我國農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣生產(chǎn)現(xiàn)狀·模式·主要問題分析

陳利洪　閆云　李瑩

摘要闡述了我國農(nóng)業(yè)廢棄物主要利用模式，分析了我國沼氣利用現(xiàn)狀，結(jié)果表明，2000—2015年我國的沼氣生產(chǎn)主要以農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣為主，主要包括戶用沼氣和農(nóng)業(yè)工程沼氣，工業(yè)工程沼氣在我國沼氣產(chǎn)業(yè)中的比重極低。介紹了與沼氣生產(chǎn)結(jié)合的循環(huán)農(nóng)業(yè)利用模式，包括戶用模式（包括“三合一”模式、“四位一體”模式和“五配套”模式）和大中型工程模式，其中大中型工程模式著重介紹了“德青源模式”。最后分析了我國農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣化利用中存在的問題，包括農(nóng)業(yè)廢棄物資源量巨大，但資源浪費嚴(yán)重；沼氣池廢棄率高；農(nóng)業(yè)廢棄物利用模式多樣化，但產(chǎn)業(yè)化水平低；農(nóng)業(yè)廢棄物處理的相關(guān)政策亟待完善；低碳循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式的重視程度還不夠。

關(guān)鍵詞農(nóng)業(yè)廢棄物；利用模式；問題分析

中圖分類號S216.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼

A文章編號0517-6611（2017）30-0067-04

AbstractThe main mode of utilization of agricultural wastes in China was expouded，present situation of biogas utilization in China was analyzed，the results showed that biogas production was mainly based on agricultural waste biogas during 2000-2015，mainly including household biogas and agricultural engineering biogas.The proportion of industrial engineering biogas in China's biogas industry was very low.The mode of agricultural recycling combined with biogas production was introduced，including household models （including the "three in one" mode，"four in one" mode and "five matching" mode） and large and mediumsized engineering mode，and the large and mediumsized engineering model mainly was introduced "DQY mode".Finally，the existing in the utilization of agricultural wastes in China biogas production problems were analyzed，including agricultural wastes in China was huge，but waste of resources was serious；the waste rate of methane tank was high；the mode of agricultural waste utilization was diversified，but the industrialization level was low；the relevant policies of agricultural waste disposal in China should be improved urgently；low carbon recycling agriculture development model in China was not enough attention.

Key wordsAgricultural wastes；Utilization model；Problem analysis

我國每年會產(chǎn)生大量有機廢棄物，以農(nóng)業(yè)殘余物為主，主要包括農(nóng)作物秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品和禽畜糞便。2013年我國農(nóng)作物秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品及畜禽糞便的理論資源量分別為9.56億、1.15億和26.76億t，其中畜禽糞便理論資源量中糞便量為18.09億t，尿液量為8.67億t[1]。農(nóng)業(yè)廢棄物利用得當(dāng)是資源，利用不當(dāng)或不利用就很可能成為污染源。因此，提高農(nóng)民對秸稈利用的積極性至關(guān)重要[2]。多年來，我國農(nóng)村一直面臨著因農(nóng)業(yè)廢棄物處置不當(dāng)而造成嚴(yán)重環(huán)境污染以及可再利用資源嚴(yán)重浪費的問題[3]。

農(nóng)業(yè)廢棄物利用方式多樣，如秸稈可用于薪柴、畜牧飼料、工業(yè)原料、還田及作為生物能源原料等[4]。尤其是基于農(nóng)業(yè)廢棄物的生物能源完全避免了發(fā)展生物能源時的“糧食安全”的擔(dān)憂。目前，結(jié)合沼氣生產(chǎn)的循環(huán)農(nóng)業(yè)利用方式是我國農(nóng)業(yè)廢棄物能源利用的最主要方式，其突出的減排效果和減污效果已經(jīng)被廣泛研究和證實[5-6]。近年來，對我國農(nóng)業(yè)廢棄物利用模式的研究逐漸成為熱點，目前主要集中在農(nóng)戶層面。農(nóng)業(yè)廢棄物的沼氣利用被認(rèn)為是減污、減排和循環(huán)農(nóng)業(yè)高效綜合利用的最佳途徑之一，因此系統(tǒng)和有針對性地對我國農(nóng)業(yè)廢棄物的典型利用模式進(jìn)行梳理，分析其中可能存在的問題有助于我國農(nóng)業(yè)廢棄物的高效和無害化利用。

