環(huán)境固體廢物的監(jiān)測技術(shù)及其應(yīng)用探析

翟文超，邱娟娟，尹誠悅

（山東省固體廢物和危險化學(xué)品污染防治中心，山東 濟(jì)南 250117）

固體廢物的處理難度較高，且處理成本也難以控制，因此對于大部分地區(qū)來講，基本上都不具備大型固體廢物的處理能力。同時，隨著生產(chǎn)與技術(shù)的不斷優(yōu)化，固體廢物的范圍也在不斷擴(kuò)大，這也進(jìn)一步加大了固體廢物的處理難度。另一方面，在國際環(huán)境壓力的影響下，我國也不得不將固體廢物的處理納入今后的工作生產(chǎn)中，這也使我國的生產(chǎn)壓力不斷增加。而針對這種情況，就需要新的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)來對固體廢物進(jìn)行處理，從而實現(xiàn)綠色生產(chǎn)的終極目標(biāo)。

1 現(xiàn)階段環(huán)境固體廢物的主要類型

在現(xiàn)代廢物的分類處理中，環(huán)境部門主要將固體廢物分為三大類。為方便理解，本文將其總結(jié)在下方：

1.1 一般固體廢棄物

一般固體廢棄物的危害程度較小，但其處理優(yōu)先度并不低。我國在2020年10月1日發(fā)布的《一般固體廢棄物分類與代碼》，并將其作為一般固體廢棄物的處理依據(jù)。在管理方案中，政府部門嚴(yán)格規(guī)定了一般廢棄物的包含范圍，并對非法處理一般固體廢棄物的行為進(jìn)行了處罰。在分類上，此項法律關(guān)于一般廢棄物的分類也更加明晰，比如將固體廢棄物分為廢棄資源、采礦產(chǎn)生的一般固體廢棄物、食品飲料等行業(yè)產(chǎn)生的一般廢棄物、輕工建材等行業(yè)產(chǎn)生的一般廢棄物、金屬制造所產(chǎn)生的一般廢棄物以及特殊生產(chǎn)行業(yè)產(chǎn)生的一般廢棄物。在進(jìn)行大項分類之后，管理部門又將其細(xì)分為40多個小項，以便于進(jìn)行一般固體廢棄物的處理[1]。受限于文章篇幅影響，本文將不再一一列出。

1.2 危險固體廢棄物

與一般固體廢棄物相比，危險固體廢棄物的危險程度會更高，其處理成本難度也會大大增加。在我國現(xiàn)行《國家危險廢物名錄》中，收錄了近46大類的危險廢棄物。而這46大類的危險廢棄物幾乎包含各個領(lǐng)域，小到農(nóng)業(yè)秸稈處理，大到尖端科技廢物，都有較為詳細(xì)的處理方法。而隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，研究人員也發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)所蘊含的潛在風(fēng)險，這也使得越來越多的危險固體廢棄物被納入到收錄名單中[2]。

1.3 生活垃圾

生活垃圾的包含范圍更大，其對自然環(huán)境的影響也會更大。雖然我國大部分城市都實行了垃圾分類，但在部分地區(qū)，民眾的垃圾分類意識還普遍較低，所以很難實現(xiàn)生活垃圾的正確處理。而另一方面，隨著人口的不斷增加，我國用于垃圾處理的基礎(chǔ)資源以及資金資源支持也開始出現(xiàn)短缺，這也使得大量生活垃圾無法及時進(jìn)行處理。實際上，部分?jǐn)?shù)據(jù)顯示，生活垃圾所造成的危害已經(jīng)超過部分危險固體廢棄物。

