《固體廢物玻璃化處理產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物用于混凝土路

面骨料的重金屬浸出程序》

(征求意見稿)

團體標準編制說明

標準起草組

2023年11月

(一)工作簡況

1．任務來源

隨著無廢城市建設的進行，高溫熔融已逐漸成為固體廢物特別是危險

廢物的安全處置技術之一，目前我國已有多家企業(yè)利用等離子體、電熔融

爐以及回轉窯等手段實現(xiàn)了廢物的玻璃化，取得了較好的經濟、社會和環(huán)

境效益。2022年7月1日，《固體廢物玻璃化處理產物技術要求GB/T

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

玻璃化處理產物的評價指標和檢測方法，但對于玻璃化處理產物制備的不

同資源化產品，尚無環(huán)境安全評價方法。因此，本標準針對玻璃化處理產

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，對玻璃化處理產物的資源化利用和環(huán)境風險評價具有重要意義。

2．主要工作過程

（1）前期準備階段

2021年5月至2023年3月，調研國內外現(xiàn)有重金屬浸出標準，探明

不用場景下重金屬的暴露途徑以及浸出參數(shù)的設置方法。以有機危廢焚燒

灰渣高溫熔融后得到的玻璃態(tài)渣為研究對象，分別進行了半動態(tài)浸出實驗

和本標準擬定的浸出實驗，通過比較重金屬的浸出量，驗證本標準擬定的

浸出實驗的合理性。

（2）起草階段

根據(jù)前期調研情況，2023年3月至2023年6月完成標準草稿。

（3）征求意見階段

根據(jù)立項會專家意見以及前期調研情況，2023年6月-11月完成征求

意見稿，并向公眾征求意見。

(二)國家標準編制原則和確定國家標準主要內容

1．編制原則

為建立固體廢物玻璃化處理產物作為水泥混凝土骨料的環(huán)境安全評

價體系，制定本標準。編制過程遵循以下原則：

（1）本標準根據(jù)《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和

起草規(guī)則》GB/T1.1-2020的規(guī)定編寫；

（2）尊重科學，客觀規(guī)范；

（3）查閱規(guī)范，體系統(tǒng)一；

（4）適應實際，眼光前瞻；

2．主要內容說明

本標準的主要內容包括術語與定義、材料和設備和操作步驟。

（1）范圍

本標準規(guī)定了水泥混凝土可浸出重金屬的浸出程序。本標準適用于固

體廢物玻璃化處理產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

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構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規(guī)范

GB/T6682分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法

GB/T41015-2021固體廢物玻璃化處理產物技術要求

GB/T50081-2019混凝土物理力學性能試驗方法標準

GB/T50107-2010混凝土強度檢驗評定標準

GB/T50080-2016普通混凝土拌合物性能試驗方法標準

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采用半動態(tài)罐浸法測定單片或壓實顆粒材料組分的傳質

速率

NEN7341顆粒材料浸出行為的測定：有效性實驗

GB/T14684-2011建設用砂

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計規(guī)范

JGJ/T240-2011再生骨料應用技術規(guī)程

GB/T25176-2010混凝土和砂漿用再生細骨料

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建筑給水排水設計規(guī)范

JTG/TF30-2014公路水泥混凝土路面施工技術細則

（3）術語與定義

玻璃化處理產物vitrificationproduct

玻璃化處理產物是需要首先界定的術語，以明確本標準的使用對象，

“玻璃化處理產物”的定義引自《固體廢物玻璃化處理產物技術要求

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，然后冷卻形成的具有無定形結構的固化物?！?/p>

骨料aggregate

骨料作為玻璃化產物制備的資源化產品，也需對其加以界定，“骨料”

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

再生細骨料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的顆粒稱為細骨料。”

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：“樣品經浸出實驗后，可溶解在浸出液中的重金屬?！?/p>