1我國農(nóng)業(yè)廢棄物主要利用模式

我國農(nóng)業(yè)廢棄物主要包括農(nóng)作物秸稈、農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品和畜禽糞便，其中農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品一般包括稻殼、花生殼和玉米芯。在評估農(nóng)業(yè)廢棄物資源量時，農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品容易被忽略。由于農(nóng)作物秸稈和農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品均直接來自于農(nóng)作物，其主要利用方式基本一致，但側(cè)重點不同，主要可用于畜禽飼料、工業(yè)原料、生活燃料、秸稈還田及作為沼氣生產(chǎn)原料等。畜禽糞便的主要用途是作為糞肥和沼氣發(fā)酵原料等。

在與沼氣結(jié)合的循環(huán)農(nóng)業(yè)利用模式中，在農(nóng)戶層面主要有“三合一”模式、“四位一體”模式和“五配套”模式；在大中型工程層面有“德青源模式”[7]、“氣熱電肥聯(lián)產(chǎn)模式”[8]等。我國農(nóng)業(yè)廢棄物主要利用模式見圖1。

我國農(nóng)業(yè)廢棄物的主要利用方式不同。賈春雨[9]將我國畜禽養(yǎng)殖場廢棄物處理的基本工程模式分為能源生態(tài)模式、能源環(huán)保模式、種養(yǎng)平衡模式、土地利用模式、達(dá)標(biāo)排放模式等；毛薇等[10]將養(yǎng)殖廢棄物的循環(huán)利用模式分為農(nóng)牧業(yè)有機結(jié)合模式、物聯(lián)網(wǎng)+智慧養(yǎng)殖模式、主體小循環(huán)、園區(qū)中循環(huán)和區(qū)域大循環(huán)模式等；石祖梁等[11]研究認(rèn)為，目前我國秸稈全量化利用技術(shù)模式主要分為還田主導(dǎo)模式、種養(yǎng)結(jié)合模式、產(chǎn)業(yè)帶動模式和多元循環(huán)模式等。

農(nóng)業(yè)廢棄物具有廣泛的用途，除與沼氣生產(chǎn)結(jié)合的循環(huán)農(nóng)業(yè)用途外，農(nóng)作物秸稈和農(nóng)產(chǎn)品加工副產(chǎn)品一般還可以用于畜禽飼料、工業(yè)原料、生活燃料和秸稈還田等方面。畜禽糞便的非沼氣利用模式主要是用于直接堆肥，此外還可用于飼料生產(chǎn)。

此外，農(nóng)業(yè)廢棄物還有未利用部分。未利用秸稈一般是指秸稈被廢棄或直接焚燒掉的部分。每年直接焚燒的秸稈帶來的嚴(yán)重空氣污染已經(jīng)被廣泛重視。為了保護(hù)環(huán)境，很多當(dāng)?shù)卣济魑慕怪苯臃贌?，但禁而不止的現(xiàn)象突出。此外，畜禽糞便的未充分利用主要在于農(nóng)村畜禽散養(yǎng)模式導(dǎo)致的畜禽糞便收集困難。當(dāng)前畜禽糞便在農(nóng)村主要用于沼氣生產(chǎn)和糞肥，如若未妥善處理同樣會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

2我國沼氣利用現(xiàn)狀及主要沼氣利用模式

2.1我國沼氣利用現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代初，我國政府在農(nóng)村推廣沼氣事業(yè)，沼氣池生產(chǎn)的沼氣一般用于農(nóng)村家庭的炊事并逐漸發(fā)展到照明和取暖上。這期間主要經(jīng)歷了5個階段：第1階段是70年代初到80年代初，為高速發(fā)展和回落階段。當(dāng)時政府在全國大力推廣沼氣用于解決農(nóng)村地區(qū)的燃料短缺。但這次“拔苗助長”的推動建設(shè)方式由于缺乏技術(shù)支持和管理不善，造成沼氣池數(shù)量先增后降。第2階段是80年代初到90年代初，為調(diào)整階段。該階段主要修理問題沼氣池，所以發(fā)展速度放慢。第3階段是90年代初到90年代末，為回升發(fā)展階段。由于第2階段科研與示范工作取得重要成果，沼氣與生態(tài)建設(shè)有機結(jié)合，戶用沼氣池建設(shè)回升發(fā)展。第4階段是2000—2012年，為快速發(fā)展階段。期間我國沼氣快速發(fā)展，戶用沼氣和農(nóng)業(yè)工程沼氣發(fā)展尤為迅速。第5階段為2013年至今，我國沼氣總產(chǎn)量開始徘徊不前并有逐漸下降趨勢，主要是農(nóng)村人口生活習(xí)慣發(fā)生改變、城鎮(zhèn)化等原因造成農(nóng)村戶用沼氣池大量棄用[1，12]。

