环境固体废物的监测技术及其应用探析

翟文超，邱娟娟，尹诚悦

（山东省固体废物和危险化学品污染防治中心，山东 济南 250117）

固体废物的处理难度较高，且处理成本也难以控制，因此对于大部分地区来讲，基本上都不具备大型固体废物的处理能力。同时，随着生产与技术的不断优化，固体废物的范围也在不断扩大，这也进一步加大了固体废物的处理难度。另一方面，在国际环境压力的影响下，我国也不得不将固体废物的处理纳入今后的工作生产中，这也使我国的生产压力不断增加。而针对这种情况，就需要新的环境监测技术来对固体废物进行处理，从而实现绿色生产的终极目标。

1 现阶段环境固体废物的主要类型

在现代废物的分类处理中，环境部门主要将固体废物分为三大类。为方便理解，本文将其总结在下方：

1.1 一般固体废弃物

一般固体废弃物的危害程度较小，但其处理优先度并不低。我国在2020年10月1日发布的《一般固体废弃物分类与代码》，并将其作为一般固体废弃物的处理依据。在管理方案中，政府部门严格规定了一般废弃物的包含范围，并对非法处理一般固体废弃物的行为进行了处罚。在分类上，此项法律关于一般废弃物的分类也更加明晰，比如将固体废弃物分为废弃资源、采矿产生的一般固体废弃物、食品饮料等行业产生的一般废弃物、轻工建材等行业产生的一般废弃物、金属制造所产生的一般废弃物以及特殊生产行业产生的一般废弃物。在进行大项分类之后，管理部门又将其细分为40多个小项，以便于进行一般固体废弃物的处理[1]。受限于文章篇幅影响，本文将不再一一列出。

1.2 危险固体废弃物

与一般固体废弃物相比，危险固体废弃物的危险程度会更高，其处理成本难度也会大大增加。在我国现行《国家危险废物名录》中，收录了近46大类的危险废弃物。而这46大类的危险废弃物几乎包含各个领域，小到农业秸秆处理，大到尖端科技废物，都有较为详细的处理方法。而随着科学的不断发展，研究人员也发现了物质所蕴含的潜在风险，这也使得越来越多的危险固体废弃物被纳入到收录名单中[2]。

1.3 生活垃圾

生活垃圾的包含范围更大，其对自然环境的影响也会更大。虽然我国大部分城市都实行了垃圾分类，但在部分地区，民众的垃圾分类意识还普遍较低，所以很难实现生活垃圾的正确处理。而另一方面，随着人口的不断增加，我国用于垃圾处理的基础资源以及资金资源支持也开始出现短缺，这也使得大量生活垃圾无法及时进行处理。实际上，部分数据显示，生活垃圾所造成的危害已经超过部分危险固体废弃物。

2 环境固体废物出现的主要原因

在现阶段社会中，大部分固体环境废弃物的出现都与人类活动有关，其相关性也主要分布在以下几个层面：①人类本身的相关认知能力较低。在传统环境固体废物的认知中，大多数人都缺少对其的学习经历，所以对固体废弃物的认知程度也相对较差。②工业生产出现的废料。受限于技术影响，即便大部分工艺工程都对其生产技术进行了优化，但固体废料永远达不到100%利用的程度，这也导致了大量工业固体废弃物的出现。同时，不合格工业原料的使用也会大大增加工业废弃固体物的产生量。③人类虚荣心。为满足自身虚荣心，部分群体会尝试占有更多的社会资源[3]。但同时工作的社会作用也意味着更多固体废料的产生，这样也会对环境造成严重威胁。根据数据统计显示，我国37%的固体废料都是由于社会资源过度占有所导致。当然，除了人类活动以外，自然物的发展本身也会出固体废物，但整体周期较长，对环境的影响相对较小。不过在人类进行相关活动后，此周期也开始被缩短，并逐渐对环境造成巨大影响[4]。

3 固体废弃物的监测难点

3.1 固体废物覆盖范围较广

固体废物的监测本身需要一定的设备作为支持，而在当代社会中，固体废弃物产出范围已经远远超过监测设备的覆盖范围。所以，相关部门并不能够利用现有的资源来对固体废物进行完全检测。同时，已有的固体废物也会对监测系统造成影响，并降低监测系统的数据精度。同时，部分监测设备属于一次性消耗品，所以在固体废物整体较多的背景中，进行全方位的监测成本基本上很难控制。

3.2 固体废物的种类较多

在固体废物监测中，监测人员需要根据固体废物的种类进行监测行为调整，以方便对数据进行收集。比如在冶金固体废物的处理中，就需要监测人员对污染物爆发点进行寻找，从而保证监测数据的准确。而在其他领域的固体废物监测中，就需要更换全新的监测模式来适应该领域固体废物的产生特点[5]。

