物液化。将能量密度较低的废弃物转化成密度高、品位高的液体燃料是合理利用生物质能的有效途径，也是,21,世纪最有发展潜力的技术之一。由生物质制成的液体燃料叫生物燃料。生物燃料主要包括生物酒精、生物甲醇、生物柴油和生物油。,1.4,农业废弃物固化。将秸秆、稻壳、锯末、木屑等有机废弃物，用机械加压、加热等原理，将原来松散、无定型、低发热量的生物质原料压制成具有一定形状、密度较高,(1.1,1.4 t/m,3,),的固体成型燃料,其功效相当于中质煤,但没有煤所固有的含硫量大、灰分高、污染环境等缺点。,1.5,直接作燃料,7,2,、制作堆肥,2.1,堆肥,2.2,液体肥料。农业废弃物,(,废渣、杂草、废菜叶、瓜果皮等,),做成堆肥后，其液体汁液经安全处理后可制成液体肥料。,2.3,有机生物肥,2.4,有机无机复合肥,8,3,、生产饲料,3.1,氨化饲料。利用碱尿素等含氨物质经过与秸秆混合发生变化，使秸秆中的纤维素、木质素细胞壁膨胀疏松，便于牲畜消化吸收。,3.2,青储饲料。能有效保持作物茎杆的青绿状态，提高适口性。,3.3,生化蛋白饲料。利用微生物培养基、酵母真菌、氨基酸、酶制剂等生物和矿物质使作物饲料转化成蛋白饲料，比普通饲料营养价值更高。如秸秆通过制作剂的作用，转化为富含低分子碳水化合物、游离氨基酸、大量菌体蛋白和部分维生素的高效生化蛋白饲料。,9,3.4,醣化饲料。人工造就近似于牛前胃的生理环境，通过有益微生物发酵使秸秆的纤维素、半纤维素、木质素等成分转化为糖类,增加粗蛋白,7%,13%,、,18,种氨基酸,4%,8%,及各种维生素，从而使低能的废弃物转化为高能的廉价的“细菌饲料”。,3.5,碱化饲料。在一定浓度的碱液的作用下，打破秸秆粗纤维中纤维素、半纤维素、木质素之间的醚键或酯键,并溶去大部分木质素和矽酸盐，撕断维生素与木质素的复合物,从而提高粗饲料的营养价值，使不消化的木质素变为易消化的羟基木质素，利于动物吸收。,10,4,、生产工业及医药原料,4.1,有机产品。生产木糖、木糖醇、淀粉，制乙醇、糠醛，提取烟碱及中药原料。,4.2,轻型建材。可制作编织物和装饰品及其他。如麦秸可编成凉席凉帽；高粱秆可制成门帘和窗帘。,4.3,可降解的包装材料。用农作物秸秆制作的方便碗和方便盒有易分解、易腐烂的优点，不仅减少了白色污染，还减少了木料的消耗，利于保护环境。,11,4.4,食品防腐剂和空气清新剂。如竹叶可制防腐剂，有些水果残渣可制成空气清新剂。,4.5,培养基。如橡胶废水可作培养基，作物废弃物可作实用菌培养基。,4.6,药物。如芹菜和黄瓜根可制成中药，薯秧根可作饲料、制糖稀或酿酒。,4.7,生产食用菌。,4.8,制作生物滤床滤料。国内可制作滤料的废弃物有果菜、酒糟、锯木屑、蔗渣、稻谷、玉米穗、米糠、豆粕、杂草等。,12,三、堆肥技术,1,、堆肥的概念,堆肥，是指在人工控制下，在一定的水分、,C/N,比和通风条件下通过微生物的发酵作用，将废弃有机物转变为肥料的过程。通过堆肥化过程，有机物由不稳定状态转变为稳定的腐殖质物质，其堆肥产品不含病原菌，不含杂草种子，而且无臭无蝇，可以安全处理和保存，是一种良好的土壤改良剂和有机肥料。