2001年我國沼氣總產(chǎn)量為31.5億m3，到2013年時我國沼氣總產(chǎn)量達(dá)到了157.77億m3，較2001年增加了400%。2013年是我國新世紀(jì)以來沼氣產(chǎn)量的頂峰。實際上2012、2014年我國沼氣總產(chǎn)量與2013年非常接近，說明2012—2014年我國沼氣發(fā)展已經(jīng)失去了快速發(fā)展的動力，開始徘徊不前。2014、2015年我國沼氣總產(chǎn)量分別為155.04億和148.66億m3，可見我國沼氣發(fā)展乏力，形成向下發(fā)展趨勢（圖2）。

總體上，沼氣工程在我國的發(fā)展比較順利。雖然我國沼氣總產(chǎn)量達(dá)到頂峰并有下降趨勢，但農(nóng)業(yè)工程沼氣產(chǎn)量仍在逐年增加，在我國沼氣總產(chǎn)量中的比例也不斷增加。從2001—2015年我國沼氣主要來源及比重（圖3）可以發(fā)現(xiàn)，我國戶用沼氣產(chǎn)量的比重逐年下降，從2001年的94.67%下降到2015年的 83.01%；農(nóng)業(yè)工程沼氣產(chǎn)量的比重得到了比較明顯的提升，從2001年的1.11%增加到2015年的15.13%；而工業(yè)工程沼氣的產(chǎn)氣量雖然在總量上保持相對穩(wěn)定，但所占比例卻從2001年的4.22%下降到2015年的1.86%。

從歷年我國沼氣產(chǎn)量可以發(fā)現(xiàn)，沼氣生產(chǎn)主要以農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣為主，主要包括戶用沼氣和農(nóng)業(yè)工程沼氣，工業(yè)工程沼氣在我國沼氣產(chǎn)業(yè)中的比重極低。因此，農(nóng)業(yè)廢棄物的沼氣化利用是我國廢棄物處理和沼氣生產(chǎn)的協(xié)同選擇。

2.2與沼氣生產(chǎn)結(jié)合的循環(huán)農(nóng)業(yè)利用模式

與沼氣生產(chǎn)結(jié)合是循環(huán)農(nóng)業(yè)的重要途徑之一，而且已經(jīng)被證明具有顯著的減污、減排效果。因此，與沼氣生產(chǎn)結(jié)合的循環(huán)農(nóng)業(yè)利用模式在當(dāng)前和未來都將是我國低碳發(fā)展與可再生能源開發(fā)的戰(zhàn)略重點。

2.2.1戶用模式。

2.2.1.1“三合一”模式?！叭弦弧蹦Ｊ街饕植荚谖覈戏降貐^(qū)。豬糞是沼氣生產(chǎn)的主要原料，根據(jù)農(nóng)業(yè)對象的差異，目前主要有“豬-沼-果”“豬-沼-茶”“豬-沼-菜”“豬-沼-花”等農(nóng)業(yè)生態(tài)模式[13]。除了養(yǎng)殖豬以外，廣大農(nóng)村的農(nóng)戶一般還會養(yǎng)殖牛、雞、羊等畜禽，因此“三合一”模式可總結(jié)為“畜禽-沼氣-農(nóng)林作物”模式，其中農(nóng)林作物則廣泛地存在于農(nóng)業(yè)和林業(yè)當(dāng)中。

