經濟的高速發(fā)展讓環(huán)境壓力與日俱增。近期爆出的以“鎘大米”為代表的食品安全事件讓重金屬污染問題廣受關注。專家指出，我國有近3億畝耕地受到重金屬污染的威脅，每年因土壤污染造成1200萬噸糧食重金屬超標，而重金屬超標的食品會給民眾健康帶來嚴重威脅。
面對土壤重金屬污染治理這一全球性難題，王淀佐院士、石元春院士和清華大學李十中教授近日聯(lián)合提出，利用生態(tài)能源產業(yè)來治理土壤重金屬污染，在重金屬污染的土壤種植能源燃料，同時富集金屬。這讓人們看到了土壤污染治理的一簇亮光。目前，清華大學已經研究開發(fā)了在重金屬污染土地種植甜高粱來吸收重金屬污染物，并用其秸稈生產清潔能源的技術，效果明顯。
利用生態(tài)能源一舉三得
中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會副會長李潤生告訴記者，我國經濟在高速發(fā)展的同時，正遭遇環(huán)境和能源瓶頸。快速工業(yè)化過程中遍地開花的開礦等行為，污染了相當大的土地。不久前的“鎘大米”事件以及日益嚴重的土壤重金屬污染受到社會廣泛關注。鎘主要與鋅礦、鉛鋅礦、銅鉛鋅礦等共生。據統(tǒng)計，全球每年向環(huán)境中釋放的鎘達3萬噸左右，其中82%～94%進入到土壤中。土壤污染已成我國很多地方的“公害”，治理重金屬污染土地已成為燃眉之急。
中國工程院院士羅錫文曾經披露過這樣一組數(shù)據：全國3億畝耕地正在受到重金屬污染的威脅，而廣東省未受重金屬污染的耕地僅有11%左右。重金屬污染土壤不適宜種植糧食作物和發(fā)展畜牧業(yè)，不能生產進入食物鏈的產品，一些污染嚴重的地方甚至寸草不生。那么，土壤被重金屬“弄臟”了，到底該怎么辦？我國18億畝耕地的紅線需要堅守，在目前國情下，這些被污染的土地不可能棄置不用，最好的辦法是尋找合適的“去污劑”。
李潤生指出，土壤修復技術一般分為物理法、化學法、生物法三種。物理修復方法費時費工，化學修復方法容易造成二次污染，且這兩種方法成本高。因此，成本相對較低的生物法，即植物修復技術近年來在全球范圍內備受關注，并為許多國家所采用。
一些在平日看來并不起眼的植物，可以在重金屬污染的土地上生長，并富集重金屬，利用其自身的適應、凈化、吸收和轉化能力，使土壤中的污染物逐漸向植物體內轉移，從而減少土壤中的重金屬污染。
清華大學教授李十中進一步解釋說，英國是最早利用超富集植物清除土壤中重金屬污染的國家之一，并首次利用遏藍菜屬植物修復了長期施用污泥導致重金屬污染的土地，證實了這一技術的可行性。目前，英國已開發(fā)出多種耐重金屬污染的草本植物用于重金屬和其他污染物的治理，并推向商業(yè)化。但由于富集重金屬后的植物后續(xù)處理投入很大，經濟效益相對較差。在我國，每畝近2萬元的投入，讓很多人望而卻步。
為此，王淀佐院士、石元春院士和李十中教授提出了利用生態(tài)能源產業(yè)來治理土壤重金屬污染的建議，其重要特點是產品不進入食物鏈，而進入能源產業(yè)鏈，在治理污染土壤的同時，所得產品還可用于轉化為生物能源和發(fā)電，富集的重金屬也可以回收待用，還能提供就業(yè)崗位。因此，生態(tài)能源產業(yè)既可治理污染土地，回收重金屬，又可生產清潔燃料和電，同時為農民增收帶來效益，可謂一舉三得，其經濟性將大大提高。
近日，中國環(huán)科院在北京一座大型污染修復場地取樣檢測，進行環(huán)境風險評估工作。 （沃特蘭德 供圖）
種植甜高粱試驗效果佳
清華大學經過不懈努力，已經研發(fā)出了在重金屬污染土地種植甜高粱富集重金屬污染物，并用其生產清潔能源的技術。
據李十中介紹，甜高粱是優(yōu)秀的能源作物，畝產含糖12%～14%的莖稈5～6噸，對鋅、砷、銅、鎘等重金屬及放射性金屬銫有很強的吸收能力。
根據清華大學在海南做的甜高粱吸收重金屬實驗研究成果，按畝產5噸甜高粱稈、1.2噸葉、180千克高粱米保守估算，對于高濃度污染土地（鎘超過土壤環(huán)境質量Ⅲ級標準15倍），每畝甜高粱每季至少可吸收1349.5克鋅、441.6克銫、251.8克砷、111.6克銅、59.7克鎘；對于低濃度污染土地（鎘超過土壤環(huán)境質量Ⅱ級標準6倍），每畝甜高粱稈和葉每季可吸收10.81克鎘。
