論生物質(zhì)成型機(jī)在秸稈畜禽糞污處理中的應(yīng)用*

劉軍林，劉艦林，羅志根，劉褔元

（1.新疆西域牧歌農(nóng)業(yè)科技有限公司，新疆 石河子 832000；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院）

0 前言

新疆的農(nóng)作物秸稈主要以棉花秸稈、玉米秸稈、小麥秸稈為主，尤其是棉花種植面積較大。玉米秸稈一般作為青貯飼料或直接粉碎作為牛羊的飼料，棉花秸稈直接還田作為肥料繼續(xù)使用利用，但是，玉米秸稈作為飼料若不能及時(shí)加工，堆放需要很大的空間，而棉花秸稈還田的試驗(yàn)證明，秸稈分解過程中要消耗土壤中的氮肥，并且分解過程緩慢，所以，若將這些秸稈通過生物質(zhì)成型機(jī)壓制成生物質(zhì)塊，將能大大節(jié)省存放的空間，減少運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，達(dá)到其利用效率的最大化。另外，隨著新疆的養(yǎng)牛業(yè)的迅猛發(fā)展，牛的糞污，已經(jīng)嚴(yán)重地影響到周邊環(huán)境，污染地下水源，養(yǎng)殖場附近牛糞到處堆積，污水橫流，居民怨聲載道，同時(shí)牛糞又是多種細(xì)菌病原體孳生繁殖的源頭，對(duì)養(yǎng)殖群體有著嚴(yán)重的影響，如不妥善處理，將會(huì)嚴(yán)重制約養(yǎng)牛業(yè)的健康發(fā)展。若用生牛糞做肥料，它會(huì)產(chǎn)生熱量，消耗土壤氧氣，導(dǎo)致燒根燒苗，還對(duì)寄生蟲的卵、病源微生物起到傳播作用。發(fā)展沼氣工程是解決秸稈、畜禽糞污處理的好方法，而快捷、方便的生物質(zhì)成型機(jī)壓塊處理模式，也越來越受到人們的重視。

農(nóng)業(yè)部最新數(shù)據(jù)顯示，2016年，全國主要農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量為9.84億t，秸稈可收集資源量為8.24億t，利用量為6.70億t，綜合利用率達(dá)到81.3%，其中肥料化、飼料化、燃料化、基料化、原料化分別占46.5%、17.9%、11.5%、2.2%、2.5%?？梢钥闯?，秸稈由過去的主要用于農(nóng)村生活能源和牲畜飼料，已拓展到肥料化、飼料化、燃料化、原料化和基料化等利用領(lǐng)域，發(fā)展新型多功能生物質(zhì)成型機(jī)已迫在眉睫。

1 生物質(zhì)成型機(jī)的工作原理及發(fā)展方向

1.1 工作原理

生物質(zhì)成型技術(shù)是生物質(zhì)能的有效利用技術(shù)之一，是指在一定的溫度與壓力作用下，將各類分散的、無一定形狀的農(nóng)林剩余物經(jīng)加工制成有一定形狀、密度較大的各種燃料產(chǎn)品的技術(shù)[1]。生物質(zhì)原料從接料斗進(jìn)入環(huán)模與壓輪之間，壓輪在主軸的帶動(dòng)下繞主軸公轉(zhuǎn)，同時(shí)，在自身與物料之間的摩擦力作用下，繞壓輪軸自轉(zhuǎn)，物料在壓輪的擠壓下進(jìn)入環(huán)?？?，隨著擠壓力的增加，溫度越來越高，秸稈當(dāng)中的木質(zhì)素在一定溫度下分解，充當(dāng)著粘結(jié)劑的作用，將物料粘結(jié)在一起，隨著更多的物料進(jìn)入環(huán)?？祝呀?jīng)成型的壓塊燃料從環(huán)?？字胁粩啾粩D出，在自身重力作用下，折成一定長度的成型燃料，從環(huán)模孔出口處落下[2]。公司經(jīng)過研發(fā)設(shè)計(jì)了一種可以添加添加劑的生物質(zhì)料斗成型機(jī)：其添加劑加料系統(tǒng)由進(jìn)料控制器、攪拌機(jī)、添加劑料斗、均料盤、帶圓孔的添加劑料斗底板組成；進(jìn)料控制器與添加劑料斗相連，均料盤與攪拌機(jī)連接，均料盤上有2個(gè)四分之一扇形，互為對(duì)角，上面安裝有圓孔，通過旋轉(zhuǎn)圓孔與帶圓孔的添加劑料斗底板形成通道，添加劑料斗底板上的圓孔比均料盤上的圓孔大2～4 mm，生物質(zhì)料斗底板和添加劑料斗底板上都均勻分布著圓孔；添加劑包括煤粉、燃料助劑、催化劑、成型劑、微生物活性菌劑、微量元素和生長調(diào)節(jié)劑。該生物質(zhì)成型機(jī)能將農(nóng)作物秸稈、牛糞等壓制成塊、條等生物質(zhì)燃料，以及能將青草、可食性秸稈壓制成飼料，也可添加添加劑調(diào)節(jié)口味和營養(yǎng)，是促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用的一個(gè)新裝備。如圖1所示。

