摘要 通過對(duì)某生物質(zhì)電廠的底渣、混渣的采樣分析，調(diào)查灰渣的無機(jī)元素、重金屬、pH、電導(dǎo)率、浸出毒性等理化特性，在此基礎(chǔ)上對(duì)灰渣土地利用潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：與底渣相比，混渣中S、Cl、Cd含量明顯較高，這可能是混渣中混入的飛灰所導(dǎo)致的；重金屬浸出毒性試驗(yàn)顯示，底渣和混渣浸出液中的重金屬含量均遠(yuǎn)低于GB 3838、GB/T 14848或GB 5749標(biāo)準(zhǔn)限值；潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，底渣潛在污染風(fēng)險(xiǎn)很低，而混渣中的Cd對(duì)生態(tài)環(huán)境的潛在污染風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高；人群健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)顯示，底渣、混渣的非致癌風(fēng)險(xiǎn)很低，對(duì)于致癌風(fēng)險(xiǎn)，底渣和混渣通過呼吸途徑方式為無致癌風(fēng)險(xiǎn)，通過皮膚接觸的致癌風(fēng)險(xiǎn)為可接受，Ni、Cr是較大的貢獻(xiàn)因子。

關(guān)鍵詞 生物質(zhì)電廠；灰渣；理化特性；土地利用；潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)

中圖分類號(hào) X 53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）22-0054-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.22.010

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Physicochemical Properties of Biomass Power Plant Ash Residue and Potential Ecological Environmental Risks Evaluation of Land Use

LI Han-qing，WANG Jun，TANG Zheng et al

（Institute of Solid Waste and Soil Environment， Anhui Environmental Science Research Institute， Hefei，Anhui 230071）

Abstract By sampling and analyzing bottom ash （BA） and mixed ash （MA） of biomass power plant， the physicochemical properties of the ash， including inorganic elements， heavy metals， pH， conductivity and leaching toxicity， were investigated. The potential ecological environmental risk of ash land use were analyzed;results showed that compared with the BA， the contents of S， Cl and Cd in the MA were obviously higher， which may be caused by the fly ash mixed in the MA;the toxicity experiment of heavy metal leaching showed that the heavy metal content in the BA and MA leaching solution was far below the limit values of GB 3838， GB/T 14848 GB5749. The risk evaluation results showed that the potential pollution risk of BA was very low， while Cd in MA had relatively high risk of pollution to the environment.The results of USEPA model evaluation showed that the non-carcinogenic risk of heavy metals in BA and MA is low. The carcinogenic risk is in the acceptable range，among which Ni and Cr is the major contributing factor.

Key words Biomass power plant;Ash residue;Physicochemical properties;Land use;Potential ecological environmental risks

在“雙碳目標(biāo)”的政策背景下，生物質(zhì)能的清潔高效利用已成為我國低碳能源發(fā)展的重要方向。根據(jù)國家能源局發(fā)布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2023年上半年，全國生物質(zhì)發(fā)電新增裝機(jī)176萬kW，累計(jì)裝機(jī)達(dá)4 308萬kW，同比增長9.2%，生物質(zhì)發(fā)電量984億kW·h，同比增長10.1%。隨著越來越多的生物質(zhì)電廠的建設(shè)運(yùn)營，生物質(zhì)電廠在通過燃燒生物質(zhì)燃料獲得大量能源的同時(shí)也產(chǎn)生了大量的灰渣。灰渣的大量堆積，不僅占據(jù)土地資源，還可能會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。如何實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)電廠灰渣的減量化、資源化和無害化，已成為生物質(zhì)能低碳發(fā)展中亟待解決的重大問題。

