固體廢物浸出毒性鑒別方法研究

湖南華科檢測技術有限公司 張鳳杰，王國慶

一、固體廢物的概念

固體廢物是被國家納入《固體廢物污染環境防治法》名單，或者根據國家相關部門的規定，需要進行危險廢物鑒別的廢物。這類廢物廣泛地分布于重金屬領域及其他有毒有害廢棄物領域[1]。

二、固體廢物的浸出毒性鑒別標準

浸出毒性鑒別標準是由國家環保部發布的《危險廢物鑒別標準—浸出毒性鑒別》這一判斷標準給出的判斷邏輯[2]。按照這一判斷標準，固體廢棄物按照一定的方法制備浸出液，對浸出液實施濃度梯度測定，按照梯度測定的濃度標準與標準化的廢棄物標準值進行比對。如果超出國家規定的浸出液濃度限定范圍，則屬于固體廢物浸出毒性物質[3]。目前在我國的浸出毒性鑒別標準中，主要有有機汞、汞及其化合物、鉛、鎘、六價鉻及其化合物、氰化物、氯化物等毒性元素，監管部門對這些元素均給出了嚴格的限定范圍[4]，超出這一范圍則屬于浸出毒性顯性，不符合國家相關規定。所包含的不同元素的有毒要素，通過緩慢釋放的形式，逐漸與固體所接觸的環境進行融合，從而使其毒素分散進入到新的機理環境中[5]。

固體廢物的毒性浸出過程則是指通過專業的實驗方法、技術標準等，在安全保障的情況下，對帶有毒性的過濾物進行浸出液溶解。當溶解之后，這些浸出液和有毒元素充分的混合，進入液相一態化過程，從而提取其標準溶液來經過不同的提煉、測定、對比、分析，找出這些毒性的含量及其元素構成，這一過程叫做浸出毒性判定。

由于固體廢棄物在潮濕環境中或者是鄰水的環境下，均會將自身所攜帶的毒性元素與周圍的土壤、空氣、水體等相互接觸，從而使得其有毒元素出現擴散。因此，在這一浸出毒性測定過程中，必須用不同的指標評價法來測定每一種不同的固體廢棄物的毒性大小，從而構建基于可識別環境下的固體廢棄物測定架構。

三、固體廢物的浸出毒性鑒別方法實施過程—以電解鋁為例

鋁產品的生產在我國已經成為一大支柱性工業部門，工業鋁的生產在我國持續增多，經過不斷的發展，截至2021年末，我國鋁產量已經達到2540萬噸。由于大量的電解鋁在生產過程中需要使用碳陽極技術來降低電解鋁對電能的損耗，這樣大量的電解鋁炭陽極不斷堆積，造成固體污染。一般碳陽極內部容易形成氧化還原反應和布達反應。這些反應使得碳陽極表面產生凹凸不平的凹槽，最終凹槽內部碳骨料不斷地從碳陽極上剝落形成碳渣。由于這些殘渣中含有氟化物、硫化物等有毒元素，所以必須對這些電解鋁碳陽極殘渣實施固體廢棄物浸出毒性鑒別。

電解鋁碳陽極殘渣固體廢棄物浸出毒性鑒別的主要步驟：

（1）樣品采集。實施樣品采集是在不同的鋁礦企業中，按照固體廢棄物采集標準措施，對電解鋁中的陽極碳殘留和碳堆集進行采樣。本文中樣品采集自湖南省不同地區3家已投產的電解鋁廠，采集方法依照《工業固體廢物采樣制樣技術規范》（HJ／T 20-1998）執行。

采樣按照等距離間隔采樣，以取得分布均勻的樣品為主。在這里可以對電解鋁生產企業中的碳陽極殘堆進行分層。采樣按照每次采樣面積為15-20CM的矩陣進行總體采樣，這些采樣匯集成50個采樣矩形，按照不同的層次進行編號，隨后隨機對50個碳陽極殘堆進行抽取檢驗，選擇其中的十個編號矩形碳陽極殘堆進行檢測。

（2）固體廢棄物浸出毒性鑒別方法選擇。由于電解鋁碳陽極固體廢棄物殘堆中含有大量氟化鈣，而《危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別》（GB 50827-007）中規定，浸出液中危害成分無機氟化物不包括氟化鈣，故這里使用《固體廢物浸出毒性浸出方法水平振蕩法》（GB557—2010）來進行電解鋁碳陽極固體廢棄物浸出液。

