田間煙草廢棄物綜合利用實(shí)踐與思考

婁曉平，趙炯平，張保全，遆晉松，田斌強(qiáng)*

(1.浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，浙江 杭州 310004；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 煙草學(xué)院，河南 鄭州 450002)

田間煙草廢棄物包括田間結(jié)構(gòu)優(yōu)化下來的各種不適用的新鮮煙葉、煙葉采后秸稈、廢棄的病蟲害煙株、機(jī)械損傷煙株及雹災(zāi)煙株等，以前兩者所占比例最大，產(chǎn)出量相對(duì)穩(wěn)定，它們也是本文討論的重點(diǎn)。無論哪一種廢棄物都是肥力轉(zhuǎn)化而來，也附加有煙農(nóng)的大量勞動(dòng)，如果不加以利用，本身就是極大浪費(fèi)[1]。而且，這些廢棄物如不能得到及時(shí)妥善的處理，還會(huì)有潛在的病蟲害傳播風(fēng)險(xiǎn)或影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

田間結(jié)構(gòu)優(yōu)化是近年來廣泛推行的重要生產(chǎn)技術(shù)措施，對(duì)于緩解煙葉庫存壓力、避免不適用煙葉烘烤后流入黑市、平衡煙株?duì)I養(yǎng)、提升采烤等級(jí)結(jié)構(gòu)、提高烤后煙葉可用性、節(jié)約能耗、減少污染排放等具有重要意義。田間不適用煙葉[2]包括優(yōu)化結(jié)構(gòu)時(shí)采摘的下部葉、棄烤的上部葉，以及大田管理過程中去除的煙花、煙杈。有專家指出，按下3上2優(yōu)化結(jié)構(gòu)，煙葉成熟采烤，中部上等煙工商交接合格率按50%計(jì)，田間中部上等煙產(chǎn)出比例可達(dá)70%左右，完全可以滿足工業(yè)企業(yè)的需求。如果按照這種模式進(jìn)行優(yōu)化，全國按照100萬hm2煙田進(jìn)行估算，除去煙花、煙杈，全國被優(yōu)化的新鮮煙葉產(chǎn)量將達(dá)到445.5萬t;同樣的種植面積，全國每年的廢棄煙稈達(dá)到了 216萬t。

由于廢棄物的綜合利用，對(duì)于煙農(nóng)增收、煙草可持續(xù)發(fā)展意義重大。很多專家學(xué)者在田間煙草廢棄物綜合利用方面做了很多探索研究和開創(chuàng)性工作，如利用其生產(chǎn)有機(jī)肥料[3-5]、提取茄尼醇和煙堿[6-8]、煙稈造紙或制造刨花板[9-10]，以及生產(chǎn)生物質(zhì)燃料等。但實(shí)踐中也遇到了一些問題，這里我們通過調(diào)研、試驗(yàn)及文獻(xiàn)查閱，分析各種利用方式的效益和可行性，重點(diǎn)將這些問題呈現(xiàn)給大家，同時(shí)結(jié)合我們自己的思考，提出一些建議，以期拋磚引玉引發(fā)深入的討論，為更好地解決田間煙草廢棄物問題提供借鑒。

1 生產(chǎn)生物肥料

1.1 生產(chǎn)有機(jī)肥的優(yōu)點(diǎn)

純凈的田間不適用煙葉做成的肥料有機(jī)質(zhì)含量高達(dá)56.1%，氮素營(yíng)養(yǎng)為1.7%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般秸稈。將腐熟后的不適用煙葉作為有機(jī)肥料投入農(nóng)業(yè)使用，具有改良土壤品質(zhì)、提高農(nóng)作物產(chǎn)質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。若將煙葉殘?jiān)鳛橛袡C(jī)復(fù)混肥，可以促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，改善土質(zhì)，對(duì)酸性土壤及鹽堿地起緩沖作用，提高土壤保水、保肥能力。在采用了120 ℃以上的特種設(shè)備配以嗜高溫生物發(fā)酵菌，蟲卵的死亡率為100%，在百萬分之一的級(jí)別上沒有發(fā)現(xiàn)花葉病、黑脛病、根黑腐的病原，降低了農(nóng)作物病害的發(fā)生，此外還有抑制雜草生長(zhǎng)的作用。

