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固体废弃物概述

Answer 1

4.1.1 固体废弃物的定义、研究目的

固体废弃物（solid waste），简称“废物”，亦称“垃圾”，是人类生产、生活过程中不断废弃的各种固态或半固态（泥浆状）物质。应该指出的是，废物的概念具有相对性，即某一过程的固体废物，可能是土壤、水、大气环境的“污染源”；但随着时、空等条件的变化、可以重新在经济循环中发挥作用，成为另一过程的原材料，即成为再回收利用的“二次资源”。随着观念和科技进步，换一个视角对废物进行科学考察，就会有一个全新的认识。如废纸，可以成为再生纸浆生产的原料，即在后一过程中，废纸又不再是废物。因此，有人将固体废物看成是“放错了地方的资源”。

目前，在全球范围内，固体废弃物已对地质环境和生态环境产生了种种危害，使许多国家、地区深受其害。这不仅对社会进步和当代人类的健康造成了威胁，而且将危及人类后代的发展及21世纪的持续繁荣。如何安全地排放、处置不断产生的固体废弃物，已受到世界各国的普遍重视。其中积极开展固体废弃物的排放、处置及环境地质问题研究，就是要使人类活动与周围生态环境高效和谐，即高效地利用环境巨大的自净力，使生态系统效益最高，同时又与环境和谐融洽，不破坏脆弱的地球生态环境，使生态环境恶化的风险降为最小，保护和促使地质生态环境向良性循环发展，可持续发展得以保证。

4.1.2 固体废弃物的产生

固体废弃物的产生有其必然性。可以毫不夸张地说，只要有人类生活和生产活动，就始终存在并不断地产生废物。人们在索取和利用自然资源从事生产和生活的各个环节过程中，由于受时代条件、科学技术条件和生产目的、经济效益等主客观条件的限制，总要将其中的一部分作为废物、垃圾丢弃。甚至某一时代成功的产品，随着超过产品的正常使用寿命，或生活水平提高的产品“更新换代”，也会成为废物。尤其是上世纪后半叶，随着世界人口急剧增长，都市化进程加快，以及科技迅猛发展和生活水平提高，导致工农业、家庭和其他活动产生的废物，包括成分及数量、种类都在不断地增加、变化。其所产生的环境地质问题也在不断地变化。据20世纪90年代资料统计，全球年产垃圾已超过100×10⁸t，仅美国的年产垃圾量就达30×10⁸t，欧共体年产垃圾共22×10⁸t。

从某种意义上看，到21世纪中后叶，科技和生产工艺肯定会有极大的进步，固体废弃物的产生仍然不可避免。当然，废物产生的量将会比今天少。但新工艺产生的新种类废物所带来新的环境地质问题，如近年来西方国家十分重视的毒害性有机污染，绝大部分来自高新科技的人工合成物，其中许多是“三致”物质，含量虽低但毒性大。因此，新废物产生的量虽少，但对环境的危害亦不容忽视。

4.1.3 固体废弃物的分类、特性

固体废弃物有多种分类方法，可以根据其来源、化学性质、危害特征和管理需要等分别进行分类。一般而言，许多国家按来源分类，如欧美国家按固体废弃物来源分为：工业固体废弃物、矿业固体废弃物、城市固体废弃物、农业固体废弃物和放射性固体废弃物等五大类。各类固体废弃物的特性差异悬殊，所产生的环境地质问题各异。

4.1.3.1 工业固体废弃物

工业固体废弃物（industrial solid waste）是指在工业生产、加工和产品使用过程中，甚至治理“工业污染”中所产生的废渣、废屑、粉尘、污泥等，其大部分来自工业生产活动的各个环节，部分来自产品流通、消费环节，包括产品超过使用寿命或更新换代成为废弃物。

据统计，1980年美国工业固体废弃物年排放量为4×10⁸t，1982年日本工业固体废弃物年排放量为3.2×10⁸t。各工业发达国家工业固体废弃物的生成量以年3.2%～4.5%的速率递增。目前，全球年产约21×10⁸t工业废物和3.4×10⁸t危险废物。发展中国家的工业固体废物排放量亦与本国经济增长率同步，一般年递增2%～3%，部分国家略高于工业发达国家。生产工艺、技术落后和粗放式的资源消耗导致工业垃圾成分复杂，复合污染严重。尤为甚者，不惜牺牲局部环境来换取经济增长。