2.2.1.2“四位一體”模式?！八奈灰惑w”模式主要分布在我國北方地區(qū)，該模式的特點是引入了溫室。該模式以庭院為基礎(chǔ)，集日光溫室、沼氣池、豬舍等為一個統(tǒng)一的整體，以太陽能為動力，以沼氣生產(chǎn)為紐帶，種養(yǎng)結(jié)合構(gòu)成生態(tài)的良性循環(huán)，尤其是利用庭院有限的土地和空間，生產(chǎn)綠色有機食品，并通過秸稈利用有效地減少了農(nóng)村的環(huán)境污染[14]。

2.2.1.3“五配套”模式?！拔迮涮住蹦Ｊ街饕植荚谖覈鞅钡貐^(qū)，其主要特點是為了適應(yīng)當(dāng)?shù)氐母珊淡h(huán)境引入了蓄水窖。該模式主要包括沼氣池、果園、暖圈、蓄水窖和太陽能[15]。“五配套”模式以農(nóng)戶庭院為中心，以節(jié)水農(nóng)業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)與沼氣池和太陽能的綜合利用作為解決當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)用水和日常生活所需能源的主要途徑。

2.2.2大中型工程模式——以“德青源模式”為例。

隨著畜禽養(yǎng)殖的集約化，農(nóng)村肥料施用由有機肥為主轉(zhuǎn)變?yōu)榛收贾鲗?dǎo)地位，導(dǎo)致了畜禽糞便的未充分利用，甚至帶來新的環(huán)境污染問題[16]。因此，如何高效、綜合利用畜禽糞成為畜禽養(yǎng)殖集約化需要考慮的關(guān)鍵問題?！暗虑嘣茨Ｊ健笔墙鉀Q我國高效利用畜禽糞便的典型模式。

德青源是我國第一個批準(zhǔn)的農(nóng)業(yè)清潔發(fā)展機制（clean development mechanism， CDM）企業(yè)。德青源擁有集養(yǎng)殖、沼氣、種植、肥料為一體的綜合資源利用模式（圖4）[1，7]。德青源的蛋雞存欄量每年穩(wěn)定在300萬只，雞糞年產(chǎn)生量為8萬t，每年產(chǎn)生的生產(chǎn)、生活污水10萬t。養(yǎng)雞廠為沼氣工程提供原材料，生產(chǎn)出的沼氣除了發(fā)電上網(wǎng)外，也免費提供給周邊的村民使用。生產(chǎn)出的沼肥一部分用作出售，一部分供生態(tài)園內(nèi)的生態(tài)農(nóng)場使用。生態(tài)農(nóng)場采用生態(tài)種植方式，避免了農(nóng)藥對瓜果蔬菜的污染。周邊農(nóng)戶通過德青源免費提供的沼液提高土壤肥力，促進(jìn)玉米生長，無公害的玉米收獲后出售給德青源公司用于雞的飼料。除了出售雞蛋和蛋雞外，對雞蛋進(jìn)行深加工出售能提高雞蛋的價值，增加企業(yè)的效益。

德青源公司每年能生產(chǎn)固態(tài)肥6 600 t，液態(tài)肥14.0萬t，有機玉米6.0萬t，有機水果2.5萬t。工廠每年向周邊農(nóng)戶供氣73萬m3，發(fā)電余熱的綜合利用相當(dāng)于每年又節(jié)省了4 500 t標(biāo)準(zhǔn)煤。尤其是通過世界銀行、荷蘭政府與德青源公司的仔細(xì)核算，認(rèn)定德青源沼氣工程每年能少排放溫室氣體折合CO2 84 000 t，能因此獲得的溫室氣體減排補助費用約每年800萬元。將這部分收入計入經(jīng)濟(jì)效益時，將大大縮短了德青源沼氣工程的投資回收期[1]。因此，低碳減排收益是德青源公司相對于農(nóng)戶的顯著優(yōu)勢之一。

45卷30期陳利洪等我國農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣生產(chǎn)現(xiàn)狀·模式·主要問題分析

3我國農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣化利用中存在的問題

3.1我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源量巨大，但資源浪費嚴(yán)重

在考慮了其他必要用途的前提下，無論是19.00%[17]還是5.64%[1]的農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣開發(fā)率都從側(cè)面反映了我國農(nóng)村農(nóng)業(yè)廢棄物資源浪費已相當(dāng)嚴(yán)重。如何充分和高效地利用我國農(nóng)業(yè)廢棄物資源是未來很長一段時間需要面對的主要問題。此外，目前農(nóng)業(yè)廢棄物利用中各用途比例只是當(dāng)前技術(shù)、經(jīng)濟(jì)水平下的反映，如何優(yōu)化利用還需要進(jìn)一步研究和實踐。

