湖南綠色先進(jìn)礦業(yè)研究院攜湖南建投城鄉(xiāng)環(huán)境固廢事業(yè)部團(tuán)隊(duì)考察腐殖酸和粉煤灰沸石固廢資源綜合利用項(xiàng)目
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發(fā)表時(shí)間：2024-04-01
湖南綠色先進(jìn)礦業(yè)研究院組織湖南建投城鄉(xiāng)環(huán)境固廢事業(yè)部團(tuán)隊(duì)，赴深圳星源水熱科技考察腐殖酸和粉煤灰沸石固廢資源綜合利用項(xiàng)目。星源水熱科技有限公司持續(xù)致力于腐殖酸萃取和先進(jìn)催化工藝，并與粉煤灰水熱法生成特殊結(jié)構(gòu)沸石工藝結(jié)合，可以在大量消納粉煤灰固廢的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出替代市場有機(jī)肥產(chǎn)品，同時(shí)，具備緩釋肥的效果，對于過度依賴化肥的農(nóng)業(yè)對土壤體系破壞，形成了綠色解決方案。農(nóng)業(yè)化肥的過量、不合理的施用除帶來水環(huán)境污染以外，還導(dǎo)致土壤物理性狀變差、團(tuán)粒結(jié)構(gòu)遭到破壞、土塊板結(jié)、保水保肥能力降低為表征的耕地土壤退化。為實(shí)現(xiàn)更好的減污增肥降碳效果和更低的成本，經(jīng)十余年探索實(shí)驗(yàn)的前期積累，研發(fā)出了新一代結(jié)合納米孔隙籠框結(jié)構(gòu)材料的超高效腐殖化緩釋肥料。該技術(shù)面向解決全球因過度使用化肥導(dǎo)致污染與土壤嚴(yán)重退化的問題，被國際理論與應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)（IUPAC）評選為2021年具備顛覆性突破意義的十項(xiàng)新興技術(shù)之一。相較于傳統(tǒng)化肥，新一代高效緩釋肥料的優(yōu)勢包括：1.宏量營養(yǎng)物質(zhì)的作物吸收率和利用率不低于300%(理論值大于700%)；2.減少宏量營養(yǎng)物質(zhì)流失量不低于50%（理論值大于90%）；3.提高氮、磷、鉀等宏量營養(yǎng)物在土壤有機(jī)聚合物膠體中的擴(kuò)散率和溶解度；4.僅需加載1/7陽離子當(dāng)量的氮肥或鉀肥化學(xué)品，即可取得與傳統(tǒng)肥料相同的土壤肥力，并能將沉淀在土壤中的磷肥化學(xué)品溶解釋放出來；新一代高效緩釋肥料的生產(chǎn)利用了飛灰沸石化工藝和水熱腐殖化工藝兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。1. 燃煤發(fā)電產(chǎn)生巨量飛灰固廢飛灰是世界上最大規(guī)模的工業(yè)固廢，也是地球上第五大廉價(jià)建材原料。中國近60%的電力能源都通過燃燒類煤物質(zhì)取得，每年有近2億噸未處理飛灰堆積在廢棄場所，至今積累未處理飛灰已達(dá)30億噸。飛灰（粉煤灰）是生物質(zhì)或類煤物質(zhì)經(jīng)過高溫焚燒后的殘?jiān)Ｃ菏怯傻刭|(zhì)歷史時(shí)期堆積的植物遺體，經(jīng)過復(fù)雜而緩慢的生物化學(xué)、地球化學(xué)、物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變而成的。成煤的遠(yuǎn)古植物不會(huì)含有對其自身有害的重金屬，所以燒煤生成的飛灰，一般而言也沒有什么重金屬，不會(huì)造成土壤污染。相反，還含有遠(yuǎn)古植物體內(nèi)積存的有益痕量、微量金屬元素。因此，飛灰固廢具有極大的資源化利用潛力，通過沸石化工藝可以實(shí)現(xiàn)再生利用和再循環(huán)！通過針對性地進(jìn)行研發(fā)，將飛灰作為原料，通過水熱納米化過程生產(chǎn)納米級、具有微介孔籠框結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽晶體材料，也叫人造沸石。這種籠框結(jié)構(gòu)具有微納米的無數(shù)小孔，比表面積非常大，1立方厘米的材料展開可以有1000平米以上的表面積。4.鋁硅酸鹽微介孔籠框結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)鋁硅酸鹽微介孔籠框結(jié)構(gòu)能夠加載宏量營養(yǎng)素氮磷鉀等大量的化肥元素，并通過陽離子交換機(jī)制實(shí)現(xiàn)化肥元素的緩釋。
同時(shí)籠框結(jié)構(gòu)可以為好氧菌和厭氧菌提供合適的生境。有了棲息地，極大量的、不同類型的土壤微生物就可以慢慢生長。這樣，不同層次的土壤就可以同時(shí)高活性進(jìn)行好氧、兼氧、厭氧反應(yīng)過程，實(shí)現(xiàn)土壤耕作層整體全面的降解和生化處理。微納米籠框結(jié)構(gòu)孔隙體通過陽離子交換緩釋營養(yǎng)素，同時(shí)持水能力很強(qiáng)，可以把它本身重量的50%都用來吸水，增加土壤的含水。加載到籠框孔隙體的無機(jī)宏量元素可以實(shí)現(xiàn)2倍～7倍于化肥的功效。此外，還能優(yōu)先把土里的鈉鹽離子和鈣離子都吸到籠框體內(nèi)（引起土壤鹽漬化和板結(jié)陽離子）; 把籠框體內(nèi)加載的鉀、氮、磷元素都釋放出來。同時(shí)還能激活土壤里的磷肥，增加它的可溶性，提高作物的吸收率。