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土壤改良剂固体废弃物处置与资源化的有效途径

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来源: 作者: 2018-10-26 18:42:36

土壤改良剂固体废弃物处置与资源化的有效途径

摘要:全面介绍了各种固体废弃物的环境问题以及应用于土壤改良剂的现状和研究进展,认为通过合理、有效的应用,这一固体废物处置与资源化的途径具有良好的发展前景,符合循环经济与可持续发展要求,兼具环境、经济和社会效益。

关键词:固体废弃物;处置;土壤改良

目前,由于化肥的大量使用而导致养分失衡,同时由于大量使用含盐量较高的河水灌溉而导致我国土壤次生盐渍化。随着现代农业的发展,土壤改良剂作为一种改善土壤性状和肥力的有效手段正逐渐受到重视。尤其最近几年,随着高效低用量土壤改良剂的出现,使用方法的不断改进和成本的逐渐降低,土壤改良剂大面积使用成为可能。另一方面,随着可持续发展模式的深入人心,对日益增加的固体废弃物的资源化处置显得非常重要和必要。根据固体废弃物的特性,多种工农业固体废弃物通过适当加工后可作为土壤改良剂用于土壤性状和肥力的改善。笔者较全面地介绍了工农业废弃物作为土壤改良剂的研究、应用现状以及在应用过程中存在并需要解决的问题。

1工业废弃物

1.1粉煤灰粉

煤灰来自煤化工生产过程中气化炉和热电锅炉的除尘器。粉煤灰的大量排放,浪费了其中的有用资源,并造成严重的环境污染。目前,我国粉煤灰主要用于建筑工程、道路工程、回填、农业应用、资源回收等,其中前3项用量占总用量的95%以上。与工业综合利用相比,农业利用具有投资少、容量大、需求平稳、波动小、对粉煤灰无需提纯等优点,是适合我国国情的综合利用途径。

1.1.1危害。在火电厂排入大气的粉尘中粒径d≤10μm飘尘,因长时间飘浮在空气中可使太阳辐射减弱10%~30%,紫外线辐射减弱20%~25%,还可降低大气能见度,影响飞机、车辆的安全行驶,同时引起煤烟型污染。历史上最典型的煤烟型事件发生于1952年冬季英国伦敦。它主要是由燃煤排出的烟尘数量大、气象条件不利于烟尘的扩散而造成的。随着我国经济的高速发展,对电的需求量也逐渐增加。这促进了老电厂的扩建和新电厂的上马,导致我国粉煤灰排放量的猛增,从1990年的8000万t增加到2000年的1.6万t。而我国目前粉煤灰的利用率较低,只能达到30%。冲灰用水和贮灰场的用地分别达到10多亿t和2.7多万m2,浪费了大量的水和良田,并且储灰场的二次扬尘也污染环境。人体长期吸入的粉尘(d≤45μm)可引起萎缩性鼻炎,还可引起咽炎、喉炎、气管炎、支气管炎。而且粉煤灰中的铝、微量重金属元素、放射性元素都是人体的隐形杀手,可引起老年性痴呆症、白血病等疾病。因此,对粉煤灰的有效处置和利用既能减少对环境和人们健康的危害,又能实现资源化。

1.1.2在土壤改良中的应用及存在的问题。河南农业大学和河南农业科学院土壤肥料研究所在砂姜黑土上施用粉煤灰后,土壤容重降低,孔隙度增大,有明显的土壤增湿作用(特别是土壤5和10cm深度),播种后15d土壤10cm深度含水量增加23.7%~36.4%。南昌火力发电厂粉煤灰改土试验表明,灰土比为6.5%(质量比)可使土壤容重由1.36g/cm3降至1.26g/cm3。另一方面,粉煤灰中含有多种植物可利用的营养成分。粉煤灰富含硼,是油料作物的良好肥源,生长在粉煤灰改良土壤上的花生、大豆产量及品质均有明显提高。山西农业科学院在太原、晋城等地黏质土壤上的多点试验表明,施粉煤灰300t/hm2,可使小麦、玉米、水稻、棉花分别增产11.2%、15.5%、14.0%、12.1%。

虽然粉煤灰可用作植物的养料源,然而在施用(长期、高量)的同时,逐渐累积的污染元素可能造成土壤、水体与生物的污染,所以必须进行动态监测。同时,粉煤灰改良的土壤应以种植非食用植物为主。粉煤灰用于改良土壤用量较大、运输费用较高也是限制其利用的主要障碍。所以,应因地制宜,就地取材。

1.2磷石膏和烟气脱硫废弃物

磷石膏是生产磷酸的副产品,大都由CaSO4•2H2O构成,主要以针状晶体、板状晶体、密实晶体、多晶核晶体4种结晶形式存在。每生产1t磷酸(100%)副产磷石膏4~5t。目前我国磷石膏年排放量达到2000万t,截至2004年我国累积磷石膏已超过2200万t,只有约27.7%得到了再利用。

在众多烟气脱硫工艺中,湿式石灰石-石膏法以其稳定、高效等优点成为世界上最成熟、应用最广泛的脱硫工艺。采用这种工艺会产生大量脱硫废弃物,其成分也是二水硫酸钙晶体。预计到2010年,我国烟气脱硫废弃物排放量将达到300万t以上,不仅要占用大量土地,而且若存储管理不善则可能造成二次污染。

但是,作为土壤改良剂,磷石膏中硫酸钙可与土壤中碳酸钠作用,以磷石膏中钙置换土壤中钠。硫酸钠易溶于水,通过灌溉随水消除碱性,同时增加土壤钙离子胶体,促进土壤固聚体的形成。华北地区碱性土壤,施磷石膏150~300kg/hm2,水稻增产5%~15%;华南地区中性土壤,施磷石膏37.5~75.0kg/hm2,水稻增产10%~20%。中国科学院与内蒙古农业科学院合作的大田试验,一次性施入磷石膏15t/hm2,有效降低土壤碱性,PH值由9.9降至8.2,出苗率从50%提高到99%。

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