生态能源——燃起土壤污染治理希望之光

作者：庞利萍    文章来源：中国化工报    更新时间：2013-08-28


　　经济的高速发展让环境压力与日俱增。近期爆出的以“镉大米”为代表的食品安全事件让重金属污染问题广受关注。专家指出，我国有近3亿亩耕地受到重金属污染的威胁，每年因土壤污染造成1200万吨粮食重金属超标，而重金属超标的食品会给民众健康带来严重威胁。
　　面对土壤重金属污染治理这一全球性难题，王淀佐院士、石元春院士和清华大学李十中教授近日联合提出，利用生态能源产业来治理土壤重金属污染，在重金属污染的土壤种植能源燃料，同时富集金属。这让人们看到了土壤污染治理的一簇亮光。目前，清华大学已经研究开发了在重金属污染土地种植甜高粱来吸收重金属污染物，并用其秸秆生产清洁能源的技术，效果明显。
　　利用生态能源一举三得
　　中国石油和化学工业联合会副会长李润生告诉记者，我国经济在高速发展的同时，正遭遇环境和能源瓶颈。快速工业化过程中遍地开花的开矿等行为，污染了相当大的土地。不久前的“镉大米”事件以及日益严重的土壤重金属污染受到社会广泛关注。镉主要与锌矿、铅锌矿、铜铅锌矿等共生。据统计，全球每年向环境中释放的镉达3万吨左右，其中82%～94%进入到土壤中。土壤污染已成我国很多地方的“公害”，治理重金属污染土地已成为燃眉之急。
　　中国工程院院士罗锡文曾经披露过这样一组数据：全国3亿亩耕地正在受到重金属污染的威胁，而广东省未受重金属污染的耕地仅有11%左右。重金属污染土壤不适宜种植粮食作物和发展畜牧业，不能生产进入食物链的产品，一些污染严重的地方甚至寸草不生。那么，土壤被重金属“弄脏”了，到底该怎么办？我国18亿亩耕地的红线需要坚守，在目前国情下，这些被污染的土地不可能弃置不用，最好的办法是寻找合适的“去污剂”。
　　李润生指出，土壤修复技术一般分为物理法、化学法、生物法三种。物理修复方法费时费工，化学修复方法容易造成二次污染，且这两种方法成本高。因此，成本相对较低的生物法，即植物修复技术近年来在全球范围内备受关注，并为许多国家所采用。
　　一些在平日看来并不起眼的植物，可以在重金属污染的土地上生长，并富集重金属，利用其自身的适应、净化、吸收和转化能力，使土壤中的污染物逐渐向植物体内转移，从而减少土壤中的重金属污染。
　　清华大学教授李十中进一步解释说，英国是最早利用超富集植物清除土壤中重金属污染的国家之一，并首次利用遏蓝菜属植物修复了长期施用污泥导致重金属污染的土地，证实了这一技术的可行性。目前，英国已开发出多种耐重金属污染的草本植物用于重金属和其他污染物的治理，并推向商业化。但由于富集重金属后的植物后续处理投入很大，经济效益相对较差。在我国，每亩近2万元的投入，让很多人望而却步。
　　为此，王淀佐院士、石元春院士和李十中教授提出了利用生态能源产业来治理土壤重金属污染的建议，其重要特点是产品不进入食物链，而进入能源产业链，在治理污染土壤的同时，所得产品还可用于转化为生物能源和发电，富集的重金属也可以回收待用，还能提供就业岗位。因此，生态能源产业既可治理污染土地，回收重金属，又可生产清洁燃料和电，同时为农民增收带来效益，可谓一举三得，其经济性将大大提高。
  

