蘇州城市生活垃圾處置方法的生命周期評價

蘇州是江蘇省著名的風(fēng)景旅游城市，近幾十年來經(jīng)濟發(fā)展較為迅速，市區(qū)生活垃圾的產(chǎn)生量連年增長。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料，2007年，蘇州市七子山垃圾填埋場每日填埋生活垃圾約1500t，另外還有每日約1000t的垃圾，由光大垃圾焚燒廠處置。根據(jù)日本有關(guān)統(tǒng)計，目前日本生活垃圾產(chǎn)生量約每人每天1kg。隨著蘇州市民生活水平的進一步提高以及生活垃圾收集范圍的進一步擴大，蘇州市生活垃圾的處理量還將進一步增長。

填埋和焚燒是我國目前生活垃圾的主要處置方法，它們對環(huán)境造成的影響是不一樣的。本文利用國際標準化組織(ISO)提供的生命周期評價(LCA)方法，評估蘇州市現(xiàn)存的兩種生活垃圾處置方法對環(huán)境的影響。

楊建新、王如松等人指出產(chǎn)品生命周期評價將成為21世紀最有效的環(huán)境管理工具之一。目前發(fā)達國家已把LCA用于產(chǎn)品設(shè)計，成了CAD的一個組成部分，還用于環(huán)境標志，用于衡量一個公司的環(huán)境表現(xiàn)(Environmental Performance)。與發(fā)達國家相比，我國在LCA應(yīng)用上還存在較大差距，但是這些年來已經(jīng)出現(xiàn)了一些重要的研究成果。文獻[2]主要依據(jù)IS014041的規(guī)定，對產(chǎn)品進行了清單分析；文獻[3～6]對不同的產(chǎn)品進行了生命周期評價。

本文收集了蘇州市在垃圾填埋和垃圾焚燒過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)，依據(jù)IS014041的規(guī)定，建立垃圾填埋和垃圾焚燒的生命周期清單。我們使用日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究所LCA研究中心開發(fā)的生命周期評價軟件AIST-LCA Ver.4，對上述兩種處置方法的環(huán)境影響做出了評價。

1 蘇州市垃圾填埋的生命周期清單分析

蘇州七子山垃圾填埋場于1993年建成一直運行至今，是蘇州市唯一的垃圾填埋設(shè)施。蘇州七子山垃圾填埋場最近又建成了二期工程，并將垃圾填埋場產(chǎn)生的沼氣引往沼氣發(fā)電裝置，自2006年7月起已經(jīng)開始發(fā)電。

1.1研究對象的功能單位與系統(tǒng)邊界

本節(jié)以蘇州城市生活垃圾填埋為研究對象。垃圾填埋功能單位為填埋1t城市生活垃圾。本研究系統(tǒng)主要包括垃圾收集、垃圾運輸、垃圾填埋以及利用垃圾產(chǎn)生的沼氣發(fā)電等幾部分，系統(tǒng)中不包括垃圾填埋場的建造階段。

1.2蘇州市垃圾填埋的生命周期清單

蘇州居民每天的生活垃圾通常由專門的人員使用人力車、部分使用小型動力車運送到垃圾中轉(zhuǎn)站。蘇州各區(qū)有專門的機構(gòu)，負責(zé)用汽車把垃圾從中轉(zhuǎn)站運送到七子山垃圾填埋場。

根據(jù)對蘇州市金閶區(qū)垃圾運輸能耗數(shù)據(jù)的分析，我們得到，蘇州市目前每噸垃圾運輸油耗為2.23L。垃圾填埋需要推土機等機械作業(yè)，為了防止?jié)B漏，還需要HDPE等材料。為了消滅害蟲，垃圾填埋場普遍使用農(nóng)藥。表1列出了蘇州七子山垃圾填埋場填埋每噸垃圾所需要消耗的物品及其數(shù)量。

垃圾填埋后，排放的氣體污染物主要有CO₂和甲烷等；水污染物主要有滲濾液和洗車水中的COD、SS、NH3-N以及一些重金屬等。

大氣污染物CO₂和甲烷等在整個生命周期中排放量無法測量，只能采用計算數(shù)據(jù)。我們采用收集的蘇州市垃圾組分數(shù)據(jù)，計算獲得垃圾中DOC，采用IPCC推薦模型，計算CO₂和甲烷的排放量。

式中，ECH1一垃圾填理場的甲烷總排放量，t；MSW-城市垃圾量，t；η-城市垃圾填埋率，％；DOC-采用上述計算結(jié)果；r-垃圾中可降解有機碳的分解百分率(IPCC推薦為77％)。取上述計算結(jié)果最近三年的平均值，CH4和c02的排放量如表2所列。其中H₂s的含量按0.2％計算。

蘇州七子山垃圾填埋場的沼氣收集后用于發(fā)電。沼氣發(fā)電項目配備兩臺1250kW內(nèi)燃發(fā)電機組，于2006年7月開始正式發(fā)電。發(fā)電以后，一部分甲烷被燃燒，生成CO₂，并產(chǎn)生了微量的Nox和VOC。垃圾填埋場填埋每噸垃圾產(chǎn)生的大氣污染物量列于表2。

