我國糧食增產(chǎn)中化肥的貢獻(xiàn)率占40%，磷肥是保障糧食增產(chǎn)的重要肥源。目前，工業(yè)生產(chǎn)磷肥國內(nèi)外幾乎均采用由硫酸濕浸磷礦石生產(chǎn)磷酸、再經(jīng)氨化制成磷肥的工藝。然而，濕法磷酸和磷肥的生產(chǎn)與施用造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，其危害范圍之廣、程度之深令人觸目驚心。在現(xiàn)有磷肥產(chǎn)能嚴(yán)重過剩的情況下，我國必須投入資金與實(shí)力，大力研發(fā)用以替代濕法磷酸的新工藝。

 

        傳統(tǒng)濕法制磷肥工藝存在一些固有的缺陷，主要是固體廢棄物磷石膏對(duì)土地與水源會(huì)造成嚴(yán)重污染，其次是所產(chǎn)磷肥重金屬含量高，磷肥質(zhì)量差，又由于磷肥利用率很低，持續(xù)不斷地大量使用磷肥，使重金屬有害積累，造成農(nóng)田質(zhì)量下降、產(chǎn)量降低、作物污染，最終毒害人體健康。磷石膏與重金屬污染是濕法工藝帶來的世界性難題。

 

        我國磷肥生產(chǎn)與出口大國，現(xiàn)有磷肥產(chǎn)能已達(dá)2100萬噸，2011年磷肥產(chǎn)量1641萬噸（折P2O5），自用1200萬噸。然而，即使到2020年我國磷肥的需求量也不過1300萬噸，產(chǎn)能出現(xiàn)了嚴(yán)重過剩。同時(shí)，我國也為此付出了高昂的環(huán)境代價(jià)。濕法制磷酸產(chǎn)生的固體廢棄物磷石膏對(duì)我國土地與水源已造成嚴(yán)重污染，濕法磷肥則成為土地重要污染源之一�！吨袊�化工報(bào)》在2012年曾多次刊登記者的調(diào)查報(bào)告和專家訪談，可見這一難題引發(fā)社會(huì)反映的強(qiáng)烈程度�；謴�(fù)已遭磷石膏污染的大型湖庫，例如貴州烏江渡水庫的水質(zhì)是一件工程浩大、需巨額投資的環(huán)保項(xiàng)目。烏江渡水庫恢復(fù)其水質(zhì)達(dá)到Ⅱ類，估計(jì)需資金不少于1000億。生產(chǎn)企業(yè)20年上繳的利稅還不到所需環(huán)境修復(fù)費(fèi)用的幾十分之一。

 

        值得注意的是，英國、荷蘭等國因無法解決磷石膏污染問題，已完全放棄自行生產(chǎn)而轉(zhuǎn)為從國外進(jìn)口磷肥。我國的一些企業(yè)卻每年多生產(chǎn)數(shù)百萬噸磷肥以供出口，根本不計(jì)給子孫后代將帶來的環(huán)境惡果。這種狀況必須予以制止。

 

        筆者以貴州省烏江渡大型水庫污染為重點(diǎn)，取用水庫水、磷石膏、磷肥等做試樣進(jìn)行了化驗(yàn)和分析，用以探討和評(píng)價(jià)濕法磷酸與磷肥對(duì)烏江渡水庫總磷（TP）與重金屬的污染。

 

        磷石膏對(duì)水源與土地的污染

 

        據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國磷肥企業(yè)每生產(chǎn)1噸磷酸伴生5噸磷石膏，多為露天堆放處理，日積月累后形成了大面積的灰白色的磷石膏原野和磷石膏山。磷石膏確有變廢為寶的綜合利用價(jià)值，但在我國現(xiàn)實(shí)利用率僅為20%。在既往露天堆積的數(shù)以億噸計(jì)的磷石膏基礎(chǔ)上，每年還新增約5000萬噸磷石膏，形成龐大的廢棄物堆積體，已形成公害。

 

        化驗(yàn)表明，磷石膏中含有數(shù)量可觀的磷、氟、各種鹽類以及重金屬，造成堆積地及其附近區(qū)域嚴(yán)重的水土污染；堆放的磷石膏經(jīng)雨水浸淋稀釋，再經(jīng)地面溪流與地下水排入江河湖庫，造成總磷（TP）與重金屬污染。這種情況在我國喀斯特“強(qiáng)生態(tài)脆弱區(qū)”的云南、貴州兩省，已經(jīng)達(dá)到災(zāi)害的程度，治理難度很大。昆明的滇池近10年投入約150億元資金治理TP污染，但成效甚微；2011年水質(zhì)報(bào)告表明仍為劣Ⅴ類。從烏江渡水庫起貴州的烏江中、下游全長710km干流均遭到TP的嚴(yán)重污染，其程度遠(yuǎn)比滇池為重。

