生命周期評價方法(LCA)在固廢資源化中的應(yīng)用

羅 宇

（重慶市設(shè)計院重慶400015）

生命周期評價方法(LCA)在固廢資源化中的應(yīng)用

羅 宇

（重慶市設(shè)計院重慶400015）

1 LCA概述

1990年由“國際環(huán)境毒理學(xué)與化學(xué)學(xué)會(SETAC)”首次主持召開了有關(guān)生命周期評價的國際研討會。在該會議上首次提出了“生命周期評價(Life Cycle Assessment,LCA)”的概念。在以后的幾年里，SETAC又主持召開了多次學(xué)術(shù)研討會，對生命周期評價從理論與方法上進(jìn)行了廣泛研究[5]。1993年，SETAC根據(jù)在葡萄牙的一次學(xué)術(shù)會議的主要結(jié)論,出版了一本綱領(lǐng)性報告：“生命周期評價綱要：實用指南”。該報告為生命周期評價方法提供了一個基本技術(shù)框架,成為生命周期評價方法論研究起步的一個里程碑。

生命周期評價是一種評價產(chǎn)品、工藝過程或活動從原材料的采集和加工到生產(chǎn)、運輸、銷售、使用、回收、養(yǎng)護(hù)、循環(huán)利用和最終處理整個生命周期系統(tǒng)有關(guān)的環(huán)境負(fù)荷的過程[6]。LCA突出強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的“生命周期”，早期曾被形象地稱為“從搖籃到墳?zāi)埂钡脑u價。它通過對整個生命周期內(nèi)能量和物質(zhì)的使用及釋放的辨識和定量，評價其對環(huán)境的影響，同時通過分析，尋求改善環(huán)境的機(jī)會。LCA注重研究系統(tǒng)對資源能源消耗、人類健康和生態(tài)環(huán)境的影響，一般不考慮經(jīng)濟(jì)和社會方面的影響。

2 LCA的內(nèi)容及框架[6]-[9]

2.1 目標(biāo)和范圍的界定(Goaland Scope)

目標(biāo)和范圍界定是LCA研究中的第一步,也是最關(guān)鍵的部分。它一般先確定LCA的評價目的，然后按評價目的確定研究范圍。目標(biāo)確定即要清楚地說明開展此項生命周期評價的目的和意圖,以及研究結(jié)果的預(yù)計使用目的。如提高系統(tǒng)本身的環(huán)境性能,用于環(huán)境聲明或獲得環(huán)境標(biāo)志。范圍確定的深度和廣度受目標(biāo)控制,一般包括功能單位、系統(tǒng)邊界、時間范圍、影響評價范圍、數(shù)據(jù)質(zhì)量要求等的確定。這一部分工作隨任務(wù)不同變化很大,沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的模式可套用,但必須反映出資料收集與影響分析的根本方向,即滿足清單分析和影響評價要求。此外,LCA研究是一個反復(fù)的過程,因此在接下去的研究中,可能須修正預(yù)先界定的范圍來滿足研究的目標(biāo),在某些情況下也可能修正研究目標(biāo)本身。

明確評估的目的，有些是為政府制定某項政策法規(guī)，有些是為了爭取環(huán)保證書(如:ISO 14000)，或按環(huán)保要求調(diào)整采購進(jìn)貨政策等等。其次，必須明確被評估的產(chǎn)品(或服務(wù))以及其功能(包括其計量量綱)。確定功能和計量量綱十分重要，因為以后評估的所有可比性均是基于滿足相同功能的前提的。

2.2 數(shù)據(jù)清單分析(Inventory Analysis)

清單分析是針對產(chǎn)品生命周期的各個階段列出其資源、能源消耗以及各種廢料排放的清單數(shù)據(jù)，在LCA中是繼目標(biāo)和范圍界定后的一步操作,也是LCA整個操作工作中工作量最大的一部分。清單分析涉及產(chǎn)品整個生命周期,一個完整的清單分析能為所有與系統(tǒng)相關(guān)的投入產(chǎn)出提供一個總的概況。這部分工作重點通過對產(chǎn)品生命周期中物流能流的調(diào)查分析,建立與環(huán)境相關(guān)的數(shù)據(jù)矩陣。

2.3 影響力分析(Im pact Analysis)

影響力分析是對清單分析中所辨出來的環(huán)境影響作定量或定性的描述和評價。它目前正在發(fā)展中,還沒有一個達(dá)成共識的方法。這時人們便需要一些方法，在眾多的數(shù)據(jù)亂麻中理出一些頭緒來。比如：(1)分類：把前一輪所采集到的紛繁的排放數(shù)據(jù)與具體某個LCA所感興趣的環(huán)境問題分別建立起對應(yīng)聯(lián)系。(2)價值評估：目的在于給不同的系統(tǒng)打分，使本來不可比的環(huán)境污染排放量指標(biāo)有某種可比性。而ISO、SETAC和美國EPA都傾向于把影響評價作為一個“三步走”的模型,即分類、特征化和量化評價。