垃圾滲瀝液水量和污染物的濃度變化很大，主要取決于所填埋廢棄物的種類、污染物的溶出速度和化學(xué)作用、降雨狀況、填埋場齡以及填埋結(jié)構(gòu)等，其中填埋場齡最為重要。隨著垃圾填埋場場齡的增加，滲瀝液的可生化降解性不斷下降。對于新的填埋場(一般小于5a)，其滲瀝液的性質(zhì)屬于低pH、BOD5、COD和BOD₅／COD值，較高的氨氮和重金屬離子濃度；對于中、老齡的填埋場(一般大于10a)，其滲瀝液pH呈中性或弱堿性，低BOD5和COD，低BOD₅／COD值，較低重金屬離子濃度，更高的氨氮濃度。

由于七子山填埋場已經(jīng)工作十幾年了，因此包含了處于各個階段的垃圾，其析出的污染物量能夠較好地代表垃圾各個階段的平均析出情況。

滲濾液和洗車水中的污染物COD、SS、和NH₃-N。滲濾液排放的污染物由2004年和2005年的月平均值再求平均計算獲得。洗車水根據(jù)2005年的平均值獲得。為了分析通過滲濾液排放的重金屬數(shù)量，我們對滲濾液中的重金屬含量進行了7天的采樣分析。表3列出了填埋It垃圾所排放的水污染物的量。

2 蘇州市垃圾焚燒的生命周期清單分析

蘇州垃圾焚燒發(fā)電廠在蘇州市光大環(huán)保靜脈產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，位于七子山生活垃圾填埋場西北側(cè)，一期工程建設(shè)規(guī)模為日處理垃圾1000t，年焚燒處理生活垃圾33.3萬t。焚燒爐、煙氣處理、自動化控制和在線監(jiān)測等核心設(shè)備全部進口國外知名公司產(chǎn)品，2006年6月20日正式建成投產(chǎn)發(fā)電。生活垃圾焚燒發(fā)電廠二期建成后，處理規(guī)模可達1500t／日。

2.1垃圾焚燒排放清單的功能單位和邊界條件

功能單位：此排放清單的功能單位定義為焚燒的每噸垃圾。

邊界條件：垃圾焚燒排放清單的邊界包括垃圾收集、垃圾運輸以及垃圾焚燒、垃圾灰填埋四個過程。垃圾焚燒設(shè)施的建設(shè)過程不包括在邊界之內(nèi)。

2.2蘇州市垃圾焚燒的生命周期清單

垃圾焚燒的主要物耗包括：垃圾運輸?shù)挠秃?、以及焚燒中點火的柴油，焚燒過程中為了處理廢氣的石灰和活性炭，還有部分水的消耗。我們把收集的一年數(shù)據(jù)取平均后，每噸垃圾焚燒的物耗如表4所列。

垃圾焚燒時排放的大氣污染物主要有CO₂、CO、SO₂和極微量的PCDDs。垃圾焚燒CO₂的排放量根據(jù)垃圾的含碳量計算獲得，其他大氣污染物利用現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)果列于表5。垃圾焚燒前需要在垃圾貯坑內(nèi)發(fā)酵，并析出垃圾中的滲濾液。滲濾液中的污染物主要包括有機物以及一些重金屬。根據(jù)收集和監(jiān)測的數(shù)據(jù)，我們得到每噸垃圾通過滲濾液排放的污染物如表6所列。根據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計資料，每噸垃圾焚燒后可發(fā)電287KWh。另外產(chǎn)生廢渣200kg，送七子山填埋；灰6kg，送危險品填埋場填埋。

3 蘇州市城市生活垃圾兩種處置方法的生命周期評價

蘇州市城市生活垃圾的兩種處置方法，會對環(huán)境造成不同的影響。我們利用上述得到的污染清單數(shù)據(jù)，采用日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究所IEA研究中心開發(fā)的生命周期影響評價軟件進行評價。

3.1生命周期環(huán)境影響評價方法

我國最早討論生命周期影響評價的是楊建新等。他們提出的評價類別主要包括能源耗竭、資源耗竭、全球變暖、臭氧層破壞、酸化、富營養(yǎng)化、光化學(xué)臭氧、固體廢棄物、危險廢棄物、煙塵及粉塵等，通過加權(quán)，最終獲得影響指數(shù)。顧道金等在對中國建筑的生命周期評價中使用的評價類別與上述類別基本相同，最后加權(quán)也得到環(huán)境影響綜合指標。胡志遠等在燃料乙醇的評價時除了能源資源外，采用人體毒性、氣溶膠、光化學(xué)污染、酸化和全球變暖等類型進行評價，并由此得到乙醇生命周期對環(huán)境的綜合影響。任輝、董進寧等也根據(jù)自己建立的評價類別分別進行了生命周期影響評價。

