CN100556987C - 含有燃煤烟气脱硫固体废料的酸性土壤调理剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含有燃煤烟气脱硫固体废料的酸性土壤调理剂，其特征是按质量分数计，由83%～97%的燃煤烟气脱硫固体废料和3%～17%的腐植酸组成，所述的燃煤烟气脱硫固体废料是燃煤烟气脱硫过程中用石灰石悬浮液吸收燃煤SO2所产生的固体废料。本发明的土壤调理剂能与酸性土壤中的铁、铝、锰元素产生络合或螯合作用而局部调整体系中的活性铁、铝、锰的浓度，同时提高Ca、Mg、S、Si、B的有效性，增强了这些元素的营养功能，并抑制Fe、Mn、Al等元素对磷的固定作用，提高了磷的活性，从而可提高蔬菜、玉米、水稻和林木的生物量和产量，并显著降低蔬菜硝酸盐的浓度，增加了燃煤烟气脱硫固体废料的农业利用价值。

Description

含有燃煤烟气脱硫固体废料的酸性土壤调理剂
技术领域
本发明涉及一种土壤调理剂，具体来说是涉及一种含有燃煤烟气脱硫固体废料的酸性土壤调理剂。
背景技术
环境和资源问题是当代人类面临的重大问题。生产力高度发达的现代工业产生的数量巨大、种类繁多的固体废料所造成的环境污染以及由此产生的社会问题引起了人们的普遍关注。中国是以煤为主要能源的大国，燃烧煤所造成的污染已经制约了我国的国民经济和社会的持续发展，其中90％的SO2排放约来自于煤燃烧。
目前控制燃煤SO2污染技术可分为四类，即煤燃烧前脱硫、燃煤中脱硫、燃煤后烟气脱硫以及煤转化过程中脱硫。其中烟气脱硫仍被认为是控制SO2污染最行之有效的途径，是唯一大规模商业化的脱硫技术。按照脱硫过程是否加水和脱硫产物的干湿形态，烟气脱硫又分为湿法、半干法和干法三类工艺。按脱硫产物是否回收，烟气脱硫又可分为抛弃法和回收法。回收法是将烟气中SO2转化为硫酸、硫磺、液体SO2、化肥等有用物质回收，但投资大、经济效益低、甚至无利可图或亏损；抛弃法是将SO2转化为固体残渣抛弃掉，其投资和运行费用较低，也有利于减少往大气中排放SO2，但是存在残渣污染和处理问题。因此如何处置这些固体废弃物以保护环境成为全世界科学家的重要研究课题。据报道，德国对于燃煤固体废料(一般的粉煤灰)的利用率为65％，法国为75％，英国为46.2％，日本为100％，美国还用它作为提取各种金属元素的原料，但主要都应用在工业建材方面，农业上的利用则罕见报道。
多年来我国对粉煤灰的性质、成分、改土作用、增产机理等进行了充分的研究，但农业用粉煤灰多是直接施用，且施用量大，难于推广，因此目前全国粉煤灰农用的面积仅有约5万亩。而采用烟气脱硫技术，其脱硫固体废料与传统的粉煤灰在理化性质上又有一定的差异，因此不能用通常的方法来利用这种废料。
发明内容
本发明的目的在于利用燃煤烟气脱硫固体废料开发出一种土壤调理剂，使这种废料在农业上得以充分利用。
本发明通过将石灰石浆液洗涤燃煤SO2所产生的固体废料与腐植酸混合，得到的酸性土壤调理剂可提高蔬菜、玉米、水稻和林木的生物量和产量，从而实现了本发明的目的。
本发明的含有燃煤烟气脱硫固体废料的酸性土壤调理剂，其特征是按质量分数计，由83％～97％的燃煤烟气脱硫固体废料和3％～17％的腐植酸组成，所述的燃煤烟气脱硫固体废料是燃煤烟气脱硫过程中用石灰石悬浮液吸收燃煤SO2所产生的固体废料。
所述的燃煤烟气脱硫固体废料的产生，是燃煤后产生的SO2烟气进入吸收塔后，与磨碎的石灰石悬浮液接触并被吸收去除，新鲜的石灰石浆液不断地加入到吸收塔底部的持液槽中，被洗涤后的烟气随后排放到大气中，塔中剩余的固体废渣就是就是燃煤烟气脱硫固体废料。不同来源的所述的燃煤烟气脱硫固体废料尽管组成有些差别(见表1～表4)，都可用于本发明，腐殖酸可以直接从市场上购买。