工业固体废物主要排放源是冶金工业、石油化工工业、食品工业、造纸工业、橡胶制革工业、化学工业、电器机械工业、服装工业和交通工业等各种工业系统。

工业固体废物的特点是来源广、排放量大、占地多。据统计，到1990年止，我国工矿业固体废弃物堆存量达64.8×10⁸t，占地583.9km²。虽然不同工厂的污染质成分各异，但从总体上看，含污染质多，成分复杂，不易净化，甚至会产生复合污染。尤其是某些化学工业产生的危险废物，易燃或具腐蚀性、毒性，管理不善时易污染空气、水体、土壤，恶化环境，或发生燃烧、爆炸、中毒等危险事件；而且危害久远，不仅威胁当代人类的健康，使人体中毒、致癌，甚至还波及子孙后代致畸、致残。

4.1.3.2 矿业固体废弃物

矿业固体废弃物（mineral solid waste）是伴随各种天然矿产资源、矿物开采和选矿过程而产生的废石、废渣、尾矿砂等。

矿业资源开发，要消耗两种自然资源——矿产资源和环境资源。各种矿山矿业固体废弃物的特性不尽相同。尤其是有色金属矿山，目前从矿石中提炼出有价值的成分往往只占很小比例（百分之几到千分之几），而从工业角度看其中极大部分，近期利用价值不大，而成为废石、废渣。据20世纪70年代末资料，仅就美国年产矿业固体废弃物就高达17×10⁸t。这些数量极大的废渣进入环境后，既改变原有地貌，又对环境产生种种危害。其相互间作用机理复杂，直接或间接地恶化工程地质环境。

例如：金属、有色金属矿山、以每生产1t矿石为例，露天剥离的废石达4t左右，有时高达6～8t以上。地下采矿也需多采出0.5～1.5t废石。大量的废石、低品位矿渣常常就近沿沟、顺坡堆放，破坏了原地表植被生态体系，成为现代人工地貌的一部分。尤其是我国西部山区，原有地质生态环境十分脆弱，旱、雨季分明，沿沟、顺坡堆积的采矿废石堆，极易产生破坏性滑坡、泥石流灾难。而更为严重的潜在危害则是在不易觉察的天长日久的缓慢演变中成为现实。由于人工改变了矿石及围岩原来的地下封闭缺氧环境状态，矿业废石、矿渣呈碎块状，与空气接触的表面积增大，直接大面积地暴露在地表开放的富氧环境中，加速了风化作用进程。尤其是硫化物类矿床废石，经日晒雨淋，加快了有害重金属元素如汞（Hg）、铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）及砷（As）的扩散和可溶性硫酸盐等有害物质的淋溶，顺地表降水冲刷、迁移进入土壤环境及水环境，毒化土壤，污染水体，并成为长久潜在的污染源。尤其是某些有色金属、稀土元素矿山和磷矿山含有放射性杂质，采矿废石、矿渣的任意堆放，就会造成环境中放射性元素的扩散、污染、加重了对生态环境的危害。

能源资源煤矿的采煤废石——煤矸石大量堆置，形成黑灰色人工矸石山丘地貌，既破坏了周围景观的和谐，又争占耕地、良田，还引发多种环境灾害。煤矸石长期暴露在空气中，加快了风化进程。一方面，煤矸石所含有机质、黄铁矿等成分使其易氧化自燃，产生大量CO、NO₂、SO₂、H₂S、苯并芘等废气污染空气环境，影响人群身体健康并使呼吸器官疾病、癌症高发。另一方面，大量的有机质成分和可溶性硫化物、重金属盐类，甚至某些煤矿废石含有放射性元素杂质等，通过风化、大气降雨淋溶外渗，污染地表水体环境，甚至污染地下水，如我国抚顺煤矿地区（图4.1）。资料截至1991年，在我国1200座矸石山中，约有1/3自燃，如宁夏的大部分煤矿山、山西太原西山煤田东、西矿区；河南焦作、平顶山矿区以及阳泉矿务局二矿煤矸石堆自燃，严重污染大气。堆积如山的煤矸石还易风化失稳，发生滑坡、泥石流危害。如1972年，美国西弗吉尼亚州的法罗山谷暴雨后诱发产生煤矸石泥石流灾害，17×10⁸m³的煤矸石流以5.8m/s的速度下推27km，造成116人死亡、546间房屋和1 000余辆汽车被毁、4 000余人无家可归。

