摘要：在社会发展的过程中，新兴产业和工业不断发展与扩大，同时带来大量的固体废物。我国固体废物产生量呈逐年增加的趋势，造成生态环境的破坏，固体废物具有环境污染和资源利用的双重属性。在此背景下，简述我国固体废物的现状与常见的处理方法，结合实际情况重点研究煤矸石、脱硫石膏和尾矿的处理与利用，总结现阶段我国固体废物处理与综合利用存在的问题，并提出一些固体废物的处理方法与防治措施，为固体废物处理与综合利用提供可行性参考。

我国经济在全球化时代进入高速发展阶段，大量固体废物（生活垃圾、危险废物和工业废物）随之而来。如果固体废物没有及时处理，就会对生态环境造成破坏。现阶段，绿色、环保和可持续发展已经成为国家发展的主要趋势，环境保护的主要工作是解决固体废物污染问题。固体废物的生产源头较多，涉及到生活、农业、畜牧业、工业、建筑业以及新兴产业等各方面。固体废物在自然条件下很难降解，人为参与才能有效降解。固体废物若没有严格依照我国现行环境保护标准进行减量化、无害化、资源化的处理与利用，其产生的污染以土壤、水和大气等为媒介进行传播，造成改变土壤结构、增加大气中颗粒物含量、水质超标等影响，也会间接或直接对人体健康产生一定的危害[1]。同时，固体废物的堆积和填埋也会导致资源的闲置与浪费，带来一定程度的损失，影响社会、经济和生态的正常化运转[2]。

1 固体废物处理和利用现状

1.1 固体废物现状

根据全国大、中城市固体废物污染环境防治年报统计，全国一般工业固体废物产生量达到13.8亿t，综合利用量达到8.5亿t，一般工业固体废物综合利用量占利用及贮存总量的55.9%。固体废物的利用处置方式主要为无害化处理和资源化回收再利用[3，4]，一般工业固体废物主要包括煤矸石、脱硫石膏、尾矿、冶炼废渣、粉煤灰和炉渣等[5]。2015—2019年，一般工业固体废物产生量呈下降趋势，贮存量呈上下起伏波动，倾倒丢弃总量也呈明显下降趋势，综合利用量保持相对较高水平（表1）。从全国来看，固体废物处理与回收利用朝着有利趋势发展，但东西部的固体废物处理能力存在失衡现象。虽然我国在固体废物处理上做出一些努力并取得了相应成果，但近5年一般工业固体废物的平均综合利用率在45%左右，综合利用率相对不高。从现阶段来看，我国人口基数大、工业快速发展、工业固体废物生产总量大、工艺水平有限以及公民环保意识比较淡薄，公民和企业对固体废物如何进行分类以及回收利用缺乏一定的理论认识[6]。

1.2 固体废物常用的处理方法

我国早期固体废物的处理方式主要以露天填埋为主，露天填埋不仅固体废物处理量较小，同时其资源化利用程度较低，还对土壤、水以及大气造成污染。伴随全国固废无害化处理体系的建设，固体废物的主要处理技术有焚烧、填埋、热分解、石灰固化等（表2）。

2 固体废物在“三化”上的应用

我国在固体废物“三化”（减量化、无害化、资源化）等方面进行了一定探索，生态管理体系也逐步完善，产业结构的转变将改变工业固废的产生和处理结构[12]。目前，固体废物处理与回收利用的方法比较多，结合国内生产的实际情况，着重分析了煤矸石、脱硫石膏和尾矿的处理与利用。

2.1 煤矸石处理与利用

我国是一个煤炭开采大国，煤炭开采带来亟需解决的生态环境问题，其产生的煤矸石占用大量土地资源，处理煤矸石最常用的方法是堆积和填埋，而这种方法易造成地质灾害、土地退化和土壤污染等问题。2015—2019年，煤矸石的产生量和综合利用量都呈先下降后上升的趋势；2019年煤矸石的产生量和综合利用量分别达到4.8亿t和2.9亿t，综合利用率为58.9%。然而我国煤矸石利用处理处于起步阶段，整体利用率在55%~65%，整体利用率未达到预期水平（图1）。因此，如何对煤矸石进行有效回收利用成为研究的焦点。