2 環(huán)境固體廢物出現(xiàn)的主要原因

在現(xiàn)階段社會中，大部分固體環(huán)境廢棄物的出現(xiàn)都與人類活動有關(guān)，其相關(guān)性也主要分布在以下幾個層面：①人類本身的相關(guān)認(rèn)知能力較低。在傳統(tǒng)環(huán)境固體廢物的認(rèn)知中，大多數(shù)人都缺少對其的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，所以對固體廢棄物的認(rèn)知程度也相對較差。②工業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)的廢料。受限于技術(shù)影響，即便大部分工藝工程都對其生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，但固體廢料永遠(yuǎn)達(dá)不到100%利用的程度，這也導(dǎo)致了大量工業(yè)固體廢棄物的出現(xiàn)。同時，不合格工業(yè)原料的使用也會大大增加工業(yè)廢棄固體物的產(chǎn)生量。③人類虛榮心。為滿足自身虛榮心，部分群體會嘗試占有更多的社會資源[3]。但同時工作的社會作用也意味著更多固體廢料的產(chǎn)生，這樣也會對環(huán)境造成嚴(yán)重威脅。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，我國37%的固體廢料都是由于社會資源過度占有所導(dǎo)致。當(dāng)然，除了人類活動以外，自然物的發(fā)展本身也會出固體廢物，但整體周期較長，對環(huán)境的影響相對較小。不過在人類進(jìn)行相關(guān)活動后，此周期也開始被縮短，并逐漸對環(huán)境造成巨大影響[4]。

3 固體廢棄物的監(jiān)測難點

3.1 固體廢物覆蓋范圍較廣

固體廢物的監(jiān)測本身需要一定的設(shè)備作為支持，而在當(dāng)代社會中，固體廢棄物產(chǎn)出范圍已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過監(jiān)測設(shè)備的覆蓋范圍。所以，相關(guān)部門并不能夠利用現(xiàn)有的資源來對固體廢物進(jìn)行完全檢測。同時，已有的固體廢物也會對監(jiān)測系統(tǒng)造成影響，并降低監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)精度。同時，部分監(jiān)測設(shè)備屬于一次性消耗品，所以在固體廢物整體較多的背景中，進(jìn)行全方位的監(jiān)測成本基本上很難控制。

3.2 固體廢物的種類較多

在固體廢物監(jiān)測中，監(jiān)測人員需要根據(jù)固體廢物的種類進(jìn)行監(jiān)測行為調(diào)整，以方便對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。比如在冶金固體廢物的處理中，就需要監(jiān)測人員對污染物爆發(fā)點進(jìn)行尋找，從而保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。而在其他領(lǐng)域的固體廢物監(jiān)測中，就需要更換全新的監(jiān)測模式來適應(yīng)該領(lǐng)域固體廢物的產(chǎn)生特點[5]。

3.3 自然環(huán)境對相關(guān)數(shù)據(jù)的影響極大

一般情況下，空氣暴露范圍較大的固體廢物監(jiān)測系統(tǒng)會受自然環(huán)境的影響。依舊以冶金為例，普通狀態(tài)下的固體廢物監(jiān)測系統(tǒng)與降雨狀態(tài)下的固體廢物監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)相差有8～9倍，這將大大影響檢測人員對固體廢物的濃度判斷。同時，天氣因素還會增加固體廢棄物的擴(kuò)散范圍，這也會增加檢測人員的分析難度。

3.4 相關(guān)的技術(shù)支持明顯不足

首先，固體廢棄物的體積大小相差極大，所以在小型固體廢物的監(jiān)測上，就需要較高精度的儀器支持。同時，小體積的固體廢棄物的擴(kuò)散性較大，所以還需要對范圍內(nèi)的物體濃度進(jìn)行計算，這就需要相關(guān)檢測儀器有對應(yīng)的功能支持。同時，部分固體廢棄物的分析時間較長，所以短時間內(nèi)也很難實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的分析處理。如果固體廢棄物本身就有較強的擴(kuò)散性，這還需要動態(tài)的監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行物質(zhì)追蹤。不過對于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來講，基本上有很少國家能夠?qū)崿F(xiàn)上述目標(biāo)[6]。

4 環(huán)境固體廢物監(jiān)測技術(shù)的主要應(yīng)用策略

4.1 明確監(jiān)測目標(biāo)