（4）操作步驟

目前國內外的重金屬浸出標準中，按浸出方法大致可以分為兩類，一

類屬于半動態(tài)浸出，如美國標準EPA1315，浸出周期為64d；另一類屬于

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

兩類，一類為封閉式的震蕩實驗，如HJ/T300、HJ/T299和HJ/T557等；

另一類為開放式的定pH滴定實驗，如GB/T30810和荷蘭標準NEN7341。

考慮到實驗周期及可操作性，本標準選用封閉式的震蕩實驗作為重金屬的

浸出方法，具體原因及浸出參數(shù)的選擇將在下文中詳細敘述。

(三)主要試驗(或驗證)的分析、綜述報告，技術經濟論證，預期的經

濟效果

浸出液類型的選擇

當玻璃化處理產物作為水泥混凝土路面骨料時，重金屬的暴露途徑主

要來自于酸雨沉降導致的溶出，因此本標準選擇的浸出液為硫酸和硝酸。

另外根據(jù)中國生態(tài)環(huán)境狀況公報的數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果（表1），取2016-2021年

降水pH最低值分布的95%單側置信下限為浸出液的pH，即4.32。另外陰

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

2--

綜上本標準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和陰離子當量濃度

陰離子當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

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

計規(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)技術要求5.3.2中的內容，玻璃化處理產物用作替代材料生產的

混凝土僅限用于C35即以下等級混凝土生產。而C35以下等級的混凝土對

應的彎拉強度＜4.0MPa（表2），對應的交通荷載等級為輕（表3）。輕等級

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

設，取路面厚度為180mm。

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

彎拉強度（MPa）1.52.02.53.03.54.04.5

抗壓強度（MPa）7111520253036

表3水泥混凝土彎拉強度標準值（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度標準值≥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的公路等級為三、四級，

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

年。根據(jù)實際調研，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可靠度設計標準（JTGD40-2011,表3.0.1）

公路等級三級四級

安全等級三級

設計基準期（a）1510

目標可靠度（%）8070

目標可靠指標0.840.52

2.9m/a1000kg/m320.115a1m

綜上，本標準中的液固比為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

封閉式的振蕩實驗和開放式的定pH滴定實驗的區(qū)別主要在于兩種實

驗能提供的H+數(shù)目不同，振蕩實驗中，H+的數(shù)量是確定的，例如在本標準

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

10mol4.32/L11L/kg1000=0.526mmol/kg。對于定pH滴定實驗，與單位質量

樣品反應的最大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，滴定終點為4.32，初始樣品質量為10g，由滴加量可

以計算得到與單位質量樣品反應的H+數(shù)量平均為273.24mmol/kg，H+的消

耗量約為振蕩實驗的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），與試樣反應的

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

的振蕩實驗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物技術要求GB/T41015-2021》

中，玻璃化產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分析，目前的浸出限值

設定從產品本身出發(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)對各種水泥產品的模擬實驗，確定各重金屬

元素的浸出率；3.根據(jù)下式計算重金屬的浸出率

DSm

Aii1)

iV1000100

式中，下角標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表示進行浸出實驗時稱取的樣品干

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，因次本標準從環(huán)境影響的角度出發(fā)，對浸出限值的取值進行了

分析。當以玻璃化處理產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，從路面溶出后進入土壤，最終匯

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

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

屬總量的關系為

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

假設不利條件下，地下水中的重金屬濃度剛好達標，達標濃度為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標，則必須使A1≤C，因此在

在制定浸出限值時，無需考慮Q1和Q2的關系，即重金屬溶出液的總體積

與地下水總體積的關系，需要考慮的是在重金屬溶出液流經土壤層的過程

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)設定

為30倍，而在本標準中稀釋倍數(shù)選取50倍，基準為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)采用國際標準和國外先進標準的程度，以及與國際、國外同類標

準水平的對比情況，或與測試的國外樣品、樣機的有關數(shù)據(jù)對比情況

USEPA1315實驗方法是通過半動態(tài)池浸出法研究整塊物料中組分的

傳質速率，其通過64天的浸出實驗得到重金屬浸出濃度和時間的關系，結

合理論模型進行線性擬合，預測被測材料在長時間尺度下重金屬的釋放規(guī)

律，因此，分別通過USEPA1315實驗和本標準擬定的浸出方法分別對混

凝土試塊進行浸出，探究加速浸出實驗后重金屬的釋放量與半動態(tài)長期浸

出實驗重金屬釋放量的差異。半動態(tài)浸出實驗不同重金屬浸出量對數(shù)與浸

出時間對數(shù)的關系如圖2所示。通過圖2中線性擬合得到的公式，可以預

測重金屬在長時間尺度下的浸出量，預測的重金屬浸出量和本標準浸出實

驗重金屬的浸出量對比如圖3所示。

(a)Cr(b)Mn