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      我國濕法磷酸生產(chǎn)與磷肥施用對環(huán)境污染的研究

      發(fā)布時間:2016-03-08  閱讀:2525次
      我國糧食增產(chǎn)中化肥的貢獻(xiàn)率占40%,磷肥是保障糧食增產(chǎn)的重要肥源。目前,工業(yè)生產(chǎn)磷肥國內(nèi)外幾乎均采用由硫酸濕浸磷礦石生產(chǎn)磷酸、再經(jīng)氨化制成磷肥的工藝。然而,濕法磷酸和磷肥的生產(chǎn)與施用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染,其危害范圍之廣、程度之深令人觸目驚心。在現(xiàn)有磷肥產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的情況下,我國必須投入資金與實力,大力研發(fā)用以替代濕法磷酸的新工藝。
             我國糧食增產(chǎn)中化肥的貢獻(xiàn)率占40%,磷肥是保障糧食增產(chǎn)的重要肥源。目前,工業(yè)生產(chǎn)磷肥國內(nèi)外幾乎均采用由硫酸濕浸磷礦石生產(chǎn)磷酸、再經(jīng)氨化制成磷肥的工藝。然而,濕法磷酸和磷肥的生產(chǎn)與施用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染,其危害范圍之廣、程度之深令人觸目驚心。在現(xiàn)有磷肥產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的情況下,我國必須投入資金與實力,大力研發(fā)用以替代濕法磷酸的新工藝。
       
              傳統(tǒng)濕法制磷肥工藝存在一些固有的缺陷,主要是固體廢棄物磷石膏對土地與水源會造成嚴(yán)重污染,其次是所產(chǎn)磷肥重金屬含量高,磷肥質(zhì)量差,又由于磷肥利用率很低,持續(xù)不斷地大量使用磷肥,使重金屬有害積累,造成農(nóng)田質(zhì)量下降、產(chǎn)量降低、作物污染,最終毒害人體健康。磷石膏與重金屬污染是濕法工藝帶來的世界性難題。
       
              我國磷肥生產(chǎn)與出口大國,現(xiàn)有磷肥產(chǎn)能已達(dá)2100萬噸,2011年磷肥產(chǎn)量1641萬噸(折P2O5),自用1200萬噸。然而,即使到2020年我國磷肥的需求量也不過1300萬噸,產(chǎn)能出現(xiàn)了嚴(yán)重過剩。同時,我國也為此付出了高昂的環(huán)境代價。濕法制磷酸產(chǎn)生的固體廢棄物磷石膏對我國土地與水源已造成嚴(yán)重污染,濕法磷肥則成為土地重要污染源之一!吨袊蟆吩2012年曾多次刊登記者的調(diào)查報告和專家訪談,可見這一難題引發(fā)社會反映的強烈程度;謴(fù)已遭磷石膏污染的大型湖庫,例如貴州烏江渡水庫的水質(zhì)是一件工程浩大、需巨額投資的環(huán)保項目。烏江渡水庫恢復(fù)其水質(zhì)達(dá)到Ⅱ類,估計需資金不少于1000億。生產(chǎn)企業(yè)20年上繳的利稅還不到所需環(huán)境修復(fù)費用的幾十分之一。
       
              值得注意的是,英國、荷蘭等國因無法解決磷石膏污染問題,已完全放棄自行生產(chǎn)而轉(zhuǎn)為從國外進(jìn)口磷肥。我國的一些企業(yè)卻每年多生產(chǎn)數(shù)百萬噸磷肥以供出口,根本不計給子孫后代將帶來的環(huán)境惡果。這種狀況必須予以制止。
       
              筆者以貴州省烏江渡大型水庫污染為重點,取用水庫水、磷石膏、磷肥等做試樣進(jìn)行了化驗和分析,用以探討和評價濕法磷酸與磷肥對烏江渡水庫總磷(TP)與重金屬的污染。
       
              磷石膏對水源與土地的污染
       
              據(jù)統(tǒng)計,我國磷肥企業(yè)每生產(chǎn)1噸磷酸伴生5噸磷石膏,多為露天堆放處理,日積月累后形成了大面積的灰白色的磷石膏原野和磷石膏山。磷石膏確有變廢為寶的綜合利用價值,但在我國現(xiàn)實利用率僅為20%。在既往露天堆積的數(shù)以億噸計的磷石膏基礎(chǔ)上,每年還新增約5000萬噸磷石膏,形成龐大的廢棄物堆積體,已形成公害。
       
              化驗表明,磷石膏中含有數(shù)量可觀的磷、氟、各種鹽類以及重金屬,造成堆積地及其附近區(qū)域嚴(yán)重的水土污染;堆放的磷石膏經(jīng)雨水浸淋稀釋,再經(jīng)地面溪流與地下水排入江河湖庫,造成總磷(TP)與重金屬污染。這種情況在我國喀斯特“強生態(tài)脆弱區(qū)”的云南、貴州兩省,已經(jīng)達(dá)到災(zāi)害的程度,治理難度很大。昆明的滇池近10年投入約150億元資金治理TP污染,但成效甚微;2011年水質(zhì)報告表明仍為劣Ⅴ類。從烏江渡水庫起貴州的烏江中、下游全長710km干流均遭到TP的嚴(yán)重污染,其程度遠(yuǎn)比滇池為重。
       