在土木工程领域，煤矸石作为骨料可用于制作混凝土砌块、砖、轻量化混凝土等低附加值建材。然而煤矸石骨料的高孔隙率会吸收大量水分，其低硬度易造成抗压强度差[13]，因此煤矸石骨料制备水泥基建筑材料的性能显著降低[14]。除煤矸石的高孔隙率和低硬度特性外，煤矸石中还含有铅、铬、汞、砷、镉等重金属，重金属的淋滤严重污染地下水资源和植被生物，当人食用被污染的动植物后重金属以稳定性较强的化合物形式富集于人体，与酶作用生成配合物使酶失效，危害人体健康[15，16]。

由于煤矸石的缺点，要提高回收利用率就必须对煤矸石进行改性。虽然采用机械磨矿、微波加热、高温煅烧等方法强化，可提高煤矸石铝酸盐相的反应活性[17]，但也会存在一些问题，这些方法不单单对煤矸石基体造成了一定破坏，而且消耗大量能源，不利于生态环境可持续发展[18]。上述方法均不能解决煤矸石高吸水率和重金属高浸出的问题，微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）技术可有效提高煤矸石回收利用率，成功提升了煤矸石骨料的性能、降低吸水率和解决重金属高浸出问题。此技术已应用于被重金属或放射性核素污染的土壤修复、固体废物中重金属的固定化以及建筑材料的制造等方面，带来了环境工程的新革命，在固体废物处理和土壤修复方面的应用潜力巨大[19]。

2.2 脱硫石膏处理与利用

随着我国烟气脱硫装置技术的发展及应用，脱硫石膏成为烟气脱硫装置工艺的主要副产品。据统计，2015年全国脱硫石膏产生量为8678万t，2019年达到1.3亿t，增长49.8%，呈现逐年上升趋势；2015年综合利用量为7512.7万t，2019年达到9617.4万t，综合利用量总体呈上升趋势，增长28.0%；脱硫石膏产生量的增长率远大于综合利用量，因产生量增速较快，综合利用率由86.1%降到71.3%，表明脱硫石膏的综合利用处于发展的瓶颈期，应当研发先进技术提高脱硫石膏的利用效率[20]（图2）。

脱硫石膏除少部分用作水泥缓凝激发剂、土壤改良剂、抹灰石膏、嵌缝石膏外，大部分依旧没有得到有效利用，仍采取一般固体废物常见的处理方法进行处理，导致大量土地资源浪费，而且长时间堆置易造成二次污染，增加生态环境修复的困难[21]。在1950年，我国曾对天然石膏改良盐碱土进行初步研究和实验，但因天然石膏的价格昂贵且禁止随意开采，天然石膏很难在田间大范围内开展实验，为获取足够的石膏，脱硫石膏可用于改良盐碱土。脱硫石膏的综合利用既可解决污染物排放问题，也可降低一定程度的脱硫成本。

随着技术的不断发展，烟气脱硫石膏品质越来越高，生态安全性已达到农业用途标准，不增加土壤中重金属的含量，可逐渐应用到盐碱土改良领域。通过初步取得的成果来看，脱硫石膏解决了盐碱土改良经济成本高、时间周期长等问题，将会成为我国实现增加农业耕地面积最直接的出路之一[22]。