,13,前处理,第一阶段高速阶段,第二阶段后熟阶段,后处理,调理剂,产品循环,基质,堆肥产品,膨胀剂,膨胀剂回流,2,、一般堆肥流程图,14,3.1,升温阶段,一般指堆肥过程的初期，在该阶段，堆体温度逐步从环境温度上升到,45,度左右，主导微生物以嗜温性微生物为主，包括真菌、细菌和放线菌，分解底物以糖类和淀粉类为主，期间能发现真菌的子实体，也有动物及原生动物参与分解。,3,、堆肥阶段,15,堆温升至,45,度以上即进入高温阶段，在这一阶段，嗜温微生物受到抑制甚至死亡，而嗜热微生物则上升为主导微生物。堆肥中残留的和新形成的可溶性有机物质继续被氧化分解，复杂的有机物如半纤维素,-,纤维素和蛋白质也开始被强烈分解。,微生物的活动也是交替出现的，通常在,50,度左右时最活跃的是嗜热性真菌和放线菌，温度上升到,60,度时真菌几乎完全停止活动，仅有嗜热性细菌和放线菌活动，温度升到,70,度时大多数嗜热性微生物已不再适应，并大批进入死亡和休眠阶段。,现代化堆肥生产的最佳温度一般为,55,度，这是因为大多数微生物在该范围内最活跃，最易分解有机物，其中的病原菌和寄生虫大多数可被杀死。,3.2,高温阶段,16,高温阶段必然造成微生物的死亡和活动减少，自然进入低温阶段。在这一阶段，嗜温性微生物又开始占据优势，对残余较难分解的有机物作进一步的分解，但微生物活性普遍下降，堆体发热量减少，温度开始下降，有机物趋于稳定化，需氧量大大减少，堆肥进入腐熟或后熟阶段。,3.3,降温阶段,17,4,、典型堆肥时间,18,5,、堆肥工艺分类,按堆制过程中是否需氧而分为好氧堆肥和厌氧堆肥；按原料发酵所处状态可分为发酵仓式堆肥和无发酵仓式堆肥。,好氧堆肥法是在通风条件下，有游离氧存在时进行的分解发酵过程。好氧堆肥温度高，一般在,55,以上，可维持,5,l1 d,，极限可达,80,以上，也称高温堆肥法。由于好氧堆肥法具有堆肥周期短、无害化程度高、卫生条件好、易于机械化操作等优点，在有关污泥、城市垃圾、畜禽粪便和农业秸秆等堆肥中被广泛采用。,19,无发酵仓式堆肥系统 物料通常堆制成条垛式，依据堆料供氧方式，无发酵仓式堆肥系统又可分为搅拌（翻堆）式堆肥床和固定堆式堆肥床两种堆肥方式。,搅拌式堆肥的主要特点是采用定期翻堆，使物料均匀，并提供充足氧气，有时还考虑强制通气（常采用抽气方式进行）。翻堆作业通常采用翻堆机械进行。,20,固定堆式堆肥基本不进行翻堆，其供氧方式主要有两种：一是采用自然通气方式进行堆肥；二是采用强制通风供氧方式进行堆肥，也称固定堆强制通风堆肥法。自然通风堆肥腐熟时间通常较长，而固定堆强制通风堆肥法则比较快，在,3,5,周内能使肥堆完全腐熟。,无发酵仓式堆肥系统的特点是基建投资少；工艺简单；操作简便易行；处理容量大。缺点是由于是敞开式堆肥，在冬季低温条件下，肥堆不易升温和保温；通常占地较大；堆肥时间比发酵仓式堆肥要长。,21,发酵仓式堆肥系统 堆肥在发酵装置内进行。发酵仓系统可分为立式发酵塔和卧式或槽式发酵装置等两类。,立式堆肥发酵塔通常由,5,8,层组成，堆肥物料由塔顶进入塔内，在塔内堆肥物通过不同形式的机械运动，由塔顶一层层地向塔底移动。一般经过,5,8 d,的好氧发酵，堆肥物即由塔顶移动至塔底而完成一次发酵。