“由于甜高粱高3～4米，進入高粱米中的鎘含量在安全范圍之內，甜高粱米可以食用或飼用。而采用清華大學的先進固體發(fā)酵（ASSF）技術，則可以最經濟地把吸收重金屬后的甜高粱稈轉化為乙醇，且乙醇收率和糖轉化率比未污染甜高粱稈高2%～3%。進而將剩下的酒糟用于發(fā)電，同時將重金屬濃縮到灰中。”李十中說。
李十中給記者算了這樣一筆賬：在鎘超過土壤環(huán)境質量Ⅲ級標準15倍的耕地上種植的甜高粱，16噸鮮稈發(fā)酵后可生產1噸燃料乙醇；利用酒糟可發(fā)電4000千瓦時，酒糟燃燒后的灰中鎘含量為1067毫克/千克，與發(fā)電前比較濃縮了95倍，生產1噸乙醇可回收191克鎘；在鎘超過土壤環(huán)境質量Ⅱ級標準6倍的耕地上種植甜高粱，每生產1噸乙醇，可發(fā)電4000千瓦時，同時回收34.58克鎘、生產576千克高粱米，高粱米中鎘含量在安全范圍之內。
根據先進固體發(fā)酵技術示范工廠運行結果和目前秸稈電廠的實踐經驗，建設年產2萬噸燃料乙醇廠，配套1萬千瓦發(fā)電機組是比較經濟的商業(yè)模式。因甜高粱是C4作物，光合作用強，生長周期短（一般為110～120天，美國已開發(fā)出90天生長期的品種），重金屬污染土地也大部分在江南，所以一年至少可種植2季。初步測算，利用約4萬畝鎘嚴重污染土地種植甜高粱（按兩季計算），需配套投資2億元，建設一個年產2萬噸乙醇、回收3.8噸鎘，配套1萬千瓦生物質發(fā)電機組的新型工廠。
按甜高粱稈每噸300元計，農民每畝收入2400元，比種植水稻或玉米提高1倍，4萬畝甜高粱總收入9600萬元，凈收益5600萬元；燃料乙醇成本為4961元/噸、發(fā)電成本0.4元/千瓦時，按發(fā)改委和財政部的激勵政策規(guī)定，燃料乙醇出廠價約8300元/噸、上網電價0.75元/千瓦時，工廠產值2.193億元，利潤9128萬元（享受免稅政策），提供120個工作崗位。
設立示范區(qū)再謀大產業(yè)
甜高粱，一個能把土壤污染治理、重金屬回收、清潔能源生產以及老百姓就業(yè)很好地串聯(lián)在一起的清道夫角色，如何在我國受重金屬污染威脅的近3億畝耕地上發(fā)揮更大作用呢？專家建議，我國發(fā)展生態(tài)能源產業(yè)來治理土壤重金屬污染，應該先設立示范區(qū)，再謀生物能源治理土壤污染大產業(yè)。
李十中提出，一方面可以利用國家財政支持清華大學聯(lián)合其他院校與企業(yè)合作，采用ASSF技術建設甜高粱治理重金屬污染示范基地和工廠。利用1萬畝鎘污染土地年產3000噸乙醇，酒糟作為鍋爐燃料并回收570千克鎘（示范試驗按種1季甜高梁保守計算）。通過克服可能出現(xiàn)的工程技術問題，建立從甜高粱種植、收割、貯存，到產品供應和鎘回收的生態(tài)能源產業(yè)模式。在重度、中度和輕度污染農田進行甜高粱乙醇/發(fā)電法治理試驗。
另一方面，可依托清華大學和企業(yè)建立國家生態(tài)能源實驗室，開展從分子水平改造甜高粱（亦包括其他植物）提高吸收重金屬能力和產量及含糖量、建立超富集植物材料庫，到完善甜高粱稈發(fā)酵、燃燒發(fā)電、重金屬回收技術等研究工作，為新興產業(yè)提供技術支持。
此外，還可設立重金屬污染治理附加基金，對產生重金屬的源頭重點行業(yè)，收取污染治理附加費，可參考再生電力附加費0.004元/千瓦時為計算基準，建立基金，用于支持生態(tài)能源產業(yè)建設和技術研發(fā)。
李十中強調：“建立甜高粱能源產業(yè)，治理重金屬污染，不是短期行為，要納入作物種植系統(tǒng)。”應組織全國重金屬污染土地普查，并根據普查結果制定治理規(guī)劃。重金屬重度污染的土地需停種水稻或其他作物數(shù)年而改種甜高粱，為集中治理期；輕度的可將甜高粱納入水稻輪作制，或一年里稻粱輪作，或一年稻一年粱，或其他輪作形式，根據試驗結果和地區(qū)而定。
可以預見，一個以恢復生態(tài)和保護環(huán)境為目的，在重金屬污染土地上生產可再生清潔燃料和電力的新興產業(yè)——生態(tài)能源產業(yè)呼之欲出。
近日，中國環(huán)科院在北京一座大型污染修復場地取樣檢測，進行環(huán)境風險評估工作。 （沃特蘭德 供圖）