圖1 生物質(zhì)料斗成型機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

我國的生物質(zhì)成型機(jī)生產(chǎn)企業(yè)以中小企業(yè)為主。生物質(zhì)成型的設(shè)備主要有螺旋擠壓式成型機(jī)、機(jī)械活塞沖壓式成型機(jī)、環(huán)模輥壓式和液壓活塞沖壓式成型機(jī)等幾種主要類型[3]，從其主要技術(shù)指標(biāo)來看，環(huán)模輥壓式具有較高的生產(chǎn)率，而且產(chǎn)品成本低，但是技術(shù)要求較高，生物質(zhì)成型機(jī)按壓塊生產(chǎn)技術(shù)類型可以分為環(huán)模和平模2種成型機(jī)。據(jù)了解，我國生物質(zhì)資源豐富，能源化利用潛力大，全國可作為能源利用的農(nóng)作物秸稈及農(nóng)產(chǎn)品加工剩余物、林業(yè)剩余物和能源作物、生活垃圾與有機(jī)廢棄物等生物質(zhì)資源總量每年約4.6億t標(biāo)準(zhǔn)煤。生物質(zhì)成型機(jī)的發(fā)展也十分不平衡，存在南北不平衡，產(chǎn)業(yè)成帶狀聚集，生物質(zhì)供熱在中、小城市和城鎮(zhèn)應(yīng)用空間不斷擴(kuò)大等特點(diǎn)?，F(xiàn)階段，生物質(zhì)成型機(jī)產(chǎn)品制造質(zhì)量、工藝水平參差不齊。生物質(zhì)成型機(jī)存在設(shè)備機(jī)組可靠性差、能耗高、設(shè)備適應(yīng)范圍小等缺點(diǎn)，由于原料的供應(yīng)受季節(jié)、成本、運(yùn)輸半徑等影響，難以滿足連續(xù)生產(chǎn)的需求，設(shè)備只好間歇工作，一年中有多半時(shí)間處于閑置狀態(tài)，導(dǎo)致資源浪費(fèi)，設(shè)備自然損耗嚴(yán)重，增大了設(shè)備回收年限。建議同類科研單位與生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)合起來，取長補(bǔ)短，抓住機(jī)遇，共謀發(fā)展，為使生物質(zhì)成型技術(shù)早日產(chǎn)業(yè)化，造福社會(huì)而共同努力[3]。