 

        烏江渡水庫及其下游的構(gòu)皮灘、思林、沙沱等水庫的出口水質(zhì)近些年均為劣Ⅴ類。烏江干流每年百億余噸的廢水排入長江，使2012年長江廢水排量達(dá)到339億噸。長江水資源不僅供沿江流域內(nèi)使用，還將“南水北調(diào)”跨流域進(jìn)入中國北方，因而烏江干流污染影響具有全局性質(zhì)。

 

        長江水系污染和流域內(nèi)水質(zhì)性缺水的情況已相當(dāng)嚴(yán)重。例如上海市地表水資源可用率僅只1%，劣Ⅴ類的水占68.6%。這些被嚴(yán)重污染的水除來源于本地排污外，絕大多數(shù)來自上游。

 

        2011年11月，筆者曾專門對(duì)烏江干流上諸水電站水庫中水體受TP污染的情況做過系統(tǒng)的選點(diǎn)取樣與化驗(yàn)。結(jié)果顯示，烏江渡水庫（庫容21.4億m3）水體TP濃度高達(dá)6.678mg/L，為地表湖庫Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)的267倍，為劣Ⅴ類水，污染源均為磷石膏堆。

 

        同時(shí)，滲入烏江渡水庫的舊磷石膏懸濁液中的重金屬嚴(yán)重超標(biāo)，其中砷（As）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）、銅（Cu）等5種重金屬超標(biāo)十幾倍到十幾萬倍。水庫中的水上層重金屬含量低，下層高，而庫底的底泥中重金屬含量往往是頂層的千萬倍，是水庫最難清理的污染源。另外，構(gòu)皮灘、思林、沙沱等水庫的底泥污染源也早已形成。欲清除這些大型水庫的底泥污染源，恢復(fù)庫區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)，在維持各水庫的水電站運(yùn)行的條件下其工程之浩大，技術(shù)之復(fù)雜，耗時(shí)之長久，需投入資金巨大，實(shí)難估算。

磷肥施用對(duì)農(nóng)田的污染

 

        由濕法制得的磷酸經(jīng)氨化生成的磷肥，重金屬含量遠(yuǎn)比氮、鉀肥為高。因此，磷肥施用會(huì)給土壤帶來比氮、鉀肥要嚴(yán)重的重金屬污染。濕法磷酸中的重金屬來自磷礦石。各地的磷礦石品位與性狀不同，各種重金屬的含量也不同。

 

        濕法磷酸磷肥的質(zhì)量與原礦石的品位和性狀有著密切的關(guān)系。欲提高濕法磷酸磷肥的質(zhì)量，就必須采用各種相應(yīng)的沉降劑使重金屬化合物沉淀去除，制成所謂的“精制磷酸”，而這就使?jié)穹�磷酸磷肥工藝變得更加�?fù)雜。

 

        目前，我國磷肥的利用率僅只10%~25%，絕大多數(shù)磷肥轉(zhuǎn)化為作物難以吸收的磷酸鹽成份，長期保留在土壤中。多年持續(xù)施用磷肥，使土壤中的總磷達(dá)到有效磷的100~600倍，相應(yīng)地，重金屬的含量也是磷肥中含量的數(shù)倍。

 

        例如，欲實(shí)現(xiàn)畝產(chǎn)玉米800kg，需年施肥7kg左右，假定磷肥中重金屬土壤殘留率為0.8，取背景值為零，經(jīng)五年施用，土壤中的重金屬積累量高得驚人。如錳（Mn）可達(dá)27041mg/kg，銅（Cu）可達(dá)2923 mg/kg，砷（As）可達(dá)908 mg/kg，鋅（Zn）可達(dá)2852 mg/kg。對(duì)照土壤重金屬國家標(biāo)準(zhǔn)的旱地二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，多數(shù)重金屬含量均超標(biāo)，而砷、銅、鋅、鎘等超標(biāo)達(dá)數(shù)十倍。

 

        土壤中重金屬有害累積數(shù)量的增大不僅污染土地，降低作物產(chǎn)量，而且經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體內(nèi)也形成有害積累，最終給人的健康帶來危害。土地一經(jīng)重金屬污染，因面積廣大而使治理十分困難。傳統(tǒng)生產(chǎn)的磷肥年施用已達(dá)1200萬噸，每噸磷肥重金屬總含量據(jù)保守估計(jì)約重1kg，施肥進(jìn)入土壤的重金屬每年可達(dá)約1.2萬噸。因此，把濕法磷酸制的磷肥稱為土地的重要污染源之一是不為過的。

 

（作者系中國農(nóng)業(yè)大學(xué)教授，其與本文相關(guān)的研究獲科技部部長專項(xiàng)BJST-2011支助。）