1.2 煙草有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合河南許昌、云南大理州和貴州畢節(jié)幾個(gè)地區(qū)的相關(guān)科技人員探索了田間不適用煙葉的無公害化處理和綜合利用途徑，目前這3個(gè)區(qū)域的工廠已建成并投入運(yùn)營(yíng)，從鮮煙葉-成品-還田，整個(gè)過程周期僅為38 h。恩施清江源有機(jī)生物肥廠通過研究與開發(fā)解決了煙草秸稈木質(zhì)素、纖維素含量高和含有煙堿三大難題，形成了恩施望城坡、利川、鶴峰、宣恩4條生產(chǎn)線，具備年加工煙草秸稈15000 t、生產(chǎn)煙草秸稈生物有機(jī)肥30000 t的能力，幾年來累計(jì)推廣面積達(dá)到10萬hm2。鶴壁市禾盛生物科技有限公司利用部分有益微生物促進(jìn)煙葉、煙稈等有機(jī)廢棄物快速腐熟，采用獨(dú)特的連續(xù)池式發(fā)酵技術(shù)和擠壓造粒拋光整型新工藝，有機(jī)廢棄物快速腐熟、成粒，從而達(dá)到無害化生產(chǎn)。

1.3 不適用煙葉生產(chǎn)有機(jī)肥與正常采烤對(duì)于煙農(nóng)收益的影響

以云南大理彌渡縣紅大科技示范園為例，植煙農(nóng)戶將結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的田間不適用新鮮煙葉直接交售給廠家，廠家生產(chǎn)有機(jī)肥后再銷售給農(nóng)戶。對(duì)植煙農(nóng)戶不適用煙葉田間處理對(duì)經(jīng)濟(jì)收入的影響進(jìn)行對(duì)比，以下部打掉3片、上部打掉2片不適用煙葉進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各項(xiàng)消耗成本參考了當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際，效益分析如表1所示。

從表1可以看出，不適用煙葉田間處理部分(下3上2片)的純收入比不適用煙葉采烤的處理高3704.04元/hm2，主要表現(xiàn)為不適用煙葉處理用工成本小并得到煙草行業(yè)的補(bǔ)貼，同時(shí)在產(chǎn)區(qū)廢棄煙葉利用商業(yè)化情況下，田間不適用新鮮煙葉出售可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 不適用煙葉田間處理和采烤效益對(duì)比

田間不適用煙葉按照上部2片，下部3片計(jì)算，煙田產(chǎn)生的不適用煙葉4455 kg/hm2左右，大約762.5 kg干重，有機(jī)肥發(fā)酵過程中10%的損耗，生產(chǎn)1 t有機(jī)肥需配套1.45 hm2的煙田，按照鮮煙葉0.9元/kg價(jià)格收購，根據(jù)運(yùn)輸距離長(zhǎng)短不同，工廠化處理工廠每噸煙葉分別獲得250.55元或170.55元的間接效益，每個(gè)基地單元(1133.3 hm2)內(nèi)的煙田廢棄物能夠生產(chǎn)有機(jī)肥料781.6 t，每噸按照500元計(jì)算，直接效益52.41萬～58.66萬元(表2)。

表2 每噸有機(jī)肥生產(chǎn)配套的費(fèi)用

2 從不適用煙葉中提取煙堿

2.1 提取煙堿的前景

近年來煙堿市場(chǎng)需求逐年上升，據(jù)《中國煙堿市場(chǎng)需求預(yù)測(cè)及投資機(jī)會(huì)分析報(bào)告會(huì)2016～2021年》分析，預(yù)測(cè)在2020年全球市場(chǎng)交易量達(dá)4000 t，需求明顯，市場(chǎng)缺口大，盈利空間明顯。目前國內(nèi)較為成熟的煙堿提取技術(shù)為“碳化脫酸-硫酸吸收”，該方法使煙堿從煙草中的其他成分中進(jìn)行初步分離，然后再在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行2次真空蒸餾可以得到98%以上的煙堿產(chǎn)品，其中湖北和諾生物工程公司可生產(chǎn)出99.5%的煙堿，產(chǎn)品在國際市場(chǎng)供不應(yīng)求。