（3）電解鋁碳陽極固體廢棄物浸出液毒性鑒別。

步驟如下：

①先對樣品電解鋁陽極殘渣進行等質量的樣品稱取，選取8個100克的樣品干基為基準樣品，將這些樣品分別放入8個玻璃提取瓶中。

②再向玻璃提取瓶中加入浸潤劑（即按照國標GB／T 6682二級標準要求的去離子），隨后將玻璃提取瓶放入水平震蕩儀器上，持續進行震蕩浸潤，振蕩頻率為110-120次/min，振幅為35-40mm。在25度溫度下，對該玻璃提取瓶中的電解鋁陽極殘渣混合液進行充分混合，震蕩8個小時后，實施靜置操作16小時。

③完成以上靜置操作后，進行濾紙過濾。采用中檔速度過濾濾紙進行過濾，過濾后得出的液體即為電解鋁陽極殘渣固體廢棄物中的浸出液體。

④最后使用電極分離法對以上浸出液進行分離。采用國標T155-1995這一方法來執行分離操作。當電極與含氟化物、硫化物的液體融合時，氟離子、硫離子等元素的電極勢能會因高低不同而產生相位的變化和移動。同時，使用PHS-3C型PH分析儀對浸出液進行pH值測定，最終得出電解鋁陽極殘渣固體廢棄物浸出液的PH值。

⑤結果討論和分析。由于電解鋁陽極殘渣固體廢棄物浸出液中含有氟化物，在《國家危險廢物鑒別技術規范標準》（GB 508-2007）中，對提取出的固體廢棄物做浸出毒液測定時，如果其檢測結果有超過一半的玻璃提取瓶中的測定氟化物（不包括氟化鈣）的含量超過100mg/L，則此時的電解鋁陽極殘堆就會對整個區域內的土壤產生毒性威脅，是一種超過標準化的固體廢物毒性浸出液。（見表1）

表1 電解鋁陽極殘堆固體廢物毒性浸出測定結果（mg/L）

從測定結果可以看出，瀘溪電解鋁公司提取的編號樣本顯示，該公司電解鋁陽極殘堆固體廢物浸出測定結果有6個樣本超出100mg/L。根據《國家危險廢物鑒別技術規范標準》（GB 508-2007）相關規定，瀘溪電解鋁公司取樣地土壤中電解鋁固體廢物毒性浸出液超過了國家標準。創元電解鋁公司電解鋁固體廢物毒性浸出液測定結果顯示，該公司所測定的樣本均大幅高于國家標準中的100mg/L的相關標準，因此該公司電解鋁陽極殘堆固體廢物毒性浸出嚴重超標。湘鋁電解鋁公司陽極殘堆固體廢物浸出測定結果中有6個樣本顯示出小于100mg/L的國家標準，所以該公司電解鋁陽極殘堆固體廢物毒性浸出毒性符合國家標準。

同樣使用同一類型的方法進行硫化物的浸出毒性測定，按照同樣的測定步驟對電解鋁陽極殘堆進行固體廢棄物中的浸出毒性測定操作，最終確定硫化物浸出物的毒性標準是否超標。如果超標，則代表電解鋁中的碳陽極殘堆堆放地會對周圍的土壤、空氣等環境產生有毒廢物影響。

四、固體廢物的浸出毒物管理對策

第一，確保固體廢物浸出毒性評判標準不斷更新修訂

由于我國生產工業品不斷增多，許多工業制成品中也含有大量的新型有毒元素。伴隨著工業復雜化的推進，許多有毒元素分布的范圍也逐漸擴張。因此，為了科學化地浸出有毒元素，判定標準就應當定期定時的更新。元素的測定標準和測定數據也要同步更新，按照實地勘察和對不同的廢棄物處置方式進行分類，不斷提高浸出毒性評價指標中清除項目的更新換代，確保各種類型的有毒元素都應納盡納，使我國固體廢棄物的浸出毒性評估系統有著較為創新性、常備性、便利性的劃定指標。

