有机肥与化肥生产能耗投入成本及环境效益对比分析

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利用有机废弃物生产有机肥是充分利用废弃物的养分和价值的资源化途径,在一定程度上减轻了废弃物处理和排放造成的环境污染压力。 在当今社会高度重视和倡导节能减排的大环境下,充分利用有机废弃物开发有机肥,体现了未来化肥行业的必然趋势。 但国内化肥行业的现状是化肥生产和消费规模较大,有机肥行业发展缓慢。 与化肥相比,仍处于边缘地位。

这种情况的出现,不仅与国情和化肥行业现状有关,也与目前我国大面积有机肥利用率低、运输和施用不便等因素有关。 首先,有机肥生产企业的产值和利润低于化肥企业。 化肥生产企业作为地方利税主体,受到地方政府更多关注,因此在电价优惠、增值税优惠、交通优惠等政策支持上也得到更大支持。 同时,我国农业施肥结构以化肥为主,直接限制了有机肥行业的快速发展。 据2007年最新统计,目前国内从事化肥(包括氮肥、磷肥、钾肥、复合肥)生产的企业有1900家,而同期经营有机肥企业仅有180家; 当年化肥销售收入达到3600亿元,而有机肥只有60亿元左右。 目前,业界已逐渐认识到,合理施用化肥和有机肥可以肥沃土壤,保持土地产量和养分需求的平衡和可持续发展。 然而,肥料生产的现实是,有机肥生产企业的技术还不完善和规范,低水平的生产企业占很大比例。 因此,大多数有机肥生产企业规模较小,产能严重低下。 他们缺乏规模经济,难以盈利。 因此,目前有机肥产业水平还远远不能满足农业可持续发展的要求。

关于化肥和有机肥对能源消耗、投入和环境影响的比较报道较少。 这也是目前人们对化肥和有机肥缺乏全面、客观认识的原因。 本研究以污泥堆肥生产有机肥和尿素生产为例。 模型案例,全面对比分析化肥和有机肥的综合效果,为深入了解化肥和有机肥在能耗、成本和环境影响方面的真实差异提供参考。

1 化肥与有机肥化石能源消耗对比

化肥行业是典型的高耗能行业,尤其​​是氮肥,其原材料和燃料严重依赖煤炭、天然气、石油等多种化石能源。 以氮肥主要品种尿素为例,其能源构成60%来自煤炭,25%来自天然气,其余15%来自重油。 每吨煤制尿素煤耗系数为1.55吨,电耗系数达到1030度; 气基尿素每吨消耗天然气高达1000立方米,电耗系数略低于煤基尿素,但也达到900度; 而油基尿素每吨消耗天然气1000立方米。 一吨尿素消耗重油约0.8吨,电耗系数600度。 从单位质量(g)纯养分消耗的化石能源来看(表2),每克化肥养分消耗煤炭3.44 g、天然气2 220 cm3、石油1.78 g、电力0.001 8 kWh 。 从上述数据不难看出,生产化肥所需的化石能源投入和能源消耗系数均较高。

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相比之下,有机肥生产原料主要来自城市污泥等生物质废弃物。 不存在大量投入化石原料的问题,而且生产过程中消耗的石油和电力消耗很低。 例如,使用好氧发酵的自动控制。 堆肥技术是利用城市污泥和其他废物生产有机肥料,仅涉及搅拌机、整平机、风机和其他设备。 如表1所示,生产有机肥每吨有机肥仅消耗柴油2.5升,耗电155千瓦时。 与化肥相比,石油和电力的能耗仅为单位化肥能耗的3%和18%。 但从纯养分消耗系数分析(表2)来看,有机肥的油电消耗甚至略高于化肥。 这主要是由于有机肥的养分含量较低造成的。 化肥虽然能耗系数较高,但其养分含量也较高,因此单位养分的能耗系数与有机肥相差不大。 从节能降耗的角度来看,有机肥比化肥具有高得多的能耗优势。 这不仅与生产化肥所需的动力和燃料较高有关,更重要的是化石产品也是化肥产品的重要原材料。 ,而有机肥原料主要来自有机废弃物,属于可再生能源范畴,与不可再生的化石能源不同。 此外,当前我国化肥利用率低也是一个突出问题。 每年化肥消耗的煤炭、天然气、重油、电力分别占全国总量的14%、13%、1%和0.8%。 在我国目前化肥产业结构背景下,有机肥市场占有率提高20%,可相应减少能源消耗约1500万吨煤炭(或800万吨重油)、800万吨磷矿,并节省电费50亿。 这对于我国的能源战略具有重要意义。

