《固體廢物玻璃化處理產(chǎn)物用于混凝土路面骨料的重金屬浸出程序》編制說明

《固體廢物玻璃化處理產(chǎn)物用于混凝土路

面骨料的重金屬浸出程序》

(征求意見稿)

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編制說明

標(biāo)準(zhǔn)起草組

2023年11月

(一)工作簡況

1．任務(wù)來源

隨著無廢城市建設(shè)的進(jìn)行，高溫熔融已逐漸成為固體廢物特別是危險(xiǎn)

廢物的安全處置技術(shù)之一，目前我國已有多家企業(yè)利用等離子體、電熔融

爐以及回轉(zhuǎn)窯等手段實(shí)現(xiàn)了廢物的玻璃化，取得了較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)

境效益。2022年7月1日，《固體廢物玻璃化處理產(chǎn)物技術(shù)要求GB/T

41015-2021》（下稱“技術(shù)要求”）正式實(shí)施，技術(shù)要求中規(guī)定了固體廢物

玻璃化處理產(chǎn)物的評價(jià)指標(biāo)和檢測方法，但對于玻璃化處理產(chǎn)物制備的不

同資源化產(chǎn)品，尚無環(huán)境安全評價(jià)方法。因此，本標(biāo)準(zhǔn)針對玻璃化處理產(chǎn)

物制備的水泥混凝土路面骨料的浸出毒性和暴露途徑，提出適宜的重金屬

浸出方法，對玻璃化處理產(chǎn)物的資源化利用和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)具有重要意義。

2．主要工作過程

（1）前期準(zhǔn)備階段

2021年5月至2023年3月，調(diào)研國內(nèi)外現(xiàn)有重金屬浸出標(biāo)準(zhǔn)，探明

不用場景下重金屬的暴露途徑以及浸出參數(shù)的設(shè)置方法。以有機(jī)危廢焚燒

灰渣高溫熔融后得到的玻璃態(tài)渣為研究對象，分別進(jìn)行了半動(dòng)態(tài)浸出實(shí)驗(yàn)

和本標(biāo)準(zhǔn)擬定的浸出實(shí)驗(yàn)，通過比較重金屬的浸出量，驗(yàn)證本標(biāo)準(zhǔn)擬定的

浸出實(shí)驗(yàn)的合理性。

（2）起草階段

根據(jù)前期調(diào)研情況，2023年3月至2023年6月完成標(biāo)準(zhǔn)草稿。

（3）征求意見階段

根據(jù)立項(xiàng)會(huì)專家意見以及前期調(diào)研情況，2023年6月-11月完成征求

意見稿，并向公眾征求意見。

(二)國家標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定國家標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容

1．編制原則

為建立固體廢物玻璃化處理產(chǎn)物作為水泥混凝土骨料的環(huán)境安全評

價(jià)體系，制定本標(biāo)準(zhǔn)。編制過程遵循以下原則：

（1）本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和

起草規(guī)則》GB/T1.1-2020的規(guī)定編寫；

（2）尊重科學(xué)，客觀規(guī)范；

（3）查閱規(guī)范，體系統(tǒng)一；

（4）適應(yīng)實(shí)際，眼光前瞻；

2．主要內(nèi)容說明

本標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容包括術(shù)語與定義、材料和設(shè)備和操作步驟。

（1）范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水泥混凝土可浸出重金屬的浸出程序。本標(biāo)準(zhǔn)適用于固

體廢物玻璃化處理產(chǎn)物作為水泥混凝土路面骨料中可浸出重金屬含量的

測定。

（2）規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的

條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不

注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB30760-2014水泥窯協(xié)同處置固體廢物技術(shù)規(guī)范

GB/T6682分析實(shí)驗(yàn)室用水規(guī)格和試驗(yàn)方法

GB/T41015-2021固體廢物玻璃化處理產(chǎn)物技術(shù)要求

GB/T50081-2019混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

GB/T50107-2010混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)

GB/T50080-2016普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

HJ781-2016固體廢物22種金屬元素的測定電感耦合等離子體發(fā)射

光譜法

USEPA1315采用半動(dòng)態(tài)罐浸法測定單片或壓實(shí)顆粒材料組分的傳質(zhì)

速率

NEN7341顆粒材料浸出行為的測定：有效性實(shí)驗(yàn)

GB/T14684-2011建設(shè)用砂

HJ/T300-2007固體廢物浸出毒性浸出方法醋酸緩沖溶液法

HJ/T299-2007固體廢物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸發(fā)