20世紀(jì)末，我國針對固體廢物處理出臺了相關(guān)政策，比如《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》《工業(yè)廢渣檢驗方法》等等。但從現(xiàn)代角度上來看，上述相關(guān)政策的檢測目標(biāo)較為模糊，這也很難保證固體廢棄物的監(jiān)測實際情況。因此，中央政府應(yīng)該及時對固體垃圾的判斷標(biāo)準(zhǔn)以及檢測方法進(jìn)行更新，并結(jié)合世界已有的法律進(jìn)行政策優(yōu)化，從而明晰固體廢棄物的檢測目標(biāo)，以便于將有限的檢測資源利用至檢測當(dāng)中。而地方政府部門應(yīng)該針對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境類型來進(jìn)行針對性的策略頒布，從而強化該地區(qū)固體廢物的監(jiān)測質(zhì)量。比如在我國的山西地區(qū)，其煤礦生產(chǎn)以及金屬冶煉企業(yè)較多，所以就可以針對化工固體廢物進(jìn)行針對性的檢測。

4.2 實現(xiàn)機械化檢測

傳統(tǒng)固體廢物檢測需要耗費大量的人力物力，比如需要實體進(jìn)行實地安裝，以保證檢測質(zhì)量。而在現(xiàn)階段的固體廢物檢測中，就需要盡可能地實現(xiàn)機械化檢測，從而降低人力的操作成本[7]。同時，機械化檢測的數(shù)據(jù)精度更高且檢測頻率也能夠保持在一定水平。比如在水體固體廢物檢測中，其自動化檢測就能夠詳細(xì)分析水體中固體廢物以及其擴(kuò)散物的濃度，這也為后期處理計劃的制定做好了支持。同時，機械化與自動化的關(guān)聯(lián)度較強，所以機械化也能夠為智能化檢測提供一定的基 礎(chǔ)[8]。

4.3 構(gòu)建數(shù)據(jù)共享體系

一般情況下，一對一的固體廢物監(jiān)測的成本控制十分困難，其檢測結(jié)果也很難達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。所以相關(guān)部門應(yīng)該呼吁企業(yè)以及當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)部門實現(xiàn)數(shù)據(jù)共通，并構(gòu)建廢棄物數(shù)據(jù)庫，從而形成專門的數(shù)據(jù)管理體系。而從另一方面來看，數(shù)據(jù)共享體系能夠為檢測系統(tǒng)的智能化與自動化做好基礎(chǔ)，從而降低后期的處理壓力。

4.4 努力降低固體污染物的檢測壓力

4.4.1 加大相關(guān)的環(huán)境宣傳

從上述數(shù)據(jù)可以看出，生活垃圾所帶來的固體廢棄物占比相對較大，而此方面的固體廢棄物檢測成本也會較高。因此，當(dāng)?shù)卣梢試L試加強相關(guān)的環(huán)境宣傳，以提高該地居民的環(huán)保意識來降低固體污染物的檢測壓力。比如可以定期進(jìn)行環(huán)保意識教育，并開展公益活動來使民眾能夠擁有較好的固體廢棄物認(rèn)知。而對于農(nóng)村來講，這更需要提高環(huán)保宣傳力度，并盡可能地降低秸稈焚燒等導(dǎo)致固體污染物檢測難度增大問題的出現(xiàn)。

4.4.2 優(yōu)化生產(chǎn)過程

在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)工作人員就可以及時安裝小型的污染廢棄物檢測設(shè)備來降低后期整體污染檢測的壓力，比如在金屬冶煉中，就可以在生成物的各部分進(jìn)行傳感器安裝，并將數(shù)據(jù)匯總至相關(guān)檢測設(shè)備中。當(dāng)然，生產(chǎn)過程的優(yōu)化也能夠大大降低非必要部分的固體污染物檢測要求，這樣能夠間接使檢測資源得以集中[9]。

4.5 應(yīng)用先進(jìn)的固體廢物監(jiān)測技術(shù)

