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钛石膏土壤化利用的安全风险及前景分析

云易 王港 苏海锋

云易, 王港, 苏海锋. 钛石膏土壤化利用的安全风险及前景分析[J]. 钢铁钒钛, 2024, 45(3): 92-100. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.013
引用本文: 云易, 王港, 苏海锋. 钛石膏土壤化利用的安全风险及前景分析[J]. 钢铁钒钛, 2024, 45(3): 92-100. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.013
Yun Yi, Wang Gang, Su Haifeng. Safety risk and prospect analysis of titanium gypsum on soil utilization[J]. IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, 2024, 45(3): 92-100. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.013
Citation: Yun Yi, Wang Gang, Su Haifeng. Safety risk and prospect analysis of titanium gypsum on soil utilization[J]. IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, 2024, 45(3): 92-100. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.013

钛石膏土壤化利用的安全风险及前景分析

doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.03.013
基金项目: 国土资源部自然资源部退化及未利用土地整治工程项目(SXDJ-202425)。
详细信息
    作者简介:

    云易,1997年出生,河南郑州人,硕士研究生,研究方向:土壤与固废利用,E-mail: yunyi20@mails.ucas.ac.cn

    通讯作者:

    苏海锋,博士,硕导,主要研究方向:土壤修复,固废利用,E-mail:suhaifeng@cigit.ac.cn

  • 中图分类号: X788,S156

Safety risk and prospect analysis of titanium gypsum on soil utilization

  • 摘要: 目前,钛石膏的资源化利用率不足10%,缺乏可大规模消纳的应用领域,而土壤化可能是一个重要的方向。提出将钛石膏作为土壤化的资源利用途径,分析其作为土壤资源化利用时面临的安全性问题,探究其用作土壤的基本性质及安全风险。通过浸出毒性对钛石膏进行安全风险评价,分析其理化性质及在土壤利用方面的可行性,以及通过内梅罗指数(P)等方法探究其土壤风险与营养性。研究结果表明,钛石膏的理化性质适宜将其作为土壤母质进一步资源化利用,在国家农用土与绿化土标准规定的8种重金属限制范围内没有严重的环境风险,但钒等部分重金属含量超出了绿化用有机基质的标准,可能成为新的污染物。鉴于以上结果,可以考虑在经过营养性等改良、排除重金属污染风险后,作为土壤化进行资源化利用。为钛石膏资源化利用作土壤资源,进而实现大规模消纳提供了参考。
  • 图  1  钛石膏样品

    (a)干样; (b) 湿样  

    Figure  1.  Titanium gypsum samples

    图  3  钛石膏重金属含量与《农用地土壤污染风险管控标准》管控值对照

    左侧纵坐标指Pb、Cr、Ni、Cu、Zn含量;右侧纵坐标指Cd 、Hg 、As含量

    Figure  3.  Comparision of the heavy metal content of titanium gypsum with the control value of “Agricultural land soil pollution risk control standard”

    图  4  钛石膏重金属含量与《绿化种植土壤》Ⅰ、Ⅱ级技术要求值对照

    左侧纵坐标指Pb、Cr、As、Ni、Cu、Zn含量;右侧纵坐标指Cd、Hg含量

    Figure  4.  Comparision of the heavy metal content of titanium gypsum with the technical requirements of grade I and II of “Greening Planting Soil”

    图  2  钛石膏雨水连续静态浸出毒性占危险废物鉴别标准限值的比例

    注: 经检测,Cd、Hg、Pb的浸出毒性含量均低于检出限,图中均用0表示其含量。

    Figure  2.  The proportion of continuous static leaching toxicity of titanium gypsum by rainwater to the standard limit for identification of hazardous waste

    图  5  钛石膏的重金属污染单因子指数、内梅罗指数与《土壤环境监测技术规范》中的土壤质量评价等级对照

    Figure  5.  Comparison of single factor index and Nemerow index of heavy metal pollution of titanium gypsum with soil quality evaluation grade in “Technical specification for soil environmental monitoring”

    图  6  钛石膏与全国第二次土壤普查养分分级标准的养分对照

    Figure  6.  Nutrient comparison between titanium gypsum and nutrient classification standard of the second national soil survey

    表  1  雨水连续静态浸出安全性试验的试验组设置

    Table  1.   Experimental group setting for continuous static leaching safety test of rainwater

    编号浸提剂pH温度/ ℃
    1530
    2535
    3540
    45较高的非恒温室温
    5630
    6635
    7640
    86较高的非恒温室温
    9730
    10735
    11740
    127较高的非恒温室温
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    表  2  钛石膏的浸出毒性与相关标准限值对照

    Table  2.   Comparision of leaching toxicity of titanium gypsum with the relevant standard limits