2.3 尾矿处理与利用

通过无害化、制备填充材料和生物浸出等方法进行尾矿处理与利用。在无害化处理过程中，氰化物尾矿使用微生物降解氰化物，利用MICP技术来固化氰化物尾矿[23]。具有氰化物降解和高脲酶活性的双功能细菌对氰化物尾矿中游离氰化物和总氰化物都有降解作用，降解率分别为94.54%和88.13%。氰化物尾矿中重金属形态由可交换态转变为碳酸盐结合态，迁移率明显降低。与化学处理相比，新工艺处理氰化物尾矿具有高效、绿色的特点，同时实现氰化物尾矿固化、氰化物降解和重金属固定，降低氰化物尾矿对生态环境的影响。

尾矿制备填充材料是采用石灰石尾矿、脱硫石膏、矿渣、水泥熟料和氢氧化钠等材料制备的石灰石尾矿基胶凝材料。石灰石尾矿基胶凝材料作为胶结填充材料之一，能有效提高填料的内聚力，提高沿海岩溶结构的稳定性，是防范和控制崩塌的有效方法。生物浸出技术就是研究浸出不同的尾矿，降低尾矿的毒性和提高金属回收率[24]。例如通过生物浸出以高效和环保的方式从硫化物矿山尾矿中回收钴，研究铁尾矿在不同pH值和低分子量有机酸下金属的浸出行为，研究生物浸出后尾矿残渣的可再利用性。

3 现阶段固体废物处理和综合利用存在的问题

3.1 处理方法单一且形式不当

我国在固体废物处理上，虽然已从露天填埋向焚烧、填埋、热分解、石灰固化和生物处理等方法发展，但考虑到固体废物产生量大、种类多、危害时间长、成分复杂等因素，固体废物处理技术未真正有效利用且较为薄弱，处理效果未能达到预期。为追求更大的经济效益，在实际处理过程中企业采用单一的处理方法，从根本上未考虑固体废物的复杂性，部分企业未能按照标准做好分类和收集工作，不能有效针对不同固体废物制定科学合理的处理方案[25，26]，直接采用焚烧和填埋的处理方式，造成严重的环境污染。当前，西方国家在固体废物处理不同的环节上设定对应指标，以便分析、处理数据。

3.2 综合利用率低和区域间处理能力不平衡

总体上，近5年来全国一般工业固体废物的平均综合利用率在45%左右。从煤矸石和脱硫石膏来看，整体利用率也未达到预期水平，综合利用率呈下降趋势，表明工业固废综合利用还处在发展阶段[27]。从经济层面看，部分固体废物回收成本远大于回收价值，回收分类体系和相应回收技术也不够成熟。由于我国东西部发展水平受到经济、地理、科技、人才、交通、政策等多方面制约，存在区域处理能力失衡现象。因工业体系的完善，东部工业固废处理能力处于较高水平，但矿产资源匮乏，西部恰恰相反，区域间处理水平和固体废物量成反比。因此，积极建设综合利用示范区，如开工建设广东南海国家级综合性生态示范园、河南郑州国家生态工业示范园区等固体废物循环利用项目，也开始规划大连、烟台、苏州等生态示范区布局工作，加大区域之间的交流与合作，提升固体废物的处理利用效率。

3.3 缺乏监管力度与规范市场

由于管理不到位，具体生产和排放过程没有得到有效监管，工业固废的运输及处置过程敷衍，且缺乏国家宏观调控、政策、地方法规和指示[28]，政府部门不能有效监管企业固废生产、转移以及处置结果等环节，依然有企业存在随意丢弃工业固废的现象。虽然我国对于环保有了一定的宣传，但缺乏专业化和社会化，对环保的认知片面化和表层化，企业因追求更大的经济效益忽视或对于环境置之不顾。在政策因素上，我国在环保方面出台了相关的法律法规，各级环保机构与社会组织在分类回收利用上虽已积累经验，但缺乏规范细化和激励处罚机制。