4.5.1 衛(wèi)星位置定位

在這幾年，我國衛(wèi)星定位精度不斷增加，也開始逐漸應(yīng)用至固體廢物的檢測當(dāng)中。比如在2019年的環(huán)境保護(hù)行動中，環(huán)境檢測人員通過利用無人機、衛(wèi)星等設(shè)備實現(xiàn)了固體廢棄物的動態(tài)檢測。而在此次行動中，監(jiān)測人員也充分利用了衛(wèi)星定位的精準(zhǔn)、高頻、高覆蓋面積的特點，從而實現(xiàn)了固體廢物的精確打擊[10]。除了單一的衛(wèi)星定位以外，衛(wèi)星輔助監(jiān)測模式，也可以幫助監(jiān)測人員構(gòu)建全方位的立體監(jiān)測系統(tǒng)。比如能夠及時發(fā)現(xiàn)固體廢物的非法處理行為，從而為及時阻止做好技術(shù)支持。比如在秸稈焚燒中，人工看管需要耗費大量的成本，而衛(wèi)星就可以對焚燒位置進(jìn)行精確定位，并最大程度地降低人力資源的消耗。同時，衛(wèi)星定位還可以實現(xiàn)自動化的定位、導(dǎo)航、拍照、傳輸功能，從而實現(xiàn)360度的無死角檢測。

不過，衛(wèi)星定位的精度相對較差，只能滿足于大型固體廢物的動態(tài)檢測，而對于小型的固體廢物，則只能起到輔助設(shè)備的引導(dǎo)、數(shù)據(jù)收集以及定位功能。而智能化以及全自動的建設(shè)行為也必須依靠已有的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行支持，所以要盡可能地提升數(shù)據(jù)庫的信息容量。當(dāng)然，衛(wèi)星本身并不具備數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，所以其基礎(chǔ)功能實現(xiàn)還需要對應(yīng)傳感器的使用。因此，對衛(wèi)星技術(shù)來講，還是需要有更多的技術(shù)支持，以便于使其能夠應(yīng)用至更多的檢測行為中。

4.5.2 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)主要是通過遠(yuǎn)距離非接觸的方式，利用目標(biāo)物質(zhì)的具體性質(zhì)來對物體的本質(zhì)檢測。在分類上，現(xiàn)在遙感技術(shù)又分為紅外遙感技術(shù)以及反射紅外遙感技術(shù)?？梢灶A(yù)見的是，在未來的固體廢棄物檢測中，這將成為檢測的主要方式。實際上在現(xiàn)階段的環(huán)境檢測中，遙感技術(shù)就發(fā)揮出了巨大作用。比如在大氣污染中，遙感技術(shù)就能夠利用其大范圍的監(jiān)測面積來對擴(kuò)散性較強的固體廢棄物進(jìn)行集中檢測[11]。檢測中，遙感技術(shù)還能夠利用其自身性質(zhì)來對固體廢棄物的擴(kuò)散范圍、擴(kuò)散條件以及擴(kuò)散后狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而為后期的固體廢棄物處理做好準(zhǔn)備。而在土壤固體廢棄物的處理中，遙感數(shù)據(jù)可以對土壤類型以及固定時間內(nèi)的地質(zhì)變化情況進(jìn)行分析，從而推算出該范圍內(nèi)的土壤變化情況。而在土壤中的固體垃圾，也能夠通過此項技術(shù)來進(jìn)行分析。而另一方面，遙感技術(shù)還可以直接與GPS定位系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合工作，從而實現(xiàn)自動定向式的區(qū)域分析。不過該項技術(shù)的穩(wěn)定性還相對較差，所以還需要一定的研發(fā)時間進(jìn)行技術(shù)優(yōu)化。

