瑞典通過栽培短輪伐期柳樹矮林(以下簡稱柳樹矮林)獲得生物能源。其柳樹主要栽種在農地,并將所生產的生物量在地區供熱廠中用于聯合熱電生產。在產生生物能源的同時,柳樹矮林還可起到清除污染物和治理環境的作用。

近年來,瑞典成功地將柳樹矮林用于城市廢水、垃圾瀝出物、工業廢水、下水道污泥和鋸末等處理,主要是通過植物吸收來減少水和土壤中的污染物和過多的養分,促進土壤微生物對有機污染物的降解。這個過程被稱為植物整治。

柳樹栽培為生物量

20世紀70年代石油危機之后,伴隨石油燃料被新能源取代的趨勢,短周期柳樹矮林的栽培被引入瑞典。瑞典曾進行大量研究,尋找可通過集約經營生產能源的速生樹種,結果表明以矮林形式經營的柳樹是最適合用于生產能源的。柳樹的養分利用和林分經營比其他木本樹種更具有成本效益。短周期柳樹矮林是能夠保持二氧化碳平衡的可持續燃料生產方式,因為其生物量燃燒所釋放到大氣中的二氧化碳數量等于它從空氣中吸收的二氧化碳。目前,瑞典約生長著1.6萬公頃的短周期柳樹矮林。

瑞典的柳樹栽培從造林到采收全部實現機械化作業。在造林的最初階段,每公頃約1.5萬條插穗呈雙行栽植,以利于將來的除草、施肥和采收。造林后采用傳統無機肥進行施肥。柳樹每3年到5年采伐1次,采伐季節是冬季土壤結凍后,采伐機械是經過專門設計的。柳樹的地上部分在采伐后就地削片,然后儲存起來或直接在聯合熱電廠進行燃燒。采伐后,矮林萌生迅速,因此不需要再造林。短周期柳樹矮林的經濟壽命預計為20年到25年。瑞典商業種植柳樹的生物產量因立地條件不同而異,但一般為每年每公頃6噸到12噸。

楊柳岸:植物整治系統

城市廢水處理

城市廢水含有氮和磷,多數情況下是可以用作植物肥料的均衡營養液。然而出于衛生原因,它只被用于非糧食、非飼料作物,如短周期柳樹矮林。

20世紀90年代,瑞典在廢水處理廠附近營造了大面積具有滴灌和噴灌系統的柳樹人工林,以便提高廢水中氮處理的效率和利用廢水進行生物量生產。在瑞典中部一個約有2萬居民的城鎮,有一種全新的城市廢水處理系統,利用從污泥中脫出的富氮廢水澆灌周圍的柳樹林。廢水在冬季被抽至有管道的蓄水池中,夏季用于短周期柳樹矮林的灌溉,每年灌溉120天。該系統每年的廢水灌溉量為20萬立方米,為柳樹林提供11噸氮和0.2噸t磷,其中2萬立方米廢水是來自污泥的沉淀和離心過濾。在雨季灌溉自動停止。灌溉速率在生長季為平均每天2.5毫米。該系統可能的環境影響包括氮淋失和向空氣中釋放一氧化二氮,但目前的監測結果表明,這種廢水利用方式對環境的影響最小。

垃圾瀝出液處理

垃圾瀝出液(即垃圾過濾出的廢水)在廢水廠處理的費用通常比較昂貴,因為瀝出液必須從垃圾掩埋地運到廢水處理廠。因此,垃圾掩埋工作人員越來越傾向于就地處理垃圾瀝出液。一個辦法是先在曝氣塘中對垃圾瀝出液進行曝氣處理,而后用于澆灌垃圾掩埋廠恢復區上的柳樹矮林或周圍可耕地上的柳樹矮林。這樣做既能促進柳樹生長,又能降低垃圾瀝出液中高離子濃度的不良影響,其成本亦低于傳統的工程措施。