3.3 自然环境对相关数据的影响极大

一般情况下，空气暴露范围较大的固体废物监测系统会受自然环境的影响。依旧以冶金为例，普通状态下的固体废物监测系统与降雨状态下的固体废物监测系统数据相差有8～9倍，这将大大影响检测人员对固体废物的浓度判断。同时，天气因素还会增加固体废弃物的扩散范围，这也会增加检测人员的分析难度。

3.4 相关的技术支持明显不足

首先，固体废弃物的体积大小相差极大，所以在小型固体废物的监测上，就需要较高精度的仪器支持。同时，小体积的固体废弃物的扩散性较大，所以还需要对范围内的物体浓度进行计算，这就需要相关检测仪器有对应的功能支持。同时，部分固体废弃物的分析时间较长，所以短时间内也很难实现相关数据的分析处理。如果固体废弃物本身就有较强的扩散性，这还需要动态的监测设备进行物质追踪。不过对于现代科学技术来讲，基本上有很少国家能够实现上述目标[6]。

4 环境固体废物监测技术的主要应用策略

4.1 明确监测目标

20世纪末，我国针对固体废物处理出台了相关政策，比如《工业企业设计卫生标准》《工业废渣检验方法》等等。但从现代角度上来看，上述相关政策的检测目标较为模糊，这也很难保证固体废弃物的监测实际情况。因此，中央政府应该及时对固体垃圾的判断标准以及检测方法进行更新，并结合世界已有的法律进行政策优化，从而明晰固体废弃物的检测目标，以便于将有限的检测资源利用至检测当中。而地方政府部门应该针对当地的环境类型来进行针对性的策略颁布，从而强化该地区固体废物的监测质量。比如在我国的山西地区，其煤矿生产以及金属冶炼企业较多，所以就可以针对化工固体废物进行针对性的检测。

4.2 实现机械化检测

传统固体废物检测需要耗费大量的人力物力，比如需要实体进行实地安装，以保证检测质量。而在现阶段的固体废物检测中，就需要尽可能地实现机械化检测，从而降低人力的操作成本[7]。同时，机械化检测的数据精度更高且检测频率也能够保持在一定水平。比如在水体固体废物检测中，其自动化检测就能够详细分析水体中固体废物以及其扩散物的浓度，这也为后期处理计划的制定做好了支持。同时，机械化与自动化的关联度较强，所以机械化也能够为智能化检测提供一定的基 础[8]。

4.3 构建数据共享体系

一般情况下，一对一的固体废物监测的成本控制十分困难，其检测结果也很难达到预期目标。所以相关部门应该呼吁企业以及当地环境保护部门实现数据共通，并构建废弃物数据库，从而形成专门的数据管理体系。而从另一方面来看，数据共享体系能够为检测系统的智能化与自动化做好基础，从而降低后期的处理压力。

4.4 努力降低固体污染物的检测压力

4.4.1 加大相关的环境宣传

从上述数据可以看出，生活垃圾所带来的固体废弃物占比相对较大，而此方面的固体废弃物检测成本也会较高。因此，当地政府可以尝试加强相关的环境宣传，以提高该地居民的环保意识来降低固体污染物的检测压力。比如可以定期进行环保意识教育，并开展公益活动来使民众能够拥有较好的固体废弃物认知。而对于农村来讲，这更需要提高环保宣传力度，并尽可能地降低秸秆焚烧等导致固体污染物检测难度增大问题的出现。

4.4.2 优化生产过程

在生产过程中，生产工作人员就可以及时安装小型的污染废弃物检测设备来降低后期整体污染检测的压力，比如在金属冶炼中，就可以在生成物的各部分进行传感器安装，并将数据汇总至相关检测设备中。当然，生产过程的优化也能够大大降低非必要部分的固体污染物检测要求，这样能够间接使检测资源得以集中[9]。

4.5 应用先进的固体废物监测技术

4.5.1 卫星位置定位

在这几年，我国卫星定位精度不断增加，也开始逐渐应用至固体废物的检测当中。比如在2019年的环境保护行动中，环境检测人员通过利用无人机、卫星等设备实现了固体废弃物的动态检测。而在此次行动中，监测人员也充分利用了卫星定位的精准、高频、高覆盖面积的特点，从而实现了固体废物的精确打击[10]。除了单一的卫星定位以外，卫星辅助监测模式，也可以帮助监测人员构建全方位的立体监测系统。比如能够及时发现固体废物的非法处理行为，从而为及时阻止做好技术支持。比如在秸秆焚烧中，人工看管需要耗费大量的成本，而卫星就可以对焚烧位置进行精确定位，并最大程度地降低人力资源的消耗。同时，卫星定位还可以实现自动化的定位、导航、拍照、传输功能，从而实现360度的无死角检测。