2.2 不適用煙葉用于提取煙堿的各方效益分析

以湖北恩施為例，植煙農(nóng)戶將田間不適用新鮮煙葉采收后直接交售至合作社，由合作社烤干烤青后交售給廠家。對(duì)每公頃不適用煙葉處理成本進(jìn)行測(cè)算，鮮葉采購價(jià)格、烘烤成本、人工成本具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 不適用煙葉提取煙堿的成本與效益分析

煙農(nóng)合作社受廠家委托按下部新鮮煙葉煙0.6元/kg，上部新鮮煙葉煙按1.2元/kg收購，按下4上4進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，植煙農(nóng)戶可獲得補(bǔ)貼8316元/hm2補(bǔ)貼。按下部去除4片，上部去除2片計(jì)，植煙農(nóng)戶可獲利4514.4元/hm2補(bǔ)貼。

基地?zé)熮r(nóng)合作社按照此方式操作，煙葉可獲得201.75元/hm2利潤(rùn)，每個(gè)基地單元按1133.33 hm2計(jì)算，結(jié)構(gòu)優(yōu)化全部按照下4上4方式實(shí)施，合作社可獲得22.865萬元。

湖北和諾公司生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)情況。該公司以生產(chǎn)煙堿和有機(jī)肥為主，兼顧其他產(chǎn)品，年生產(chǎn)煙堿50 t，有機(jī)肥7500 t。根據(jù)2017年生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀況，獲利為1492.5萬元。具體見表4、表5。目前，該公司正在擴(kuò)建年產(chǎn)100 t高純度煙堿生產(chǎn)線，預(yù)計(jì)產(chǎn)值8000萬元。

表4 湖北和諾公司生產(chǎn)每噸煙堿、副產(chǎn)品肥料配套費(fèi)用及效益

表5 和諾公司年度生產(chǎn)量及效益

3 用廢棄煙稈制作煙箱纖維板

3.1 制作纖維板的意義

由于煙桿纖維中含有一定量的木質(zhì)素和果膠，這些物質(zhì)在165～175 ℃下變黏，在高壓作用下，可將纖維彼此粘結(jié)起來。同時(shí)纖維表面分布有大量纖維素分子，在高壓作用下，相鄰纖維表面的纖維素分子之間產(chǎn)生分子引力，而每個(gè)纖維素分子上帶有幾百上千個(gè)羥基，在高壓受熱條件下相鄰纖維表面的纖維素分子上的羥基產(chǎn)生氫鍵結(jié)合力。通過以上3個(gè)方面綜合作用的結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)無膠制板。

自2017年起，國家加大對(duì)進(jìn)口廢紙管控力度，中國造紙產(chǎn)業(yè)的纖維來源成為業(yè)內(nèi)最為關(guān)注的問題與挑戰(zhàn)。2017年廢黃板紙A級(jí)全國均價(jià)約1989元/t，同比漲幅約59.63%。廢紙漿需求增大，價(jià)格不斷上漲，尋求新型原料替代部分廢紙漿成為解決廢紙漿短缺的有效途徑。

3.2 浙江中煙的實(shí)踐

浙江中煙目前主要從2個(gè)方面著手：一是直接研磨成粉，添加到紙漿中使用；二是通過化學(xué)法處理進(jìn)行制漿使用，直接研磨法已得到實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品。