近日，中国环科院在北京一座大型污染修复场地取样检测，进行环境风险评估工作。　（沃特兰德供图）
　　种植甜高粱试验效果佳
　　清华大学经过不懈努力，已经研发出了在重金属污染土地种植甜高粱富集重金属污染物，并用其生产清洁能源的技术。
　　据李十中介绍，甜高粱是优秀的能源作物，亩产含糖12%～14%的茎秆5～6吨，对锌、砷、铜、镉等重金属及放射性金属铯有很强的吸收能力。
　　根据清华大学在海南做的甜高粱吸收重金属实验研究成果，按亩产5吨甜高粱秆、1.2吨叶、180千克高粱米保守估算，对于高浓度污染土地（镉超过土壤环境质量Ⅲ级标准15倍），每亩甜高粱每季至少可吸收1349.5克锌、441.6克铯、251.8克砷、111.6克铜、59.7克镉；对于低浓度污染土地（镉超过土壤环境质量Ⅱ级标准6倍），每亩甜高粱秆和叶每季可吸收10.81克镉。
　　“由于甜高粱高3～4米，进入高粱米中的镉含量在安全范围之内，甜高粱米可以食用或饲用。而采用清华大学的先进固体发酵（ASSF）技术，则可以最经济地把吸收重金属后的甜高粱秆转化为乙醇，且乙醇收率和糖转化率比未污染甜高粱秆高2%～3%。进而将剩下的酒糟用于发电，同时将重金属浓缩到灰中。”李十中说。
　　李十中给记者算了这样一笔账：在镉超过土壤环境质量Ⅲ级标准15倍的耕地上种植的甜高粱，16吨鲜秆发酵后可生产1吨燃料乙醇；利用酒糟可发电4000千瓦时，酒糟燃烧后的灰中镉含量为1067毫克/千克，与发电前比较浓缩了95倍，生产1吨乙醇可回收191克镉；在镉超过土壤环境质量Ⅱ级标准6倍的耕地上种植甜高粱，每生产1吨乙醇，可发电4000千瓦时，同时回收34.58克镉、生产576千克高粱米，高粱米中镉含量在安全范围之内。
　　根据先进固体发酵技术示范工厂运行结果和目前秸秆电厂的实践经验，建设年产2万吨燃料乙醇厂，配套1万千瓦发电机组是比较经济的商业模式。因甜高粱是C4作物，光合作用强，生长周期短（一般为110～120天，美国已开发出90天生长期的品种），重金属污染土地也大部分在江南，所以一年至少可种植2季。初步测算，利用约4万亩镉严重污染土地种植甜高粱（按两季计算），需配套投资2亿元，建设一个年产2万吨乙醇、回收3.8吨镉，配套1万千瓦生物质发电机组的新型工厂。
　　按甜高粱秆每吨300元计，农民每亩收入2400元，比种植水稻或玉米提高1倍，4万亩甜高粱总收入9600万元，净收益5600万元；燃料乙醇成本为4961元/吨、发电成本0.4元/千瓦时，按发改委和财政部的激励政策规定，燃料乙醇出厂价约8300元/吨、上网电价0.75元/千瓦时，工厂产值2.193亿元，利润9128万元（享受免税政策），提供120个工作岗位。
　　设立示范区再谋大产业
　　甜高粱，一个能把土壤污染治理、重金属回收、清洁能源生产以及老百姓就业很好地串联在一起的清道夫角色，如何在我国受重金属污染威胁的近3亿亩耕地上发挥更大作用呢？专家建议，我国发展生态能源产业来治理土壤重金属污染，应该先设立示范区，再谋生物能源治理土壤污染大产业。
　　李十中提出，一方面可以利用国家财政支持清华大学联合其他院校与企业合作，采用ASSF技术建设甜高粱治理重金属污染示范基地和工厂。利用1万亩镉污染土地年产3000吨乙醇，酒糟作为锅炉燃料并回收570千克镉（示范试验按种1季甜高梁保守计算）。通过克服可能出现的工程技术问题，建立从甜高粱种植、收割、贮存，到产品供应和镉回收的生态能源产业模式。在重度、中度和轻度污染农田进行甜高粱乙醇/发电法治理试验。
　　另一方面，可依托清华大学和企业建立国家生态能源实验室，开展从分子水平改造甜高粱（亦包括其他植物）提高吸收重金属能力和产量及含糖量、建立超富集植物材料库，到完善甜高粱秆发酵、燃烧发电、重金属回收技术等研究工作，为新兴产业提供技术支持。
　　此外，还可设立重金属污染治理附加基金，对产生重金属的源头重点行业，收取污染治理附加费，可参考再生电力附加费0.004元/千瓦时为计算基准，建立基金，用于支持生态能源产业建设和技术研发。
　　李十中强调：“建立甜高粱能源产业，治理重金属污染，不是短期行为，要纳入作物种植系统。”应组织全国重金属污染土地普查，并根据普查结果制定治理规划。重金属重度污染的土地需停种水稻或其他作物数年而改种甜高粱，为集中治理期；轻度的可将甜高粱纳入水稻轮作制，或一年里稻粱轮作，或一年稻一年粱，或其他轮作形式，根据试验结果和地区而定。
　　可以预见，一个以恢复生态和保护环境为目的，在重金属污染土地上生产可再生清洁燃料和电力的新兴产业——生态能源产业呼之欲出。
  