生物質(zhì)灰渣主要的資源化用途包括農(nóng)林土地利用、建材利用、化工利用、環(huán)境利用等。將生物質(zhì)電廠灰渣進(jìn)行農(nóng)林土地利用一般認(rèn)為是最佳途徑^［1］，國內(nèi)外很多學(xué)者開展了這方面的研究，驗(yàn)證了土地利用的可行性^［2-6］。Smenderovac等^［2］研究認(rèn)為生物質(zhì)灰渣可用于森林生態(tài)系統(tǒng)，且施用量高達(dá)20 t/hm2。Zhao等^［3］證實(shí)了生物質(zhì)灰和秸稈共同作用下可有效促進(jìn)碳化硅和有機(jī)碳的固存，改善土壤微環(huán)境。Williams等^［4］驗(yàn)證了高碳木灰生物炭在低至中等劑量下用于金屬礦山修復(fù)的潛力。Kumar等^［5］試驗(yàn)說明了生物質(zhì)灰可促進(jìn)豇豆生長，從而提高產(chǎn)量。鄒吉遠(yuǎn)^［6］利用腐殖酸中和生物質(zhì)灰強(qiáng)堿性來制備土壤改良劑，盆栽試驗(yàn)證明可提高白菜鮮重以及白菜中全氮、全磷、全硅、葉綠素a和葉綠素b的含量。易姝等^［7］通過加入不同比例的秸稈灰后測(cè)定土壤理化性質(zhì)，試驗(yàn)說明秸稈灰可以提高土壤的飽和持水率、pH、速效鉀、速效磷。郭煒等^［8］證實(shí)了不同濃度的2種生物質(zhì)灰浸提液對(duì)黃瓜種子的萌發(fā)都具有一定的促進(jìn)作用。劉艷艷等^［9］將模擬野火制備的生物質(zhì)灰用于探究對(duì)污染土壤重金屬遷移轉(zhuǎn)化的影響，結(jié)果顯示生物質(zhì)灰可顯著提高土壤pH、陽離子交換量、有機(jī)質(zhì)含量，同時(shí)降低土壤中重金屬有效態(tài)的比例和遷移能力。在研究生物質(zhì)灰渣用于土地利用的同時(shí)，相關(guān)學(xué)者也強(qiáng)調(diào)需關(guān)注生物質(zhì)灰渣施用可能帶來的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)^［10-11］。

目前，生物質(zhì)電廠灰渣用于農(nóng)林土地利用缺少相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范，僅北歐創(chuàng)新中心給出了歐盟國家相關(guān)有毒、有害元素控制值的相關(guān)指南^［12］。我國針對(duì)生物質(zhì)灰渣土地利用的潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)可以參考的僅有《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）和中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《固體廢物資源化產(chǎn)物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通用指南》（T/CAEPI 69—2023）。在實(shí)際生產(chǎn)中，我國生物質(zhì)電廠燃料來源復(fù)雜，往往摻燒廢棄木材、樹皮等，加之工藝條件不同，導(dǎo)致灰渣理化特性差異很大，將生物質(zhì)電廠灰渣應(yīng)用于農(nóng)林土地利用面臨著諸多潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。筆者以某生物質(zhì)電廠灰渣為研究對(duì)象，對(duì)其無機(jī)元素、重金屬、浸出毒性等理化特性進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)灰渣土地利用的潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行探索性評(píng)價(jià)，以期為生物質(zhì)電廠灰渣資源化利用和環(huán)境管理工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查對(duì)象

生物質(zhì)燃料經(jīng)燃燒后，大部分物質(zhì)以氣體的形式釋放到大氣中，部分無機(jī)成分和礦物質(zhì)則以固體顆粒的形式留存下來，形成灰渣。生物質(zhì)灰渣按照收集方式可分為飛灰（FA）、底渣（BA）、混渣（MA），其中飛灰來自煙氣除塵系統(tǒng)，底渣來自鍋爐底部排渣口，混渣是飛灰和底渣在收集混合后暫存于灰?guī)斓墓腆w廢物。

通過資料收集及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研方式，調(diào)查某生物質(zhì)電廠燃料來源，分別針對(duì)生物質(zhì)電廠的底渣（BA）、混渣（MA）進(jìn)行采樣分析，調(diào)查灰渣的無機(jī)元素、重金屬、pH、電導(dǎo)率、浸出毒性等理化特性。該電廠生物質(zhì)燃料為秸稈、花生皮、廢舊木材等，生物質(zhì)灰渣是生物質(zhì)燃料于850 ℃條件下在振動(dòng)爐排直接高溫高壓鍋爐中燃燒后的產(chǎn)物。