图4.1 抚顺地区矸石山分布图

尾矿砂是矿山在选矿和回收目前有经济价值的物质成分后，产生的质地均一的岩石粉粒集合体。它对环境的影响取决于所含有害元素、物质的化学活泼性和排放位置、处置条件等。因尾矿砂粒度较细，一般在0.5～0.05mm之间，大风吹扬和雨水冲刷易流失，进入水体或土壤环境，造成污染危害。

4.1.3.3 城市固体废弃物

城市固体废弃物（municipal solid waste），俗称城市垃圾和粪便，主要来自城市居民的消费、城政建设和维护、商业及文化、医疗等活动。随着都市化进程加快，城市人口激增，城市运作功能配置失调，以及生活水平逐渐提高，城市固体废弃物数量增长迅猛。据20世纪90年代资料，工业发达国家人均年排放废物3～4t，发展中国家人均年排放废物约1～1.3t。

城市垃圾的成分随不同国家，以及经济生活水平、生活方式等各异，并随季节性果蔬应市变化明显。

经济发达的工业化国家城市垃圾平均年增长率在2%～5%，个别如韩国高达11%，即总体上高于发展中国家。例如，纽约市日产垃圾达（2.2～2.4）×10⁴t；而埃及首都开罗日产生垃圾仅4 000t。同时，经济发达国家城市垃圾成分的“经济价值”亦相对高于经济欠发达国家，其中许多是可燃物和可回收再利用的成分（表4.1）。尤其现代生活中很多方便式消费品“用后即弃”和纸、塑料等包装材料，就连一些大型耐久消费品如汽车、电冰箱、洗衣机、电视机等，因“过时”换代而废弃的数量越来越多，更换周期愈来愈缩短，如日本、美国的废弃汽车、旧轮胎等堆积如山，成为环境灾害。

表4.1 欧、美及亚洲部分城市垃圾统计（w_B/%）

虽然我国城市垃圾人均日产量相对较少，为1.0～1.2kg，但由于人口基数大，城市垃圾年增长率达10%左右，高于工业发达国家。据1991年统计资料，北京日产垃圾1.1×10⁴t；广州市日产垃圾2 860t；香港政府公布日产垃圾1.3×10⁴t；据称，上海日产活垃圾约8 000t，粪便约7 500t。若按此推算，仅10d产生的垃圾就可堆成一座“国际饭店”所占体积的垃圾堆。随着生活水平的不断提高，城市燃料结构的变化和消费结构由节俭型转为废弃型，垃圾成分的变化迅速，尤为明显的是有机质成分上升，炉灰、煤渣等无机成分下降。当然，就目前情况而言，总体上我国城市垃圾成分的“经济价值”偏低。我国城市垃圾的特点是：①无机成分多于有机成分，其比值约为2.5∶1，尤其是能源构成以燃煤为主的城市，垃圾中炉灰竟占到53.93%～69.74%，以燃气为主的城市垃圾中有机质成分由原30.26%～37.67%上升为86.94%～92.6%左右，但是，垃圾人均日产生量降为0.39～0.86kg，由于目前城市垃圾中含无机的煤渣、灰分量大，使同等体积的垃圾比重较大，增加了垃圾运输费用，从另外一个角度看，煤渣灰分多，可大量吸附有机质腐烂浸出液和臭味，燃气城市垃圾缺少了煤渣灰吸附，当有机质多时，显得垃圾特臭；②城市垃圾成分中不可燃成分多于可燃成分，其比值约为20∶1，使垃圾焚烧热值低或达不到燃烧制能的要求，焚烧减容效果差，甚至不能采用焚烧方法处理；③城市垃圾混合收集，使不可堆肥成分多于可堆肥成分，比值约为4∶1，尤其是我国大多数城市垃圾处理工作起步晚，对城市垃圾未进行分类收集预处理，使厨房食物垃圾、生活用品垃圾、商业垃圾、城市清扫垃圾与建筑垃圾，甚至与工业垃圾、人畜粪便、医院垃圾、生物制品厂垃圾等有害垃圾混堆，复合污染危害严重，而且，原处于城市远郊的垃圾堆放场，随着城市面积急剧扩大变成了城市近郊，近年来也与发展中国家趋势一样，发展到向城乡接合部位堆放垃圾的转移态势，“垃圾包围城市”。遥感航片上，上海市已被大大小小500余座垃圾堆包围；1990年以前，北京市三四环路之间，50m³以上的垃圾山有4 500多座，整个市区也几乎被环状的垃圾群所包围。