通過營造柳樹人工林來恢復垃圾掩埋地,有利于通過柳樹林的高蒸發速率減少垃圾瀝出液的形成。短周期柳樹矮林的廢水利用功能可以使垃圾掩埋場的瀝出液排放量接近于零,即使在北歐潮濕氣候條件下也如此。同時,瀝出液中有害化合物被柳樹吸收或保留在土壤-植物系統中。水中高濃度的銨離子對環境有害,但只要對其加以認真監測,那么銨也可以成為柳樹生長的氮源。

目前,瑞典約有20個地方已經通過滴灌和噴灌系統用垃圾瀝出液灌溉短周期柳樹矮林。

貯木場廢水利用

在瑞典鋸材廠和紙漿廠,夏季為了防止木材遭受蟲害和真菌危害,以及木材干燥引起的開裂,需要對貯藏的木材噴水。噴澆木材后流走的水中含有一系列的來自樹皮的有機物,也含有大量的磷,這些磷來自樹皮以及粘在原木和貨車輪胎上的土壤顆粒。瑞典的一個中型鋸材廠每年約消耗10萬立方米水用于噴撒貯藏木材;因此大量的廢水需要處理。另外,貯木場的廢水如果不加以收集和處理,在降雨和融雪后會污染周圍集水區和地下水。以前,多數情況下這種水都被排放到河流和湖泊中。

廢水的成份因貯藏的木材和貯木場的貯藏條件而異。主要的環境問題是因酚酸、總有機碳、重金屬和磷濃度增加而引起的。

在瑞典中部的Heby鋸材廠,每年約有6萬立方米的貯木場廢水經由1公頃的短周期柳樹矮林進行循環利用。柳樹林地在生長季采用噴灌方式進行灌溉,每年灌溉量為4000毫米到4500毫米,這種灌溉量與城市廢水和經處理的垃圾瀝出液相比是很高的。

此外,Heby鋸材廠的廢水危害程度較低,氮含量不高,但它含有大量的有機化合物和磷。試驗表明,當這種水被用于短周期柳樹矮林后,地下水的總有機碳含量和酚類化合物的含量降低。

生活污水和鋸末

在瑞典約有1萬公頃的短周期柳樹矮林已經利用生活污水進行施肥。從植物營養角度講,生活污水不是均衡的肥料,盡管它含有一些氮和大量的磷,但鉀含量很低。生活污水與鋸沫相混合后成為均衡的肥料,可以取代傳統有機肥用于柳樹林。

現在的想法是污泥鋸末混合物中重金屬和磷的危害作用應該通過植物吸收以及存留于土壤-植物系統中而降低至最小。當采伐時,含重金屬的枝條部分被從柳樹林中移走并燃燒掉,而燃燒后的灰燼又可通過施用于柳樹矮林而實現部分循環。只有鍋爐底部的底灰被施用于柳樹矮林,因為這部分的重金屬含量低于煙囪過濾器中沉淀的煙灰。

用污泥鋸末混合物后土壤-植物系統中的重金屬含量在允許范圍內,被視為對人體危害**的金屬之一的鎘的總含量減少。當生物量被燃燒時,鎘和其他重金屬將被保留在不同的灰組分中。將重金屬從灰燼中移走在技術上相對容易,但由于沒有人為這種環保工作提供經費,因此這些重金屬污染的灰燼常常被遺棄于垃圾中。

專家們指出,當用于植物整治時,短周期柳樹矮林具有優勢,如生物產量高,通過頻繁的采伐清除有害化合物。高蒸騰速率和根系耐水淹特性使得可以采用較高的灌溉率。另外,短周期柳樹矮林可以通過吸收大量的鎘等重金屬來清理被污染的土地,而且它們還能在土壤-植物系統中保留大量的養分。

短周期柳樹矮林植物整治系統成功地清除瑞典各種廢棄物中含有的有害化合物,利用生物量生產中施用的養分和水分。這無疑是一舉多得。(作者：徐芝生)

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