1.2 樣品采集和分析方法

底渣采集于鍋爐底部排渣口，混渣采集于電廠灰?guī)臁?種灰渣采集不同時(shí)段的各3份1 kg樣品，混合均勻后用棕色玻璃瓶將樣品封存?zhèn)溆谩?/p>

灰渣樣品首先采用微波消解法進(jìn)行消解后，使用ICP-MS進(jìn)行無機(jī)元素和重金屬的測(cè)定。采用《固體廢物 浸出毒性浸出方法 水平振蕩法》（HJ 557—2010）進(jìn)行灰渣前處理，主要是以純水為浸提劑，模擬固體廢物在特定場(chǎng)合中受到地表水或地下水的浸瀝其中的有害組分浸出而進(jìn)入環(huán)境的過程，得到的浸出液進(jìn)行浸出毒性的測(cè)定。pH按照《土壤pH值的測(cè)定 電位法》（HJ 962—2018）進(jìn)行測(cè)定，電導(dǎo)率按照《土壤 電導(dǎo)率的測(cè)定 電極法》（HJ 802—2016）進(jìn)行測(cè)定。

1.3 潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析方法

生物質(zhì)灰渣的潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是指針對(duì)灰渣可持續(xù)利用的某些特性，它們可能會(huì)對(duì)使用載體或生態(tài)環(huán)境造成不利的影響。在土地利用過程中，生物質(zhì)灰渣在大氣降雨入滲的淋溶作用下，灰渣某些元素將被溶出并隨雨水一起下滲遷移，對(duì)土壤和地下水環(huán)境構(gòu)成威脅。生物質(zhì)灰渣在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和土地利用過程中，通過口、鼻子、皮膚等與人體接觸，對(duì)人體健康產(chǎn)生威脅。有些污染物被農(nóng)作物吸收，隨著食物鏈的富集和傳播，進(jìn)入人體，對(duì)人類健康造成危害?；以恋乩蒙鷳B(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)場(chǎng)景概化見圖1。

影響灰渣潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要理化特性包括pH、電導(dǎo)率、重金屬含量和浸出毒性等。該研究采用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法評(píng)價(jià)pH、電導(dǎo)率、浸出毒性等。由于灰渣土地利用過程中生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)主要為重金屬，因此，該研究進(jìn)一步采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和美國國家環(huán)境保護(hù)局（USEPA）的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)灰渣重金屬生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.3.1 參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法。

pH和電導(dǎo)率主要參考北歐創(chuàng)新中心的技術(shù)指南^［12］。生物質(zhì)電廠灰渣的pH和電導(dǎo)率共同表征灰渣的活性，pH直接影響土壤中的有效養(yǎng)分和重金屬的形態(tài)，電導(dǎo)率則用來判定鹽類離子是否限制作物的生長。較高的pH和電導(dǎo)率代表著灰渣活性較強(qiáng)，可能造成土壤pH上升，灰渣中的鹽類溶解速率較快，短時(shí)間內(nèi)可能對(duì)植物生長造成傷害^［13］。

生物質(zhì)灰渣用于農(nóng)林土地利用直接會(huì)對(duì)土壤造成影響，因此，灰渣中重金屬參照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）中6.5<pH≤7.5的風(fēng)險(xiǎn)篩選值和北歐創(chuàng)新中心的技術(shù)指南。

浸出毒性參考《固體廢物資源化產(chǎn)物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)通用指南》（T/CAEPI 69—2023），固廢進(jìn)行土地利用時(shí)，需判斷浸出液中有害物質(zhì)濃度是否滿足GB 3838、GB/T 14848或GB 5749標(biāo)準(zhǔn)限值，若滿足，則認(rèn)為該有害物質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)可接受。