JTGD40-2011公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范

JGJ/T240-2011再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程

GB/T25176-2010混凝土和砂漿用再生細(xì)骨料

GB/T25177-2010混凝土用再生粗骨料

GB/T30810-2014水泥膠砂中可浸出重金屬的測定方法

GB/T50015-2019建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范

JTG/TF30-2014公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細(xì)則

（3）術(shù)語與定義

玻璃化處理產(chǎn)物vitrificationproduct

玻璃化處理產(chǎn)物是需要首先界定的術(shù)語，以明確本標(biāo)準(zhǔn)的使用對象，

“玻璃化處理產(chǎn)物”的定義引自《固體廢物玻璃化處理產(chǎn)物技術(shù)要求

GB/T41015-2021》，即：“將固體廢物與一定的熔劑和助劑混合，在高溫條

件下形成均勻的熔融態(tài)物質(zhì)，然后冷卻形成的具有無定形結(jié)構(gòu)的固化物?！?/p>

骨料aggregate

骨料作為玻璃化產(chǎn)物制備的資源化產(chǎn)品，也需對其加以界定，“骨料”

的定義參考《再生骨料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程JGJ/T240-2011》、《混凝土和砂漿用

再生細(xì)骨料GB/T25176-2010》和《混凝土用再生粗骨料GB/T25177-

2010》，即：“用于配制混凝土或砂漿的粒裝松散材料，其中粒徑大于4.75mm

的顆粒稱為粗骨料，粒徑不大于4.75mm的顆粒稱為細(xì)骨料?！?/p>

可浸出重金屬leachableheavymetals

可浸出重金屬的定義引自《水泥膠砂中可浸出重金屬的測定方法

GB/T30810-2014》，即：“樣品經(jīng)浸出實(shí)驗(yàn)后，可溶解在浸出液中的重金屬?！?/p>

（4）操作步驟

目前國內(nèi)外的重金屬浸出標(biāo)準(zhǔn)中，按浸出方法大致可以分為兩類，一

類屬于半動(dòng)態(tài)浸出，如美國標(biāo)準(zhǔn)EPA1315，浸出周期為64d；另一類屬于

靜態(tài)浸出實(shí)驗(yàn)，浸出周期較短，一般在24h之內(nèi)。其中靜態(tài)浸出又可分為

兩類，一類為封閉式的震蕩實(shí)驗(yàn)，如HJ/T300、HJ/T299和HJ/T557等；

另一類為開放式的定pH滴定實(shí)驗(yàn)，如GB/T30810和荷蘭標(biāo)準(zhǔn)NEN7341。

考慮到實(shí)驗(yàn)周期及可操作性，本標(biāo)準(zhǔn)選用封閉式的震蕩實(shí)驗(yàn)作為重金屬的

浸出方法，具體原因及浸出參數(shù)的選擇將在下文中詳細(xì)敘述。

(三)主要試驗(yàn)(或驗(yàn)證)的分析、綜述報(bào)告，技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，預(yù)期的經(jīng)

濟(jì)效果

浸出液類型的選擇

當(dāng)玻璃化處理產(chǎn)物作為水泥混凝土路面骨料時(shí)，重金屬的暴露途徑主

要來自于酸雨沉降導(dǎo)致的溶出，因此本標(biāo)準(zhǔn)選擇的浸出液為硫酸和硝酸。

另外根據(jù)中國生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表1），取2016-2021年

降水pH最低值分布的95%單側(cè)置信下限為浸出液的pH，即4.32。另外陰

離子的當(dāng)量濃度換算可以發(fā)現(xiàn)降水中硫酸根和硝酸根的摩爾濃度之比≈1。

2--

綜上本標(biāo)準(zhǔn)選擇的浸出液類型為摩爾濃度之比（SO4/NO3）為1:1的硫酸和

硝酸，且pH=4.32。

表12016-2021年我國降水pH和陰離子當(dāng)量濃度

陰離子當(dāng)量濃度摩爾濃度摩爾濃度之比

年份降水pH

2--2--2--

SO4NO3SO4NO3（SO4/NO3)

20214.79~8.2518.77.79.357.71.21

20204.39~8.4318.29.59.19.50.96

20194.22~8.5618.99.79.459.70.97

20184.34~8.2419.99.59.959.51.05

20174.42~8.1821.1910.5591.17

20164.1~8.122.58.711.258.71.29

液固比的選擇

液固比的計(jì)算方式如下，取雨水的密度為1kg/L。降水量根據(jù)中國統(tǒng)

計(jì)年鑒中的數(shù)據(jù)，取我國每年降水量最大值分布95%的置信上限為最不利

條件假設(shè)下的降水量，即2900mm。滲透率的取值根據(jù)《建筑給水排水設(shè)