總的來看，我國生命周期影響評價的成果還非常有限，各自采用了自己建立的評價體系。主要的原因是到目前為止，我國還未推出較有影響力的生命周期影響評價體系。

從國際上看，生命周期影響評價體系已經(jīng)投入了大量的人力物力，不但建成了龐大的評價數(shù)據(jù)庫，還開發(fā)了專門的計算機軟件。目前非常有影響的評價體系主要有瑞典的EPS和荷蘭的Eeo_indicator。

瑞典的EPS是由瑞典查爾莫斯理工大學(xué)(Chalmers University of Technology)Steen教授為首的研究小組開發(fā)的。這一系統(tǒng)的開發(fā)過程中，政府和學(xué)術(shù)界投入了大量的精力，非常有特色的是獲得了瑞典大型企業(yè)，例如Volvo汽車等主要產(chǎn)業(yè)部門的大力支持。他們開發(fā)的系統(tǒng)首先在這些產(chǎn)業(yè)部門中得到了應(yīng)用，并在以后的各種國際合作中獲得傳播和擴散。文獻[7]介紹了EPS系統(tǒng)的一般原理和評價方法，文獻[8]介紹了污染物環(huán)境影響潛值的計算。EPS系統(tǒng)最終得到的是損失的生態(tài)幣值，結(jié)果易于理解。

Eco-indicator是由荷蘭的PRe Consultants開發(fā)的，在國際上具有較大影響的有兩個版本：Eco-indicator5和Eco-indicator99。文獻[9]詳細介紹了后一個版本的評價方法。

本文采用日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所IGA研究中心開發(fā)的評價系統(tǒng)AIST-IEA Ver4，軟件中影響評價采用的方法是LIME(Life-cycle Impact assessment Method based on Endpoint Modeling)。采用的原因是這一評價體系在國際上已經(jīng)具有一定的影響力，具有較為完整的數(shù)據(jù)庫，而且還有計算機軟件；另一方面，日本與我國一衣帶水，距離較近。

3.2 LIME影響評價方法

由日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所LCA研究中心開發(fā)的生命周期影響評價系統(tǒng)LIME是為日本整個國家推出的影響評價方法。

LIME評價方法的框架如圖1所示。在進行影響評價時，首先根據(jù)獲得的污染清單，計算它們對城市空氣污染、全球變暖等11種類型的影響，由這11種影響類型評價對我們需要保護的人類健康、社會財富、物種多樣化和初級生產(chǎn)力等4個保護目標的危害，根據(jù)4個保護目標相應(yīng)的權(quán)重，最終求得單一的生態(tài)指標：生態(tài)化的幣值Yen。評價對象的損害大小，可以通過生態(tài)化的幣值Yen直接表示。

3.3評價結(jié)果

利用AIST-LCA Vet4進行評價，首先需按照一定格式輸入上述已經(jīng)分析得到的污染清單。例如垃圾填埋處理需首先選定系統(tǒng)包括運輸、填埋和發(fā)電，從而輸入的清單也會自動生成三列。AIST-LEA Vet4評價軟件，根據(jù)輸入的污染清單和每種污染物對環(huán)境影響的潛值，計算對4個保護目標的影響。表7列出的是蘇州七子山垃圾填埋場對4個保護目標的危害評價數(shù)據(jù)。表7各列具有不同的單位，相互之間不能互相比較。不過，同一列間的比較也很有意義，比如對人體健康的影響，我們可以發(fā)現(xiàn)，主要來自全球變暖和城市空氣污染，等等。

表8列出了兩種垃圾處置方法對環(huán)境的影響程度。表8將表7中各列的數(shù)據(jù)賦給一個權(quán)重，使得兩種處置方法對4個環(huán)境保護目標的影響折算成共同的單位：生態(tài)貨幣值Yen。由表可見，對垃圾填埋而言，生態(tài)貨幣值較大的主要有全球變暖和城市空氣污染；而對垃圾焚燒而言，放在第一位的也是全球氣候變暖，其次是對人體和生態(tài)的毒害等。總體評價，垃圾填埋的生態(tài)幣值要大得多。由此可見，LEA評價的結(jié)果認為，垃圾焚燒對環(huán)境的影響比垃圾填埋的影響要小。

4 結(jié)論與分析

本文針對蘇州垃圾處置的兩種方法，首先按照國際標準的規(guī)定，對它們進行了清單分析，利用AIST-IEA Vet4計算機軟件，進行了環(huán)境影響評價。評價的結(jié)論表明：

(1)兩種處置方法中，垃圾填埋的生態(tài)幣值要大得多，由此可見，垃圾焚燒對環(huán)境的影響比垃圾填埋的影響要??；

(2)對環(huán)境影響的主要方面是垃圾處置對全球變暖和和對人體和生態(tài)的毒害等。

本文采用日本開發(fā)的AIST-LCA Vet4計算機軟件進行評價，所獲得的結(jié)論較為客觀地反映了兩種處置方式對環(huán)境的影響，可以作為中國城市垃圾處置決策的參考依據(jù)。

(編輯 于 杰)