1.3 發(fā)展方向

生物質(zhì)成型機(jī)的發(fā)展方向：秸稈壓塊、飼料壓塊、牛糞壓塊，對(duì)生物質(zhì)進(jìn)行壓縮處理后，可以用作飼草料，也可以用作生物質(zhì)能源。另外，利用生物質(zhì)原料制備生物質(zhì)成型炭是農(nóng)林廢棄物利用的一個(gè)重要途徑[4]。在環(huán)模成型機(jī)的產(chǎn)能與能耗計(jì)算模型方面，分析結(jié)果表明：產(chǎn)率隨環(huán)模寬度、線速度和開孔率的增大而增加；能耗與物料特性和設(shè)備工藝參數(shù)有關(guān)，在保證物料順利擠出并穩(wěn)定成型的前提下，改進(jìn)模輥材料和加工工藝、選擇錐角大且短粗的模孔結(jié)構(gòu)均可降低設(shè)備能耗[5]。新疆是傳統(tǒng)的畜牧養(yǎng)殖區(qū)，牛糞的處理是每一個(gè)養(yǎng)殖場都要面臨的環(huán)保問題，生物質(zhì)成型機(jī)在畜禽糞污處理方面也是具有優(yōu)勢(shì)的，也應(yīng)該成為其發(fā)展方向之一。利用牛糞中有機(jī)質(zhì)的可燃性及纖維類的黏結(jié)作用，通過與煤的合理配比制成生物質(zhì)型煤的方法成功解決了牛糞的污染問題，壓力、燃燒等試驗(yàn)表明，牛糞生物質(zhì)型煤能夠滿足預(yù)期的燃燒性能要求，采用牛糞制備生物質(zhì)型煤不但解決了畜牧業(yè)區(qū)的環(huán)境污染問題，也為當(dāng)?shù)靥峁┝艘环N潔凈、環(huán)保和廉價(jià)的燃料，具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益[6]。在飼料壓塊方面，增加添加劑料斗，改善飼草料體積、口味和營養(yǎng)也是成型機(jī)發(fā)展的一個(gè)方向，它必將為促進(jìn)秸稈資源化利用，保護(hù)環(huán)境做出積極的貢獻(xiàn)。

2 影響新疆生物質(zhì)成型機(jī)發(fā)展的因素

2.1 原材料的影響

新疆地廣人稀，生物質(zhì)原料的收集、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、加工等各個(gè)環(huán)節(jié)都需要大量的人力和物力，機(jī)械設(shè)備等運(yùn)輸成本高，造成原材料成本偏高。目前原材料收集等環(huán)節(jié)沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和政策支持，造成原材料不好收集，有些人圖省事將秸稈一燒了之，有些人漫天要價(jià)造成原材料無法收集，制約了生物質(zhì)成型機(jī)的發(fā)展。

2.2 經(jīng)濟(jì)性的影響

農(nóng)村對(duì)優(yōu)質(zhì)能源的需求巨大，采用致密成型技術(shù)將秸稈等加工成優(yōu)質(zhì)燃料供應(yīng)給農(nóng)民，可以大幅度減少農(nóng)村對(duì)其他商品能源的依賴。

農(nóng)民有個(gè)適應(yīng)過程，對(duì)于我國尤其是農(nóng)村成型燃料還是新生事物，農(nóng)民已經(jīng)適應(yīng)了燃燒免費(fèi)的秸稈，突然對(duì)高出秸稈價(jià)格2～3倍的成型燃料不能接受。另外，一些經(jīng)濟(jì)條件稍好的地方燃煤取暖，因?yàn)槌尚腿剂系臒嶂当让阂?，而價(jià)格稍微高于煤炭，即便是他們對(duì)優(yōu)勢(shì)燃料有需求，也不會(huì)選擇成型燃料。這就要求各級(jí)政府從環(huán)境效益和社會(huì)效益的角度出發(fā)，對(duì)使用成型燃料的農(nóng)民給予合理的補(bǔ)貼。

與同等熱值的油氣能源相比，生物質(zhì)成型燃料具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，價(jià)格相當(dāng)于燃油的50%～60%，相當(dāng)于燃?xì)獾?0%，綜合成本與煤基本持平[7]。生物質(zhì)成型燃料壓塊也可以開辟供熱和發(fā)電領(lǐng)域。近年來，生物質(zhì)成型燃料越來越多地在區(qū)域供熱、熱電聯(lián)產(chǎn)以及混燃發(fā)電系統(tǒng)中使用，用于發(fā)電和供熱。生物質(zhì)成型燃料的成本高于煤炭等常規(guī)能源，由煤炭等化石燃料進(jìn)行的電力轉(zhuǎn)化價(jià)格比可再生能源低，但電力生產(chǎn)同時(shí)造成的環(huán)境污染卻沒有進(jìn)行成本計(jì)算。生物質(zhì)發(fā)電和供熱增長速度較快，主要源于政策的支持[8]。另外，一臺(tái)生物質(zhì)成型機(jī)一般售價(jià)在二、三十萬元，如果得不到政府的財(cái)政補(bǔ)貼，購買人不能盡快收回投資，經(jīng)濟(jì)效益差，都會(huì)影響生物質(zhì)成型機(jī)的發(fā)展。