3.2.1 工藝問題 直接研磨采用睿核1000型小型電動(dòng)粉碎機(jī)，在35000 r/min的條件下，經(jīng)不同時(shí)間研磨發(fā)現(xiàn)，隨研磨時(shí)間延長(zhǎng)，秸稈顆粒粒徑及纖維長(zhǎng)度變小，6 min時(shí)，粒徑和纖維長(zhǎng)度分別達(dá)到10.51 μm和0.408 mm，為纖維板材適用規(guī)格。隨后用此原料進(jìn)行抄片試驗(yàn)。按照添加量的5%、10%、15%、20%、25%、30%的比例將煙稈粉末加入到混合后的廢紙漿中，抄取定量為180 g/m2的手抄片，檢測(cè)主要指標(biāo)見表6。結(jié)果顯示，添加煙稈粉有利于提高紙張松厚度，但會(huì)降低紙張強(qiáng)度。結(jié)合以上信息，煙稈直接研磨法造紙，初步確定以5%添加量為考察基準(zhǔn)，5%添加量時(shí)的環(huán)壓指數(shù)、耐破指數(shù)、裂斷長(zhǎng)、抗張指數(shù)等下降不很明顯，可在實(shí)際應(yīng)用中通過使用部分化學(xué)品予以調(diào)整。

表6 煙稈添加比例和紙張指標(biāo)性能關(guān)系

3.2.2 研磨顆粒用于紙箱纖維板引起的生產(chǎn)成本變化預(yù)估 實(shí)驗(yàn)室煙稈磨粉(6 min細(xì)度)耗電量換算約2500 kW·h/t，工業(yè)用電價(jià)格0.57元/kW·h，每噸煙稈磨粉成本=2500 kW·h/t用電量×0.57元/kW·h電費(fèi)=1425元/t。

按煙稈用于廢紙漿中實(shí)際保留率80%，煙稈原料價(jià)格按500元/t計(jì)，初步計(jì)算煙稈粉成本為3281.3元/t，比全部采用廢紙漿(價(jià)格3400元/t)節(jié)約118.7元(表7)。

表7 生產(chǎn)每噸煙稈廢紙漿比原進(jìn)口廢紙漿成本降低量

4 制作生物質(zhì)燃料

4.1 生物質(zhì)燃料的優(yōu)點(diǎn)

煙稈制作的生物質(zhì)燃料除煙農(nóng)增收外尚有節(jié)能減排、清潔、高效、循環(huán)利用等四大優(yōu)點(diǎn)。一是節(jié)能減排。烘烤煙葉按照燃煤600 kg/667 m2計(jì)算，烤667 hm2煙葉需使用6000 t燃煤，如全部使用生物質(zhì)燃料進(jìn)行烘烤，可實(shí)現(xiàn)減排二氧化碳7860 t、二氧化硫21.9 t、氮氧化物19.7 t，并能降低大量的粉塵排放。二是清潔煙田，降低病蟲害發(fā)生。將煙稈及時(shí)清理，可減少病蟲害殘留載體，降低病蟲害的發(fā)生率。三是提高效能。生物質(zhì)燃料燃燒穩(wěn)定，升溫快，每小時(shí)可升溫6～8 ℃，優(yōu)質(zhì)煙比例較煤烤煙提高7%左右。四循環(huán)利用，沒有廢棄物。生物質(zhì)燃料燃燒后的燃灰，不僅量少、質(zhì)地均勻、分散而疏松、易于清理，鉀含量較高可作為鉀肥還田利用。湖南瀏陽產(chǎn)區(qū)合作社通過收購煙農(nóng)煙稈制作生物質(zhì)燃料既增加了煙農(nóng)收入又獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)煙葉的可持續(xù)發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用，具體如下。

4.2 植煙農(nóng)戶的增收

每667 m2煙草產(chǎn)生干煙莖150～200 kg,煙根150～200 kg[11]，合作社按0.5元/kg進(jìn)行收購，貨到付款，植煙農(nóng)戶可以獲得200元/667 m2。