4 固体废物防治措施

4.1 升级生产技术和强化固废处理能力

坚持实施绿色环保发展理念，尽可能减少固体废物的排放，加大关键行业、领域向绿色化发展的改造力度，积极发展绿色生产，将固体废物进行无害化处理，加快实现低碳发展。积极了解、学习和掌握国外优秀生产技术，引进现代化生产技术以提升国内生产加工工艺水平，同时要注重生产加工技能培养。在工业固废的处理上，加强自主研究，发明高端自主知识产权处理技术，提升技术层次，加强处理效果，提高相关设备处置能力和固体废物综合利用率。

4.2 推广宣传新技术

MICP技术可有效提高煤矸石回收利用率、提升煤矸石骨料性能、降低吸水率和解决重金属高浸出问题。脱硫石膏改良盐碱土技术将成为我国实现增加农业耕地面积最直接的出路之一。上述技术减少煤矸石和脱硫石膏的堆积和填埋，提高利用率，加强资源循环利用，但真正投入应用很少，需进一步宣传和推广，科学构建一些示范性工程案例，鼓励自由投资，补上缺口部分，建立更为完善的市场经济机制推动工业固废处理多元化，并且打破工业固废处理地方保护主义。

4.3 做好固废分类和综合利用

大量的固体废物集中排放后，首先要严格做好分类和收集工作。分类回收可提升工业固废处理量，固体废物有多种再利用方式，提取有价值组分，从金属冶炼回收铜、铁、金、银、钨、锂等有价金属和特有金属；利用煤矸石、脱硫石膏、尾矿、冶炼废渣、粉煤灰、炉渣、建筑废物等固废生产隔热保温材料、装饰材料等建材；利用工业固废替代生产原料，例如铜尾矿替代部分水泥生产混凝土，即节省原材料又提高混凝土性能；利用热值很高且无污染的固体废物发电供热，发挥潜在能量。当然，有毒有害的工业固废须经过专门的处理设施处置[29]。分类回收利用不仅使固体废物得到再生，而且对生态环境起到保护作用[30]。

4.4 增强对环保行业的扁平化管理

建立健全法律法规，积极推进环境政策有效实施，严厉打击违法犯罪行为，加强环保产业对工业固废管理信息中心建设，简化环保审批流程，建立和完善工业固废应急和预警机制，建设寻找先进的环境管理系统，为可持续利用提供明智的解决方案。也要引进第三方评价机制，评价机构要根据政府部门出台细则对工业固废综合利用做出评估，同时要有书面报告，判断是否进一步满足工业固废处理需要，加强相关职能部门的宏观调控作用，促进相关部门的交流与合作，大大提升固体废物处理效率。

5 结论与展望

寻找固体废物最佳处置方式是一个重要而漫长的过程，目前我国固废常见的处理方法有焚烧、填埋、热分解、石灰固化和生物处理等，上述方法具有处理能力强、操作简单、成本低等优点，也具有污染持续长、有效利用率低等缺点。结合国内实际生产情况，着重分析煤矸石、脱硫石膏和尾矿的处理与利用，发现其存在综合利用率总体未达到预期效果、回收利用有效量占比不高、现有处理技术已处于瓶颈期、固废处理新技术未全面推广、处理不当污染持续长、缺乏资金投入与政府扶持等问题。

a结合目前的研究现状与实际问题，提出以下策略：（1）从“三化”原则入手，可从原材料引入、生产加工和固体废物处理3个过程进行严格把控。在原材料方面积极寻找新型、清洁和利用率高的材料；在生产加工中积极引进先进的工艺技术，提高该过程中材料利用效率；在固体废物处理上选取合适的科学技术，提高固废的资源化利用效率，减少固废产生。（2）单一固体废物处理技术有优缺点，可使用两种及以上技术共同处理。也可将常见的处理技术与新型处理技术联用，可将一种处理技术作为前处理，进行逐级处理，提高处理效率。（3）构建处理数据库，详细记录固体废物处理前、中、后等参考性数据，建立处理模型，预测处理结果。

作者：蔡甲，李静，杜梅，布多

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