秸秆焚烧的危害及其综合利用

1 秸秆焚烧的危害及其综合利用 阳城县芹池镇初级中学校 张国兵 秸秆是成熟农作物茎叶 穗 部分的总称 通常指小麦 水稻 玉米 薯类 油料 棉 花 甘蔗和其它农作物在收获籽实后的剩余部分 农作物光合作用的产物有一半以上存在于 秸秆中 秸秆富含氮 磷 钾 钙 镁和有机质等 是一种具有多用途的可再生的生物资源 秸 秆也是一种粗饲料 特点是粗纤维含量高 30 40 并含有木质素等 木质素虽不能为猪 鸡所利用 但却能被反刍动物牛 羊等牲畜吸收和利用 人们现在对秸秆处理方式最直接的印象就是在田里大量焚烧 这种现象在我国东部表现 得尤为突出 每年夏收 秋收之后 田野里火光冲天 浓烟笼罩 有时滚滚浓烟几乎使人窒 息 由于焚烧秸秆而造成的机场停运 高速公路封闭的情况时有发生 损失难以计数 据统 计 我国现有的 15 亿亩耕地 农作物秸秆年产出量达 6 亿吨之多 其中稻草 1 8 亿吨 玉 米 2 2 亿吨 小麦 1 1 亿吨 还有甘薯蔓 油菜秸 大豆秸 甘蔗梢 高粱秸 花生秧及壳 等产出的秸秆量都超过千万吨 而每年其中 80 约 5 亿吨的秸秆都被烧掉了 简直成了一 大社会公害 为了解决这一问题 农业部等国家六部委于今年四月联合发文 要求加强秸秆 的综合利用和禁烧 如何开发利用秸秆已经成为当代农业发展的重大课题之一 一 焚烧秸秆的危害 污染空气环境 危害人体健康 有数据表明 焚烧秸秆时 大气中二氧化硫 二氧化 氮 可吸入颗粒物三项污染指数达到高峰值 其中二氧化硫的浓度比平时高出 1 倍 二氧化 氮 可吸入颗粒物的浓度比平时高出 3 倍 相当于日均浓度的五级水平 当可吸入颗粒物浓 度达到一定程度时 对人的眼睛 鼻子和咽喉含有黏膜的部分刺激较大 轻则造成咳嗽 胸 闷 流泪 严重时可能导致支气管炎发生 引发火灾 威胁群众的生命财产安全 秸秆焚烧 极易引燃周围的易燃物 尤其是在 村庄附近 一旦引发火灾 后果将不堪设想 引发交通事故 影响道路交通和航空安全 露天焚烧秸秆带来的一个最突出的问题就 是焚烧过程中产生滚滚浓烟 直接影响民航 铁路 高速公路的正常运营 对交通安全构成 潜在威胁 机场每逢农作物收割季节都深受秸秆露天焚烧的危害 有时机场能见度低于 400 米 严重影响机场航班正常起飞和降落 航空公司及旅客对此反映强烈 一旦导致事故 将 造成极为不良的社会影响 破坏土壤结构 造成耕地质量下降 影响作物对土壤养分的充分吸收 直接影响农田 2 作物的产量和质量 影响农业收益 在农田焚烧稻草秆焚烧秸秆使地面温度急剧升高 能直 接烧死 烫死土壤中的有益微生物 会使土壤的自然肥力和保水性能大大下降 土壤水分损 失 65 80 板结不耐旱 焚烧秸秆所形成的滚滚烟雾 片片焦土 对一个地区的环境形象是最大的破坏 二 焚烧秸秆的原因及相关建议 原因 秸秆没有更好的出处 如没有推广秸杆气化 缺少秸杆粉碎还田的技术和设备 秸杆 的工业利用缺少政府的政策性引导和扶持等 现在秸秆的利用价效率和利用价值相对较低 农民觉得拉回来以后也挣不了多少钱 所以干脆烧掉还田 行政手段力度不够 农业和环保职能部门职责不清 管理不到位 缺少相关法律法规的严厉约束 目前农村家庭主要劳动力多在外打工 家里的老人妇女和儿童没有足够的体力对秸杆 进行处理 许多村民对焚烧秸秆的危害性认识还不够 相关建议 尽快制定地方条例 