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中科院过程工程研究所马淑花:粉煤灰改良盐碱地
发布时间: 2023-12-25 10:50    查看: 2103
    

经过粉煤灰改良后的盐碱地,前期将以水稻、小麦、玉米等粮食作物为主,配备灌溉、自动化基础设施等基础条件,逐步实现无人播种、无人收割、自动化灌溉等系列智能技术,降低成本,发展高效农业。


  9月19日,中科院过程工程研究所牵头的“粉煤灰基土壤调理剂盐碱地改良技术开发及应用”项目顺利通过中国有色金属工业协会组织的科技成果评价。评价委员会一致认为,项目技术成果处于国际领先水平,实现了重度盐碱地一年即可改良成功的重大突破,建议加快该项技术的推广应用。


  土地因盐碱化而产生的治理利用问题一直是全球性难题。与此同时,作为煤炭燃烧过程产生的副产物,我国粉煤灰产生量大,传统的处理途径和手段却相对有限。中科院过程工程研究所研究员马淑花是“粉煤灰基土壤调理剂盐碱地改良技术开发及应用”项目负责人。她带领团队,探索出一条用粉煤灰进行盐碱地改良的新路径。


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变废为宝 粉煤灰成功改良盐碱地,这项新技术不仅可以改良盐碱地,还可用于沙漠化治理和一般耕地的增产。图片/米粒


  粉煤灰可以改良土壤

  十多年前,马淑花在进行一项针对粉煤灰工业固废处理的研究时,惊奇地发现粉煤灰不但有很好地防治土壤板结的作用,还能降低盐度、减少土壤营养成分的流失,对一般的土壤也有一定的增产功效。


  马淑花介绍,土壤是矿物和有机物的混合组成部分,按容积计,在较理想的土壤中矿物质约占38%~45%,有机质约占10%,孔隙约占50%。按重量计,矿物质占固相部分的90%以上,有机质约占10%以下。而粉煤灰的化学成分恰好与土壤相近,且粉煤灰含有大量中微量元素,由此,粉煤灰生态化利用有望成为另一规模化消纳新途径。


  在政策引导方面,2011年,国家发改委印发的《大宗固体废物综合利用实施方案》指出,鼓励粉煤灰复垦、回填造地和生态利用。2019年,国家发改委、工信部联合发布的《关于推进大宗固体废弃物综合利用产业集聚发展的通知》明确,将持续推动农业领域应用,并共同在乌海、中宁、大同、榆林、阿勒泰开展了100家大宗固废综合利用基地建设。2018年,国务院发文开展无废城市建设,由生态环境部主导,2019年选定“11+5”个城市和地区开展试点示范。2015年,农业部发布《农业部关于大力开展粮食绿色增产模式攻关的意见》,提出采取掺粉煤灰等措施改良土壤。


  我国粉煤灰产生量较大,年产生量约6亿吨。由于传统的处理途径和手段相对有限,大量未经处理的粉煤灰可能引发空气中的扬尘问题,严重污染环境。目前,我国粉煤灰超过九成用于建筑材料、建筑工程和筑路,其余用于农业、回填等处理,导致库存粉煤灰利用率相对偏低,只有71%,并不能完全消耗掉每年产生的粉煤灰。加之区域综合利用水平发展不平衡,致使堆存量日益增高,历史堆存总量累计已超30亿吨,占地约100万亩。值得注意的是,我国粉煤灰主要堆积在干旱和半干旱地区,这些地区往往也是生态脆弱地区,还有相当一部分堆积在东北三省。长此以往,大量堆积的粉煤灰为这些地区推进生态文明建设增加了阻碍和挑战。


  十多年来,马淑花及其团队一直专注于相关研究与实践,形成了盐碱地治理系列新技术,总结出了一系列成功的经验,能够将粉煤灰这一固废变成治理盐碱地的有效材料。这项新技术不仅可以改良盐碱地,还可用于沙漠化治理和一般地增产,并得到了国家管理部门、行业协会、种植机构等的认同。


