秸秆露天焚烧过程中释放的各种气态污染物和颗粒物,是我国大气污染的重要来源之一。根据问卷调查结果,我国农村平均秸秆露天焚烧比例为18.59%,焚烧量最大的为农业发达的华东和华北地区,高峰在每年10月前后。
1.焚烧产生污染物及其危害
(1)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3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5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。
(2)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,尤其是在山林附近,一旦引发山火,后果将不堪设想。
(3)引发交通事故,影响道路交通和航空安全
有些高速公路两旁有大量的农田,焚烧秸秆形成的烟雾,造成空气能见度下降、可见范围降低,容易引发交通事故。
(4)破坏土壤结构,造成农田质量下降
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,影响作物对土壤养分的充分吸收,直接影响农田作物的产量和质量,影响农业收益。
图2-8 秸秆焚烧带来危害
来源于中新网,www.chinanews.com
2.污染控制技术
(1)秸秆收集处理体系
我国自主研发的各种类型、不同规格的秸秆还田粉碎机和打捆机、压块机、青贮机等,相关机具的技术和制造水平均接近国际先进水平。
(2)秸秆肥料化利用技术
秸秆还田技术主要包括秸秆机械粉碎还田、保护性耕作、快速腐熟还田、堆沤还田等方式以及生物反应堆等方式。
(3)秸秆饲料化利用技术
秸秆饲料利用主要指通过利用青贮、微贮、揉搓丝化、压块等处理方式,把秸秆转化为优质饲料。青贮、微贮是指利用贮藏窖等,对秸秆进行密封贮藏,经过一定的物理、化学或生物方法处理制成饲料,饲喂牛、马、羊等大牲畜,并将其粪便还田,即过腹还田。对提高秸秆饲料的营养成分等作用显著,具有简单易行、省工省时、便于长期保存、全年均衡供应饲喂等特点,既解决了冬季牲畜饲料缺乏等问题,又节省了饲料粮,具有广阔的推广应用前景。揉搓丝化可有效改变秸秆的适口性和转化率。秸秆压块饲料便于长期保存和长距离运输。
(4)秸秆能源化利用技术
秸秆能源化利用技术主要包括秸秆沼气(生物气化)、秸秆固化成型燃料、秸秆热解气化、直燃发电和秸秆干馏等方式。
秸秆沼气(生物气化)是指以秸秆为主要原料,经微生物发酵作用生产沼气和有机肥料的技术。秸秆入池产气后产生的沼渣是很好的肥料,可作为有机肥料还田(即过池还田),提高秸秆资源的利用效率。
秸秆固化成型燃料是指在一定温度和压力作用下,将农作物秸秆压缩为棒状、块状或颗粒状等成型燃料,从而提高运输和贮存能力,改善秸秆燃烧性能,提高利用效率,扩大应用范围。秸秆热解气化是以农作物秸秆、稻壳、木屑、树枝以及农村有机废弃物等为原料,在气化炉中,缺氧的情况下进行燃烧,通过控制燃烧过程,使之产生含一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体作为农户的生活用能。该项技术主要适用于以自然村为单位进行建设。
秸秆直接燃烧发电技术是指秸秆在锅炉中直接燃烧,释放出来的热量通常用来产生高压蒸汽,蒸汽在汽轮机中膨胀做功,转化为机械能驱动发电机发电。该技术基本成熟,已经进入商业化应用阶段,适用于农场以及我国北方的平原地区等粮食主产区,便于原料的大规模收集。
秸秆干馏是指利用限氧自热式热解工艺和热解气体回收工艺,将秸秆在一个系统上同时转化为生物质炭、燃气、焦油和木醋酸等多种产品,生物质炭和燃气可作为农户或工业用户的生产生活燃料,焦油和木醋酸可深加工为化工产品,实现秸秆资源的高效利用。该项技术适用于小规模、多网点建设,集中深加工的发展方式。
(5)秸秆生物转化食用菌技术
由于秸秆中含有丰富的碳、氮、矿物质及激素等营养成分,且资源丰富,成本低廉,因此很适合做多种食用菌的培养料,通常由碎木屑、棉籽壳、稻草和麦麸等构成。目前,利用秸秆栽培食用菌品种较多,有平菇、姬菇、草菇、鸡腿菇、猫木耳等十几个品种,而且有些品种的废弃菌帮(袋)料可以作为另一种食用菌的栽培基料,不仅提高了生物转化率,延长了利用链条,减少了对环境的污染。
(6)秸秆炭化、活化技术
秸秆的炭、活化技术是指利用秸秆为原料生产活性炭技术,因秸秆的软、硬不同,可分为两种生产加工方法。
第一,软秸秆。如稻草、麦秸、稻壳等,可采用高温气体活化法,即把软质秸秆粉碎后在高压条件下制成棒状固体物,然后进行炭化,破碎成颗粒,通过转炉与900℃左右水蒸汽进行活化造孔,再经过漂洗、干燥、磨粉等工艺制成活性炭。
第二,硬度较强的秸秆。如棉柴、麻杆等,可采用化学法,即把硬质秸秆粉碎成细小颗粒状,筛分后烘干水份控制在25%左右。经过氯化锌、磷、酸、盐酸等,配制成适合的波美度和PH值溶液浸泡4—8小时,进行低温炭化(250—350℃)和高温活化(360—450℃),再经回收(把消耗的原料稀出再经过煮、漂洗、烘干、筛分、磨粉等工艺)制成活性炭。
(7)以秸秆为原料的加工业利用
秸秆纤维作为一种天然纤维素纤维,生物降解性好,可以作为工业原料,如纸浆原料、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,或从中提取淀粉、木糖醇、糖醛等。其中,最主要作为纸浆原料。可用于造纸纤维原料的秸秆为禾草类,包括稻草、麦秆、高粱秆、玉米秆等。其中,麦秸是造纸重要的非木纤维资源,其他秸秆尚未大量使用。造纸用麦秸占总量的30%以上,主要集中在麦秸主产区的河南、安徽、山东、河北等省。采用清洁生产工艺科学使用秸秆生产非木纸浆、秸秆板。