環境固體廢物的監測技術及其應用探析

翟文超，邱娟娟，尹誠悅

（山東省固體廢物和危險化學品污染防治中心，山東 濟南 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，隨著生產與技術的不斷優化，固體廢物的范圍也在不斷擴大，這也進一步加大了固體廢物的處理難度。另一方面，在國際環境壓力的影響下，我國也不得不將固體廢物的處理納入今后的工作生產中，這也使我國的生產壓力不斷增加。而針對這種情況，就需要新的環境監測技術來對固體廢物進行處理，從而實現綠色生產的終極目標。

1 現階段環境固體廢物的主要類型

在現代廢物的分類處理中，環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，但其處理優先度并不低。我國在2020年10月1日發布的《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。在管理方案中，政府部門嚴格規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行了處罰。在分類上，此項法律關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、采礦產生的一般固體廢棄物、食品飲料等行業產生的一般廢棄物、輕工建材等行業產生的一般廢棄物、金屬制造所產生的一般廢棄物以及特殊生產行業產生的一般廢棄物。在進行大項分類之后，管理部門又將其細分為40多個小項，以便于進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域，小到農業秸稈處理，大到尖端科技廢物，都有較為詳細的處理方法。而隨著科學的不斷發展，研究人員也發現了物質所蘊含的潛在風險，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，民眾的垃圾分類意識還普遍較低，所以很難實現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資源以及資金資源支持也開始出現短缺，這也使得大量生活垃圾無法及時進行處理。實際上，部分數據顯示，生活垃圾所造成的危害已經超過部分危險固體廢棄物。

2 環境固體廢物出現的主要原因

在現階段社會中，大部分固體環境廢棄物的出現都與人類活動有關，其相關性也主要分布在以下幾個層面：①人類本身的相關認知能力較低。在傳統環境固體廢物的認知中，大多數人都缺少對其的學習經歷，所以對固體廢棄物的認知程度也相對較差。②工業生產出現的廢料。受限于技術影響，即便大部分工藝工程都對其生產技術進行了優化，但固體廢料永遠達不到100%利用的程度，這也導致了大量工業固體廢棄物的出現。同時，不合格工業原料的使用也會大大增加工業廢棄固體物的產生量。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生，這樣也會對環境造成嚴重威脅。根據數據統計顯示，我國37%的固體廢料都是由于社會資源過度占有所導致。當然，除了人類活動以外，自然物的發展本身也會出固體廢物，但整體周期較長，對環境的影響相對較小。不過在人類進行相關活動后，此周期也開始被縮短，并逐漸對環境造成巨大影響[4]。

3 固體廢棄物的監測難點

3.1 固體廢物覆蓋范圍較廣

固體廢物的監測本身需要一定的設備作為支持，而在當代社會中，固體廢棄物產出范圍已經遠遠超過監測設備的覆蓋范圍。所以，相關部門并不能夠利用現有的資源來對固體廢物進行完全檢測。同時，已有的固體廢物也會對監測系統造成影響，并降低監測系統的數據精度。同時，部分監測設備屬于一次性消耗品，所以在固體廢物整體較多的背景中，進行全方位的監測成本基本上很難控制。

3.2 固體廢物的種類較多

在固體廢物監測中，監測人員需要根據固體廢物的種類進行監測行為調整，以方便對數據進行收集。比如在冶金固體廢物的處理中，就需要監測人員對污染物爆發點進行尋找，從而保證監測數據的準確。而在其他領域的固體廢物監測中，就需要更換全新的監測模式來適應該領域固體廢物的產生特點[5]。

3.3 自然環境對相關數據的影響極大

一般情況下，空氣暴露范圍較大的固體廢物監測系統會受自然環境的影響。依舊以冶金為例，普通狀態下的固體廢物監測系統與降雨狀態下的固體廢物監測系統數據相差有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散范圍，這也會增加檢測人員的分析難度。

3.4 相關的技術支持明顯不足

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散性較大，所以還需要對范圍內的物體濃度進行計算，這就需要相關檢測儀器有對應的功能支持。同時，部分固體廢棄物的分析時間較長，所以短時間內也很難實現相關數據的分析處理。如果固體廢棄物本身就有較強的擴散性，這還需要動態的監測設備進行物質追蹤。不過對于現代科學技術來講，基本上有很少國家能夠實現上述目標[6]。

4 環境固體廢物監測技術的主要應用策略

4.1 明確監測目標

20世紀末，我國針對固體廢物處理出臺了相關政策，比如《工業企業設計衛生標準》《工業廢渣檢驗方法》等等。但從現代角度上來看，上述相關政策的檢測目標較為模糊，這也很難保證固體廢棄物的監測實際情況。因此，中央政府應該及時對固體垃圾的判斷標準以及檢測方法進行更新，并結合世界已有的法律進行政策優化，從而明晰固體廢棄物的檢測目標，以便于將有限的檢測資源利用至檢測當中。而地方政府部門應該針對當地的環境類型來進行針對性的策略頒布，從而強化該地區固體廢物的監測質量。比如在我國的山西地區，其煤礦生產以及金屬冶煉企業較多，所以就可以針對化工固體廢物進行針對性的檢測。

4.2 實現機械化檢測

傳統固體廢物檢測需要耗費大量的人力物力，比如需要實體進行實地安裝，以保證檢測質量。而在現階段的固體廢物檢測中，就需要盡可能地實現機械化檢測，從而降低人力的操作成本[7]。同時，機械化檢測的數據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分析水體中固體廢物以及其擴散物的濃度，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聯度較強，所以機械化也能夠為智能化檢測提供一定的基 礎[8]。