1.3.2 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法。

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法^［14］是用于評(píng)價(jià)重金屬潛在生態(tài)危害水平的常用方法，該方法綜合考慮了污染物濃度、毒理學(xué)效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)等因素，能反映灰渣中重金屬的穩(wěn)定性及其對(duì)環(huán)境的潛在風(fēng)險(xiǎn)^［15］。計(jì)算公式如下：

RI=ni=1Eri=ni=1（Tri×Cfi）=ni=1（Tri×CiCni）（1）

式中：RI為綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；Eri為單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；n為重金屬數(shù)量；i為重金屬種類；Tri為重金屬i的毒性響應(yīng)系數(shù)，Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg毒性響應(yīng)系數(shù)分別為2、5、5、1、10、30、5、40^［16］；Ci為重金屬i浸出濃度實(shí)測(cè)值；Cni為土壤背景值，安徽省土壤背景值來自陳興仁等^［17］的研究結(jié)果。

根據(jù)Eri和RI，將單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行分級(jí)，見表1。

1.3.3 美國國家環(huán)境保護(hù)局人群健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。

生物質(zhì)灰渣在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和土地利用過程中，通過口、鼻子、皮膚等與人體接觸，對(duì)人體健康產(chǎn)生威脅?；以?jīng)口攝入的可能性極小，因此僅考慮通過皮膚接觸和呼吸2種方式對(duì)人體健康的危害。采用美國國家環(huán)境保護(hù)局的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)人體健康進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，計(jì)算公式如下：

H=（A/D）（2）

R=（A×F）（3）

式中：H為非致癌風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)系數(shù)；R為致癌風(fēng)險(xiǎn)致癌指數(shù)；A為皮膚接觸或者呼吸途徑的暴露劑量；D為非致癌參考劑量；F為致癌斜率系數(shù)。暴露劑量等計(jì)算方法和參數(shù)取值參考劉柱光等^［18］、代恒美等^［19］的研究成果。

健康風(fēng)險(xiǎn)劃分標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)H<1時(shí)，非致癌風(fēng)險(xiǎn)很低；H≥1，可能存在非致癌風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)R≤10^-6時(shí)，無致癌風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)10^-6<R≤10^-4時(shí)，致癌風(fēng)險(xiǎn)可接受；當(dāng)R>10^-4時(shí)，致癌風(fēng)險(xiǎn)不可接受。

2 結(jié)果與分析

2.1 燃料來源

根據(jù)調(diào)查，該電廠生物質(zhì)燃料以當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物秸稈為主，主要為玉米莖稈、小麥莖稈、花生殼、樹皮類和廢舊木材，具體占比如圖2所示。從圖2可以看出，第1季度電廠生物質(zhì)燃料以玉米莖稈為主，占比60.40%；第2季度、第4季度以小麥莖稈和玉米莖稈為主，二者大致相當(dāng)；第3季度以小麥莖稈為主，占比54.50%。全年來看，玉米莖稈、小麥莖稈總?cè)剂狭肯嗖畈淮?，占比分別為33.84%、30.60%。為解決燃料供給和防止受熱面積灰、腐蝕等問題，電廠摻燒了樹皮、廢舊木材等木質(zhì)生物質(zhì)燃料，這在我國生物質(zhì)直燃電廠中較為普遍^［13］。該電廠全年摻燒的花生殼、樹皮類、廢舊木材，占比分別為14.56%、7.18%、13.82%。與農(nóng)作物秸稈相比，樹皮、廢舊木材等來源較為復(fù)雜，重金屬含量相對(duì)較高，因此所形成的灰渣中重金屬含量一般也較高，其對(duì)環(huán)境的潛在影響可能限制其在土地利用方面的應(yīng)用。

2.2 灰渣元素組成

2.2.1 無機(jī)元素。

生物質(zhì)電廠底渣和混渣中無機(jī)元素組成見表2。底渣中主要化學(xué)元素組成為O（63.28%）、Si（10.59%）、Al（5.18%）、H（5.03%）、C（4.54%）、Ca（3.51%）、Fe（3.13%）等，混渣中主要化學(xué)元素組成為O（54.43%）、S（17.21%）、Si（5.43%）、Cl（4.29%）、Fe（3.51%）、C（2.98%）、Mg（2.97%）、H（2.95%）等。與底渣相比，混渣中S、Cl的含量明顯較高，這可能與混渣中混入的飛灰有關(guān)。S、C1是易揮發(fā)性元素，在高溫條件下，容易揮發(fā)到煙氣中，在煙氣冷卻過程中形成飛灰顆?；蛘叱练e在飛灰顆粒的表面^［20］。