本发明的含有燃煤烟气脱硫固体废料的酸性土壤调理剂的制备方法，是用常规的方法将燃煤烟气脱硫固体废料和腐植酸混合。
燃煤烟气脱硫固体废料的主要成分是硫酸钙和由蜂窝状的硅、铁、铝、钙等化合物组成的飞灰，因此比普通粉煤灰含有更多的钙和硫，其中P、K、Mg、Ca、B、Zn、Cu可以刺激作物生长，显著提高作物产量。并且燃煤烟气脱硫固体废料的总Pb、Cd、Cr、As、Se、Ni、Cu等指标基本上都低于国标最高容许量和土壤环境质量二级标准，符合国家控制标准，证明燃煤烟气脱硫副产物农用是安全的，并富含南方酸性土壤中普遍缺乏的Ca、S、Si、B、Mo等营养元素。另外燃煤烟气脱硫固体废料的阳离子交换量比土壤大，容重比土壤轻，其形态主要由长条方形的微石膏晶体和大小不等形状不规则、表面凹凸不平、表面多孔并微孔较小的空心球体以及表面粗糙、棱角较多的蜂窝状多孔聚合体粒子构成。
所述的腐植酸中含有多种氧官能团，主要的有羧基、酚羟基、醇羟基、醌基、甲氧基、羰基等，因而具有酸性、亲水性、阳离子交换性、络合能力及较高的吸附性能等，能与二价和多价金属离子形成络合物或螯合物，因此在燃煤烟气脱硫固体废料中加入腐植酸，腐植酸会跟废料中的Fe、Al、Mn等产生螯合作用，另外还跟土壤中的铁、铝离子螯合，从而降低土壤中的此类离子的浓度，从而减少这类离子与肥料中的磷酸盐、硼酸盐如[B(OH)- 4]、钼酸盐、活性硅酸盐等阴离子的结合而提高肥料在土壤介质中的活性，另外还能增加肥料对磷的防固定作用，增强同时平衡酸性土壤中的Ca、Mg、S、Si、B、Mo的作用，因此能增强燃煤烟气脱硫固体废料对作物的有益作用，增加了燃煤烟气脱硫固体废料的农业利用价值。
本发明的土壤调理剂能与酸性土壤中含量高甚至已形成毒害的铁、铝、锰元素产生络合或螯合作用而局部调整体系中的活性铁、铝、锰的浓度，同时提高Ca、Mg、S、Si、B的有效性，增强了这些元素的营养功能，而抑制Fe、Mn、Al等元素对磷的固定作用，提高了磷的活性，从而提高蔬菜、玉米、水稻和林木的生物量和产量，并显著降低蔬菜硝酸盐的浓度。
具体实施方式
实施例1：
采集辽宁沈阳、广东连州、山东潍坊、广东恒运燃煤电厂的燃煤烟气脱硫固体废料，分析其化学组成，结果见表1。
对广东连州电厂的燃煤烟气脱硫副产物中飞灰部分的矿质进行全量分析，结果见表2。分析辽宁沈阳、广东连州、山东潍坊燃煤电厂燃煤烟气脱硫固体废料的物理性能，结果见表3。
分析辽宁沈阳、广东连州、山东潍坊燃煤电厂燃煤烟气脱硫固体废料的重金属元素含量，结果见表4。其中国际最高允许含量引自GB8173-87农用粉煤灰中污染物控制标准，土壤环境质量标准值引自GB15618-1995土壤环境质量标准值
表1不同电厂的燃烟煤气脱硫固体废料的化学组成
Figure C20061012240700051
表2广东连州电厂的燃煤烟气脱硫固体废料的矿质全量分析
Figure C20061012240700052
表3燃煤烟气脱硫固体废料的酸碱度、交换性能和水分物理性能
Figure C20061012240700053
表4燃煤烟气脱硫固体废料的重金属元素含量
Figure C20061012240700061
实施例2：
取辽宁沈阳燃煤电厂的燃煤烟气脱硫固体废料97kg，腐植酸3kg，加水至稍润，混匀，放置过夜，得到土壤调理剂100kg。
实施例3：
取辽宁沈阳燃煤电厂的燃煤烟气脱硫固体废料95.2kg，腐植酸4.8kg，加水至稍润，混匀，放置过夜，得到土壤调理剂100kg。
