摘要：危險(xiǎn)廢物相容性是評(píng)價(jià)其安全儲(chǔ)存、處置的重要指標(biāo)。本文簡(jiǎn)要介紹我國(guó)化學(xué)品相容性測(cè)試方法和危險(xiǎn)廢物領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，根據(jù)美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)并驗(yàn)證危險(xiǎn)廢物相容性測(cè)試方法，包括水相容性測(cè)試、潛在聚合性測(cè)試、廢物混合相容性測(cè)試三個(gè)規(guī)程，可供危險(xiǎn)廢物處置企業(yè)參考。

關(guān)鍵詞：危險(xiǎn)廢物；相容性；測(cè)試方法；設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2023）02-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.02.004

Design of compatibility test method for hazardous waste

CHEN Qingyan， ZHAO Xiaochun， TANG Weijun

（Hangzhou Lijia Environmental Services Co.， Ltd.， Hangzhou 311108， China）

Abstract： The compatibility of hazardous waste is an important index to evaluate its safe storage and disposal. In this paper， the research status of chemical compatibility test methods and hazardous waste field in China is briefly introduced， and the test methods of hazardous waste compatibility are designed and verified according to the relevant standards of the American Society for Testing and Materials （ASTM）， including water compatibility test， potential polymerization test and waste mixing compatibility test， which can be used as a reference for hazardous waste disposal enterprises.

Keywords： hazardous waste; compatibility; test method; design

廢物相容性是指兩種或兩種以上物質(zhì)混合時(shí)，組分間能夠保持各自的物理性質(zhì)，化學(xué)性質(zhì)不發(fā)生大的改變。當(dāng)廢物間相容性較差時(shí)，混合過(guò)程就有發(fā)生理化反應(yīng)的可能，如釋放熱量、產(chǎn)氣發(fā)煙、聚合沉淀、乳化增稠、酸堿變化等，甚至發(fā)生火災(zāi)、爆炸，給廢物的儲(chǔ)存、處置過(guò)程帶來(lái)很大的安全隱患。危險(xiǎn)廢物處理廠處理的廢物來(lái)自不同行業(yè)，種類繁雜，廢物相容性測(cè)試顯得尤為重要。這些廢物包裝不同，物理形態(tài)各異，化學(xué)性質(zhì)有別，在儲(chǔ)存或處置前可能會(huì)進(jìn)行混合預(yù)處理，而廢物間是否相容是預(yù)處理的前提條件，錯(cuò)誤的混合將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的安全事故。因此，當(dāng)前急需建立一種危險(xiǎn)廢物相容性測(cè)試方法，用來(lái)評(píng)估廢物之間是否會(huì)發(fā)生不相容反應(yīng)，為廢物的安全運(yùn)輸、儲(chǔ)存、處置提供禁配指導(dǎo)。

1 研究現(xiàn)狀

目前，根據(jù)文獻(xiàn)檢索，國(guó)內(nèi)尚未在廢棄物處置領(lǐng)域建立危險(xiǎn)廢物相容性測(cè)試方法，僅檢索到火工品藥劑、煙花爆竹、農(nóng)藥的相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[1]。相容性測(cè)試相關(guān)的專利檢索內(nèi)容大多是相關(guān)測(cè)定裝置。從檢索的標(biāo)準(zhǔn)、專利文獻(xiàn)來(lái)看，與化學(xué)品相關(guān)的相容性試驗(yàn)方法主要包括氣體分析法和熱分析法，氣體分析法[2]有真空安定法、動(dòng)態(tài)真空安定法與布氏壓力計(jì)法，熱分析法[3]有差示掃描量熱法、差熱分析法與恒溫?zé)崾е胤?，這些都需要相應(yīng)的儀器來(lái)完成測(cè)試。專利部分涉及危險(xiǎn)廢物的僅公開了測(cè)試裝置，沒(méi)有說(shuō)明測(cè)試方法和判定依據(jù)[4]。