計(jì)規(guī)范GB50015-2019》中表5.3.13中的數(shù)值，混凝土和瀝青路面的徑流

系數(shù)為0.9，因此滲透率取值為0.1。

根據(jù)技術(shù)要求5.3.2中的內(nèi)容，玻璃化處理產(chǎn)物用作替代材料生產(chǎn)的

混凝土僅限用于C35即以下等級混凝土生產(chǎn)。而C35以下等級的混凝土對

應(yīng)的彎拉強(qiáng)度＜4.0MPa（表2），對應(yīng)的交通荷載等級為輕（表3）。輕等級

交通荷載的公路對應(yīng)的面層厚度為180-220mm（表4），依據(jù)最不利條件假

設(shè)，取路面厚度為180mm。

表2水泥混凝土抗壓強(qiáng)度和彎拉強(qiáng)度（JTGD40-2011,表E.0.3-1）

彎拉強(qiáng)度（MPa）1.52.02.53.03.54.04.5

抗壓強(qiáng)度（MPa）7111520253036

表3水泥混凝土彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值（JTGD40-2011，表3.0.8）

交通荷載等級極重、特重、重中等輕

水泥混凝土的彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值≥5.04.54.0

（MPa）

表4水泥混凝土面層厚度的參考范圍（JTGD40-2011,表4-3）

交通荷載等級輕

公路等級三、四級

變異水平等級高中

面層厚度220-190210-180

另外由表4可知，輕交通荷載等級的公路對應(yīng)的公路等級為三、四級，

對應(yīng)的路面使用年限為10-15年（表5），依據(jù)最不利假設(shè)，浸出時(shí)間取15

年。根據(jù)實(shí)際調(diào)研，混凝土的密度一般為2300-2500kg/m3，混凝土的密度

取值為2300kg/m3。

表5可靠度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（JTGD40-2011,表3.0.1）

公路等級三級四級

安全等級三級

設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期（a）1510

目標(biāo)可靠度（%）8070

目標(biāo)可靠指標(biāo)0.840.52

2.9m/a1000kg/m320.115a1m

綜上，本標(biāo)準(zhǔn)中的液固比為10.51，

0.18m2300kg/m321m

考慮最不利的情況，向上取整為11。

浸出方法的選擇

封閉式的振蕩實(shí)驗(yàn)和開放式的定pH滴定實(shí)驗(yàn)的區(qū)別主要在于兩種實(shí)

驗(yàn)?zāi)芴峁┑腍+數(shù)目不同，振蕩實(shí)驗(yàn)中，H+的數(shù)量是確定的，例如在本標(biāo)準(zhǔn)

中液固比11，浸取液的pH=4.32，與單位質(zhì)量樣品反應(yīng)的最大H+數(shù)量為

10mol4.32/L11L/kg1000=0.526mmol/kg。對于定pH滴定實(shí)驗(yàn)，與單位質(zhì)量

樣品反應(yīng)的最大H+數(shù)量取決于樣品的酸中和能力。表6展示了兩種級配方

案（級配方案參考JTG/TF30-2014，如圖1所示）的試塊樣品采用定pH

2--

滴定方法測定的樣品酸中和容量，滴定液為0.05M的摩爾濃度比（SO4/NO3）

為1:1的硫酸和硝酸，滴定終點(diǎn)為4.32，初始樣品質(zhì)量為10g，由滴加量可

以計(jì)算得到與單位質(zhì)量樣品反應(yīng)的H+數(shù)量平均為273.24mmol/kg，H+的消

耗量約為振蕩實(shí)驗(yàn)的520倍。因此，即使在最不利的浸出場景下（試樣連

續(xù)15年受到年降水量為2900mm的pH=4.32的酸雨浸瀝），與試樣反應(yīng)的

H+的數(shù)量也遠(yuǎn)不足以將其酸中和能力完全消耗，所以本標(biāo)準(zhǔn)擬采用封閉式

的振蕩實(shí)驗(yàn)作為可浸出重金屬的檢測方法。

表6樣品酸中和容量的測定

級配方案酸滴加量/mL反應(yīng)的H+（mmol/kg）

方案157.502287.51

方案251.794258.97

圖1級配方案

浸出限值的確定

在目前施行的《固體廢物玻璃化處理產(chǎn)物技術(shù)要求GB/T41015-2021》

中，玻璃化產(chǎn)物在酸浸出場景下的浸出限值參考《水泥窯協(xié)同處置固體廢

物技術(shù)規(guī)范GB30760-2014》中水泥熟料可浸出重金屬含量限值

（GB70760-2014表3）。從浸出限值制定的方法學(xué)分析，目前的浸出限值

設(shè)定從產(chǎn)品本身出發(fā)，根據(jù)其最大釋放量制訂，主要的步驟如下：1.基于

瑞士環(huán)境、森林與地形局頒布的《水泥廠處置廢物導(dǎo)則》確定了水泥熟料

中重金屬含量的限值；2.根據(jù)對各種水泥產(chǎn)品的模擬實(shí)驗(yàn)，確定各重金屬

元素的浸出率；3.根據(jù)下式計(jì)算重金屬的浸出率

DSm

Aii1)