城市垃圾是一种令人生厌的物质。其特点是有机成分复杂，浓集了许多易腐污染成分，富含氮、硫、磷和水分，甚至病菌、病毒，极易交叉传染各种疾病。这些城市垃圾堆，在厌氧细菌作用下，易产生恶臭物：H₂S、氮杂茆、粪臭素等，释放大量CO₂、NH₃或CH₄等有害气体，并边腐烂边溢流有害渗出液，招引鸟虫、滋生蚊蝇，极易引发传染性疾病，加剧了城市生态环境的恶化，十分影响城市环境卫生，有碍优美景观的观瞻，成为现代城市发展的大毒瘤。

4.1.3.4 农业固体废弃物

农业固体废弃物（agricultural solid waste）是泛指农、林、牧、副、渔业生产及其产品粗放型原料加工、屠宰等排出的废物，简称农业垃圾。

主要来源于森林采伐残渣、农业谷物秸秆残渣、果蔬残渣、禽畜粪便、动物病尸、易腐农牧产品及农副产品加工残渣、丢弃物和农药、化肥使用处置不当等。近年来，随着农业科技的进步，密集型农业和技术密集型的家禽、牲畜饲养业迅速发展，需要处理的农业垃圾量也相应增多。据20世纪70年代末资料，美国年产生农业固体废弃物达6.4×10⁸t。另据联合国环规署统计，欧洲共同体国家固体废弃物中近一半的废物来自农业。

由于农业垃圾成分中大量是有机质废物，并含有一定水分，有时还浓集了许多病菌、病毒及寄生虫卵、害虫等，极易腐烂，产生色、臭物质，使土壤环境改变为缺氧的酸性还原环境，极大地降低土壤自净力，使各种病源微生物及鼠蝇孳生，其对生态环境的破坏，直接使土壤中积累了部分有毒、有害物质，使土壤受到污染毒化，进而影响农作物，使其产量、品质下降，另一方面还常常污染水环境，引起链式作用，危害人体健康。

4.1.3.5 放射性固体废弃物

包括天然和人工放射性核素固体废物（radioactive solid waste）。天然放射性固体废物主要来源于铀、钍核素矿山和稀土矿山，某些有色金属矿山的废石、废渣、选矿的尾矿砂。甚至还包括含铀、镭超标的钢渣砖、花岗石建筑、装饰材料等。人工放射性核素固体废物主要为核工业、核动力、核试验和放射医疗、科研实验室的放射性同位素废料及退役核设施等。

提起“放射性辐射”，易让人产生恐怖的联想，谈核色变。事实上，应理智地看到，从地球形成至今的46亿年，在各种环境中一直广泛地存在天然放射性辐射现象。地球上生物进化史业已证明，适量的辐照射非但无害，而且有益于生物，这一点已被核医学放射治疗和农业种子辐照增产、改良品质技术所证实。

国际上用以表示放射性强弱的量称放射性活度，单位为贝可（Bq）。单位质量物质的放射性活度称比活度（Bq/kg）。所谓具有放射性，是指固体废物的放射性比活度（Bq/kg）或浓度（Bq/L或Bq/m³）高于各国规定的限制，有可能产生环境危害。