危險(xiǎn)廢物處置企業(yè)每天需要對(duì)大量廢物樣品做相容性測(cè)試，這就要求測(cè)試方法可以快速執(zhí)行，能給出明確客觀的定性評(píng)價(jià)結(jié)果，易于現(xiàn)場(chǎng)操作。美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)[5]中，廢棄物相容性篩選試驗(yàn)規(guī)程的方法簡(jiǎn)單、操作方便，可為危險(xiǎn)廢物相容性測(cè)試方法的建立提供指導(dǎo)。

2 試驗(yàn)材料與方法

相容性測(cè)試方法的建立主要參照美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)[5]，在程序設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化。測(cè)試方法包括3個(gè)規(guī)程，即危險(xiǎn)廢物的水相容性測(cè)試、潛在聚合性測(cè)試、廢物混合相容性測(cè)試。測(cè)試方法的排列順序是根據(jù)危險(xiǎn)廢物處置企業(yè)大量試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出的相容性高效篩選程序。

2.1 儀器與設(shè)備

玻璃試管（帶塞）的規(guī)格為16 mm（外徑）×100 mm（長(zhǎng)度）。玻璃溫度計(jì)測(cè)量范圍為0～100 ℃，分度值為0.5 ℃。其他儀器與設(shè)備有白色陶瓷點(diǎn)滴板、旋渦混合器、滴管、抹刀、鑷子、四口燒瓶與電動(dòng)攪拌器。

2.2 主要試劑與試紙

主要試劑有三乙胺（分析純）、石灰水（澄清的飽和溶液）、品紅溶液（0.1 g品紅溶解于100 mL水中）。試紙有紅色石蕊試紙、乙酸鉛試紙、氰化物試紙、碘化鉀淀粉試紙、硝酸鹽試紙與亞硝酸鹽試紙。

2.3 水相容性測(cè)試

本規(guī)程用于判斷廢物與水混合是否會(huì)有明顯放熱或發(fā)生劇烈反應(yīng)的可能性，明確混合是否產(chǎn)生煙霧、氣體或其他產(chǎn)物，也可定性判斷廢物的溶解性和相對(duì)密度大?。ㄈ绻蝗苡谒?。在試管中加入約10 mL水和約1 mL樣品，混合均勻。觀察是否出現(xiàn)劇烈反應(yīng)、發(fā)煙、產(chǎn)氣、沉淀或乳化等現(xiàn)象，并記錄。如果觀察到出現(xiàn)任一反應(yīng)現(xiàn)象，則判定樣品不具有水相容性。如沒(méi)有觀察到劇烈反應(yīng)發(fā)生，應(yīng)盡快將溫度計(jì)插入試管的液體中，并記錄10 min內(nèi)的溫度變化與空白水溫進(jìn)行比較。如果未觀察到任何反應(yīng)且無(wú)顯著性溫度變化，則判定樣品具有水相容性。同時(shí)，記錄樣品的溶解性（可溶、部分可溶或不可溶），不可溶的相對(duì)密度記錄為在水上層或下層。

2.4 潛在聚合性測(cè)試

本規(guī)程對(duì)廢物處置行業(yè)具有重要意義，其設(shè)計(jì)目的是篩查與不相容物混合時(shí)是否會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)聚合反應(yīng)。本規(guī)程可用于檢測(cè)廢物含有或懷疑含有異氰酸酯類的潛在危險(xiǎn)聚合。在試管中加入約2 mL三乙胺，小心地向試管中加入約2 mL樣品，立即用塞子塞住試管，并迅速翻轉(zhuǎn)幾次或用旋渦混合器攪拌均勻。立即取下塞子，插入溫度計(jì)，觀察并記錄5 min內(nèi)混合物的溫度。同時(shí)，觀察并記錄氣體析出或凝膠化現(xiàn)象，氣體的析出可以觀察到微小的氣泡持續(xù)上升至液面，打開塞子時(shí)有壓氣釋放。若觀察到溫度顯著升高或出現(xiàn)任一反應(yīng)現(xiàn)象，則判定樣品具有潛在聚合性。