4.3 合作社效益分析

合作社投入50萬元左右，采購一條20 t/d生產(chǎn)線，廠房300萬～400萬元，收購煙稈或木屑材料，其中煙稈的收集和運(yùn)輸?shù)胶献魃绨?.5元/kg收購，木屑材料和收集按500元/t計(jì)，按木屑材料收購價(jià)500元/t計(jì)，合作社生產(chǎn)1 t生物質(zhì)燃料可獲得353元利潤(rùn)，全年可獲得257.69萬元利潤(rùn)(表8)。

表8 湖南瀏陽每噸生物質(zhì)生產(chǎn)燃料費(fèi)用及效益

5 存在的問題

通過上述幾個(gè)案例可知，有機(jī)肥生產(chǎn)、煙堿提取、纖維板生產(chǎn)、生物質(zhì)燃料生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化在國家煙草專賣局出臺(tái)田間鮮煙葉收購及有機(jī)肥生產(chǎn)資金補(bǔ)助的情況下，植煙農(nóng)戶棄烤田間不適用鮮煙葉收益高于采烤收益，有機(jī)肥生產(chǎn)廠家、煙堿提取企業(yè)、纖維板生產(chǎn)企業(yè)、生物質(zhì)燃料生產(chǎn)企業(yè)同樣也產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益，多方獲利，結(jié)構(gòu)優(yōu)化得以持續(xù)推進(jìn)，穩(wěn)定煙農(nóng)隊(duì)伍、穩(wěn)定煙農(nóng)效益、保證煙農(nóng)收益落到了實(shí)處，可持續(xù)發(fā)展得以實(shí)施，中部上等煙比例有了較大提升，工業(yè)企業(yè)中部上等煙采購壓力得以緩解。

5.1 綜合利用意識(shí)弱、煙草廢棄物去路少

田間結(jié)構(gòu)優(yōu)化政策宣傳較多，在產(chǎn)區(qū)政府和煙草公司推動(dòng)下，相關(guān)技術(shù)落實(shí)較好，但對(duì)產(chǎn)生的不適用煙葉的有效綜合利用，還缺乏強(qiáng)烈意愿。產(chǎn)區(qū)加工煙草廢棄物企業(yè)工廠太少，不適用煙葉缺乏合適去路。所以，產(chǎn)區(qū)不適用煙葉多數(shù)處于較小范圍的相對(duì)集中，在地頭煙葉廢棄池內(nèi)與其他雜物隨意堆放，當(dāng)作垃圾處理。

5.2 廢棄物收集難度大

廢棄物收集利用有賴于煙農(nóng)和基層站點(diǎn)人員投入，受約束于煙田地形、交通條件、運(yùn)輸工具、煙田連片面積、天氣狀況、廢棄物加工企業(yè)的存放處理能力等因素，加之煙田廢棄物的產(chǎn)生帶有季節(jié)性且時(shí)間集中，造成收集不及時(shí)或處理不及時(shí)，達(dá)不到綜合利用的目標(biāo)效果。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施需要落實(shí)、廢棄煙葉集中產(chǎn)生的時(shí)間，往往也是產(chǎn)區(qū)煙農(nóng)和基層站點(diǎn)人員工作最為繁忙的時(shí)間，以目前的0.9元/kg的鮮煙葉收購補(bǔ)貼價(jià)，煙農(nóng)積極性不高，多數(shù)是迫于政策性要求而被動(dòng)收集，而站點(diǎn)人員督促落實(shí)力不從心。

5.3 現(xiàn)有加工利用企業(yè)綜合效益不高

當(dāng)前，產(chǎn)區(qū)煙草廢棄物綜合利用企業(yè)少、規(guī)模小、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一、產(chǎn)品附加值有待進(jìn)一步提高。很多產(chǎn)區(qū)沒有相關(guān)企業(yè)、有相關(guān)企業(yè)的產(chǎn)區(qū)其企業(yè)產(chǎn)能低、規(guī)模小，企業(yè)建設(shè)時(shí)沒有站在更高角度對(duì)相關(guān)原料加工可能性進(jìn)行整合，局限于煙草廢棄物或者局限于某一種產(chǎn)品，有些還存在對(duì)原料利用不徹底，產(chǎn)品功能沒有得到強(qiáng)化、附加值偏低。部分原因是政策引導(dǎo)不夠、重視程度不夠，而另一方面原因是缺乏經(jīng)營(yíng)模式研究或配套技術(shù)研究支撐。