2.2.2 重金屬。

生物質(zhì)電廠底渣和混渣中8種重金屬含量統(tǒng)計(jì)見表3。由表3可見，底渣中8種重金屬含量從高到低依次為Zn>Cu>Cr>Ni>Pb>As>Cd>Hg，混渣中8種重金屬含量從高到低依次為Zn>Pb>Cu>Cr>Ni>As>Cd>Hg。對(duì)比底渣和混渣，混渣中的重金屬含量明顯高于底渣，這可能與混渣中混入的飛灰有關(guān)。相關(guān)研究表明，生物質(zhì)燃燒后的重金屬，尤其是Cd主要集中在飛灰中，底渣中重金屬含量則很少^［21-22］。

從表3可看出，對(duì)比《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018），底渣中的8種重金屬含量均低于農(nóng)用地土壤污染篩選值，混渣中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb、Hg這7種重金屬含量低于農(nóng)用地土壤污染篩選值，混渣中的Cd含量超過農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，但低于管制值。這意味著將混渣用于土地利用會(huì)受到一定的限制。

北歐創(chuàng)新中心的技術(shù)指南^［12］中給出了歐盟國家生物質(zhì)灰應(yīng)用于土壤中有毒、有害元素的控制值，但各國具體要求又不同，德國僅允許底灰作為肥料，奧地利則禁止飛灰在農(nóng)林方面的應(yīng)用，挪威則規(guī)定生物質(zhì)灰只適用于林業(yè)土壤。選取各歐盟國家中更為嚴(yán)格的限值作為參考，具體見表3，參考該限值，該生物質(zhì)電廠底渣和混渣均滿足歐盟國家農(nóng)林利用要求。

由此可見，采用不同評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)得到的結(jié)果不同，沒有很好的可比性，生物質(zhì)灰渣綜合利用（包括農(nóng)林土地利用）由于缺少專門的標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范的引導(dǎo)，至今難以形成規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化的利用方式。

2.3 潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.3.1 參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.3.1.1 pH和電導(dǎo)率。

生物質(zhì)灰渣中酸堿離子的濃度主要由pH表征。影響灰渣pH的主要因素為生物質(zhì)燃料種類和熱解溫度。小麥莖稈在400 ℃表現(xiàn)出強(qiáng)堿性，隨著熱解溫度的進(jìn)一步升高，pH基本保持在10左右，700 ℃時(shí)pH達(dá)到最大值（10.85），熱解溫度800 ℃時(shí)，pH略有下降^［23］。在300～700 ℃時(shí)，玉米莖稈形成灰渣的pH為先升高后下降的趨勢(shì)，500 ℃條件下pH高達(dá)11.56^［24］。該研究中底渣、混渣的pH分別為9.22、9.31。該電廠生物質(zhì)燃料主要為小麥莖稈和玉米莖稈，燃燒溫度為850 ℃以上，因此得到的灰渣pH低于以上研究結(jié)果^［23-24］。

生物質(zhì)灰渣資源化利用首要考慮的因素是pH?；以休^多的堿性陽離子、可溶性碳酸鹽、OH-等可通過中和反應(yīng)、離子交換反應(yīng)降低土壤中Ｈ+水平，提高土壤堿飽和度，從而減少重金屬有效態(tài)比例，降低其遷移轉(zhuǎn)化能力和生物有效性。因此生物質(zhì)灰渣被學(xué)者主要關(guān)注用于酸性土壤改良或Cu、Cd、Pb、Zn等重金屬污染土壤的修復(fù)^［25］。在土地利用時(shí)，若生物質(zhì)灰渣pH太高，會(huì)導(dǎo)致土壤堿化過度，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定的風(fēng)險(xiǎn)。一般認(rèn)為，pH≥13的灰則不能應(yīng)用，而對(duì)pH＜13的灰則進(jìn)一步根據(jù)電導(dǎo)率確定灰渣的施用劑量。該研究中底渣、混渣的pH分別為9.22、9.31，均可用于土地利用。