实施例4：
取辽宁沈阳燃煤电厂的燃煤烟气脱硫固体废料90.9kg，腐植酸9.1kg，加水至稍润，混匀，放置过夜，得到土壤调理剂100kg。
实施例5：
取广东连州燃煤电厂的燃煤烟气脱硫固体废料94.3kg，腐植酸5.7kg，加水至稍润，混匀，放置过夜，得到土壤调理剂100kg。
实施例6：
取广东连州燃煤电厂的燃煤烟气脱硫固体废料90.9kg，腐植酸9.1kg，加水至稍润，混匀，放置过夜，得到土壤调理剂100kg。
实施例7：
取广东连州燃煤电厂的燃煤烟气脱硫固体废料83kg，腐植酸17kg，加水至稍润，混匀，放置过夜，得到土壤调理剂100kg。
实施例8：
取广东恒运燃煤电厂的燃煤烟气脱硫固体废料97kg，腐植酸3kg，加水至稍润，混匀，放置过夜，得到土壤调理剂100kg。
实施例9：
取广东恒运燃煤电厂的燃煤烟气脱硫固体废料95kg，腐植酸5kg，加水至稍润，混匀，放置过夜，得到土壤调理剂100kg。
实施例10：
取广东恒运燃煤电厂的燃煤烟气脱硫固体废料90kg，腐植酸10kg，加水至稍润，混匀，放置过夜，得到土壤调理剂100kg。
实施例11：
将实施例2～4的土壤调理剂施用于种植甘蔗的玄武岩红壤(每公斤土壤施加土壤调理剂分别为8.24、8.40、8.80g)，并用不使用任何土壤调节剂的玄武岩红壤(对照组1)，只使用燃煤烟气脱硫固体废料的玄武岩红壤(对照组2，每公斤土壤施加燃煤烟气脱硫固体废料8g)和只使用腐植酸的玄武岩红壤(对照组3，每公斤土壤施加腐植酸0.24g)进行对比，分析本发明的土壤调理剂对甘蔗产量形状的影响，结果见表5。其中p≤0.05，数字后不同字母表示经统计差异显著性检验结果，为差异显著。
表5本发明酸性土壤调理剂对甘蔗产量性状的影响
Figure C20061012240700071
实施例12：
将实施例5～7的土壤调理剂施用于种植水稻的土壤(每公斤土壤施加土壤调理剂分别为4.24、4.40、4.80g)，并用不使用任何土壤调节剂的土壤(对照组1)，只使用燃煤烟气脱硫固体废料的土壤(对照组2，每公斤土壤施加燃煤烟气脱硫固体废料4g)和只使用腐植酸的土壤(对照组3，每公斤土壤施加腐植酸0.24g)进行对比，分析本发明的土壤调理剂对水稻产量形状的影响，结果见表6。其中p≤0.05，数字后不同字母表示经统计差异显著性检验结果，为差异显著。
表6本发明酸性土壤调理剂对水稻产量性状的影响
Figure C20061012240700081
实施例13：
将实施例8～10的土壤调理剂施用于种植盆栽玉米的土壤(每盘施加土壤调理剂分别为41.2、42.1、44.4g)，并用不使用任何土壤调节剂的土壤(对照组1)，只使用燃煤烟气脱硫固体废料的土壤(对照组2，每盘施加燃煤烟气脱硫固体废料40g)和只使用腐植酸的土壤(对照组3，每盘施加腐植酸1.2g)进行对比，分析本发明土壤调理剂对盆栽玉米生长的促进作用，结果见表7。其中p≤0.05，处理间不同字母者表示差异显著。
表7本发明酸性土壤调理剂对盆栽玉米生长的影响
Figure C20061012240700082

Claims (1)

1.一种酸性土壤调理剂，其特征是按组成的质量分数100％计，由83％～97％的燃煤烟气脱硫固体废料和3％～17％的腐植酸组成，所述的燃煤烟气脱硫固体废料是烟气脱硫过程中用石灰石悬浮液吸收燃煤SO2所产生的固体废料。
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