  粉煤灰变身盐碱地治理材料

  粉煤灰是如何实现变废为宝,进而解决土地盐碱化这一世界难题的?据中国科学院过程工程研究所合作、技术实施方乾元泰斗(北京)有限公司董事长李伸学介绍,这项新技术主要涉及三个环节,首先是将粉煤灰进行无害化处理。目前有很多的粉煤灰被当成了水泥、陶瓷的添加剂,这些领域一般都是直接添加的,不需要无害化处理。也有部分粉煤灰、城市淤泥未被无害化处理就用作绿化植物的种植,但是农业种植土壤有着更高的标准,想要符合这个标准必须进行无害化处理。如今市面上对粉煤灰进行无害化批量处理的技术很少,为解决粉煤灰无害化处理的问题,中国科学院过程工程研究所依托对过程工程的经验优势,在多年研究经验的基础上设计建成了一套无害化处理的专门的工业生产设备,并添加一定的其它辅助成分,使粉煤灰中的有害成分大大低于国家标准,同时具备很好的节水、节肥效果。


  其次是将粉煤灰活化改性。这就需要把粉煤灰中有益元素进行选择性活化,需要投资设立工厂,加工改良治理盐碱地所需要的原料。最后,把改性后粉煤灰及配比的其他原料根据地块土质的特点加入土地中。加入混合均匀后就可以进行正常的种植了。水位较浅的地区由于土壤的毛细效应,会存在反盐问题,需另外进行反盐处理,也是可以一次性解决问题的。


  在2019年至2020年,马淑花团队在宁夏石嘴山的44亩试验盐碱地得出的数据表明,盐土和碱土复合,改良难度大。经过粉煤灰改良后,盐碱地pH值和EC均显著下降,改良效果初显,土壤营养元素失衡状况有待下一步改善。初步判断,极重盐碱土经过3至5年改良后,有望恢复成为健康土壤。


  诚然,利用粉煤灰治理盐碱地的探索之路并非一帆风顺。在研究过程中,马淑花团队发现部分粉煤灰重金属含量超标土壤结构再造及功能化问题,进一步开发的技术瓶颈亟须打破。对此,李伸学表示,粉煤灰改良盐碱地的主要技术瓶颈目前已经解决,污染成分无害化处理与营养成分活化已有量产经验。目前,千亩级的种植已三年,万亩级的种植也正在实践中。未来突破的方向应该是针对不同盐碱地土壤的更多的适配经验与处方方案,以及不同作物所需要的粉煤灰匹配问题,技术上可以建立一个大数据库,针对不同的土壤、作物、粉煤灰原料等进行智能模型计算。


  改良后的盐碱地前期将以水稻、小麦、玉米等粮食作物为主,配备灌溉、自动化基础设施等基础条件,逐步实现无人播种、无人收割、自动化灌溉等系列智能技术,降低成本,发展高效农业。在自动化、大数据和种植方面,中国科学院自动化所、软件所、软件中心和中国农业科学院具有多年的技术积累,在农业方面也有很多的实际案例,这些技术与粉煤灰盐碱地治理技术的结合将能较好地推进农业朝着技术化、精细化、科学化、智慧化的方向发展,在农作物育种、选种和种植指导管理方面由中国农业科学院提供技术支持。为进一步提升经济效益,也可以逐步尝试发展功能农业、中医农业等附加值高的农业产品,创造更好的产值。


  目前,技术研发方中国科学院过程工程研究所和技术实施方乾元泰斗意在全国范围内选择更多适合新技术项目落地的地方和土地。怎样的土地才是适合这项新技术的土地?“最好是较为集中的地块,10万亩为1个单元,这样有利于实现自动化与智能化及成本控制。其次,最好配备一定的灌溉条件,保证每年基本的产量,尤其是降雨量相对较低的地域。土质最好适合小麦、玉米、苜蓿等基本作物的种植,保证大量基本农作物的产量。当地有大型火力发电厂,保证每年供应至少30万吨粉煤灰原料。”李伸学说,同时建议含建设期在内的最低运营期限不低于10年。


  目前新项目落地既可以采用“核心技术+资金+工厂+改良治理+种植运营”整个产业一条龙的“自治自营”模式,也可将治理好的盐碱地交还地方政府,由地方管理部门进行再分配或委托给农垦集团进行耕种,由乾元泰斗做好技术支持与智慧系统建设的“自治他营”模式。乾元泰斗还可与大型农垦集团合作,对其手中的盐碱地进行具体分析,然后单独配备盐碱地改良方案及智慧农业系统建设方案。


  (《小康》·中国小康网 独家专稿)

  本文刊登于《小康》2023年12月下旬刊


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