電導(dǎo)率是用來表征灰渣中的金屬陽離子（如Na+、K+、Ca²⁺、Mg²⁺等）和相應(yīng)陰離子（如Cl-、SO4^2-、HCO3-等）濃度的重要指標(biāo)?；以泻}濃度越高，離子濃度越大，浸出液的電導(dǎo)率越大。土地利用時(shí)，較高的電導(dǎo)率可能會(huì)對(duì)土壤和植被生長造成一定的不利影響。因此，北歐創(chuàng)新中心的技術(shù)指南^［12］給出了不同電導(dǎo)率條件下的灰渣土地利用10年最大推薦施用量，具體見表4。該研究生物質(zhì)底渣、混渣的電導(dǎo)率分別為14.4、34.3 mS/m。為保證生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)可控，根據(jù)表4中的推薦施用量，該電廠生物質(zhì)灰渣用于土地利用時(shí)最大用量不應(yīng)超過2～3 t／（hm2·10 a）。

2.3.1.2 灰渣浸出毒性。

底渣和混渣的浸出液中重金屬的檢測(cè)與評(píng)價(jià)結(jié)果見表5。從表5可以看出，對(duì)照GB 3838、GB/T 14848或GB 5749標(biāo)準(zhǔn)限值，灰渣浸出液中的重金屬含量遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)中的濃度限值，這與許多學(xué)者的研究結(jié)果一致^{［13，26］}。

灰渣浸出液中的重金屬含量較低，其原因可能有兩點(diǎn)：一是與生物質(zhì)燃料來源有關(guān)，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)樹皮、廢舊木材中的重金屬含量比生物質(zhì)秸稈高，該生物質(zhì)電廠以玉米秸稈和小麥秸稈為主，灰渣中重金屬含量相對(duì)較低；二是與灰渣中重金屬的賦存形態(tài)有關(guān)，生物質(zhì)燃料經(jīng)高溫分解后，重金屬基本呈穩(wěn)定性態(tài)存在，在短期浸提時(shí)間內(nèi)，重金屬在堿性條件下浸出量相對(duì)較少。因此，從浸出液來看，灰渣土地利用過程中的重金屬元素在短期內(nèi)不會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生危害。但有學(xué)者認(rèn)為長期土地利用過程中，需要開展密切監(jiān)測(cè)，避免造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染^［10］。

2.3.2 潛在風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果。

由表6可知，底渣中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg的單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于40，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為輕微；綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI為10.84，為輕微污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)?；煸麮r、Ni、Cu、Zn、As、Pb的單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于40，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為輕微，Hg的單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為42.93，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為中等，Cd在所有重金屬中的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)最高，屬于很強(qiáng)水平；混渣綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI為210.92，為中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。根據(jù)單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)可知，造成混渣潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高于底渣的主要貢獻(xiàn)因子是Cd、Hg。一方面是因?yàn)镃d、Hg的毒性響應(yīng)系數(shù)較大，另一方面是由于混渣中摻入了飛灰所致，Cd、Hg揮發(fā)性較強(qiáng)，在高溫成灰過程中傾向于富集在飛灰中。

另外，灰渣中重金屬含量的高低也與生物質(zhì)燃料來源有密切關(guān)系。研究表明，摻燒廢棄木材、模板等形成的生物質(zhì)灰渣中重金屬含量明顯高于純生物質(zhì)秸稈^［20］。這是因?yàn)閺U棄木材、模板在廢棄之前的加工、處理和使用過程中可能沾染油漆、涂料、金屬等，經(jīng)高溫焚燒后，這些重金屬會(huì)以顆粒物的形式進(jìn)入飛灰或底渣中。該電廠摻燒少量的廢棄木材也可能是造成混渣中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)偏高的原因之一。