立式堆肥发酵塔通常为密闭结构，塔内温度分布从上层到下层逐渐升高，塔式装置的供氧通常以风机强制通风。,22,23,筒仓式堆肥发酵仓为单层圆筒状，发酵仓深度一般为,4,5 m,，大多采用钢筋混凝土构成。发酵仓内供氧均采用高压离心风机强制供气，以维持仓内堆肥好氧发酵。空气从仓底进入发酵仓，堆肥原料由仓顶加入，经过,6,12 d,的好氧发酵，初步腐熟的堆肥从仓底通过出料机出料。,24,卧式堆肥发酵滚筒（达诺式,Danot,），该发酵滚筒在水平方向上呈倾斜放置，直径为,2.5,4.5 m,，长,20,40 m,，强制供气。在该装置中废弃物靠与筒体内表面的摩擦沿旋转方向提升（转速为,0.1,3 rmin,-1,），同时借助自身重量落下。通过如此反复升落，废物被均匀地翻倒与供入的空气接触，并通过微生物的作用进行发酵。经,1,5 d,发酵后排出，条垛放置熟化。,25,槽式发酵装置,发酵仓式堆肥系统不受气候影响，能有效控制二次污染，发酵时间快，占地面积少。缺点是基建投资大，运行成本较高。,26,箱式堆肥,27,6,、堆肥底物及其特点,28,主要底物特点,29,7,、堆肥条件控制,7.1 C/N,比,堆肥理想的,C/N,是,30,：,1,左右。低于这个值，氮将过量且以氨气的形式释放，有机养分损失大，并散发难闻的气味；而高于这个值，意味着适合微生物种群繁殖的氮供应不足，有机物降解速度缓慢。,堆肥过程其实就是一个有机物稳定化的过程，随着堆肥进程，,C/N,逐渐从,30,：,1,降到,10-15,：,1,。这是因为微生物消耗有机物，使,2/3,的碳以,CO,2,的形式释放出来，剩余,1/3,的碳和氮一起合成生物细胞，细胞死亡后，这些碳和氮释放出来供进一步使用。,30,7.2,氧气,堆肥过程中，微生物利用碳源，消耗氧气，产生二氧化碳。如果没有充足的氧气，堆肥过程将会变成厌氧发酵，产生难闻的气味，包括,H,2,S,气体的臭鸡蛋气味。,那么，对于好氧堆肥，氧气供应量应该是多少才算是充足呢？尽管空气中氧气含量占到,21%,，但是好氧微生物在氧气浓度为,5%,时就可以存活。氧气浓度高于,10%,被认为是好氧堆肥的最适条件。,堆肥过程中的进气和排气在物质平衡中起决定性作用。在某些情况下，堆肥所需空气的重量是基质干重的,30,50,倍。因此应该牢记基质处理既包括固体，也包括气体部分。,31,7.3 pH,值,堆肥微生物的最适,pH,在,5.5,到,8.5,之间。,如果堆肥体系变成厌氧条件，有机酸的累积可以使,pH,值降低到,4.5,，这将严重限制微生物的活动。在这种情况下，通风足以使堆肥,pH,值调节到可接受的范围。,同样，在,pH10.5,的条件下，大多数细菌不适应，高于,11.5,时开始死亡。,32,7.4,水分,水分对于所有活的生物体而言是必须的，并且大多数微生物由于缺乏保持水分的机制，所以对水分极为敏感。,当含水量在,35-40%,之间时，降解速率就会极大地降低，在,30%,以下时，降解过程就完全停止。然而过多的水分则会导致厌氧状态发生，并且会因此产生臭气。不同的物质有不同的水分上限，并由这些物质的粒径和结构特性所决定。,对于大多数堆肥混合物，推荐的含水量上限为,55-60%,。,33,7.5,粒