严禁焚烧秸杆 就像对城市禁放烟花爆竹一样对农村实行禁焚 同时明确界定政府管理部门 避免部门之间相互推诿 大力推广秸杆气化站的建设 秸杆气化既清洁又保护了环境 相关部门还应组织专家 对已建气化站进行技术指导和跟踪服务 加强秸杆还田作业的服务体系建设 应将秸杆还田作业列入农村的考核指标 在财政 上予以适当补贴 制定稻麦秸杆工业利用的引导和扶持政策 比如从税收优惠到财政补贴等方面给予扶 持 总之 严禁稻麦秸杆焚烧是一件利国利民的大事 应从实行地方条例和明确部门职责 推广秸杆气化 还田技术 制定相关产业政策 三方面 着手 整体推进 方可还群众明朗 的天 三 秸秆的综合利用 秸秆是一种很好的清洁可再生能源 每两吨秸秆的热值就相当于一吨标准煤 而且其平 均含硫量只有 3 8 而煤的平均含硫量约达 1 在生物质的再生利用过程中 排放的 CO2 与生物质再生时吸收的 CO2 达到碳平衡 具有 CO2 零排放的作用 市场前景非常广阔 秸秆还田 3 农作物秸秆还田技术主要是机械化秸秆粉碎直接还田技术 它是以机械的方式将田间的 农作物秸秆直接粉碎并抛洒于地表 随即耕翻入土 使之腐烂分解 从而培肥地力 实现农 业增产增收 机械化秸秆还田技术具有显著的经济效益和社会效益 1 秸秆还田技术的优点 增加土壤有机质 增肥地力 秸秆中含有氮 磷 钾 镁 钙及硫等元素 这些正是 农作物生长所必需的营养无素 据测定 秸秆中有机质含量平均为 15 左右 如按每公顷还 田秸秆 15t 计算 则可增加有机质 2250kg hm2 据有关资料统计 目前我国每年生产秸秆 6 亿 t 其中含氮 300 多万 t 含磷 70 多万 t 含钾 700 多万 t 相当于我国目前化肥施用 总量的四分之一以上 可见农作物秸秆是一笔巨大的财富 付之一炬真是资源的极大浪费 改善土壤环境 改造中低产田 秸秆中含有大量的能源物质 还田后生物激增 土壤 生物活性强度提高 接触酶活性可增加 47 随着微生物繁殖力的增强 生物固氮增加 碱 性降低 促进了土壤的酸碱平衡 养分结构趋于合理 此外 秸秆还田可使土壤容量降低 土质疏松 通气性提高 犁耕比阻减小 土壤结构明显改善 形成有机质覆盖 抗旱保墒 秸秆还田可形成地面覆盖 具有抑制土壤水分蒸发 储 存降水和提高地温等诸多优点 据测定 连续六年秸秆直接还田 土壤的保水 透气和保温 能力增强 吸水率提高 10 倍 地温提高 1 2 亩玉米秸秆还田后相当于增施硝氨 35kg 磷肥 375kg 磷酸钾 307 5kg 若连续三年秸秆还田可使小麦 玉米平均增产 10 20 降低病虫害的发生率 由于根茬粉碎疏松和搅动表土 能改变土壤的理化性能 破坏 玉米螟虫及其它地下害虫的寄生环境 故能大大减轻虫害 一般可使玉米螟虫的危害程度下 降 30 省工增产 争抢农时 一般情况下 机械化秸秆还田的作业成本仅为人工还田的四分 之一 而工效可比人工还田得高 40 120 倍 还可增产增收 因此 机械化秸秆还田是大面 积实现以地养地 建立高产稳产农田的有效途径 优化环境 防治污染 机械化秸秆还田使秸秆中的有机质得到充分的利用 避免了长 期以来农民大量焚烧秸秆而造成的环境污染 有利于生态农业和环保农业的发展 因此 农 作物秸秆还田技术作为环保农业的一项重要技术 是目前国家重点推广实施的农业新技术这 一 秸秆还田具有良好的经济效益和社会效益 