綜上分析，生物質(zhì)灰渣中重金屬含量與生物質(zhì)燃料來源以及灰渣種類（飛灰、底渣）有關(guān)。燃燒過多的廢棄木材或?qū)w灰混入底渣，都可能會(huì)導(dǎo)致灰渣中重金屬潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)升高，進(jìn)而影響其在農(nóng)林土地利用中應(yīng)用的可能性。

2.3.3 人群健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

該研究對(duì)生物質(zhì)灰渣Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb、Hg的非致癌風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，對(duì)Cr、Ni、As、Cd的致癌風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。表7給出了成人重金屬元素在不同接觸途徑下的非致癌風(fēng)險(xiǎn)及致癌風(fēng)險(xiǎn)。由表7可知，無論是非致癌風(fēng)險(xiǎn)還是致癌風(fēng)險(xiǎn)，混渣均大于底渣，這主要與灰渣中的重金brs1RK2yqEawQNYTSNJHbiZPjTPdmNuVy3u17fFJ1PQ=屬含量有關(guān)。

對(duì)于非致癌風(fēng)險(xiǎn)，底渣、混渣的單一重金屬非致癌風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)系數(shù)和累積非致癌風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)系數(shù)均小于1，表明重金屬的非致癌風(fēng)險(xiǎn)很低。從暴露途徑看，皮膚接觸重金屬暴露風(fēng)險(xiǎn)大于呼吸吸入風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)單元素的非致癌風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)系數(shù)（H）和致癌指數(shù)（R）可知，非致癌風(fēng)險(xiǎn)中Cr是較大的貢獻(xiàn)因子。

對(duì)于致癌風(fēng)險(xiǎn)，底渣和混渣通過皮膚接觸的致癌風(fēng)險(xiǎn)致癌指數(shù)為10^-6<R≤10^-4，為致癌風(fēng)險(xiǎn)可接受，通過呼吸吸入途徑的致癌指數(shù)R<10^-6，無致癌風(fēng)險(xiǎn)。致癌風(fēng)險(xiǎn)中Ni、Cr是較大的貢獻(xiàn)因子。雖然皮膚接觸的致癌風(fēng)險(xiǎn)在可接受范圍內(nèi)，但在土地利用時(shí)仍需采取必要的防護(hù)措施，避免人體直接接觸的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)論

通過對(duì)某生物質(zhì)電廠底渣和混渣的理化特性分析，進(jìn)行了灰渣土地利用的潛在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論：

（1）元素組成分析表明，與底渣相比，混渣中S、Cl、Cd含量明顯較高，這可能是混渣中混入的飛灰所導(dǎo)致的。

（2）重金屬浸出毒性試驗(yàn)顯示，底渣和混渣浸出液中的重金屬含量均遠(yuǎn)低于GB 3838、GB/T 14848或GB 5749標(biāo)準(zhǔn)限值。

（3）pH和電導(dǎo)率檢測(cè)結(jié)果顯示，生物質(zhì)灰渣可用于土地利用。根據(jù)北歐創(chuàng)新中心給出的推薦施用量，灰渣最大用量不應(yīng)超過2～3 t/（hm2·10 a）。

（4）采用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法對(duì)生物質(zhì)電廠灰渣的重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示：底渣對(duì)生態(tài)環(huán)境的潛在污染風(fēng)險(xiǎn)很低；混渣對(duì)生態(tài)環(huán)境的潛在污染風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，主要影響因素為Cd、Hg，摻燒廢棄木材可能是造成混渣中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)偏高的原因之一。

（5）人群健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)顯示，底渣、混渣的非致癌風(fēng)險(xiǎn)很低。對(duì)于致癌風(fēng)險(xiǎn)，底渣和混渣通過皮膚接觸的致癌風(fēng)險(xiǎn)為可接受，通過呼吸途徑方式為無致癌風(fēng)險(xiǎn)。致癌風(fēng)險(xiǎn)中Ni、Cr是較大的貢獻(xiàn)因子，在土地利用時(shí)需采取必要的防護(hù)措施。

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