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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

文章出處:原創(chuàng) 人氣:986 發(fā)表時間:2024-04-01

業(yè)鄉(xiāng)環(huán)業(yè)
續(xù)結(jié)構(gòu)結(jié)礎(chǔ)產(chǎn)產(chǎn)農(nóng)業(yè)
一、新一代高效緩釋肥料
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)十余年探索實驗的前期積累,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)致污染與土壤嚴重退化的問題,被國際理論與應(yīng)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(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(chǎn)利用了飛灰沸石化工藝和水熱腐殖化工藝兩項關(guān)鍵技術(shù)。

二、飛灰固廢資源利用
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30億噸。
2.飛灰固廢具有極大資源化利用潛力
飛灰(粉煤灰)是生物質(zhì)或類煤物質(zhì)經(jīng)過高溫焚燒后的殘渣。煤是由地質(zhì)歷史時期堆積的植物遺體,經(jīng)過復(fù)雜而緩慢的生物化學、地球化學、物理化學作用轉(zhuǎn)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(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現(xiàn)再生利用和再循環(huán)!
3.飛灰沸石化工藝
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(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
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制實現(xiàn)化肥元素的緩釋。


同時籠框結(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高活性進行好氧、兼氧、厭氧反應(yīng)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(jié)構(gòu)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(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、新舊動能轉(zhuǎn)換提質(zhì)增效
1.新舊動能轉(zhuǎn)換
煤電企業(yè)是傳統(tǒng)能源的支柱產(chǎn)業(yè),承擔碳達峰和碳中和的主要減排指標和提質(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”的總體趨勢下,中小煤電機組的關(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,實現(xiàn)新舊動能轉(zhuǎn)換。這是煤電產(chǎn)業(yè)的深度轉(zhuǎn)型升級,可以創(chuàng)造性地改造勞動資料。
2.技術(shù)革命性突破:水熱腐殖化工藝
我們團隊發(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(zhì)合成穩(wěn)定的腐殖酸物質(zhì)。
3.水熱腐殖化工藝擴大勞動對象范圍
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(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充為可供生產(chǎn)利用的勞動對象。
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。
4.煤電綜合能源服務(wù)
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(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。這就在勞動資料創(chuàng)新改造的基礎(chǔ)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(wù)于農(nóng)業(yè)強國的綠色生態(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其材料質(zhì)量的6~7倍,可以改善土壤的團粒結(jié)構(gòu),增強保水率。
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。
四、創(chuàng)新破局綠色發(fā)展
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(yīng)用;但大量化肥應(yīng)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(zhì)固廢作為原料生產(chǎn)新一代高效緩釋肥料,同時加工中得到的副產(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(chǎn)提供綜合能源服務(wù),實現(xiàn)勞動對象與勞動資料的優(yōu)化組合。
整個生產(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!
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