近日，中国环科院在北京一座大型污染修复场地取样检测，进行环境风险评估工作。（沃特兰德 供图）

利用生态能源产业来治理土壤重金属污染，产品不进入食物链，而进入能源产业链我自己认为是很不错的方法，就是乙醇、生物质发电、生物天然气等生物质能产业都很强调规模效益，这在土壤重金属污染治理的具体工程中还是比较难协调的。
同时土壤治理后是否要恢复常规作物栽培？

xjf11 发表于 2013-8-30 09:51

                                
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利用生态能源产业来治理土壤重金属污染，产品不进入食物链，而进入能源产业链我自己认为是很不错的方法，就 ...
土壤恢复后应该可以进行正常种植。至于担心产业能否进行下去的问题，我觉得还会继续有被污染的土壤，所以，不必太担心。

zj2635 发表于 2013-8-30 13:17

                                
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土壤恢复后应该可以进行正常种植。至于担心产业能否进行下去的问题，我觉得还会继续有被污染的土壤，所以 ...
采取轮作制度，按照区域进行休耕

同理呀，取轮作制度是好想法，德国等在发展生物质能时就有如此操作。关键在于“乙醇、生物质发电、生物天然气等生物质能产业都很强调规模效益，这在土壤重金属污染治理的具体工程中还是比较难协调”，我想这又涉及统一规划的问题了。

xjf11 发表于 2013-8-30 15:18

                                
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同理呀，取轮作制度是好想法，德国等在发展生物质能时就有如此操作。关键在于“乙醇、生物质发电、生物天然 ...
我非常赞同你的观点！确实需要很好的协调，才能解决这样的系统工程。

土壤，环境，水资源等等的污染，严重影响了农作物的成长，结果 成熟，爱护环境从我做起

本帖最后由 legendlcw 于 2013-9-4 08:56 编辑

xjf11 发表于 2013-8-30 09:51

                                
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利用生态能源产业来治理土壤重金属污染，产品不进入食物链，而进入能源产业链我自己认为是很不错的方法，就 ...
即使进入能源领域， 还是有二次污染， 汽油燃烧后， 重金属还是在大气中。
要想真正阻断污染， 简单经济的办法是弃耕！或者将富集作物永久深埋！
比如屋子里有块地方积满了尘土， 其他地方是干净的， 你要么不动它， 要么彻底清除走。   富集作物再利用就像是把这块尘土分散到整个屋子过程， 貌似解决的问题， 但只是把污染物稀释到更大的范围， 使“浓度”达标。
如果富集作物在能源产业链的加工过程中， 能将重金属再“收集”一次， 也许是可行的方案， 但是工艺和成本上应该难度不小。
一般认为， 重金属污染的土地是永久污染。 弃耕也许是唯一的办法。 也好！留给子孙们永远记得我们这一代造的孽！

那富集在高粱杆和产成的乙醇中的重金属怎么处理，秸秆制完乙醇后的残渣你是进入饲料行业还是进入燃料或者肥料行业呢

乙醇是作为燃料，我认为其实不要把“富集”给绝对化了，单位重量的甜高粱中重金属不会很多，要具体测量是否在安全标准内，制完乙醇后的残渣通常设计是作为燃料。同时植物体以及分解后的腐植酸对重金属具有耦合作用，使其危害大大降低。
当然我在这方面学的不多，但我认为利用生态能源产业来治理土壤重金属污染，产品不进入食物链，而进入能源产业链是很不错的方法。