环境工程中化工废渣磷石膏污染的治理探讨

　　化工废渣是指化学工业生产过程中排出的各种工业废渣。由于化工生产过程中所用的原料种类、反应条件和二次回用方式等的不同，使得产生废渣的化学成分和矿物组成等均有较大差异。国家经贸委发布的《资源综合利用目录》介绍的化工废渣包括：硫铁矿渣、硫铁矿、煅烧渣、硫酸渣、硫石膏、磷石膏、磷矿煅烧渣、含氰废渣、电石渣、磷肥渣、硫磺渣、碱渣、含钡废渣、铬渣、盐泥、总溶剂渣、黄磷渣、柠檬酸渣、制糖废渣、脱硫石膏、氟石膏、废石膏模等。就其中的磷肥渣而言，2001年12月，我国加入了世界贸易组织（wto）后给我国磷复肥工业带来了极大的挑战和机遇。国家各有关领导部门对磷复肥工业十分重视，在政策上给予了各种支持，使我国磷复肥行业一直保持着产销两旺的好势头， 显示了较强的应对入世能力。根据农业部的统计资料，2002 年全国施用化肥433915万吨（折纯），其中磷肥71212万吨p2o5，复合肥104612万t （n+ p2o5+ k2o）。复合肥中氮磷钾比例如果按1：1：1 计算，其中含有磷肥约348.7 万吨p2o5。因此，2002年我国总的磷肥施用量合计约1060.9万吨p2o5，而对我国今后磷肥需求量的预测如下（见表1）。
　　由此可看出，我国对磷肥的需求很大。而磷肥、磷酸生产企业排放的固体废弃物-磷石膏截止2004年累积量已超过22 000 kt，只有大约27.7%得到了再利用。从而可看出，化工废渣的无控制排放已经形成较大的污染源。2004年，我国较大的固体废物污染事件共47 次，绝大部分是由工业固体废物混乱管理引起；而且在2005年12月到2006年1月两个月内，环保总局通报的6起突发环境事件中，也有2起事件是由化工废渣的无控制迁移扩散引起。wWw.11665.cOm因此，化工废渣的回收利用越来越受到相关部门的重视。本文就化工废渣磷石膏的治理进行了探讨。
　　1 磷石膏的环境问题
　　磷石膏一般为浅黄、浅灰或黑灰色的细粉状固体，含水率20%～30%，容重0.733%～0.800%g/cm3；粘性较大、流动性差，呈酸性，略有异味；主要成分为caso 4·2h 2o。并含有少量的sio 2、s 2o 3、fe 2o 3、cao、meo，微量的重金属离子及放射性元素及未分解的磷矿粉p2o5f-和游离酸等杂质。随着高浓度磷复肥、磷酸和洗涤剂工业的迅速发展，磷石膏废渣急剧增加（每生产1t磷酸约排放5t磷石膏）。2004年，世界磷石膏年排放量达2.8亿t，我国已超过2200万t，大多数处于无控排放状态。这么大的废弃物大量占用土地，一旦泄漏，一般其污染半径是堆存地半径的几十倍，甚至上百倍，并且在堆积过程中易与周围环境发生物理化学作用，形成新的物质形态，进入地下水系统，并随之迁移，流向水源地或天然排泄区，造成环境污染。对周边原生的生物多样性产生致命影响，生物多样性丧失后，受损生态系统的恢复会变得极其缓慢，同时由于渗滤液对下游和周围地区产生污染，也间接影响到周本文由论文联盟http://收集整理围地区的生物多样性。
　　2 磷石膏的治理和资源化利用
　　2.1 用于工业生产