              烏江渡水庫及其下游的構(gòu)皮灘、思林、沙沱等水庫的出口水質(zhì)近些年均為劣Ⅴ類。烏江干流每年百億余噸的廢水排入長江,使2012年長江廢水排量達(dá)到339億噸。長江水資源不僅供沿江流域內(nèi)使用,還將“南水北調(diào)”跨流域進(jìn)入中國北方,因而烏江干流污染影響具有全局性質(zhì)。
       
              長江水系污染和流域內(nèi)水質(zhì)性缺水的情況已相當(dāng)嚴(yán)重。例如上海市地表水資源可用率僅只1%,劣Ⅴ類的水占68.6%。這些被嚴(yán)重污染的水除來源于本地排污外,絕大多數(shù)來自上游。
       
              2011年11月,筆者曾專門對烏江干流上諸水電站水庫中水體受TP污染的情況做過系統(tǒng)的選點取樣與化驗。結(jié)果顯示,烏江渡水庫(庫容21.4億m3)水體TP濃度高達(dá)6.678mg/L,為地表湖庫Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)的267倍,為劣Ⅴ類水,污染源均為磷石膏堆。
       
              同時,滲入烏江渡水庫的舊磷石膏懸濁液中的重金屬嚴(yán)重超標(biāo),其中砷(As)、鎘(Cd)、汞(Hg)、鉛(Pb)、銅(Cu)等5種重金屬超標(biāo)十幾倍到十幾萬倍。水庫中的水上層重金屬含量低,下層高,而庫底的底泥中重金屬含量往往是頂層的千萬倍,是水庫最難清理的污染源。另外,構(gòu)皮灘、思林、沙沱等水庫的底泥污染源也早已形成。欲清除這些大型水庫的底泥污染源,恢復(fù)庫區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo),在維持各水庫的水電站運行的條件下其工程之浩大,技術(shù)之復(fù)雜,耗時之長久,需投入資金巨大,實難估算。
      磷肥施用對農(nóng)田的污染
       
              由濕法制得的磷酸經(jīng)氨化生成的磷肥,重金屬含量遠(yuǎn)比氮、鉀肥為高。因此,磷肥施用會給土壤帶來比氮、鉀肥要嚴(yán)重的重金屬污染。濕法磷酸中的重金屬來自磷礦石。各地的磷礦石品位與性狀不同,各種重金屬的含量也不同。
       
              濕法磷酸磷肥的質(zhì)量與原礦石的品位和性狀有著密切的關(guān)系。欲提高濕法磷酸磷肥的質(zhì)量,就必須采用各種相應(yīng)的沉降劑使重金屬化合物沉淀去除,制成所謂的“精制磷酸”,而這就使?jié)穹姿崃追使に囎兊酶訌?fù)雜。
       
              目前,我國磷肥的利用率僅只10%~25%,絕大多數(shù)磷肥轉(zhuǎn)化為作物難以吸收的磷酸鹽成份,長期保留在土壤中。多年持續(xù)施用磷肥,使土壤中的總磷達(dá)到有效磷的100~600倍,相應(yīng)地,重金屬的含量也是磷肥中含量的數(shù)倍。
       
              例如,欲實現(xiàn)畝產(chǎn)玉米800kg,需年施肥7kg左右,假定磷肥中重金屬土壤殘留率為0.8,取背景值為零,經(jīng)五年施用,土壤中的重金屬積累量高得驚人。如錳(Mn)可達(dá)27041mg/kg,銅(Cu)可達(dá)2923 mg/kg,砷(As)可達(dá)908 mg/kg,鋅(Zn)可達(dá)2852 mg/kg。對照土壤重金屬國家標(biāo)準(zhǔn)的旱地二級標(biāo)準(zhǔn)值,多數(shù)重金屬含量均超標(biāo),而砷、銅、鋅、鎘等超標(biāo)達(dá)數(shù)十倍。
       
              土壤中重金屬有害累積數(shù)量的增大不僅污染土地,降低作物產(chǎn)量,而且經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體內(nèi)也形成有害積累,最終給人的健康帶來危害。土地一經(jīng)重金屬污染,因面積廣大而使治理十分困難。傳統(tǒng)生產(chǎn)的磷肥年施用已達(dá)1200萬噸,每噸磷肥重金屬總含量據(jù)保守估計約重1kg,施肥進(jìn)入土壤的重金屬每年可達(dá)約1.2萬噸。因此,把濕法磷酸制的磷肥稱為土地的重要污染源之一是不為過的。
       
      (作者系中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授,其與本文相關(guān)的研究獲科技部部長專項BJST-2011支助。)

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