2 化肥与有机肥经济成本比较

目前,我国农业生产中的化肥施用仍以化肥为主,有的地区甚至只使用化肥。 这种施肥结构的形成有经济成本因素和客观原因。 一般来说,常见作物的化肥平均施用量(以尿素为例)约为4.5吨/公顷,其养分足以满足作物生长需要。 以此计算,化肥采购成本一般为4800~6000元/公顷。 另一方面,有机肥虽然含有丰富的有机养分,但其纯养分比化肥低得多,因此施用量一般为22.5吨/公顷。 虽然化肥投入成本仅比化肥略高,但运输到田间施用,无形中增加了运输成本和人工成本(如表3)。 以每公顷施有机肥22.5吨为例,需要15列火车才能将肥料运到田间,成本为1500元。 完成现场应用需要30人每天的工作量,因此成本增加了1200元。 元(按40元·人-1·天-1计算),额外支出2700元。 虽然成本不是很高,但有机肥营养丰富的优势并不足以抵消额外的投资。 从纯养分投入成本来看(表4),有机肥单位面积有效养分投入成本比化肥高出近4倍。 因此,如何在保持养分优势的同时降低有机肥的投入成本,是商品有机肥行业未来的发展方向。 利用污泥好氧发酵生产腐熟堆肥和有机无机复合肥,不仅减少了肥料体积,减轻了运输和施用的人工负担,而且兼顾了缓释、速效的特点。

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目前,我国化肥投入成本占农业生产总成本的25%以上,而国外发达国家仅为10%左右。 化肥投入成本高的重要原因是化肥利用率过低(20%~30%)。 在能源价格持续高位的背景下,化肥利用率低间接导致化肥投入增加,由此带来的额外成本也成为突出问题。 以尿素为例,如果其利用率由目前的30%提高到50%,化肥采购成本可降低2400元/公顷,投入相应减少45%。 通过以上成本测算分析,从单位面积和纯养分来看,有机肥的投入成本均高于化肥。 这与其营养成分较低有很大关系。 但不可忽视的是,有机肥含有丰富的有机养分。 后期作物品质的改善是化肥无法比拟的[5-7]。 因此,考虑到收获产量因素,有机肥在投入产出上仍保留一定优势。

3 化肥与有机肥生产环境影响对比

从环境影响来看,化肥和有机肥的表现完全不同。 化肥是当前国家重点发展的减排产业,而有机肥主要利用对环境有潜在污染危害的有机废弃物,如畜禽粪便、城市污泥等,不仅不会造成环境污染,同时也可以减轻对水体和土壤的污染负荷。

目前,化肥行业排放的主要污染物为二氧化硫(SO2)、氨氮和COD。 以高硫煤为燃料排放的烟气中的SO2是大气污染的主要来源。 二氧化碳(CO2)的过量排放加剧了温室效应,是未来重点减排的目标污染物。 氨氮和COD是化肥工业废水的主要污染物。 至于主要污染指标,预计(表5)2007年我国国化肥行业SO2排放量达到82.5万吨,CO2达到180万吨,氨氮和COD分别为14和32万吨[。 近年来,化肥行业响应国家号召,在节能减排方面做了大量卓有成效的工作,如氮肥行业污水零排放工程。 但由于原料消耗的客观事实,其排放情况复杂,化肥行业对环境产生负面影响。 污染潜在负荷仍然很大,特别是二氧化硫,容易造成酸雨,减排任务依然艰巨。 由于近期优质资源价格上涨,供应紧张,不得不转向更多使用煤炭、低品位磷矿等劣质原料,这也增加了节能减排的难度一定程度上减少。 天然气是生产化肥的理想原料。 以天然气为原料生产合成氨,几乎无废水、废渣排放。 除我国外,世界上几乎所有国家都采用天然气生产合成氨。 我国以天然气为原料的合成氨比例几十年来一直徘徊在20%左右,而以煤炭为原料的合成氨比例则从20世纪80年代初的65%上升到目前的75%,不可避免地导致“三废”排放量的增加。