也就是说，亦应清醒地认识到，过量的辐照射是有害的，其危害就在于当人体受到超量或长期低剂量放射辐照时，通过电离和激发作用，将引起人体细胞组成分子的结构、性质的改变，进而造成机体暂时或永久的各种损伤。一般认为，α射线生物效应较大，但穿透能力小，在体外，不会构成对体内组织威胁，但进入体内危害较大。γ射线穿透能力强，即使体外照射，也能对深部组织造成损伤。β射线作用和能力居于前两者之间。在放射性污染的环境中，人体可能受到来自体外的射线辐照，也可能通过吸入污染空气或摄入半衰期长，与钙、钾的化学性质相似的锶（⁹⁰Sr）、铯（¹³⁷Cs）、碘（¹³¹I）、碳（¹⁴C）污染的食物和水，进而受到体内射线照射，危害机体，严重时可引起遗传变异或癌症。

放射性废物对环境的污染，与一般化学污染物不同，目前采用任何化学、物理或生物的方法都无法有效地破坏这些核素，其所造成的危害要经过一定的潜伏阶段才会显现。不同来源的放射性废物，其组成、性质以及放射性水平常常差别很大，通常无法用肉眼分辨是否属放射性废物，需用专门的仪器检测才会发现。另一方面，一旦发现有危害人体的症状时，常常已到积累晚期。因此，国家对放射性固体废物制定了严格的管理措施，自成体系，进行专门管理。

目前，世界上还没有统一的放射性废物分类方案。我国参照国际一般原则和国际原子能机构规定，结合我国实情，制定了我国放射性固体废物分类的国家标准（GB9133）表4.2。将放射性固体废物首先分为非超铀废物和超铀废物两大类，再将非超铀废物按半衰期的长短分成四类，每一类再按比活度分为低放、中放、高放三个等级。

表4.2 放射性固体废物分类（放射性比活度a/Bq·kg^-1）

综上所述，尽管五大类不同来源的固体废弃物的组成、特性各不相同，但对生态地质环境的危害，不良后果则有的是相似、相同的。我国从对固体废弃物管理的需要出发，目前趋向于将固体废弃物分为：工矿固体废弃物、有害固体废弃物、城市垃圾和粪便、其他等四类。其中，工矿固体废弃物系指不具有毒性和危害性的工矿业固体废弃物。有害固体废弃物，国际上有的称危险废弃物（hazardous wastes）。但事实上，由于固体废物种类、性质多样，尤其是近年来，新材料与化学品激增，当它们成为废物进入环境后，其间的复合反应，以及在环境中滞留的长短，危害特征等尚不清楚，并不是“非此即彼”那么精确，截然清晰，甚至危害性质界定、操作十分困难，在有害废弃物与非有害废弃物之间并无明显界线，即具有不易确定性。因此，国际上至今对这一问题提法不同，有些国家是按对人类健康的危害下定义，另一些国家则强调还包括对环境的危害。从总体上看，所谓危险废弃物，一般泛指除放射性废物以外，具有毒性、易燃性、反应性、腐蚀性、爆炸性、传染性，因而可能对人类健康和生态环境产生危害的固体废弃物。虽然全世界年产生危险废物仅占固体废物总量的3%左右，约3.4×10⁸t，其中大多数为化学工业固体废物，可在其产生、运输、贮存，乃至处置的各个环节过程，通过各种渠道危害生态环境与人体健康，危害极大。危险废物总量中，美国约占80%，年产生量约2.4×10⁸t，日本约2 400×10⁴t，欧共体国家约（2 500～3 500）×10⁴t。在工业发达国家，危险废物已成为敏感的“政治废物”，为转嫁洋垃圾危机，尤其是危险废弃物，近年来以各种方式越境转移，输出到包括我国在内的发展中国家，危害他国。这已经引起世界许多国家的关注和抵制。为加强对危险废物越境转移的控制，1989年3月，联合国环境规划署在瑞士巴塞尔举行大会，通过了《控制危险废物越境转移及其处置的巴塞尔公约》。

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