不过，卫星定位的精度相对较差，只能满足于大型固体废物的动态检测，而对于小型的固体废物，则只能起到辅助设备的引导、数据收集以及定位功能。而智能化以及全自动的建设行为也必须依靠已有的数据库进行支持，所以要尽可能地提升数据库的信息容量。当然，卫星本身并不具备数据监测功能，所以其基础功能实现还需要对应传感器的使用。因此，对卫星技术来讲，还是需要有更多的技术支持，以便于使其能够应用至更多的检测行为中。

4.5.2 遥感技术

遥感技术主要是通过远距离非接触的方式，利用目标物质的具体性质来对物体的本质检测。在分类上，现在遥感技术又分为红外遥感技术以及反射红外遥感技术。可以预见的是，在未来的固体废弃物检测中，这将成为检测的主要方式。实际上在现阶段的环境检测中，遥感技术就发挥出了巨大作用。比如在大气污染中，遥感技术就能够利用其大范围的监测面积来对扩散性较强的固体废弃物进行集中检测[11]。检测中，遥感技术还能够利用其自身性质来对固体废弃物的扩散范围、扩散条件以及扩散后状态进行数据分析，从而为后期的固体废弃物处理做好准备。而在土壤固体废弃物的处理中，遥感数据可以对土壤类型以及固定时间内的地质变化情况进行分析，从而推算出该范围内的土壤变化情况。而在土壤中的固体垃圾，也能够通过此项技术来进行分析。而另一方面，遥感技术还可以直接与GPS定位系统进行联合工作，从而实现自动定向式的区域分析。不过该项技术的稳定性还相对较差，所以还需要一定的研发时间进行技术优化。

4.5.3 便携式气质联用仪

在21世纪初，便携式气质联用仪主要应用于急性的环境污染事件中，其主要功能是对挥发性有机物进行收集。因为部分固体废弃物本身就具有强烈的挥发性，所以也会用到便携式气质联用仪进行数据检测。与传统检测模式相比，便携式气质联用仪能够直接用于现场，其精度处理也能够达到相关要求。另外，便携式气质联用仪的使用场景非常广泛，其灵活的探头以及空气净化系统能够满足大部分区域的固体废弃物的影响分析。而其本身所携带的 Survey模式也能够快速进行质谱扫描，从而迅速确定固体废弃物的挥发程度以及危害风险。最重要的是，便携式气质联用仪的便携性相对较强，能够进行快速的位置切换。而在2020年初，部分发达国家对便携式气质联用仪的体积进行了优化，这使得其探头部分能够直接而用于中型无人机中，从而实现与GPS卫星定位系统的联合作业[12]。当然，便携式气质联用仪的成本相对较低，也能够布置于大部分的工业生产场所，从而对其污染区域进行数据检测。

4.5.4 数据分析技术

从主观意向上来看，大部分的固体污染物监测都会运用数据分析技术。但实际上，上述的数据分析主要是对固体污染物的数据进行分析处理，从而得到相关的结果数据。而数据分析技术则是以数据分析为主体，通过分析能力来实现污染物的定点监控。在该技术的应用中，GPS技术的定位精度也能够得到大大提升，而遥感技术本身的数据优势也能够应用于其他的检测技术中，从而发挥出更多作用。可以说数据分析技术是固体废物检测技术的大脑，并能够控制其他子项技术来辅助进行工作。

4.5.5 地理信息系统

地理信息系统主要针对的是该区域的土壤、地面以及地面上空固定范围内的信息收集，在该系统的应用下，监测人员能够快速对固体污染物的扩散范围、扩散距离进行估计，从而实现一定范围内的定向追踪。在与数据分析系统结合后，能够分析该区域的环境异常部分，并实现定点的固体污染物追踪。同时，地面信息系统也可以利用其自身优势实现固体污染物的提前干预。比如利用地面信息系统可以提前计算出固体污染物的传播途径以及在环境脆弱区域的聚集情况。另外，地理信息系统也可以与GPS系统、数据分析系统、遥感技术形成立体的检测圈，从而进一步扩大圈内各系统的监测效果。

5 结语

环境固体废弃物的包含概念较大，除了土壤固体废弃物监测外，还牵扯到水体固体废弃物检测、空气固体废弃物检测，甚至是大气固体废弃物的检测中。而随着技术的发展，未来固体废弃物的检测技术也能够更加完善，甚至可以实现全方位无死角的监控。但同时，国家也应该制定相关的政策来降低固体废弃物的出现概率，以便于从源头上降低固体废弃物的检测需求。