农业废弃物资源化利用技术的应用进展

而动物性废弃物饲料化主要指畜禽粪便中含有为消化的粗蛋白、消化蛋白、粗纤维、粗脂肪和矿物质等，经过热喷、发酵、干燥等方法加工处理后掺入饲料中饲喂利用[9，10]，该技术需要特别注意灭菌彻底消除饲料安全隐患。有试验表明利用米曲霉和白地霉接入鲜鸡粪与麸皮等混合料中进行固态发酵，并在发酵过程中添加氮源制的饲料适口性较好，可替代部分配合饲料，添加40%鸡粪饲料喂猪后，猪日增重比单喂配合饲料增加10.83%[11]。
3 能源化
农业废弃物的能源化利用主要分为厌氧发酵及直燃热解两个方向。厌氧发酵分为制沼气和微生物制氢技术；厌氧发酵制沼气技术是指农业废弃物经多种微生物厌氧降解成高品位的清洁燃料 沼气（甲烷含量50%-70%）及副产品沼液和沼渣的过程。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的好原料[12，13]，并且混合废弃物共处理比单独处理时生物气的产量有显著提高[14]。沼气除了可供日常生活（如烧饭、照明、取暖）外，还可以进行大棚温室种菜、孵化雏鸡、增温养蚕、发电上网、车用燃气供应等，副产品沼液沼渣含有丰富的氮、磷、钾等营养物质，可作为优质的有机肥，采用热电肥联产模式，实现资源高效利用，废物零排放[15]。据报道，截至2007年底，全国沼气工程总数到达26871处[16]，并且主要以畜禽养殖业的废弃物为原料工程居多[17，18]。而微生物制氢技术是指利用异养型的厌氧菌或固氮菌分解小分子的有机物制氢的过程，具有微生物比产氢速率高、不受光照时间限制、可利用的有机物范围广、工艺简单等优点，是农业废弃物利用非常具有潜力的方向[19]，目前对其有较多的实验研究[20-24]，但该技术至今没有被广泛的利用，工程实例较少，只在哈尔滨有世界首例发酵法生物制氢[25]。
直燃热解又分直燃和热解两方面。直燃作为一种传统获得热能的技术一直存在，例如使用秸秆（其能源密度能达到13376-15466kJ/kg[26]）和草原地区牛马粪便直燃做饭、取暖，但随着社会发展与人民生活水平的提高，绝大部分正逐步由煤、燃气或电取代，目前只有在贫困地区少量使用，在城市周围或比较富裕地区秸秆消耗为零[27]。
而现阶段直燃有表现为生物质固体成型燃料供热与发电和有机垃圾混合燃烧发电，例如使用生物质能成型燃料在工业锅炉和电厂中代替部分煤、天然气、燃料油等化石能源[28]，将收集的废旧农膜、城市垃圾直接放进焚烧炉里焚烧，产生的热能可以用于采暖或发电。农业废弃物通过热解技术可以转化为清洁的气体燃料、热解油和固体热解焦等产品，富氢燃料气体部分可以进入锅炉燃烧、进行城镇（或集中居住的较大乡村）的集中供热供气、供发电机发电或者供燃料电池等；热解液体经过加工制备生物柴油、生物汽油或者生产酸、醇、酯、醚等有机化工产品，对我国的原油资源短缺有所缓解；固体热解焦由于空隙发达、比表面积较大可作为吸附材料用于环境污染治理，或者作为燃料供热解所需的热源。迄今为止，国内外对与农业废弃物有关的生物质进行过多方面的加工研究。例如：唐兰等[29]对生物质在高频耦合等离子体中的热解气化行为进行研究表明该技术能大幅度提高生物质气的热值及产率；张振华等[30]对锯末、稻壳、纸屑、橱芥、塑料和橡胶6种固体废弃物热解表明除谷壳外液体产物收率都在50%左右，并且其中汽油和柴油馏分共达到60%以上，是一种具有很高价值的粗成品；梁新等[31]通过对生物质热裂解制得热解油并进行热解油的精制研究；德国进行固体废弃物热解的工业化示范[32]。
4 基质化
基质化是指利用经适当处理的农业废弃物作为农业生产（如栽培食用菌、花卉、蔬菜等，及养殖高蛋白蝇蛆、蚯蚓等）的基质原料。作为基质，主要起支持、固定植株，并为植物根系提供稳定协调的水、气、肥环境的作用，应达到有适宜理化性质，易分解的有机物大部分分解，施入土壤后不产生氮的生物固定，通过降解除去酚类等有害物质，消灭病原菌、病虫卵和杂草种子等标准[33]；其关键在于原料的选取及配比，和原料的前处理。玉米秸、稻草、油菜秸、麦秸等农作物秸秆，稻壳、花生壳、麦壳等农产品的副产物，木材的锯末、树皮等，甘蔗渣、蘑菇渣、酒渣等二次利用的废弃有机物，鸡粪、牛粪、猪粪等养殖废弃物都可以作为基质原料[34]。刘伟等[35]采用炉渣、菇渣、锯末和玉米秸混配有机基质，施用有机固态肥，番茄产量最高达36.05kg/m3以上，蒋伟杰等[36，37]采用向日葵秆、玉米秆、玉米芯、菇渣、锯末等作为原料配制成基质栽培蔬菜，产量和品质均得到大幅度提高，李瑞哲等[38]使用蘑菇底料、动物粪便等农业废弃物对蚯蚓生长的影响进行研究，以便为低成本高效生产蚯蚓这种高效动物蛋白，制造优质饲料的添加剂。
5 工业原料化
农业废弃物中的高蛋白资源和纤维性材料可以生产多种生物质材料和农业资料，例如秸秆作为纸浆原料、保温材料、包装材料、各类轻质板材的原料，可降解包装缓冲材料、编织用品等，或稻壳作为生产白碳黑、炭化硅陶瓷、氮化硅陶瓷的原料；棉籽加工废弃物清洁油污地面；或棉秆皮、棉铃壳等含有酚式羟基化学成分制成聚合阳离子交换树脂吸收重金属；或利用甘蔗渣、玉米渣等二次利用废弃物制取膳食纤维食品，提取淀粉、木糖醇、糖醛等，或者把废旧农膜、编织袋、食品袋等经过一定的工艺处理后作为基体材料，同时加入适当的添加剂，通过一定的处理和复合工艺形成以球-球、球-纤维堆砌体系为基础的复合材料[39，40]。目前我国已经成功开发出了 秸秆清洁纸浆及综合利用新技术 ，因此只要能科学合理地应用，适当扩大规模，实现清洁生产，在一定时期内秸秆仍将是一种较可靠的非木材纤维造纸原料[27]。使用秸秆制造各类轻质板材其保温性、装饰性、耐久性均属上乘，不仅可以弥补木材的短缺，减少森林的砍伐，保护森林资源，而且还可消耗大量以稻草、麦秸为主的秸秆资源，降低秸秆焚烧所带来的大气污染，具有较高的生态效益。原料化是农业废弃物利用的一个重要途径，其关键是依靠科技开发利用，最大程度的利用农业废弃物中有益的物质循环利用，是未来农业废弃物利用的一个重要方向。