4.5.3 便攜式氣質(zhì)聯(lián)用儀

在21世紀(jì)初，便攜式氣質(zhì)聯(lián)用儀主要應(yīng)用于急性的環(huán)境污染事件中，其主要功能是對揮發(fā)性有機物進(jìn)行收集。因為部分固體廢棄物本身就具有強烈的揮發(fā)性，所以也會用到便攜式氣質(zhì)聯(lián)用儀進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測。與傳統(tǒng)檢測模式相比，便攜式氣質(zhì)聯(lián)用儀能夠直接用于現(xiàn)場，其精度處理也能夠達(dá)到相關(guān)要求。另外，便攜式氣質(zhì)聯(lián)用儀的使用場景非常廣泛，其靈活的探頭以及空氣凈化系統(tǒng)能夠滿足大部分區(qū)域的固體廢棄物的影響分析。而其本身所攜帶的 Survey模式也能夠快速進(jìn)行質(zhì)譜掃描，從而迅速確定固體廢棄物的揮發(fā)程度以及危害風(fēng)險。最重要的是，便攜式氣質(zhì)聯(lián)用儀的便攜性相對較強，能夠進(jìn)行快速的位置切換。而在2020年初，部分發(fā)達(dá)國家對便攜式氣質(zhì)聯(lián)用儀的體積進(jìn)行了優(yōu)化，這使得其探頭部分能夠直接而用于中型無人機中，從而實現(xiàn)與GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的聯(lián)合作業(yè)[12]。當(dāng)然，便攜式氣質(zhì)聯(lián)用儀的成本相對較低，也能夠布置于大部分的工業(yè)生產(chǎn)場所，從而對其污染區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測。

4.5.4 數(shù)據(jù)分析技術(shù)

從主觀意向上來看，大部分的固體污染物監(jiān)測都會運用數(shù)據(jù)分析技術(shù)。但實際上，上述的數(shù)據(jù)分析主要是對固體污染物的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而得到相關(guān)的結(jié)果數(shù)據(jù)。而數(shù)據(jù)分析技術(shù)則是以數(shù)據(jù)分析為主體，通過分析能力來實現(xiàn)污染物的定點監(jiān)控。在該技術(shù)的應(yīng)用中，GPS技術(shù)的定位精度也能夠得到大大提升，而遙感技術(shù)本身的數(shù)據(jù)優(yōu)勢也能夠應(yīng)用于其他的檢測技術(shù)中，從而發(fā)揮出更多作用。可以說數(shù)據(jù)分析技術(shù)是固體廢物檢測技術(shù)的大腦，并能夠控制其他子項技術(shù)來輔助進(jìn)行工作。

4.5.5 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)主要針對的是該區(qū)域的土壤、地面以及地面上空固定范圍內(nèi)的信息收集，在該系統(tǒng)的應(yīng)用下，監(jiān)測人員能夠快速對固體污染物的擴(kuò)散范圍、擴(kuò)散距離進(jìn)行估計，從而實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的定向追蹤。在與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)結(jié)合后，能夠分析該區(qū)域的環(huán)境異常部分，并實現(xiàn)定點的固體污染物追蹤。同時，地面信息系統(tǒng)也可以利用其自身優(yōu)勢實現(xiàn)固體污染物的提前干預(yù)。比如利用地面信息系統(tǒng)可以提前計算出固體污染物的傳播途徑以及在環(huán)境脆弱區(qū)域的聚集情況。另外，地理信息系統(tǒng)也可以與GPS系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、遙感技術(shù)形成立體的檢測圈，從而進(jìn)一步擴(kuò)大圈內(nèi)各系統(tǒng)的監(jiān)測效果。

5 結(jié)語

環(huán)境固體廢棄物的包含概念較大，除了土壤固體廢棄物監(jiān)測外，還牽扯到水體固體廢棄物檢測、空氣固體廢棄物檢測，甚至是大氣固體廢棄物的檢測中。而隨著技術(shù)的發(fā)展，未來固體廢棄物的檢測技術(shù)也能夠更加完善，甚至可以實現(xiàn)全方位無死角的監(jiān)控。但同時，國家也應(yīng)該制定相關(guān)的政策來降低固體廢棄物的出現(xiàn)概率，以便于從源頭上降低固體廢棄物的檢測需求。