    硫酸硝酸法水平振荡法
    危害成分浸出液中危害
    成分含量/(mg·L−1)
    危险废物判定标准
    浓度限值/(mg·L−1)
    占比/%危害成分浸出液中危害
    成分含量/(mg·L−1)
    第I类一般工业固体
    废物判定标准浓度
    限值/(mg·L−1)
    占比/%
    总Cu*2.5×10−31000.00总Cu1.06×10−310.11
    总Pb*4.2×10−350.00总Pb1.04×10−310.10
    总Zn0.1811000.18总Zn4.79×10−250.96
    总Cd*1.2×10−310.00总Cd1.2×10−40.10.12
    总Ni8.6×10−350.17总Ni2.05×10−310.21
    总As1.66×10−350.03总As1.0×10−30.50.20
    总Cr5.6×10−3150.04总Cr1.83×10−31.50.12
    Cr(Ⅵ)*4×10−350.00Cr(Ⅵ)*4×10−30.50.02
    总Se8.0×10−410.08总Se*4.0×10−40.20.00
    总Hg4.0×10−40.10.40总Hg4.2×10−40.050.84
    总Be*7.0×10−40.020.00总Be*4.0×10−50.0050.00
    总Ag*2.9×10−350.00总Ag8×10−50.50.02
    F2.361002.36F2.361002.36
    总Ba2.10×10−21000.02总Mn0.398219.90
    pH8.1112.5pH8.16~9
    注:“*”表示检测结果低于检出限,数值为该项目方法检出限;F指不包括氟化钙的无机氟化物含量;占比指钛石膏浸出液中危害成分浓度与危险废物标准限值的比值。
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    表  3  雨水连续静态浸出安全性试验的变温组浸出毒性

    Table  3.   Leaching toxicity of variable temperature group in continuous static leaching safety test of rainwater

    测定条件含量/(μg·L−1)
    温度范围/ ℃pH浸出时间/dCrNiCuZnAsCdHgPb
    测定值30~455641.401.360.182.479.45*0.05*0.07*0.09
    危险废物鉴别
    标准限值
    30~455641.5×1045×1031×1051×1055×1031×1031×1025×103
    注:“*”表示检测结果低于检出限,数值为该项目方法检出限。
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    表  4  国内各地区关于土壤氟的现存标准及限值

    Table  4.   Existing standards and limits of soil fluorine in various regions of China

    地区 标准名称及编号 指标 最低限值/(mg·kg−1)
    北京市 场地土壤环境风险评价筛选值 DB11 /T 811—2011 氟化物 (住宅用地)650
    广东省 土壤重金属风险评价筛选值 珠江三角洲DB44 /T 1415—2014 氟化物 (居住用地)1000
    重庆市 场地土壤环境风险评估筛选值 DB50 /T 723—2016 可溶性氟化物 (居住用地)950
    河北省 建设用地土壤污染风险筛选值 DB13 /T 5216—2020 可溶性氟化物 (敏感用地)1950
    广东省深圳市 建设用地土壤污染风险筛选值和管制值(DB4403 /T 67—2020) 总氟化物 (第一类用地)1960
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    表  5  钛石膏的重金属污染单因子指数和内梅罗指数

    Table  5.   Single factor index and Nemerow index of heavy metals of titanium gypsum

    项目 单因子污染指数($ {p}_{i} $)
    平均值 变异系数/% 范围
    干样 湿样 干样 湿样 干样 湿样
    Cd 1.00 0.52 5.00 5.59 0.95~1.05 0.50~0.55
    Hg 0.18 0.13 7.81 7.77 0.17~0.19 0.12~0.14
    Pb 0.43 0.10 6.67 15.75 0.40~0.46 0.09~0.11
    Cr 1.05 0.55 0.92 7.12 1.04~1.06 0.51~0.59
    As 0.59 1.10 1.95 5.19 0.59~0.61 1.05~1.16
    Ni 0.84 0.51 1.71 7.51 0.83~0.85 0.48~0.55
    Cu 1.00 0.61 0.70 7.16 1.00~1.01 0.57~0.66
    Zn 1.70 1.69 2.81 2.64 1.65~1.75 1.64~1.72
    $ P_{i\mathrm{\ a}\mathrm{v}\mathrm{e}} $ 0.85 0.65 3.45 7.34
    $ P_{i\mathrm{\ m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $ 1.75 1.72
    内梅罗指数($ P $) 1.37 1.30
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    表  6  干、湿样钛石膏的土壤特性

    Table  6.   Soil properties of dry and wet titanium gypsum

    试样 pH
    (酸碱度)
    全盐(可溶性盐)/
    (g·kg−1)
    有机质(总有机
    碳)/(g·kg−1)
    速效氮(碱解氮)/
    (mg·kg−1)
    速效磷(碱性
    有效磷)/(mg·kg−1)
    速效钾/
    (mg·kg−1)
    全氮/
    (g·kg−1)
    全磷/
    (g·kg−1)
    全钾/
    (g·kg−1)
    干样钛石膏 ±8.14 ±17.21 ±3.97 ±8.00 ±0.50 ±181.67 ±0.23 ±0.04 ±2.62
    湿样钛石膏 ±8.36 ±17.73 ±2.63 ±7.00 ±0.80 ±75.67 ±0.23 ±0.04 ±2.53
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    表  7  以土壤含盐量划分的盐渍土类型与植物生长的关系

    Table  7.   Relationship between saline soil type and plant growth by soil salt content

    盐分/(g·kg−1) 盐渍化程度 植物生长状况
    <0.1 非盐渍化土壤 对作物不产生盐害
    1.0~3.0 盐渍化土 对盐分极敏感的作物产量可能受到影响
    3.0~5.0 中度盐土 对盐分敏感作物产量受到影响,但对耐盐作物(苜蓿、棉花、甜菜、高粱、谷子)无多大影响
    5.0~10.0 重盐土 只有耐盐作物有收成,但影响种子发芽,而且出现缺苗,严重影响产量
    >10.0 极重盐土 只有极少数耐盐植物能生长,如耐盐的牧草、灌木、树木等
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  • 收稿日期:  2024-03-06
  • 刊出日期:  2024-07-02

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