湖南綠色先進礦業(yè)研究院攜湖南建投城鄉(xiāng)環(huán)境固廢事業(yè)部團隊考察腐殖酸和粉煤灰沸石固廢資源綜合利用項目
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發(fā)表時間：2024-04-01
湖南綠色先進礦業(yè)研究院組織湖南建投城鄉(xiāng)環(huán)境固廢事業(yè)部團隊，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催化工藝，并與粉煤灰水熱法生成特殊結構沸石工藝結合，可以在大量消納粉煤灰固廢的基礎上，生產出替代市場有機肥產品，同時，具備緩釋肥的效果，對于過度依賴化肥的農業(yè)對土壤體系破壞，形成了綠色解決方案。農業(yè)化肥的過量、不合理的施用除帶來水環(huán)境污染以外，還導致土壤物理性狀變差、團粒結構遭到破壞、土塊板結、保水保肥能力降低為表征的耕地土壤退化。為實現(xiàn)更好的減污增肥降碳效果和更低的成本，經十余年探索實驗的前期積累，研發(fā)出了新一代結合納米孔隙籠框結構材料的超高效腐殖化緩釋肥料。該技術面向解決全球因過度使用化肥導致污染與土壤嚴重退化的問題，被國際理論與應用化學協(xié)會（IUPAC）評選為2021年具備顛覆性突破意義的十項新興技術之一。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)物在土壤有機聚合物膠體中的擴散率和溶解度；4.僅需加載1/7陽離子當量的氮肥或鉀肥化學品，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品溶解釋放出來；新一代高效緩釋肥料的生產利用了飛灰沸石化工藝和水熱腐殖化工藝兩項關鍵技術。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建材原料。中國近60%的電力能源都通過燃燒類煤物質取得，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30億噸。飛灰（粉煤灰）是生物質或類煤物質經過高溫焚燒后的殘渣。煤是由地質歷史時期堆積的植物遺體，經過復雜而緩慢的生物化學、地球化學、物理化學作用轉變而成的。成煤的遠古植物不會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，不會造成土壤污染。相反，還含有遠古植物體內積存的有益痕量、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現(xiàn)再生利用和再循環(huán)！通過針對性地進行研發(fā)，將飛灰作為原料，通過水熱納米化過程生產納米級、具有微介孔籠框結構的鋁硅酸鹽晶體材料，也叫人造沸石。這種籠框結構具有微納米的無數小孔，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。鋁硅酸鹽微介孔籠框結構能夠加載宏量營養(yǎng)素氮磷鉀等大量的化肥元素，并通過陽離子交換機制實現(xiàn)化肥元素的緩釋。
同時籠框結構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高活性進行好氧、兼氧、厭氧反應過程，實現(xiàn)土壤耕作層整體全面的降解和生化處理。微納米籠框結構孔隙體通過陽離子交換緩釋營養(yǎng)素，同時持水能力很強，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宏量元素可以實現(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（引起土壤鹽漬化和板結陽離子）; 把籠框體內加載的鉀、氮、磷元素都釋放出來。同時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。煤電企業(yè)是傳統(tǒng)能源的支柱產業(yè)，承擔碳達峰和碳中和的主要減排指標和提質增效的重任，也面臨著被可再生能源取代的巨大壓力。在“煤退新進”的總體趨勢下，中小煤電機組的關停、落后產能的淘汰，都可以通過產線改造，成為飛灰沸石處理工藝與水熱腐殖化工藝的生產線，生產新一代高效緩釋肥料，實現(xiàn)新舊動能轉換。這是煤電產業(yè)的深度轉型升級，可以創(chuàng)造性地改造勞動資料。我們團隊發(fā)明的“水熱腐殖化裝置”是將生物質固廢高效轉化為腐殖酸有機聚合物的先進過程裝置，將以高于土壤自然腐殖化上萬倍的過程效率，將生物質合成穩(wěn)定的腐殖酸物質。對于生物質廢棄物，像鄉(xiāng)村秸稈、城市濕垃圾、污泥等，如果采用燃燒方式處理，將帶來嚴重的環(huán)境污染問題和碳排放負面影響。利用水熱腐殖化工藝，可以將這些生物質廢棄物、以及含有腐殖酸的褐煤作為新一代高效緩釋肥料的生產原料。這就將原本無法利用或者低利用效率的廢棄物擴充為可供生產利用的勞動對象。此外，經過水熱腐殖化工藝處理，生物質固廢精煉的副產品胡敏素具有高燃燒熱值；礦源腐殖酸的副產品水焦炭，熱值更是超過5000大卡，相比褐煤脫氮和脫硫分別達到60%和80%，是理想的電廠碳燃料。這又進一步擴大了燃煤發(fā)電的勞動對象范圍。輔之以煤電“三改聯(lián)動”中的供熱改造，讓煤電機組承擔供熱負荷，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，提高煤電產能的利用效率，增加附加產值，全面提質增效。這就在勞動資料創(chuàng)新改造的基礎上，進一步實現(xiàn)了勞動資料與勞動對象的優(yōu)化組合、創(chuàng)新性配置。5.服務于農業(yè)強國的綠色生態(tài)產品人造的腐殖酸物質與天然腐殖酸相似，在土壤中的保水率高達其材料質量的6~7倍，可以改善土壤的團粒結構，增強保水率。將人造腐殖酸與沸石微介孔籠框結構材料組合使用，按設計值搭配，可取得從2倍到7倍肥力的不同量級、不同強度的肥料。因其緩釋機制而更為省事，不用像常規(guī)化肥那樣通過頻繁施用來補充流失；并且從提高土壤腐殖化來根本上改良土壤，促進有機碳達到6%~8%的目標。1.打破可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)學悖論氣候危機將加重世界糧食危機；而糧食危機推動更多化肥的應用；但大量化肥應用造成土地進一步退化；土地的退化會再加重氣候危機并威脅糧食安全。
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固廢作為原料生產新一代高效緩釋肥料，同時加工中得到的副產品胡敏素、水焦炭又能為煤電提供高燃值燃料，從多個方面極大地擴展了勞動對象的范圍。配合煤電供熱改造，又可以為新一代高效緩釋肥料生產提供綜合能源服務，實現(xiàn)勞動對象與勞動資料的優(yōu)化組合。整個生產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)展新質生產力！湖南建投城鄉(xiāng)環(huán)境目前承接全國各地基本農田提質改造項目，在交流過程中，雙方對星源水熱科技與中霆控股集團在海南樂東電廠在投粉煤灰沸石和腐殖酸有機肥項目的合作展開了深入討論，城鄉(xiāng)環(huán)境在海南多個農田改造項目，可以通過腐殖酸有機肥對農田土壤進行提質升級，符合項目需求，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共識，推動該項工藝在后期礦山生態(tài)治理和農田土壤改良項目更深層次的合作。