2.3 政策的影響

新疆地區(qū)目前沒有專業(yè)化的生物質(zhì)成型機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，產(chǎn)品也沒有列入農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼目錄。各地政府采用了多種辦法疏導(dǎo)秸稈、畜禽糞便產(chǎn)生的污染，生物質(zhì)成型機(jī)的出現(xiàn)，為農(nóng)牧民解決了如何處理廢棄物的難題。建議政府給予生物質(zhì)成型機(jī)產(chǎn)業(yè)必要的政策扶持：一是將生物質(zhì)成型機(jī)綜合利用方案列入當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)綠色發(fā)展戰(zhàn)略；二是采取多種優(yōu)惠政策，加大購置設(shè)備補(bǔ)貼力度，加快機(jī)械設(shè)備的推廣使用；三是在全疆范圍內(nèi)組織開展生物質(zhì)成型機(jī)的秸稈、牛糞壓塊應(yīng)用、飼料壓塊應(yīng)用的推廣試驗(yàn)研究，探索出新的廢棄物處理的新途徑；四是在現(xiàn)有的稅收優(yōu)惠政策基礎(chǔ)上加大減免力度，對(duì)其壓塊產(chǎn)品實(shí)施免征增值稅優(yōu)惠政策。通過免收過橋過路費(fèi)、發(fā)放物流補(bǔ)貼等，降低秸稈、牛糞等的運(yùn)輸成本；五是政企聯(lián)動(dòng)，促進(jìn)秸稈、畜禽糞便綜合利用；鼓勵(lì)政府、養(yǎng)殖場、飼料廠、生物質(zhì)成型機(jī)廠、科研院所等利用各自優(yōu)勢(shì)資源與生物質(zhì)成型機(jī)企業(yè)形成互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、效益、人才、生物質(zhì)流等各方良性循環(huán)，盡快促進(jìn)提升農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用的產(chǎn)業(yè)化水平。

2.4 服務(wù)體系的影響

新疆現(xiàn)階段還沒有處理秸稈、畜禽糞便污染的相關(guān)服務(wù)體系，沒有生物質(zhì)成型機(jī)的服務(wù)體系和產(chǎn)品售后服務(wù)體系，制約了新疆農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用事業(yè)的發(fā)展。隨著新疆農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用事業(yè)的發(fā)展，一批采用新技術(shù)、新工藝的生物質(zhì)成型機(jī)企業(yè)、沼氣工程企業(yè)和生物有機(jī)肥企業(yè)的出現(xiàn)，以及國家相關(guān)能源環(huán)保企業(yè)的發(fā)展、環(huán)保政策、法規(guī)的落實(shí)和人們對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用的重視，創(chuàng)新的新型秸稈、畜禽糞便綜合利用服務(wù)體系一定會(huì)迅速的建立起來。創(chuàng)新的服務(wù)體系的建立，對(duì)新疆秸稈、畜禽糞便的綜合利用、生物質(zhì)成型機(jī)的發(fā)展、宣傳和引導(dǎo)將起到積極的促進(jìn)作用。

3 結(jié)論

發(fā)展新疆農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用事業(yè)，要引進(jìn)新技術(shù)和新裝備，同時(shí)也要開拓視野，積極引進(jìn)吸收國內(nèi)外環(huán)保、可再生能源領(lǐng)域先進(jìn)的思想、技術(shù)和成功模式，把生物質(zhì)資源綜合利用的上下游鏈條連接起來，形成產(chǎn)業(yè)鏈，實(shí)現(xiàn)綜合處理和高效利用。發(fā)展生物質(zhì)成型機(jī)事業(yè)，也離不開政府政策支持，農(nóng)民種田使用有機(jī)肥的支持、秸稈回收的支持和燃煤電廠的支持等等，我們只有用創(chuàng)新的方法和創(chuàng)新的理念，在實(shí)現(xiàn)多方共贏的情況下，才能健康可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用事業(yè)。

發(fā)展新疆農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用事業(yè)，既可以解決秸稈焚燒導(dǎo)致的環(huán)境問題，又可以緩解能源危機(jī)，既可以解決牛糞污染問題，也可以解決青貯飼料儲(chǔ)存、運(yùn)輸及口味營養(yǎng)等問題，可以說生物質(zhì)成型機(jī)是促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物綜合利用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源多層次、多方位良性循環(huán)利用的紐帶。推廣生物質(zhì)成型機(jī)是促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用、養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展的一條新途徑。