但目前我国的大部分地区没有采用有效的还 田措施 致使耕地连年种植不得休闲 土壤养分得不到及时补充 有机质含量逐年下降 农 业生产始终处于种大于养 产大于投的掠夺式经营状态 由于化肥的施用量占用肥总量的比 4 例过大 土壤有机质没有得到及时补充 造成土壤板结地力衰退 农作物营养不良和病虫害 多的严重后果 因此秸秆还田技术具有很大的发展力和广阔的推广应用前景 2 秸秆还田技术的缺点 尽管秸秆还田具有较好的经济技术和社会效益及广阔的推广应用前景 但仍存在一些不 容忽视的问题 如还田后的秸秆不易腐烂 影响下茬播种质量 有些农民对秸秆还田的重要 性认识不足 没有长期效益观念 秸秆还田机具价格偏高 利用率低等 使推广该项技术存 在一定的难度 3 保证秸秆还田技术可持续发展应采取的措施 加大宣传力度 提高农民认识 转变农民思想观念 纠正长期单纯依赖化肥的思想 帮助他们树立环保意识 改变落后习惯 逐步建立用地养地相结合的良性循环机制 让农民 真正认识到机械秸秆还田带来的好处 提高广大农民开展机械化秸秆还田的自觉性 加强领导 增加力度 采用强有力的行政和法律措施 对焚烧秸秆现象进行严肃处理 各级政府要把推广秸秆还田纳入当地经济发展的总体规划 把秸秆还田 培肥地力提高到发 展质量效益型农业和绿色农业的高度来抓 为大力推广机械化秸秆还田技术 创造良好的社 会环境 加大投入 优化机制 农机部门要积极争取政府大力支持 加大行政推动力度 疏堵 结合 以堵促疏 建立以国家为导向 农民和农村集体投资为主体的多层次 多形式 多元 化的投资新机制 采取小麦联合收割机 脱粒机 玉米铁茬播种机的发展模式 鼓励个人投 资购机 协调有机户为无机户服务 开展跨区作业 这样既节省了大量资金 又大大提高了 机械的利用率 选准机型 加快推广 组织科研和生产等部门联合进行技术攻关 搞好机械的对比试 验和选型定型 不断反馈信息 加强机型的研制改进 加快适销对路秸秆还田机的推广应用 改革耕作制度 推广少 免耕技术 使秸秆还田技术成为少 免耕技术的一个组成部 分 建立良性发展的农业耕作制度 满足我国农业持续发展的需要 秸秆饲料 秸秆的自然密度通常为每立方米 30 50 公斤 如此 蓬蓬松松 的原料很不利于运输 和储存 影响其深加工或二次开发利用 因此对秸秆首先进行就地高密度压缩是解决秸秆综 合利用 瓶颈 的关键 只有将秸秆高密度压缩了 才能为下一步的开发利用及流通创造有 利条件 5 近几年 国内部分研究机构与农场协作攻关 采用机械手段对秸秆进行了不同程度的压 缩试验 结果表明作为秸秆压缩饲料不但营养水平有所提高 而且还方便了流通 河北省 鹿泉秸秆开发实验场 从 1998 年起率先承担了 秸秆综合利用 河北省科研攻关课题 以玉米等秸秆为原料 经高压高温压缩成块状饲料 使秸秆压缩到每立方米 0 8 1 吨的高 密度 不仅便于储运 灭菌灭虫 长期保存不变质 而且不易燃烧 营养水平比原来有所提 高 保持反刍动物对粗纤维的要求 我国是一个农牧业大国 同发达国家相比 畜牧业的比例偏低 随着人民生活水平的提 高 膳食结构将向奶 肉 蛋倾斜 这就对畜牧养殖业提出了更大的要求 而畜牧业的大发 展就需要有丰富的饲料资源 面对草原退化沙化严重 牧草供应不足 树叶资源难以采集利 用的矛盾 以秸秆为主的畜牧粗饲料开发潜力是巨大的 