2.5 廢物混合相容性測(cè)試

本規(guī)程用于在大批量混合處置廢物之前定性判斷各廢棄物的相容性，這是目前廢物處置中最常見(jiàn)的過(guò)程，也是整個(gè)相容性測(cè)試的核心。但是，水相容性測(cè)試和潛在聚合性測(cè)試應(yīng)作為優(yōu)先基本篩查程序，有效避免混合廢物間發(fā)生不相容反應(yīng)。在正式測(cè)試前，避免潛在反應(yīng)性廢物在測(cè)試時(shí)產(chǎn)生高風(fēng)險(xiǎn)。取2 mL樣品添加到試管中，觀察混合物約1 min，并記錄明顯反應(yīng)特性，如發(fā)熱、產(chǎn)氣、沉淀、凝固等。如果觀察到有明顯反應(yīng)，應(yīng)停止試驗(yàn)，并報(bào)告觀察結(jié)果，不再進(jìn)行相容性測(cè)試。

正式測(cè)試瓶的體積為500 mL或1 000 mL，樣品加入次序和比例與現(xiàn)場(chǎng)廢棄物混合處置相同，加入測(cè)試瓶的樣品最終量不超過(guò)測(cè)試瓶容積的75%。按次序和比例將不同的樣品加入測(cè)試瓶?jī)?nèi)，單個(gè)樣品的取樣量不小于100 mL。添加過(guò)程觀察是否有不良反應(yīng)發(fā)生，如果有反應(yīng)現(xiàn)象，應(yīng)立即停止添加，并記錄觀察結(jié)果。如果添加完所有樣品，沒(méi)有觀察到反應(yīng)發(fā)生，攪拌混合均勻，立即測(cè)量溫度，觀察是否有溫度變化、產(chǎn)氣、發(fā)煙、聚合、沉淀、乳化、pH變化等現(xiàn)象發(fā)生。測(cè)試時(shí)間為30 min，持續(xù)監(jiān)控溫度變化，記錄達(dá)到最高或最低溫度的時(shí)間。如果觀察到有小氣泡持續(xù)產(chǎn)生，就說(shuō)明有氣體放出，可進(jìn)一步檢測(cè)吸收液或判斷產(chǎn)生氣體的類型。

簡(jiǎn)單氣體類型測(cè)試如下：氫氣采用火焰測(cè)試；氨氣使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)；二氧化碳使澄清的飽和石灰水變渾濁；二氧化硫使品紅溶液褪色，在加熱后，溶液變紅；硫化氫使?jié)櫇竦囊宜徙U試紙變成銀褐色或黑色；氰化使?jié)櫇竦那杌镌嚰埜淖冾伾?；氯?溴氣使?jié)櫇竦牡饣浀矸墼嚰堊兂缮钏{(lán)色；氮氧化物使?jié)櫇竦南跛猁}試紙或亞硝酸鹽試紙改變顏色。

記錄從測(cè)試開始至測(cè)試結(jié)束30 min內(nèi)所觀察到的試驗(yàn)現(xiàn)象，包括溫度變化、產(chǎn)氣、發(fā)煙、聚合、沉淀、乳化、pH變化等。依據(jù)觀察到的試驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)測(cè)試樣品之間的相容性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3 測(cè)試結(jié)果

測(cè)試過(guò)程應(yīng)分別記錄各類測(cè)試從開始至結(jié)束所觀察到的所有現(xiàn)象，包括物理性狀、溫度變化、pH變化、是否產(chǎn)氣或發(fā)煙、是否產(chǎn)生沉淀、是否發(fā)生聚合、其他現(xiàn)象。測(cè)試結(jié)果報(bào)告應(yīng)至少包括以下內(nèi)容：被試物的信息，如名稱、產(chǎn)生單位、代碼、性狀、包裝方式與包裝數(shù)量等；試驗(yàn)條件、試驗(yàn)方法；觀察到的現(xiàn)象、試驗(yàn)的結(jié)果；結(jié)果討論與評(píng)價(jià)；與結(jié)果解釋有關(guān)的其他信息。