3.2沼氣池廢棄率高

由于缺乏科學(xué)的引導(dǎo)和規(guī)劃，我國的沼氣池廢棄率問題顯得比較突出。主要原因：易接受新事物的農(nóng)村年輕人外出打工現(xiàn)象越來越多，因外出務(wù)工人員增多造成的農(nóng)村沼氣池的閑置比例越來越高；留守在家的多為老年人和小孩，由于技術(shù)指導(dǎo)和宣傳不到位，老年人不懂得按要求投料、換料，不測試pH，造成發(fā)酵料液酸化等；部分農(nóng)戶沼氣池的原料不足或麻煩也是造成沼氣池廢氣率高的原因[1，18]。

3.3農(nóng)業(yè)廢棄物利用模式多樣化，但產(chǎn)業(yè)化水平低

目前我國農(nóng)業(yè)廢棄物主要有“三合一”“四位一體”“五配套”等利用模式，企業(yè)化的優(yōu)良模式如“德青源模式”和“民和牧業(yè)模式”等仍較少?？傮w來看，我國農(nóng)業(yè)廢棄物利用模式缺乏集約、規(guī)模效應(yīng)，其結(jié)果是資源利用率很低，產(chǎn)業(yè)化水平低。集約利用的關(guān)鍵在于資金和技術(shù)。因此，如何進(jìn)一步提高農(nóng)業(yè)廢棄物利用的技術(shù)水平，拓展農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的投、融資渠道是促進(jìn)我國農(nóng)業(yè)廢棄物沼氣化利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.4我國農(nóng)業(yè)廢棄物處理的相關(guān)政策亟待完善

大中型沼氣工程一次性投資較大，且當(dāng)前情況下企業(yè)能從工程項目建設(shè)中獲得的收益相對較低，投資回收期長，商品化程度低造成了建設(shè)融資難，運行獲利難。企業(yè)沒有經(jīng)濟(jì)效益就很難推動我國沼氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。我國在沼氣工程建設(shè)的用地、用電、稅收以及排污費收取等方面沒有優(yōu)惠政策和措施，這些都需要完善。只有完善政策，確保沼氣工程的健康運轉(zhuǎn)，讓高品質(zhì)的燃?xì)膺M(jìn)入市場產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，才能反過來促進(jìn)這個行業(yè)的發(fā)展。此外，我國始終禁而不止的秸稈禁燒問題充分反映出相關(guān)政策的實效性低[19]。如何制定出政府滿意、百姓支持且實施效果良好的農(nóng)業(yè)廢棄物處理政策是我國農(nóng)業(yè)廢棄物高效、綜合利用的政策保障。

3.5我國低碳循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式的重視程度不夠

眾多研究證明，利用農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)沼氣具有顯著的溫室氣體減排效果，但我國以農(nóng)戶為主要處理單位的廢棄物利用模式在減污和減排效果效率上還不如企業(yè)，這主要涉及到資源利用效率及沼氣逃逸等問題。盡管我國已經(jīng)有了一些效果極好的企業(yè)模式，但推廣力度還不夠，也就造成了我國農(nóng)業(yè)廢棄物集約化利用程度很低，從而導(dǎo)致低碳農(nóng)業(yè)在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)廢棄物處理中的重要性將會愈加凸顯。

4結(jié)語

推進(jìn)資源循環(huán)利用，發(fā)展清潔能源，是全世界都將面臨的重大挑戰(zhàn)。21世紀(jì)注重低碳發(fā)展，廢棄物的減量化、資源化、綜合化處理利用是實現(xiàn)低碳發(fā)展的基本要求。農(nóng)業(yè)與農(nóng)村廢棄物的資源化循環(huán)利用和生物能源化已經(jīng)成為許多國家低碳發(fā)展與可再生能源開發(fā)的戰(zhàn)略重點，并有望成為極具發(fā)展?jié)摿Φ膽?zhàn)略性行業(yè)。在我國現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)廢棄物資源基礎(chǔ)上，如何進(jìn)一步優(yōu)化利用農(nóng)業(yè)廢棄物資源將是一個長久的具有重要價值的課題。

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