牛羊等反刍动物对秸秆等粗饲料必 吃 以牛为例 按 2001 年统计 全国牛存栏量为 1 5 亿头 年需粗饲料 4 5 亿吨 特别是 对规模化 集约化养殖的粗饲料供应缺口很大 在秸秆开发利用领域里 每年有 3 亿 5 亿 吨的闲置资源 就市场来讲 存在着百亿元的商机 秸秆综合利用大有可为 据测算 每一万吨秸秆压缩饲料用于养殖业 可供 3000 4000 头牛粗饲料一年的食用 肉牛可增重增收 15 奶牛可增产增收 16 乳脂率也提高 0 2 与此同时 这些饲料 绝大部分将形成粪便 一方面可用于制作沼气 另一方面形成的约一万吨有机肥可替代化肥 成为发展生态农业一个重要的产业链 实践证明秸秆是最广阔 最丰富 最廉价 品质较好 的粗饲料资源 加快以秸秆为原料的粗饲料工业化生产和现代化的流通已迫在眉睫 秸秆燃气 秸秆燃气 是利用生物质通过密闭缺氧 采用于溜热解法及热化学氧化法后产生的一种 可燃气体 这种气体是一种混合燃气 含有一氧化碳 氢气 甲烷等 亦称生物质气 1 技术原理 植物生物质 包括据木 木柴 野草 松针树叶 作物秸秆 牛羊畜粪 食用菌渣 中 的碳元素质量分数约为 40 其次为氢 氮 氧 镁 硅 磷 钾 钙等元素 植物秸秆的 有机成分以纤维素 半纤维素为主 质量分数为 50 这些生物质原料 在缺氧条件下加热 使之发生复杂的热化学反应的能量转化过程 此过程实质是植质中的碳 氢 氧等元素的原 子 在反应条件下按照化学键的成键原理 变成一氧化碳 甲烷 氢气等 可燃性气体的分 子 这样植物生物质中的大部分能量就转移到这些气体中 基本反应包括 C O2 CO2 2C O2 2CO 6 CO O2 2CO2 2H2O C CO2 2H2 H2O CO CO2 H2 CO2 C 2CO CH4 CO2 2CO 2H2 C 2H2 CH4 CO 3H2 CH4 H2O 2H2 O2 2H2O 2 秸秆燃气生产技术发展方向 用生物质替代煤 天然气和重油等化石燃烧来制备合成为甲醇 汽油 或柴油等液体燃 料而用于交通工具 这样即可以满足人类对液体燃料日益增长的需求 同时又可有效减轻由 于大量使用化石燃料给环境带来的污染 3 秸秆燃气的开发前景 植物生物质能源是一个巨大的太阳能仓库 是重要的 绿色能源 之一 可以讲开发利 用植物生物质能源 就是开发利用太阳能 植物生物质能源可以再生 取之不尽 用之不竭 因此 根据我国国情和当今国际社会 新思维 新料学 新技术 的发展态势 发展的植物 生物质为原料的绿色能源转化技术 符合本世纪发展的主题 社会可持续发展 据报道 我国能源专家对本世纪上半叶我国植物生物质能源的发展进行了 3 个阶段的科 学预测 第一阶段 2001 2010 植物生物质能源的生产能基本得到满足 基本解决我国农村生 活用能 生态环境的破坏能得到有效地控制 基本遏制因直接燃烧植物生物质和废弃植物生 物质而引起的生态环境恶化的趋势 第二阶段 2011 2030 我国农村植物生物质能源综合建设达到社会化 农用植物生 物质能方式多维 多元化 生产 生活用能得到满足 植物生物质绿色能源转化技术得到普 遍推广和应用 我用生态环境建设开始走上良性循环的轨道 第三阶段 2031 2050 建立起我国多能互补 结构合理 安全可靠的植物生物质能 源生产供应体系 并形成规模 乡镇企业因能源高效化 农民因能源优质化 基本建立起适 