第二，加快固體廢物浸出毒物處理的技術改造

當前對于固體廢棄物的廢液浸出物進行相關的技術處理有膜滲透處理技術、分離滲透處理技術、反滲透分離技術等，其中較為先進的方法是采用膜滲透分離技術。由于膜滲透分離技術是在高壓情況下，溶液經過成膜系統實施分階段的浸出物與水相互分離，則滲透膜的孔徑往往能夠建立自動的分離關口，有效地將固體廢物中的有毒物質、各類膠體物質、微生物、有機物等進行多層分離。總之，使用滲透膜可以有效地將固體廢棄物中的有毒物質進行全面的收集處理，以避免固體廢棄物有毒有害成分進行擴散。而反滲透膜技術則是使用高壓等工業添加條件，創造一個正壓較大的環境，將固體廢物浸出液從固體廢物中加壓分離，從而實現了多種有害有毒固體液的全面清除與收集管理。

第三，推進固體廢物浸出毒物處理體系構建

一些工廠企業在實施固體廢棄物有毒液的處理上，沒有構建較為完善的處理體系，大量的工業廢棄物浸出液處理環節不對接，導致環境被大大污染。面對這種情況，應當構建全面的、體系化的固體廢棄物浸出液管理體系。行政部門應當構建一體化的行政執法管理系統，有效地對工礦企業的固體廢棄物實施常態化監管。工商企業應當廣泛地利用不同的方式來建立常態化的固體廢棄物有毒液管理框架，實施常態化管理，責任到人，并且要建立系統性的固體廢棄物處理開發模式，通過穩固化、填埋或焚燒以及再回收處理等模式來進行有效的分類處理。此外，政府應積極實施市場化的運作，構建完整的工業企業生態鏈，建立集中一體式的固體廢棄物回收管理機制，以會員制和股份制等不同的模式，將那些固體廢棄物產生量較大的企業納入統一的固體廢棄物管理過程中，實施統一的市場化招標，建立統一的固體廢棄物處理系統，以規模化的優勢來降低各工廠企業的固體廢棄物處理成本。

第四，優化固體廢物浸出毒物環境管理體系

企業固體廢棄物監管部門也應當實施更加明確的固體廢棄物監管分工。首先，對不同的固體廢棄物給出明確的監管標準、處理工藝流程標準和分類標準，對不同的固體廢棄物如何實施分離、如何實施處理、如何進行有效的后續利用，都要進行全面的制度性安排。要對不同的企業員工實施定期、定時的固體廢棄物培訓，通過強化培訓來加強企業員工對固體廢棄物的管理責任意識，增加企業員工的固體廢物處理認知度。通過政策激勵管理規范和產業引導等，促使企業加大對環境保護相關機器設備的安裝、投入、使用力度，建設高效率、精準化、集聚性、規模式的固體廢棄物利用體系。通過強化培訓來加強企業員工對固體廢棄物的管理責任意識，增加企業員工的固體廢物處理認知度。通過政策激勵管理規范和產業引導等，促使企業加大對環境保護相關機器設備的安裝、投入、使用力度，建設高效率、精準化、集聚性、規模式的固體廢棄物利用體系。

第五，加速固體廢棄物回收利用效率

進一步加快完善固體廢棄物處置回收利用機制建設。一是借鑒國內外先進的固體廢棄物治理方法、治理技術和思維，通過引進先進的管理理念，加快管理結構改革，推進企業固體廢棄物管理標準化操作，實現管理人才的培養，從而構建固體廢棄物處置回收要素能力建設。另一方面，通過建立市場、企業、政府共同參與的固體廢棄物回收處置機制，有效地管控固體廢棄物的利用，加快引入社會資本，讓市場在固體廢棄物回收處置利用中起決定性作用。引入關鍵的核心技術，打破行業壟斷，構建固體廢棄物處理市場交易場所，通過市場化的交易來實現固體廢棄物的資本管理，從而減少固體廢棄物再利用回收處置過程中效率過低、速度過慢、積極性不足等問題。

總而言之，對固體廢物浸出毒性鑒別方法的把握，應當充分考量不同有毒物質的特性，有針對性地選擇不同的浸出毒性鑒別方法，嚴格按照標準操作程序進行，才會使固體廢物管理中浸出毒性鑒別效率優化提升。此外，還需要加快固體廢棄物的技術改進提升，推動固體廢棄物處理體系的全面構建，實施固體廢棄物管理體系，優化在機器設備、資金投入、資本管理等方面實施高效率的體系建設，加快推動固體廢棄物回收利用效率。引入新的技術環節，實現市場化固體廢棄物的處置和交易。只有通過綜合的政策框架，全面有效地構建精準化、全面性的固體廢棄物管理，才能實施有效的固體廢棄物環保系統建設。