三、新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換提質(zhì)增效煤電企業(yè)是傳統(tǒng)能源的支柱產(chǎn)業(yè)，承擔(dān)碳達(dá)峰和碳中和的主要減排指標(biāo)和提質(zhì)增效的重任，也面臨著被可再生能源取代的巨大壓力。在“煤退新進(jìn)”的總體趨勢下，中小煤電機(jī)組的關(guān)停、落后產(chǎn)能的淘汰，都可以通過產(chǎn)線改造，成為飛灰沸石處理工藝與水熱腐殖化工藝的生產(chǎn)線，生產(chǎn)新一代高效緩釋肥料，實(shí)現(xiàn)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換。這是煤電產(chǎn)業(yè)的深度轉(zhuǎn)型升級，可以創(chuàng)造性地改造勞動(dòng)資料。我們團(tuán)隊(duì)發(fā)明的“水熱腐殖化裝置”是將生物質(zhì)固廢高效轉(zhuǎn)化為腐殖酸有機(jī)聚合物的先進(jìn)過程裝置，將以高于土壤自然腐殖化上萬倍的過程效率，將生物質(zhì)合成穩(wěn)定的腐殖酸物質(zhì)。3.水熱腐殖化工藝擴(kuò)大勞動(dòng)對象范圍對于生物質(zhì)廢棄物，像鄉(xiāng)村秸稈、城市濕垃圾、污泥等，如果采用燃燒方式處理，將帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染問題和碳排放負(fù)面影響。利用水熱腐殖化工藝，可以將這些生物質(zhì)廢棄物、以及含有腐殖酸的褐煤作為新一代高效緩釋肥料的生產(chǎn)原料。這就將原本無法利用或者低利用效率的廢棄物擴(kuò)充為可供生產(chǎn)利用的勞動(dòng)對象。此外，經(jīng)過水熱腐殖化工藝處理，生物質(zhì)固廢精煉的副產(chǎn)品胡敏素具有高燃燒熱值；礦源腐殖酸的副產(chǎn)品水焦炭，熱值更是超過5000大卡，相比褐煤脫氮和脫硫分別達(dá)到60%和80%，是理想的電廠碳燃料。這又進(jìn)一步擴(kuò)大了燃煤發(fā)電的勞動(dòng)對象范圍。輔之以煤電“三改聯(lián)動(dòng)”中的供熱改造，讓煤電機(jī)組承擔(dān)供熱負(fù)荷，可以返回來為水熱腐殖化工藝以及飛灰沸石化工藝提供熱能，拓展綜合性的能源服務(wù)，提高煤電產(chǎn)能的利用效率，增加附加產(chǎn)值，全面提質(zhì)增效。這就在勞動(dòng)資料創(chuàng)新改造的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了勞動(dòng)資料與勞動(dòng)對象的優(yōu)化組合、創(chuàng)新性配置。5.服務(wù)于農(nóng)業(yè)強(qiáng)國的綠色生態(tài)產(chǎn)品人造的腐殖酸物質(zhì)與天然腐殖酸相似，在土壤中的保水率高達(dá)其材料質(zhì)量的6~7倍，可以改善土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)保水率。將人造腐殖酸與沸石微介孔籠框結(jié)構(gòu)材料組合使用，按設(shè)計(jì)值搭配，可取得從2倍到7倍肥力的不同量級、不同強(qiáng)度的肥料。因其緩釋機(jī)制而更為省事，不用像常規(guī)化肥那樣通過頻繁施用來補(bǔ)充流失；并且從提高土壤腐殖化來根本上改良土壤，促進(jìn)有機(jī)碳達(dá)到6%~8%的目標(biāo)。1.打破可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)學(xué)悖論氣候危機(jī)將加重世界糧食危機(jī)；而糧食危機(jī)推動(dòng)更多化肥的應(yīng)用；但大量化肥應(yīng)用造成土地進(jìn)一步退化；土地的退化會(huì)再加重氣候危機(jī)并威脅糧食安全。
利用飛灰沸石化工藝與水熱腐殖化工藝將飛灰固廢與生物質(zhì)固廢作為原料生產(chǎn)新一代高效緩釋肥料，同時(shí)加工中得到的副產(chǎn)品胡敏素、水焦炭又能為煤電提供高燃值燃料，從多個(gè)方面極大地?cái)U(kuò)展了勞動(dòng)對象的范圍。配合煤電供熱改造，又可以為新一代高效緩釋肥料生產(chǎn)提供綜合能源服務(wù)，實(shí)現(xiàn)勞動(dòng)對象與勞動(dòng)資料的優(yōu)化組合。整個(gè)生產(chǎn)過程又是綠色低碳生態(tài)的、資源循環(huán)利用的。總之，新一代高效緩釋肥料可以助力煤電企業(yè)培育并極大地發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力！湖南建投城鄉(xiāng)環(huán)境目前承接全國各地基本農(nóng)田提質(zhì)改造項(xiàng)目，在交流過程中，雙方對星源水熱科技與中霆控股集團(tuán)在海南樂東電廠在投粉煤灰沸石和腐殖酸有機(jī)肥項(xiàng)目的合作展開了深入討論，城鄉(xiāng)環(huán)境在海南多個(gè)農(nóng)田改造項(xiàng)目，可以通過腐殖酸有機(jī)肥對農(nóng)田土壤進(jìn)行提質(zhì)升級，符合項(xiàng)目需求，并提出幾方在長沙成立聯(lián)合研發(fā)中心和中試基地形成基礎(chǔ)共識，推動(dòng)該項(xiàng)工藝在后期礦山生態(tài)治理和農(nóng)田土壤改良項(xiàng)目更深層次的合作。
