《固体废物玻璃化处理产物用于混凝土路面骨料的重金属浸出程序》编制说明

《固体废物玻璃化处理产物用于混凝土路

面骨料的重金属浸出程序》

(征求意见稿)

团体标准编制说明

标准起草组

2023年11月

(一)工作简况

1．任务来源

随着无废城市建设的进行，高温熔融已逐渐成为固体废物特别是危险

废物的安全处置技术之一，目前我国已有多家企业利用等离子体、电熔融

炉以及回转窑等手段实现了废物的玻璃化，取得了较好的经济、社会和环

境效益。2022年7月1日，《固体废物玻璃化处理产物技术要求GB/T

41015-2021》（下称“技术要求”）正式实施，技术要求中规定了固体废物

玻璃化处理产物的评价指标和检测方法，但对于玻璃化处理产物制备的不

同资源化产品，尚无环境安全评价方法。因此，本标准针对玻璃化处理产

物制备的水泥混凝土路面骨料的浸出毒性和暴露途径，提出适宜的重金属

浸出方法，对玻璃化处理产物的资源化利用和环境风险评价具有重要意义。

2．主要工作过程

（1）前期准备阶段

2021年5月至2023年3月，调研国内外现有重金属浸出标准，探明

不用场景下重金属的暴露途径以及浸出参数的设置方法。以有机危废焚烧

灰渣高温熔融后得到的玻璃态渣为研究对象，分别进行了半动态浸出实验

和本标准拟定的浸出实验，通过比较重金属的浸出量，验证本标准拟定的

浸出实验的合理性。

（2）起草阶段

根据前期调研情况，2023年3月至2023年6月完成标准草稿。

（3）征求意见阶段

根据立项会专家意见以及前期调研情况，2023年6月-11月完成征求

意见稿，并向公众征求意见。

(二)国家标准编制原则和确定国家标准主要内容

1．编制原则

为建立固体废物玻璃化处理产物作为水泥混凝土骨料的环境安全评

价体系，制定本标准。编制过程遵循以下原则：

（1）本标准根据《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和

起草规则》GB/T1.1-2020的规定编写；

（2）尊重科学，客观规范；

（3）查阅规范，体系统一；

（4）适应实际，眼光前瞻；

2．主要内容说明

本标准的主要内容包括术语与定义、材料和设备和操作步骤。

（1）范围

本标准规定了水泥混凝土可浸出重金属的浸出程序。本标准适用于固

体废物玻璃化处理产物作为水泥混凝土路面骨料中可浸出重金属含量的

测定。

（2）规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的

条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不

注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB30760-2014水泥窑协同处置固体废物技术规范

GB/T6682分析实验室用水规格和试验方法

GB/T41015-2021固体废物玻璃化处理产物技术要求

GB/T50081-2019混凝土物理力学性能试验方法标准

GB/T50107-2010混凝土强度检验评定标准

GB/T50080-2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准

HJ781-2016固体废物22种金属元素的测定电感耦合等离子体发射

光谱法

USEPA1315采用半动态罐浸法测定单片或压实颗粒材料组分的传质

速率

NEN7341颗粒材料浸出行为的测定：有效性实验

GB/T14684-2011建设用砂

HJ/T300-2007固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法

HJ/T299-2007固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸发

JTGD40-2011公路水泥混凝土路面设计规范

JGJ/T240-2011再生骨料应用技术规程

GB/T25176-2010混凝土和砂浆用再生细骨料

GB/T25177-2010混凝土用再生粗骨料

GB/T30810-2014水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法

GB/T50015-2019建筑给水排水设计规范

JTG/TF30-2014公路水泥混凝土路面施工技术细则

（3）术语与定义

玻璃化处理产物vitrificationproduct

玻璃化处理产物是需要首先界定的术语，以明确本标准的使用对象，

“玻璃化处理产物”的定义引自《固体废物玻璃化处理产物技术要求

GB/T41015-2021》，即：“将固体废物与一定的熔剂和助剂混合，在高温条

件下形成均匀的熔融态物质，然后冷却形成的具有无定形结构的固化物。”

骨料aggregate

骨料作为玻璃化产物制备的资源化产品，也需对其加以界定，“骨料”

的定义参考《再生骨料应用技术规程JGJ/T240-2011》、《混凝土和砂浆用

再生细骨料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浆的粒装松散材料，其中粒径大于4.75mm

的颗粒称为粗骨料，粒径不大于4.75mm的颗粒称为细骨料。”

可浸出重金属leachableheavymetals

可浸出重金属的定义引自《水泥胶砂中可浸出重金属的测定方法

GB/T30810-2014》，即：“样品经浸出实验后，可溶解在浸出液中的重金属。”