应可持续发展的良性循环的生态环境系统工程 增强我国植物生物质能源综合建设的可持续 发展能力 我国著名科学家 中科院院士朱清时教授讲 目前我国能源战略迫切需要研究用非粮食 类生物质作原料生产液体类 气体类燃料 开发出拥有自主知织产权和具有推广价值的实用 7 技术 保障我国植物生物质能源的安全开发利用和经济昌盛繁荣 2003 年 太阳能 杂 志第一期 我国植物生物质能源开发展望 秸秆直燃发电 秸秆发电是秸秆优化利用的最主要形式之一 随着 可再生能源法 和 可再生能源发 电价格和费用分摊管理试行办法 等的出台 秸秆发电备受关注 目前秸秆发电呈快速增长 趋势 各级政府在招商引资中也都把秸秆发电作为一个重头戏 秸秆发电概念在资本市场也 开始活跃 秸秆发电利国利民 受到越来越多的人关注 2007 年 12 月 10 日 我国第一个自主研发的软质秸秆发电项目在江苏淮安建成并投入 运营 该项目的成功投运 开创了我国软质秸秆发电的先河 1 目前我国秸秆直燃发电的基本情况 据介绍 目前用于直燃发电的秸秆主要有三类 第一类为黄色秸秆 主要是玉米秸秆 小麦秸秆 稻草等草木类农作物秸秆 具有体积大 重量轻 密度小等特点 为满足锅炉燃 烧发热量 保证单位时间内的上料量 需要打捆至规定的体积和重量后输送至炉膛内燃烧 还有一类为灰色秸秆 主要是棉花秸秆 大豆秸秆 树枝 木材下脚料等密度较大的木本类 植物 需破碎加工后输送至炉膛内燃烧 第三类是为提高燃烧值压缩为一定体积的颗粒的秸 秆 在加工处理上 黄色秸秆的操作难度最大 一方面 农业产出物中有 51 是废弃物 也就是我们通常所说的秸秆 长期以来得不 到充分利用 另一方面 我国目前大豆 玉米 水稻 小麦等主要粮食都还需要进口 国家 发改委已经明令不允许用粮食作为生物质的原料 这样我们就开始在秸秆身上动脑筋 如果 能够把它充分利用起来 几乎相当于再造了一个农业 专家如是评价 秸秆发电是近一两年刚刚起步的新兴产业 目前国际上在秸秆发电方面做得最好的是煤 炭资源比较缺乏的北欧国家 其中又以芬兰尤为突出 而丹麦生物质能燃烧提供的能源占到 总能源的 20 以上 瑞典占到 15 我国在国际上也处于领先水平 直追北欧 但是北欧 国家主要是利用速生林切割成木片发电 与我国主要利用农业废弃物的国情有很大差距 因 此我国不得不在完全陌生的领域搞自主研发 生物链和技术链方面难度都很大 我国在完全燃烧以及废弃物处理方面的技术都比较成熟了 但是把秸秆从田间地头运输 到工厂车间 看似容易的储运 打包以及预加工过程 却对农业机械提出了很高的要求 在 凸凹不平的田间作业的叉车不仅要求具有较大的提升力 还要适应由于土壤的不同形成的各 种工况 此外 原来的收割机直接将秸秆粉碎覆盖在土地上 而现在需要将秸秆收集起来 这样不仅收割机 就连播种机都要随之变化 过去广泛使用的 免耕覆盖播种机 也要适当 8 调整 可以说 利用秸秆发电带来的是一次机械领域 乃至农业生产方式的大变革 同时不 同地域 不同作物对机械的要求也是不同的 拖拉机的马力也需要相应变化 比如玉米的打 包机就是一个空白和难点 但我国目前已经基本研制成功 另外 电力设计院设计的物流系统与秸秆运输与前处理等的要求也仍然有待磨合 2 秸秆发电价值 据我国首家投资建设秸秆发电厂的国能生物有限公司的相关负责人介绍 目前大概 1 公 斤秸秆可