iV1000100

式中，下角標(biāo)i表示不同的重金屬元素；Ai表示第i種重金屬元素的

浸出限值，單位mg/L；Di表示第i種重金屬的浸出率，%，由上述步驟中

2.確定；Si表示熟料中第i種重金屬含量，單位mg/kg，由上述步驟中1.確

定；V表示浸出液定容體積，為2L；m表示進(jìn)行浸出實(shí)驗(yàn)時(shí)稱取的樣品干

重，為10g。上述浸出限值的確定過程中，缺乏考慮浸出的重金屬量對環(huán)

境的影響，因次本標(biāo)準(zhǔn)從環(huán)境影響的角度出發(fā)，對浸出限值的取值進(jìn)行了

分析。當(dāng)以玻璃化處理產(chǎn)物為骨料的混凝土路面受到降雨淋瀝后，重金屬

溶出，溶出的濃度為A0，溶出體積為Q0，從路面溶出后進(jìn)入土壤，最終匯

入地下水，造成環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。匯入地下水前，由于土壤吸附和在土壤中的彌

散，此時(shí)重金屬的濃度變?yōu)榱薃1，總匯入地下水的體積變?yōu)镼1，此時(shí)重金

屬總量的關(guān)系為

AQ11

AA012)

Q0

式2)中，η表示土壤對重金屬的吸附系數(shù)，表示稀釋倍數(shù)，由土壤

吸附和彌散過程共同引起。該過程的示意如下圖所示。

圖2重金屬暴露途徑示意圖

假設(shè)地下水中重金屬濃度為A2，流量為Q2，則溶出液排入地下水后

重金屬濃度A等于：

AQAQAQQAAQAAQ

AA==11222121211213)

QQQQQQ2

121212

假設(shè)不利條件下，地下水中的重金屬濃度剛好達(dá)標(biāo)，達(dá)標(biāo)濃度為C，

即A2=C，則總濃度為

ACQ

A=C114)

QQ

12

因此，若想使重金屬溶出后水體也能達(dá)標(biāo)，則必須使A1≤C，因此在

在制定浸出限值時(shí)，無需考慮Q1和Q2的關(guān)系，即重金屬溶出液的總體積

與地下水總體積的關(guān)系，需要考慮的是在重金屬溶出液流經(jīng)土壤層的過程

中的吸附和彌散作用，即稀釋倍數(shù)。日本環(huán)告13號文件中，稀釋倍數(shù)設(shè)定

為30倍，而在本標(biāo)準(zhǔn)中稀釋倍數(shù)選取50倍，基準(zhǔn)為II類地下水中的重金

屬濃度限值，最終得到的浸出限值如表7所示。

表7混凝土路面可浸出重金屬含量限值

元素限值（mg/L）

As0.05

Pb0.25

Cd0.05

Cu2.5

Ni0.1

Zn25

Mn2

(四)采用國際標(biāo)準(zhǔn)和國外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的程度，以及與國際、國外同類標(biāo)

準(zhǔn)水平的對比情況，或與測試的國外樣品、樣機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)對比情況

USEPA1315實(shí)驗(yàn)方法是通過半動(dòng)態(tài)池浸出法研究整塊物料中組分的

傳質(zhì)速率，其通過64天的浸出實(shí)驗(yàn)得到重金屬浸出濃度和時(shí)間的關(guān)系，結(jié)

合理論模型進(jìn)行線性擬合，預(yù)測被測材料在長時(shí)間尺度下重金屬的釋放規(guī)

律，因此，分別通過USEPA1315實(shí)驗(yàn)和本標(biāo)準(zhǔn)擬定的浸出方法分別對混

凝土試塊進(jìn)行浸出，探究加速浸出實(shí)驗(yàn)后重金屬的釋放量與半動(dòng)態(tài)長期浸

出實(shí)驗(yàn)重金屬釋放量的差異。半動(dòng)態(tài)浸出實(shí)驗(yàn)不同重金屬浸出量對數(shù)與浸

出時(shí)間對數(shù)的關(guān)系如圖2所示。通過圖2中線性擬合得到的公式，可以預(yù)

測重金屬在長時(shí)間尺度下的浸出量，預(yù)測的重金屬浸出量和本標(biāo)準(zhǔn)浸出實(shí)

驗(yàn)重金屬的浸出量對比如圖3所示。

(a)Cr(b)Mn