（4）操作步骤

目前国内外的重金属浸出标准中，按浸出方法大致可以分为两类，一

类属于半动态浸出，如美国标准EPA1315，浸出周期为64d；另一类属于

静态浸出实验，浸出周期较短，一般在24h之内。其中静态浸出又可分为

两类，一类为封闭式的震荡实验，如HJ/T300、HJ/T299和HJ/T557等；

另一类为开放式的定pH滴定实验，如GB/T30810和荷兰标准NEN7341。

考虑到实验周期及可操作性，本标准选用封闭式的震荡实验作为重金属的

浸出方法，具体原因及浸出参数的选择将在下文中详细叙述。

(三)主要试验(或验证)的分析、综述报告，技术经济论证，预期的经

济效果

浸出液类型的选择

当玻璃化处理产物作为水泥混凝土路面骨料时，重金属的暴露途径主

要来自于酸雨沉降导致的溶出，因此本标准选择的浸出液为硫酸和硝酸。

另外根据中国生态环境状况公报的数据统计结果（表1），取2016-2021年

降水pH最低值分布的95%单侧置信下限为浸出液的pH，即4.32。另外阴

离子的当量浓度换算可以发现降水中硫酸根和硝酸根的摩尔浓度之比≈1。

2--

综上本标准选择的浸出液类型为摩尔浓度之比（SO4/NO3）为1:1的硫酸和

硝酸，且pH=4.32。

表12016-2021年我国降水pH和阴离子当量浓度

阴离子当量浓度摩尔浓度摩尔浓度之比

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

液固比的选择

液固比的计算方式如下，取雨水的密度为1kg/L。降水量根据中国统

计年鉴中的数据，取我国每年降水量最大值分布95%的置信上限为最不利

条件假设下的降水量，即2900mm。渗透率的取值根据《建筑给水排水设

计规范GB50015-2019》中表5.3.13中的数值，混凝土和沥青路面的径流

系数为0.9，因此渗透率取值为0.1。

根据技术要求5.3.2中的内容，玻璃化处理产物用作替代材料生产的

混凝土仅限用于C35即以下等级混凝土生产。而C35以下等级的混凝土对

应的弯拉强度＜4.0MPa（表2），对应的交通荷载等级为轻（表3）。轻等级

交通荷载的公路对应的面层厚度为180-220mm（表4），依据最不利条件假

设，取路面厚度为180mm。

表2水泥混凝土抗压强度和弯拉强度（JTGD40-2011,表E.0.3-1）

弯拉强度（MPa）1.52.02.53.03.54.04.5

抗压强度（MPa）7111520253036

表3水泥混凝土弯拉强度标准值（JTGD40-2011，表3.0.8）

交通荷载等级极重、特重、重中等轻

水泥混凝土的弯拉强度标准值≥5.04.54.0

（MPa）

表4水泥混凝土面层厚度的参考范围（JTGD40-2011,表4-3）

交通荷载等级轻

公路等级三、四级

变异水平等级高中

面层厚度220-190210-180

另外由表4可知，轻交通荷载等级的公路对应的公路等级为三、四级，

对应的路面使用年限为10-15年（表5），依据最不利假设，浸出时间取15

年。根据实际调研，混凝土的密度一般为2300-2500kg/m3，混凝土的密度

取值为2300kg/m3。

表5可靠度设计标准（JTGD40-2011,表3.0.1）

公路等级三级四级

安全等级三级

设计基准期（a）1510

目标可靠度（%）8070

目标可靠指标0.840.52

2.9m/a1000kg/m320.115a1m

综上，本标准中的液固比为10.51，

0.18m2300kg/m321m

考虑最不利的情况，向上取整为11。

浸出方法的选择

封闭式的振荡实验和开放式的定pH滴定实验的区别主要在于两种实

验能提供的H+数目不同，振荡实验中，H+的数量是确定的，例如在本标准

中液固比11，浸取液的pH=4.32，与单位质量样品反应的最大H+数量为

10mol4.32/L11L/kg1000=0.526mmol/kg。对于定pH滴定实验，与单位质量

样品反应的最大H+数量取决于样品的酸中和能力。表6展示了两种级配方

案（级配方案参考JTG/TF30-2014，如图1所示）的试块样品采用定pH

2--

滴定方法测定的样品酸中和容量，滴定液为0.05M的摩尔浓度比（SO4/NO3）

