湖南绿色先进矿业研究院携湖南建投城乡环境固废事业部团队考察腐殖酸和粉煤灰沸石固废资源综合利用项目
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发表时间：2024-04-01
湖南绿色先进矿业研究院组织湖南建投城乡环境固废事业部团队，赴深圳星源水热科技考察腐殖酸和粉煤灰沸石固废资源综合利用项目。星源水热科技有限公司持续致力于腐殖酸萃取和先进催化工艺，并与粉煤灰水热法生成特殊结构沸石工艺结合，可以在大量消纳粉煤灰固废的基础上，生产出替代市场有机肥产品，同时，具备缓释肥的效果，对于过度依赖化肥的农业对土壤体系破坏，形成了绿色解决方案。农业化肥的过量、不合理的施用除带来水环境污染以外，还导致土壤物理性状变差、团粒结构遭到破坏、土块板结、保水保肥能力降低为表征的耕地土壤退化。为实现更好的减污增肥降碳效果和更低的成本，经十余年探索实验的前期积累，研发出了新一代结合纳米孔隙笼框结构材料的超高效腐殖化缓释肥料。该技术面向解决全球因过度使用化肥导致污染与土壤严重退化的问题，被国际理论与应用化学协会（IUPAC）评选为2021年具备颠覆性突破意义的十项新兴技术之一。1.宏量营养物质的作物吸收率和利用率不低于300%(理论值大于700%)；2.减少宏量营养物质流失量不低于50%（理论值大于90%）；3.提高氮、磷、钾等宏量营养物在土壤有机聚合物胶体中的扩散率和溶解度；4.仅需加载1/7阳离子当量的氮肥或钾肥化学品，即可取得与传统肥料相同的土壤肥力，并能将沉淀在土壤中的磷肥化学品溶解释放出来；新一代高效缓释肥料的生产利用了飞灰沸石化工艺和水热腐殖化工艺两项关键技术。飞灰是世界上最大规模的工业固废，也是地球上第五大廉价建材原料。中国近60%的电力能源都通过燃烧类煤物质取得，每年有近2亿吨未处理飞灰堆积在废弃场所，至今积累未处理飞灰已达30亿吨。飞灰（粉煤灰）是生物质或类煤物质经过高温焚烧后的残渣。煤是由地质历史时期堆积的植物遗体，经过复杂而缓慢的生物化学、地球化学、物理化学作用转变而成的。成煤的远古植物不会含有对其自身有害的重金属，所以烧煤生成的飞灰，一般而言也没有什么重金属，不会造成土壤污染。相反，还含有远古植物体内积存的有益痕量、微量金属元素。因此，飞灰固废具有极大的资源化利用潜力，通过沸石化工艺可以实现再生利用和再循环！通过针对性地进行研发，将飞灰作为原料，通过水热纳米化过程生产纳米级、具有微介孔笼框结构的铝硅酸盐晶体材料，也叫人造沸石。这种笼框结构具有微纳米的无数小孔，比表面积非常大，1立方厘米的材料展开可以有1000平米以上的表面积。铝硅酸盐微介孔笼框结构能够加载宏量营养素氮磷钾等大量的化肥元素，并通过阳离子交换机制实现化肥元素的缓释。
同时笼框结构可以为好氧菌和厌氧菌提供合适的生境。有了栖息地，极大量的、不同类型的土壤微生物就可以慢慢生长。这样，不同层次的土壤就可以同时高活性进行好氧、兼氧、厌氧反应过程，实现土壤耕作层整体全面的降解和生化处理。微纳米笼框结构孔隙体通过阳离子交换缓释营养素，同时持水能力很强，可以把它本身重量的50%都用来吸水，增加土壤的含水。加载到笼框孔隙体的无机宏量元素可以实现2倍～7倍于化肥的功效。此外，还能优先把土里的钠盐离子和钙离子都吸到笼框体内（引起土壤盐渍化和板结阳离子）; 把笼框体内加载的钾、氮、磷元素都释放出来。同时还能激活土壤里的磷肥，增加它的可溶性，提高作物的吸收率。煤电企业是传统能源的支柱产业，承担碳达峰和碳中和的主要减排指标和提质增效的重任，也面临着被可再生能源取代的巨大压力。在“煤退新进”的总体趋势下，中小煤电机组的关停、落后产能的淘汰，都可以通过产线改造，成为飞灰沸石处理工艺与水热腐殖化工艺的生产线，生产新一代高效缓释肥料，实现新旧动能转换。这是煤电产业的深度转型升级，可以创造性地改造劳动资料。我们团队发明的“水热腐殖化装置”是将生物质固废高效转化为腐殖酸有机聚合物的先进过程装置，将以高于土壤自然腐殖化上万倍的过程效率，将生物质合成稳定的腐殖酸物质。对于生物质废弃物，像乡村秸秆、城市湿垃圾、污泥等，如果采用燃烧方式处理，将带来严重的环境污染问题和碳排放负面影响。利用水热腐殖化工艺，可以将这些生物质废弃物、以及含有腐殖酸的褐煤作为新一代高效缓释肥料的生产原料。这就将原本无法利用或者低利用效率的废弃物扩充为可供生产利用的劳动对象。此外，经过水热腐殖化工艺处理，生物质固废精炼的副产品胡敏素具有高燃烧热值；矿源腐殖酸的副产品水焦炭，热值更是超过5000大卡，相比褐煤脱氮和脱硫分别达到60%和80%，是理想的电厂碳燃料。这又进一步扩大了燃煤发电的劳动对象范围。辅之以煤电“三改联动”中的供热改造，让煤电机组承担供热负荷，可以返回来为水热腐殖化工艺以及飞灰沸石化工艺提供热能，拓展综合性的能源服务，提高煤电产能的利用效率，增加附加产值，全面提质增效。这就在劳动资料创新改造的基础上，进一步实现了劳动资料与劳动对象的优化组合、创新性配置。人造的腐殖酸物质与天然腐殖酸相似，在土壤中的保水率高达其材料质量的6~7倍，可以改善土壤的团粒结构，增强保水率。将人造腐殖酸与沸石微介孔笼框结构材料组合使用，按设计值搭配，可取得从2倍到7倍肥力的不同量级、不同强度的肥料。因其缓释机制而更为省事，不用像常规化肥那样通过频繁施用来补充流失；并且从提高土壤腐殖化来根本上改良土壤，促进有机碳达到6%~8%的目标。气候危机将加重世界粮食危机；而粮食危机推动更多化肥的应用；但大量化肥应用造成土地进一步退化；土地的退化会再加重气候危机并威胁粮食安全。
利用飞灰沸石化工艺与水热腐殖化工艺将飞灰固废与生物质固废作为原料生产新一代高效缓释肥料，同时加工中得到的副产品胡敏素、水焦炭又能为煤电提供高燃值燃料，从多个方面极大地扩展了劳动对象的范围。配合煤电供热改造，又可以为新一代高效缓释肥料生产提供综合能源服务，实现劳动对象与劳动资料的优化组合。总之，新一代高效缓释肥料可以助力煤电企业培育并极大地发展新质生产力！湖南建投城乡环境目前承接全国各地基本农田提质改造项目，在交流过程中，双方对星源水热科技与中霆控股集团在海南乐东电厂在投粉煤灰沸石和腐殖酸有机肥项目的合作展开了深入讨论，城乡环境在海南多个农田改造项目，可以通过腐殖酸有机肥对农田土壤进行提质升级，符合项目需求，并提出几方在长沙成立联合研发中心和中试基地形成基础共识，推动该项工艺在后期矿山生态治理和农田土壤改良项目更深层次的合作。