3.1 水相容性測(cè)試結(jié)果

根據(jù)小節(jié)2.3設(shè)計(jì)方法，對(duì)杭州市收集的11 219個(gè)廢物樣品進(jìn)行水相容性測(cè)試方法的驗(yàn)證分析，篩選出水不相容性樣品189個(gè)。水相容性測(cè)試發(fā)現(xiàn)，部分廢棄物結(jié)構(gòu)中存在細(xì)微的氣孔，如活性炭、分子篩、廢催化劑等，加水混合后會(huì)產(chǎn)生明顯的氣泡，在判定結(jié)果時(shí)，要注意此類現(xiàn)象為假陽(yáng)性。

3.2 潛在聚合性測(cè)試結(jié)果

根據(jù)小節(jié)2.4設(shè)計(jì)方法，對(duì)杭州市收集的11 219個(gè)廢物樣品進(jìn)行潛在聚合性測(cè)試方法的驗(yàn)證分析，篩選出具有潛在聚合性的樣品304個(gè)。潛在聚合性測(cè)試方法的設(shè)計(jì)目的為篩選出含有異氰酸酯類廢物，經(jīng)大量測(cè)試驗(yàn)證，該方法可有效篩選出含異氰酸酯類廢物，同時(shí)也篩選出與三乙胺不相容、會(huì)發(fā)生反應(yīng)的廢物，可作為測(cè)試廢物相容與不相容的定性判定依據(jù)。

3.3 廢物混合相容性測(cè)試結(jié)果

根據(jù)小節(jié)2.5設(shè)計(jì)方法，選取樣品進(jìn)行兩種或兩種以上廢物（小節(jié)3.1水相容的廢物，小節(jié)3.2不存在潛在聚合性的廢物）間1 060批次的混合相容性測(cè)試，僅篩選出4組廢物間不相容的樣品。經(jīng)過(guò)水相容性和潛在聚合性測(cè)試，可預(yù)先有效篩選出混合或預(yù)處理過(guò)程會(huì)出現(xiàn)不相容的廢物，因此廢物相容性測(cè)試方法的設(shè)計(jì)將水相容性測(cè)試和潛在聚合性測(cè)試作為優(yōu)先基本篩查程序是正確合理的，避免大批量廢物間混合不相容結(jié)果的出現(xiàn)，設(shè)計(jì)的方法更為有效安全。

4 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的相容性測(cè)試方法已在危險(xiǎn)廢物處置企業(yè)得到應(yīng)用驗(yàn)證，方法結(jié)果可以滿足安全生產(chǎn)處置要求。本方法屬定性評(píng)價(jià)方法，能夠簡(jiǎn)單、快速發(fā)現(xiàn)廢物混合是否存在潛在的不相容性，在廢物入廠接收快速分析和預(yù)處理混料環(huán)節(jié)起到非常重要的作用。本方法參照美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)[5]設(shè)計(jì)，但優(yōu)化了設(shè)計(jì)程序，增加了小量預(yù)試驗(yàn)和產(chǎn)生氣體類型的簡(jiǎn)單測(cè)試，為后續(xù)處理決策提供更多量化數(shù)據(jù)。危險(xiǎn)廢物相容性測(cè)試方法的建立是危險(xiǎn)廢物處置企業(yè)廢物鑒別與分析中不可或缺的一部分，避免不相容廢物混放，它既滿足法律法規(guī)要求，又可保證處置單位的生產(chǎn)安全。但是，本方法不能解決所有與相容性相關(guān)的安全問(wèn)題，未來(lái)要進(jìn)一步研究和優(yōu)化，形成標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法。

參考文獻(xiàn)

1 農(nóng)業(yè)部.農(nóng)藥理化性質(zhì)測(cè)定試驗(yàn)導(dǎo)則 第10部分：氧化/還原：化學(xué)不相容性：NY/T 1860.10—2016[S].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2016.

2 張金梅，張文康，霍明甲，等.測(cè)定化學(xué)品相容性的方法及應(yīng)用：102680354A[P].2012-09-19.

3 張會(huì)光，張金梅，黃 飛，等.測(cè)試化學(xué)品相容性的方法：103983796A[P].2014-08-13.

4 吳俊珺.一種危險(xiǎn)廢料相容性的測(cè)試裝置：210376210U[P].2020-04-21.

5 ASTM.Standard Practices for Compatibility of Screening Analysis of Waste：ASTM D5058-2012[S].Philadelphia：ASTM，2012.