我國糧食增產中化肥的貢獻率占40%，磷肥是保障糧食增產的重要肥源。目前，工業生產磷肥國內外幾乎均采用由硫酸濕浸磷礦石生產磷酸、再經氨化制成磷肥的工藝。然而，濕法磷酸和磷肥的生產與施用造成了嚴重的環境污染，其危害范圍之廣、程度之深令人觸目驚心。在現有磷肥產能嚴重過剩的情況下，我國必須投入資金與實力，大力研發用以替代濕法磷酸的新工藝。
傳統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土地與水源會造成嚴重污染，其次是所產磷肥重金屬含量高，磷肥質量差，又由于磷肥利用率很低，持續不斷地大量使用磷肥，使重金屬有害積累，造成農田質量下降、產量降低、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。
我國磷肥生產與出口大國，現有磷肥產能已達2100萬噸，2011年磷肥產量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，產能出現了嚴重過剩。同時，我國也為此付出了高昂的環境代價。濕法制磷酸產生的固體廢棄物磷石膏對我國土地與水源已造成嚴重污染，濕法磷肥則成為土地重要污染源之一�！吨袊蟆吩�2012年曾多次刊登記者的調查報告和專家訪談，可見這一難題引發社會反映的強烈程度�；謴鸵言饬资辔廴镜拇笮秃䦷�，例如貴州烏江渡水庫的水質是一件工程浩大、需巨額投資的環保項目。烏江渡水庫恢復其水質達到Ⅱ類，估計需資金不少于1000億。生產企業20年上繳的利稅還不到所需環境修復費用的幾十分之一。
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而轉為從國外進口磷肥。我國的一些企業卻每年多生產數百萬噸磷肥以供出口，根本不計給子孫后代將帶來的環境惡果。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，取用水庫水、磷石膏、磷肥等做試樣進行了化驗和分析，用以探討和評價濕法磷酸與磷肥對烏江渡水庫總磷（TP）與重金屬的污染。
磷石膏對水源與土地的污染
據統計，我國磷肥企業每生產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值，但在我國現實利用率僅為20%。在既往露天堆積的數以億噸計的磷石膏基礎上，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。
化驗表明，磷石膏中含有數量可觀的磷、氟、各種鹽類以及重金屬，造成堆積地及其附近區域嚴重的水土污染；堆放的磷石膏經雨水浸淋稀釋，再經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“強生態脆弱區”的云南、貴州兩省，已經達到災害的程度，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年水質報告表明仍為劣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的嚴重污染，其程度遠比滇池為重。
烏江渡水庫及其下游的構皮灘、思林、沙沱等水庫的出口水質近些年均為劣Ⅴ類。烏江干流每年百億余噸的廢水排入長江，使2012年長江廢水排量達到339億噸。長江水資源不僅供沿江流域內使用，還將“南水北調”跨流域進入中國北方，因而烏江干流污染影響具有全局性質。
長江水系污染和流域內水質性缺水的情況已相當嚴重。例如上海市地表水資源可用率僅只1%，劣Ⅴ類的水占68.6%。這些被嚴重污染的水除來源于本地排污外，絕大多數來自上游。
2011年11月，筆者曾專門對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的選點取樣與化驗。結果顯示，烏江渡水庫（庫容21.4億m3）水體TP濃度高達6.678mg/L，為地表湖庫Ⅱ類水標準的267倍，為劣Ⅴ類水，污染源均為磷石膏堆。
同時，滲入烏江渡水庫的舊磷石膏懸濁液中的重金屬嚴重超標，其中砷（As）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）、銅（Cu）等5種重金屬超標十幾倍到十幾萬倍。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，恢復庫區水質達標，在維持各水庫的水電站運行的條件下其工程之浩大，技術之復雜，耗時之長久，需投入資金巨大，實難估算。
磷肥施用對農田的污染
由濕法制得的磷酸經氨化生成的磷肥，重金屬含量遠比氮、鉀肥為高。因此，磷肥施用會給土壤帶來比氮、鉀肥要嚴重的重金屬污染。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。
濕法磷酸磷肥的質量與原礦石的品位和性狀有著密切的關系。欲提高濕法磷酸磷肥的質量，就必須采用各種相應的沉降劑使重金屬化合物沉淀去除，制成所謂的“精制磷酸”，而這就使濕法磷酸磷肥工藝變得更加復雜。
目前，我國磷肥的利用率僅只10%~25%，絕大多數磷肥轉化為作物難以吸收的磷酸鹽成份，長期保留在土壤中。多年持續施用磷肥，使土壤中的總磷達到有效磷的100~600倍，相應地，重金屬的含量也是磷肥中含量的數倍。
例如，欲實現畝產玉米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，經五年施用，土壤中的重金屬積累量高得驚人。如錳（Mn）可達27041mg/kg，銅（Cu）可達2923 mg/kg，砷（As）可達908 mg/kg，鋅（Zn）可達2852 mg/kg。對照土壤重金屬國家標準的旱地二級標準值，多數重金屬含量均超標，而砷、銅、鋅、鎘等超標達數十倍。
土壤中重金屬有害累積數量的增大不僅污染土地，降低作物產量，而且經食物鏈進入人體內也形成有害積累，最終給人的健康帶來危害。土地一經重金屬污染，因面積廣大而使治理十分困難。傳統生產的磷肥年施用已達1200萬噸，每噸磷肥重金屬總含量據保守估計約重1kg，施肥進入土壤的重金屬每年可達約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。
（作者系中國農業大學教授，其與本文相關的研究獲科技部部長專項BJST-2011支助。） |
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