《Process Safety and Environmental Protection》：Heavy metal leaching risks of MSWI fly ash from industrial solid waste co-incineration: Full-scale metal-specific screening and management implications
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引言城市固体废物焚烧（MSWI）可以减少废物体积并回收能源，但其用于控制空气污染的飞灰可能会浓缩如铅（Pb）、镉（Cd）、锌（Zn）和铬（Cr）等易挥发和半挥发性金属（Pan等人，2013年；Wang等人，2019年）。在废物管理中，相关问题不仅在于哪些金属占主导地位，还在于哪些
引言
城市固体废物焚烧（MSWI）可以减少废物体积并回收能源，但其用于控制空气污染的飞灰可能会浓缩如铅（Pb）、镉（Cd）、锌（Zn）和铬（Cr）等易挥发和半挥发性金属（Pan等人，2013年；Wang等人，2019年）。在废物管理中，相关问题不仅在于哪些金属占主导地位，还在于哪些金属超过了监管规定的浸出限值，需要进一步验证或处理。总量描述了金属负荷和潜在的处理需求，而填埋场的接受情况则取决于在规定浸出条件下的释放情况（Chuai等人，2022年；Luo等人，2019年）。因此，标准化的浸出结果为稳定性验证和处置提供了直接的合规依据（Xue和Liu，2021年；Ajorloo等人，2022年；Zhang等人，2023年）。
MSWI灰烬中金属的分配和释放取决于废物的组成、炉子条件、烟气冷却方式、空气污染控制化学过程、金属形态以及基质成分（Belevi和Moench，2000年；Belevi和Langmeier，2000年；Chuai等人，2022年；Shi和Kan，2009年）。铅、镉和锌通常是优先浸出的金属，而pH值、可溶性盐分和含氯相会影响它们的迁移性（Pan等人，2013年；Luo等人，2019年；Zhang等人，2008b年）。因此，高总量并不必然意味着高浸出性，仅凭总浓度不能确定处置风险（Wang等人，2007年；Tian等人，2018年；Saqib和B?ckstr?m，2015年）。这些相互作用因素在实际运行中的协同表现尚不十分清晰。
共同焚烧增加了操作的不确定性，因为额外的废物流会改变元素输入和灰烬生成条件。针对临床废物和污泥共同焚烧的研究发现，酸性气体、碱性成分、磷介导的反应以及某些金属分布都发生了变化（Lan等人，2022年；Chen等人，2022年）。富含氯的城市废物或含塑料的废物成分会促进金属的挥发并转移到飞灰中（Ke等人，2017年；Han等人，2024年；He等人，2023年）。相关的热处理研究也将氯的化学性质与金属的挥发性联系起来（Nowak等人，2012年；Huang等人，2023年）。工业固体废物与城市固体废物的共同焚烧可以改变污染物排放、硫和氯的转化以及灰烬的特性（Cai等人，2023年；Li等人，2024年）。这些研究建立了共同焚烧相关差异的合理途径，但尚未量化其在长期常规运行中的幅度或持续性。
关于工厂管理和处置决策的证据仍然不完整，因为许多研究依赖于实验室系统、试点测试、短期研究、横断面比较或经过处理的飞灰（Huang等人，2022年；Xin等人，2022年）。这些研究虽然识别出了控制因素，但只能部分反映日常原料和空气污染控制的变异性。先前的机器学习研究表明，基于成分的变量（包括pH值、氯含量和钙相关测量值）可以快速预测或解释铅和镉的浸出情况（Liu等人，2019年；Liu等人，2022年）。基于这些证据，本研究评估了在向前时间验证下，是否仍能筛选出特定的金属浸出限值超标目标，以及概率阈值在普遍性变化时是否仍保持有用的敏感性、阳性预测值和报警负担。评估使用了2022年的拟合数据、2023年的模型和阈值选择，以及2024年的锁定测试。
要将全面监测转化为废物管理证据，必须在四个层面之间建立联系：总金属负荷、标准化浸出限值状态、基质指标和时间锁定的筛选性能。在一组数据集中分析这些层面，可以区分高总含量和浸出风险优先级，以及筛选的适用性。这种结构将筛选信号与批量审查相结合，同时保留了合规决策所需的标准化确认，适用于那些关键预测因子只有在提取后才能获得的罕见目标和应用场景。
本研究使用了2022至2024年间从中国广东省三家全规模MSWI工厂收集的3096个日常样本，调查了浸出风险管理的四个方面。首先是总含量排序以及与高共同焚烧比例相关的工厂级差异。其次是特定金属的浸出限值超标情况。第三和第四方面分别是与终点渗滤液pH值和钙含量的关联，以及在不同时间验证下，各个超标目标对于特定金属筛选的适用性。所得的概率阈值特定于研究工厂和时间段，而证据框架则可以为筛选和标准化验证的目标选择提供指导。
章节摘录
全规模工厂和采样设计
选择了中国广东省的三家全规模MSWI工厂，以提供不同的共同焚烧环境。一般工业固体废物的量是根据工厂称重桥记录计算得出的，即收到的普通工业固体废物质量除以所有处理废物的总质量，再乘以100%。污泥单独记录，并作为处理总量的组成部分计入分母，但不计入分子。
全规模负荷模式和优先元素选择
各元素和工厂之间的总含量存在差异（图1a-j）。在所有样本中，锌（Zn）、钡（Ba）和铅（Pb）的平均含量最高（分别为5675、1372和1143毫克/千克），其次是铜（Cu）和铬（Cr）（分别为577和445毫克/千克）。镉（Cd）、镍（Ni）和砷（As）的平均含量分别为140、119和85.6毫克/千克，而硒（Se）和汞（Hg）的平均含量分别为16.4和10.6毫克/千克。工厂间比较显示，锌（Zn）、钡（Ba）和铅（Pb）的总负荷排名最高。相对于工厂A和B的平均值，工厂C的铬（Cr）、砷（As）、铅（Pb）、锌（Zn）和镍（Ni）的平均含量分别高出1.60倍、1.59倍和1.50倍。
结论
本研究提供了三年内从以城市固体废物为主的和以高比例工业固体废物为主的场景中收集的3096个每日MSWI飞灰样本中的重金属浸出风险的全规模证据。它区分了总金属负荷、浸出风险和特定金属的筛选适用性，为废物管理决策提供了依据。工厂之间的比较揭示了操作环境的差异，而填埋场的接受情况则由标准化的渗滤液金属浓度决定。
这三家...
CRediT作者贡献声明
Hong Yao：资源筹集和资金获取。Hongyun Hu：撰写 – 审稿与编辑，资源管理，方法论。Lu Dong：撰写 – 审稿与编辑，监督。Ziming Lin：形式分析。Lifang Gong：撰写 – 初稿撰写，方法论，调查，概念构思。Xiaodong Zeng：调查。Guangzhao Guo：验证。Huiming Liu：监督，方法论，概念构思。Yongda Huang：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法论，概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（52220105006、52506137）、武汉自然科学基金（2024040701010042）以及中国政府引导地方科学技术发展的专项基金（2024CSA088）的支持。
Lifang Gong|Ziming Lin|Lu Dong|Hongyun Hu|Yongda Huang|Huiming Liu|Guangzhao Guo|Xiaodong Zeng|Hong Yao