6 建議

6.1 高度重視煙草廢棄物綜合利用

從生產(chǎn)實(shí)際講，煙草廢棄物綜合利用可以減少病蟲害傳播、減輕田間作物障礙；從綜合效益講，煙草廢棄物綜合利用可以增加煙農(nóng)收益、增加企業(yè)收益、也潛在增加國家稅收，同時(shí)減少環(huán)境污染，也有利于美麗鄉(xiāng)村建設(shè)。所以，行業(yè)應(yīng)強(qiáng)化煙草主體責(zé)任意識(shí)、主動(dòng)作為，將這一利國利民的大事辦好，進(jìn)一步樹立煙草行業(yè)良好的社會(huì)形象。

6.2 多方聯(lián)合、共同發(fā)力

建議行業(yè)通盤考慮、多方施策。加大煙草廢棄物綜合利用方面的政策和資金扶持力度，增加企業(yè)數(shù)量、降低企業(yè)成本，使煙草廢棄物利用可被利用也有利可圖；樹立產(chǎn)區(qū)和企業(yè)典型，帶動(dòng)和輻射周邊；進(jìn)一步鞏固和擴(kuò)大煙田基本設(shè)施建設(shè)成果，為廢棄物收集提供便利條件；加大綜合利用相關(guān)專題研究力度，如，煙田廢棄物生產(chǎn)有機(jī)肥與大農(nóng)業(yè)的融合模式研究、廢棄物綜合利用相關(guān)方共同經(jīng)營(yíng)模式研究，收集、轉(zhuǎn)運(yùn)、貯存、脫水、包裝等相關(guān)設(shè)備研究，廢棄物綜合利用相關(guān)技術(shù)研究等；建議田間優(yōu)化補(bǔ)貼資金提升到年度收購金額6%～7%的比例；建議行業(yè)盡快打破與非煙草行業(yè)的一些壁壘，如，將復(fù)烤企業(yè)的廢棄煙梗售賣給煙草廢棄物綜合利用企業(yè)，在專賣體制監(jiān)督下，開發(fā)利用，達(dá)到共贏。

相關(guān)企業(yè)要以國際視野、站在大農(nóng)業(yè)的角度，以多元化高附加值產(chǎn)品為目標(biāo)，多渠道爭(zhēng)取資金扶持，吸收先進(jìn)技術(shù)，升級(jí)生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)一步提升企業(yè)效益。如，與復(fù)烤公司、環(huán)保部門溝通在運(yùn)輸費(fèi)用、無害化處理給予一定的資金支持；通過生物制劑和營(yíng)養(yǎng)元素強(qiáng)化等提高產(chǎn)品的附加值；在提取茄尼醇或煙堿的基礎(chǔ)上，再生產(chǎn)有機(jī)肥；行業(yè)內(nèi)企業(yè)也要在纖維板生產(chǎn)等方面積極示范。

產(chǎn)區(qū)要演好組織者、協(xié)調(diào)人、介紹人的角色?？梢钥紤]將田間不適用煙葉交售和煙葉收購合同捆綁在一起，納入考核范圍，同時(shí)做好煙農(nóng)思想工作；協(xié)調(diào)聯(lián)合當(dāng)?shù)厝肆Y源管理部門采用“用工期貨”的方式解決臨時(shí)用工短缺問題；協(xié)調(diào)煙農(nóng)合作社開展煙草廢棄物綜合利用專業(yè)服務(wù)；建立煙草廢棄物信息采集交流平臺(tái)，服務(wù)于收、轉(zhuǎn)、運(yùn)、購各環(huán)節(jié)。