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《沈阳农业大学》 2017年
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粮食作物秸秆资源化利用的环境与经济影响评价研究

洪静敏  
【摘要】:我国是农业大国,秸秆资源极其丰富。秸秆中不仅含有多种可被利用的有效成分,还蕴含着大量的热能。如何经济、清洁、有效地利用这种潜在的资源,变废为宝是进行农业可持续发展的必然趋势。为有效地避免二次污染或污染转移,同时尽量避免混杂的环境、经济信息对决策者造成困扰,本研究运用生命周期环境影响评价方法(Lifecycle assessment:LCA)与生命周期成本分析方法(Lifecyclecosting:LCC),以我国粮食作物秸秆资源化利用为研究对象,分析评价我国粮食作物秸秆资源化利用全过程引发的环境与经济影响。并基于环境与经济综合的视角回答企业或农户秸秆资源化利用过程中,环境损害如何、经济性如何等关键问题。首先,为把握我国粮食作物秸秆生成状况,本研究采用草谷比估算了我国2005—2014年十年间的粮食作物秸秆资源量的经时产量与2014年的空间分布状况。其次,为厘清我国粮食作物秸秆的焚烧现状,本文利用美国国家航空与航天局(NASA)采用中分辨率成像光谱仪(MODIS)观测到的我国热异常数据与农用地数据,结合我国行政区域图和环境保护部环境监察局秸秆焚烧卫星遥感监测火点数据,对2007—2014年间的我国农作物秸秆燃烧火点数进行了提取。随后采用因子分析法和聚类分析法对我国粮食作物秸秆焚烧污染物排放量的空间分布特征进行了分析,并进一步构建了符合我国秸秆资源化利用的环境影响类别。再次,为从环境与经济双赢的角度提出环境、经济可行的我国粮食作物秸秆绿色资源化利用方案,为突破国内外现有环境与经济影响并行评价的缺陷,真正地将清单与私人成本、环境影响与环境影响成本、生态影响与生态修复成本、人群健康影响与人群健康成本进行关联,实现全过程清单、环境影响、经济成本间的交汇融合,进而可科学、系统地解析整个生命周期主要微观变量与整体环境、经济的直接/间接影响间的量化关系,本研究构建了本土化生命周期环境与经济综合评价量化分析模型。该模型在利用关键污染物特征因子替换法构建出适合我国国情的秸秆资源化利用LCA评价法的基础上,利用LCC对内部经济负荷(主要包含原辅料、能源、人工、利息、税收、基建、维修等费用)进行了量化。随后,将LCA分析所得的我国粮食作物秸秆资源化利用全过程温室气体排放量、二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、重金属、土地利用及健康影响量化结果与环境排放成本、土地生态修复成本、健康损害成本量化相融合,旨在综合考察我国粮食作物秸秆资源化利用的环境与经济的综合负荷。最后,利用本研究构建的上述综合评价模型,对我国常见的粮食作物秸秆资源化利用技术(即秸秆发电、还田、堆肥、饲料、制沼气、制乙醇等)进行了全过程环境与经济综合实证评价。本研究的主要研究结论如下:(1)控制粮食作物秸秆的露天焚烧,将有助于降低灰霾天气的形成。2014年度我国因粮食作物秸秆露天焚烧排放中,温室气体、氮氧化物、颗粒物与二氧化硫排放量分别占全国相应排放总量的0.01%、0.05%、1.24%、0.01%。数据显示作为灰霾形成重要原因的颗粒物占全国比重较高。(2)应用改进的LCA评价方法,评价了玉米秸秆资源化利用的环境影响。结果表明,在无产品替代时,依据其环境负荷由低到高排序,依次为玉米秸秆饲料、发电、纤维素乙醇、还田、堆肥、制沼气;有产品替代时,依据其环境负荷由低到高排序,依次为玉米秸秆发电、饲料、纤维素乙醇、还田、堆肥、制沼气。(3)应用LCC方法,评价了玉米秸秆资源化利用的的经济负荷。结果表明,有产品替代是玉米秸秆资源化利用降低生命周期成本的关键流程。无产品替代时,依据其经济负荷由低到高排序,依次为玉米秸秆堆肥126.67元/t、制饲料179.99元/t、还田220.73元/t、发电317.78元/t、制沼气522.03元/t、制纤维素乙醇604.56元/t;有产品替代时,依据其经济负荷由低到高排序,依次为玉米秸秆还田-1978.87元/t、发电-482.72元/t、堆肥-403.72元/t、制纤维素乙醇-214.35元/t、制沼气17.78/t、制饲料178.98元/t。(4)基于LCA与LCC综合评价的结果表明,有产品替代时,可显著的降低环境与经济的综合负荷。有产品替代时,生命周期总成本由低到高排序,依次为还田-2614.77元/t、堆肥-555.98元/t、发电-489.01元/t、制纤维素乙醇-248.76元/t、制沼气55.46元/t、制饲料176.25元/t。由于有产品替代时的秸杆还田和秸秆堆肥的集成负荷最低,应该优先发展。(5)基于影响生命周期环境成本的关键物质和关键流程分析的结果表明,应通过资源化利用技术工艺的改进,降低环境成本。(6)基于LCA与LCC的关联性分析的结果表明,针对环境影响较大,经济影响却较小的环节,政府需通过激励型的环境政策促进厂商的污染减排工作。
【学位授予单位】:沈阳农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:F323.214;F323.22

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