为1:1的硫酸和硝酸，滴定终点为4.32，初始样品质量为10g，由滴加量可

以计算得到与单位质量样品反应的H+数量平均为273.24mmol/kg，H+的消

耗量约为振荡实验的520倍。因此，即使在最不利的浸出场景下（试样连

续15年受到年降水量为2900mm的pH=4.32的酸雨浸沥），与试样反应的

H+的数量也远不足以将其酸中和能力完全消耗，所以本标准拟采用封闭式

的振荡实验作为可浸出重金属的检测方法。

表6样品酸中和容量的测定

级配方案酸滴加量/mL反应的H+（mmol/kg）

方案157.502287.51

方案251.794258.97

图1级配方案

浸出限值的确定

在目前施行的《固体废物玻璃化处理产物技术要求GB/T41015-2021》

中，玻璃化产物在酸浸出场景下的浸出限值参考《水泥窑协同处置固体废

物技术规范GB30760-2014》中水泥熟料可浸出重金属含量限值

（GB70760-2014表3）。从浸出限值制定的方法学分析，目前的浸出限值

设定从产品本身出发，根据其最大释放量制订，主要的步骤如下：1.基于

瑞士环境、森林与地形局颁布的《水泥厂处置废物导则》确定了水泥熟料

中重金属含量的限值；2.根据对各种水泥产品的模拟实验，确定各重金属

元素的浸出率；3.根据下式计算重金属的浸出率

DSm

Aii1)

iV1000100

式中，下角标i表示不同的重金属元素；Ai表示第i种重金属元素的

浸出限值，单位mg/L；Di表示第i种重金属的浸出率，%，由上述步骤中

2.确定；Si表示熟料中第i种重金属含量，单位mg/kg，由上述步骤中1.确

定；V表示浸出液定容体积，为2L；m表示进行浸出实验时称取的样品干

重，为10g。上述浸出限值的确定过程中，缺乏考虑浸出的重金属量对环

境的影响，因次本标准从环境影响的角度出发，对浸出限值的取值进行了

分析。当以玻璃化处理产物为骨料的混凝土路面受到降雨淋沥后，重金属

溶出，溶出的浓度为A0，溶出体积为Q0，从路面溶出后进入土壤，最终汇

入地下水，造成环境风险。汇入地下水前，由于土壤吸附和在土壤中的弥

散，此时重金属的浓度变为了A1，总汇入地下水的体积变为Q1，此时重金

属总量的关系为

AQ11

AA012)

Q0

式2)中，η表示土壤对重金属的吸附系数，表示稀释倍数，由土壤

吸附和弥散过程共同引起。该过程的示意如下图所示。

图2重金属暴露途径示意图

假设地下水中重金属浓度为A2，流量为Q2，则溶出液排入地下水后

重金属浓度A等于：

AQAQAQQAAQAAQ

AA==11222121211213)

QQQQQQ2

121212

假设不利条件下，地下水中的重金属浓度刚好达标，达标浓度为C，

即A2=C，则总浓度为

ACQ

A=C114)

QQ

12

因此，若想使重金属溶出后水体也能达标，则必须使A1≤C，因此在

在制定浸出限值时，无需考虑Q1和Q2的关系，即重金属溶出液的总体积

与地下水总体积的关系，需要考虑的是在重金属溶出液流经土壤层的过程

中的吸附和弥散作用，即稀释倍数。日本环告13号文件中，稀释倍数设定

为30倍，而在本标准中稀释倍数选取50倍，基准为II类地下水中的重金

属浓度限值，最终得到的浸出限值如表7所示。

表7混凝土路面可浸出重金属含量限值

元素限值（mg/L）

As0.05

Pb0.25

Cd0.05

Cu2.5

Ni0.1

Zn25

Mn2

(四)采用国际标准和国外先进标准的程度，以及与国际、国外同类标

准水平的对比情况，或与测试的国外样品、样机的有关数据对比情况

USEPA1315实验方法是通过半动态池浸出法研究整块物料中组分的

传质速率，其通过64天的浸出实验得到重金属浸出浓度和时间的关系，结

合理论模型进行线性拟合，预测被测材料在长时间尺度下重金属的释放规

律，因此，分别通过USEPA1315实验和本标准拟定的浸出方法分别对混

凝土试块进行浸出，探究加速浸出实验后重金属的释放量与半动态长期浸

出实验重金属释放量的差异。半动态浸出实验不同重金属浸出量对数与浸

出时间对数的关系如图2所示。通过图2中线性拟合得到的公式，可以预

测重金属在长时间尺度下的浸出量，预测的重金属浸出量和本标准浸出实

验重金属的浸出量对比如图3所示。

(a)Cr(b)Mn