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标准化工业污泥堆肥有机肥生产过程几乎不产生“三废”排放。 唯一可能的污染源是污泥发酵过程中产生的臭气(主要是氨气和含硫气体)。 只要控制得当,如采用生物除臭等控制措施,对大气环境的负面影响是完全可以避免的。 以2007年为例,假设有机肥市场占有率提高一倍,可有效替代化肥年产量的11%,可间接减少SO2排放9.08万吨、CO2排放19.8万吨、氨氮排放按1.55万吨计,COD排放量为3.53万吨。 因此,用有机肥部分替代化肥的环保意义非常重大。 从纯养分排放系数来看(如表6),就氨氮指标而言,有机肥高于化肥,这与有机肥养分含量较低有直接关系。 不仅如此,污泥堆肥生产有机肥本身就是一个吸收环境污染物的过程,因此可以起到控制污染源的“双重”效果。 对于产生量大、来源广泛的城市污泥、畜禽粪便等有机废弃物,采用好氧生物发酵技术对其进行堆肥,生产优质特种有机肥是目前普遍认可的方法。废物的无害化和资源化。 处置途径。 有机肥生产基本上是一个“变废为肥”的过程。 从减少污染物排放的角度来看,有机肥行业应该得到更多的政策鼓励和支持。

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4。结论

通过对能源消耗、成本、环境影响等几个重要因素的综合对比分析,不难看出,目前主导化肥生产和应用结构的化肥属于高能耗、高污染负荷的产品,通过污泥堆肥生产有机肥具有能耗低、无污染的特点。 长期施用化肥会导致土壤板结、肥力下降等问题[9],而有机肥则可以显着改善土壤理化性质,增加有机养分。 但从化肥的实际投入成本来看,与有机肥相比,化肥在购买、运输、人力投入等方面都具有一定的优势。 这部分得益于国家为保护农业生产积极性而采取的化肥限价政策。 同时,更重要的是,堆肥有机肥由于养分含量低、施用量过多,附加成本较高。 2008年6月起,财政部、国家税务总局先后发文,对有机肥产品的生产、销售实行免征增值税的优惠政策。 这将在一定程度上对污泥堆肥制取有机肥的总体投资成本产生影响。 虽然有所减少,但具体效果还有待进一步观察,但这表明国家充分认识到对有机肥产业的支持和保护。

有机肥在节能减排方面具有较强的环境效应。 目前比较突出的问题是,一方面,土壤有机质缺乏,养分不平衡,土壤肥力明显下降; 另一方面,大量有机废弃物没有得到充分的资源化利用,其潜在的环境污染问题日益突出。 如何有效结合这两个问题并合理解决,是有机肥产业发展的关键。 进一步深究其原因,有机肥行业不受重视的根本原因在于当前国内有机肥行业的脆弱性。 工程化程度不高,规模效益低,导致有机肥生产企业竞争力较低。 因此,当前有机肥行业急需国家更多的政策支持、补贴和重点支持。 另一方面,与目前国内施肥习惯相关,应努力提高化肥利用率,减少能源消耗和资源浪费,增加主管部门对此问题的重视,加大宣传力度。 为了追求高产,应从施肥角度扭转施肥过多的现象。 从可持续发展的角度来看,应改变以化肥为主的生产施肥模式,提倡增加有机肥的使用量并与化肥结合使用,减少化肥生产造成的污染物排放,加快生产利用污泥堆肥生产有机肥相关产品。 升级改造,在融资渠道、经营管理等方面提供优惠政策,提升生产企业盈利能力,是污泥堆肥有机肥产业可持续发展的关键。