　　通过对磷石膏进行预处理改性，代替天然石膏应用于水泥工业、石膏建材制品的生产中。singh 等采用柠檬酸溶液（3%～4%）来纯化磷石膏，并用于制造水泥和石膏肥料，纯化过程使得石膏中磷酸盐和氟化物转化为水溶性的磷酸、柠檬酸钠、铝酸盐、氢氟酸、高铁酸盐等而去除，纯化后的磷酸盐与矿物石膏制成的水泥质量较好。
　　2.1.1 生产低碱度水泥
　　它是以磷石膏、石灰石和矾土为原料，在立窑中烧制的硫铝酸盐水泥熟料，其主要矿物为无水硫铝酸钙（约65%）和硅酸三钙（约25%），外掺磷石膏和石灰石磨制而成。工厂实践表明，该水泥具有早期强度高、硬化快、碱度低、微膨胀等特性，成本低于硅酸盐水泥，用该水泥制造的玻璃纤维增强水泥制品具有重量轻、强度高、韧性好、耐火、耐水、可锯、可钉、不翅曲、不变形等优点，现已经广泛用于制造“grc”轻质多孔板。
　　2.1.2 用作水泥缓凝剂
　　磷石膏中的杂质会推延水泥的初凝时间，使其强度下降，故在用作缓凝剂之前，应参照如下方法对其进行适当改性：①水洗处理：将磷石膏以水膏比为（3-5）：1的比例混合，搅拌静置，去除上层悬浮物；②将磷石膏煅烧，再用石灰中和，最后水化；③将干燥后的磷石膏加石灰中和，再入窑煅烧，再水化；④将磷石膏自然晾晒半年左右；⑤将磷石膏与窑灰、石灰或电石渣搅拌中和，使其含水量降至9%左右，再加压成型；⑥用柠檬酸处理磷石膏，把磷、氟杂质转化为可水洗的柠檬酸盐、铝酸盐以及铁酸盐。
　　日本在水泥厂设计之初就考虑应用磷石膏缓凝剂技术，现在75%的磷石膏已被用来生产水泥缓凝剂。1999年我国铜陵化工集团投产了一套100kt/a的水泥缓凝剂装置，用户反映良好。杭州水泥厂、马鞍山水泥厂、上海水泥厂的实践表明：用改性磷石膏代替天然石膏作缓凝剂，水泥强度高、后期强度大，且能降低生产成本。
　　2.2 用于化工原料生产
　　主要用于硫酸、硫酸铵、硫酸钾、硫脲和碳酸钙以及其他相关产品的生产，从而弥补我国硫资源的不足。
　　2.2.1 用磷石膏联产硫酸
　　该工艺的原理是将磷石膏高温分解，所得so 3用于生产硫酸，工艺过程主要由磷石膏干燥、脱水、煅烧、水泥烧成、so 2净化、so 2 转化吸收等工序组成，其优点是：①磷石膏中的钙和硫得以充分利用；②磷石膏被消化而不产生二次废渣；③控制好制酸尾气吸收，可实现尾气达标排放；④副产的硫酸用于磷酸生产，减少了硫酸外购和运输量，降低了产品成本。缺点是生产设备效率低、投资大、能耗高。
　　2.3 作土壤改良剂及肥料
　　磷石膏呈酸性，ph值为1～4，可作盐碱地、红壤旱地的土壤改良剂。可用于生产硫酸钾、硫酸铵并联产硫酸钾铵和氮磷钾复合肥料。
　　多年来，国内农科院所不断进行了磷石膏改良土壤的试验研究，结果表明：磷石膏是一种良好的硫肥，施用后对油料作物（如花生、油菜、大豆、芝麻、向日葵等）的增产约为15%～30%，每亩盐碱地ph = 9施用300～1600kg 磷石膏，改良效果可延续8～10 年；此外，将磷石膏和尿素在高湿度下混合、干燥，可制成吸湿性小而肥效比尿素高的长效氮肥———尿素石膏[caso 4·4co（nh 2）]2，这种肥料可减少氮的挥发，提高氮肥的利用率。
　　3 结语
　　对于化工废渣问题的解决，单靠末端治理并不能从根本上解决问题，最重要的一条是倡导化工企业进行清洁生产，只有这样，才能真正意义上实现化工废渣的减量。同时，加强化工废渣的危害性教育，从而在生产过程有意识的减少其排量。