4.3 構建數據共享體系

一般情況下，一對一的固體廢物監測的成本控制十分困難，其檢測結果也很難達到預期目標。所以相關部門應該呼吁企業以及當地環境保護部門實現數據共通，并構建廢棄物數據庫，從而形成專門的數據管理體系。而從另一方面來看，數據共享體系能夠為檢測系統的智能化與自動化做好基礎，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 加大相關的環境宣傳

從上述數據可以看出，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，當地政府可以嘗試加強相關的環境宣傳，以提高該地居民的環保意識來降低固體污染物的檢測壓力。比如可以定期進行環保意識教育，并開展公益活動來使民眾能夠擁有較好的固體廢棄物認知。而對于農村來講，這更需要提高環保宣傳力度，并盡可能地降低秸稈焚燒等導致固體污染物檢測難度增大問題的出現。

4.4.2 優化生產過程

在生產過程中，生產工作人員就可以及時安裝小型的污染廢棄物檢測設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行傳感器安裝，并將數據匯總至相關檢測設備中。當然，生產過程的優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 應用先進的固體廢物監測技術

4.5.1 衛星位置定位

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

不過，衛星定位的精度相對較差，只能滿足于大型固體廢物的動態檢測，而對于小型的固體廢物，則只能起到輔助設備的引導、數據收集以及定位功能。而智能化以及全自動的建設行為也必須依靠已有的數據庫進行支持，所以要盡可能地提升數據庫的信息容量。當然，衛星本身并不具備數據監測功能，所以其基礎功能實現還需要對應傳感器的使用。因此，對衛星技術來講，還是需要有更多的技術支持，以便于使其能夠應用至更多的檢測行為中。

4.5.2 遙感技術

遙感技術主要是通過遠距離非接觸的方式，利用目標物質的具體性質來對物體的本質檢測。在分類上，現在遙感技術又分為紅外遙感技術以及反射紅外遙感技術。可以預見的是，在未來的固體廢棄物檢測中，這將成為檢測的主要方式。實際上在現階段的環境檢測中，遙感技術就發揮出了巨大作用。比如在大氣污染中，遙感技術就能夠利用其大范圍的監測面積來對擴散性較強的固體廢棄物進行集中檢測[11]。檢測中，遙感技術還能夠利用其自身性質來對固體廢棄物的擴散范圍、擴散條件以及擴散后狀態進行數據分析，從而為后期的固體廢棄物處理做好準備。而在土壤固體廢棄物的處理中，遙感數據可以對土壤類型以及固定時間內的地質變化情況進行分析，從而推算出該范圍內的土壤變化情況。而在土壤中的固體垃圾，也能夠通過此項技術來進行分析。而另一方面，遙感技術還可以直接與GPS定位系統進行聯合工作，從而實現自動定向式的區域分析。不過該項技術的穩定性還相對較差，所以還需要一定的研發時間進行技術優化。

4.5.3 便攜式氣質聯用儀

在21世紀初，便攜式氣質聯用儀主要應用于急性的環境污染事件中，其主要功能是對揮發性有機物進行收集。因為部分固體廢棄物本身就具有強烈的揮發性，所以也會用到便攜式氣質聯用儀進行數據檢測。與傳統檢測模式相比，便攜式氣質聯用儀能夠直接用于現場，其精度處理也能夠達到相關要求。另外，便攜式氣質聯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能夠滿足大部分區域的固體廢棄物的影響分析。而其本身所攜帶的 Survey模式也能夠快速進行質譜掃描，從而迅速確定固體廢棄物的揮發程度以及危害風險。最重要的是，便攜式氣質聯用儀的便攜性相對較強，能夠進行快速的位置切換。而在2020年初，部分發達國家對便攜式氣質聯用儀的體積進行了優化，這使得其探頭部分能夠直接而用于中型無人機中，從而實現與GPS衛星定位系統的聯合作業[12]。當然，便攜式氣質聯用儀的成本相對較低，也能夠布置于大部分的工業生產場所，從而對其污染區域進行數據檢測。

4.5.4 數據分析技術

從主觀意向上來看，大部分的固體污染物監測都會運用數據分析技術。但實際上，上述的數據分析主要是對固體污染物的數據進行分析處理，從而得到相關的結果數據。而數據分析技術則是以數據分析為主體，通過分析能力來實現污染物的定點監控。在該技術的應用中，GPS技術的定位精度也能夠得到大大提升，而遙感技術本身的數據優勢也能夠應用于其他的檢測技術中，從而發揮出更多作用。可以說數據分析技術是固體廢物檢測技術的大腦，并能夠控制其他子項技術來輔助進行工作。

4.5.5 地理信息系統

地理信息系統主要針對的是該區域的土壤、地面以及地面上空固定范圍內的信息收集，在該系統的應用下，監測人員能夠快速對固體污染物的擴散范圍、擴散距離進行估計，從而實現一定范圍內的定向追蹤。在與數據分析系統結合后，能夠分析該區域的環境異常部分，并實現定點的固體污染物追蹤。同時，地面信息系統也可以利用其自身優勢實現固體污染物的提前干預。比如利用地面信息系統可以提前計算出固體污染物的傳播途徑以及在環境脆弱區域的聚集情況。另外，地理信息系統也可以與GPS系統、數據分析系統、遙感技術形成立體的檢測圈，從而進一步擴大圈內各系統的監測效果。

5 結語

環境固體廢棄物的包含概念較大，除了土壤固體廢棄物監測外，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。而隨著技術的發展，未來固體廢棄物的檢測技術也能夠更加完善，甚至可以實現全方位無死角的監控。但同時，國家也應該制定相關的政策來降低固體廢棄物的出現概率，以便于從源頭上降低固體廢棄物的檢測需求。