影響分類主要考慮的問題是清單分析中得來的數(shù)據(jù)歸到哪類環(huán)境影響。LCA研究中一般把影響類型分為資源耗竭、人類健康影響和生命影響三大類,每一大類又可包含許多小類。如生態(tài)影響包含全球變暖、臭氧層破壞、酸雨等。特征化主要考慮的問題是誰對影響有貢獻(xiàn)。它主要通過開發(fā)一種模型來匯總分析每一種影響大類下的不同影響類型,方法有負(fù)荷模型、當(dāng)量模型等。量化評價是確定不同影響類型的貢獻(xiàn)大小,即確定權(quán)重以便得到一個數(shù)字化的可供比較的單一指標(biāo)。

2.4 解釋(Interpretation)

解釋是用影響力分析所得到的結(jié)果來回答在目標(biāo)和范圍界定時提出的問題。如果說系統(tǒng)邊界設(shè)定、排放物計量是LCA中比較明確和技術(shù)性強(qiáng)的部分，那么從影響力分析開始到解釋部分，LCA的藝術(shù)性成分開始加大，難度也變大。為了簡化分析并得到更為精確的答案，往往需要在影響力分析完成時根據(jù)其結(jié)果重新調(diào)整目標(biāo)和范圍界定。

3 將LCA應(yīng)用于固廢資源化決策

一般而言，固體廢棄物的資源化能夠減少原材料的消耗以及能源的使用量，一般被認(rèn)為是對環(huán)境有利的。但物質(zhì)的循環(huán)利用率與環(huán)境效益不是呈簡單的線性相關(guān)關(guān)系，高的廢棄物回收率意味著需要將可回收物質(zhì)收集、運輸集中在一起，過程中會耗去很多能量，其環(huán)境效益未必高。因此，應(yīng)綜合考慮固體廢棄物資源化的回收利用價值、再回收利用技術(shù)條件、回收利用的成本等綜合因素，生命周期評價理論和方法為此提供了幫助。目前在中國，廢棄物資源化的水平還不高，已經(jīng)造成重大的資源浪費和環(huán)境污染，推廣LCA管理，可以促進(jìn)廢棄物的資源化和再利用，從而在一定程度上有助于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

固體廢棄物資源化的生命周期評價是對固體廢棄物資源化的整個過程，包括從固體廢棄物的產(chǎn)生、廢物收集回收、加工制造、流通使用及最終處理，物質(zhì)能源輸入輸出以及相應(yīng)環(huán)境排放物進(jìn)行識別和量化，評估各個階段物質(zhì)、能源利用效率以及最終處理的環(huán)境影響，從而設(shè)計出對環(huán)境友好的產(chǎn)品。整個生命周期循環(huán)圖如圖1所示。

圖1 廢棄物資源化生命周期循環(huán)示意圖

LCA的進(jìn)行有一整套程序與技術(shù)細(xì)節(jié)。研究目標(biāo)與范圍依據(jù)所需要解決的問題而定，在固體廢棄物資源化中引入LCA，一方面是為了探索適合我國國情的資源化生命周期評價方法，另一方面建立生命周期清單分析數(shù)據(jù)庫和計算模型。清單分析就是分析固廢產(chǎn)生后回收、提煉、加工、銷售、消費以及報廢后的處理各個環(huán)節(jié)的能源和物料需求、廢棄物對環(huán)境的影響。目前，國內(nèi)還沒有一套完整的數(shù)據(jù)庫可供參考。生命周期影響評價是將各種關(guān)系進(jìn)行量化或建立關(guān)系模型。解釋和結(jié)論主要是提出固廢資源化產(chǎn)品設(shè)計、工藝路線的改進(jìn)方案，以便更好地實現(xiàn)減污、節(jié)能、增效的目標(biāo)。下面，以建筑固體廢棄物資源化應(yīng)用的生命周期評價來作為實例說明。

工業(yè)固體廢物是指在工業(yè)、交通等生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的固體廢物，主要包括各種金屬、能源及非金屬礦開采、選礦、金屬冶煉、電力、化工生產(chǎn)等大量產(chǎn)生、排放的各種固體廢棄物，其大部分為硅酸鹽、鋁酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽等類物質(zhì)。而建筑材料大多是由硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、鋁酸鹽物質(zhì)制成的材料。因此，通過科學(xué)的方法和途徑，大部分工業(yè)固體廢物具備生產(chǎn)建筑材料的潛能。建筑固體廢棄物中含有大量的混凝土、木材、金屬、塑料等成分的建筑副產(chǎn)品，建筑廢物所占工業(yè)廢物的比例高達(dá)40%左右。一方面?zhèn)鹘y(tǒng)建筑材料能耗大、污染高；另一方面，建筑材料的大量廢棄，嚴(yán)重制約著建材的可持續(xù)發(fā)展。因此，完善生命周期評價LCA過程，對于建筑固體廢物的再生循環(huán)途徑見圖2。

圖2 建筑固體廢棄物的再生循環(huán)示意圖

對預(yù)拌混凝土的評價范圍[10]如圖3所示。

圖3 預(yù)拌混凝土生命周期評價范圍

預(yù)拌混凝土生命周期分為三個階段：生產(chǎn)階段、使用階段和拆除階段。為了保證可比性,評價功能單位確定為1m3混凝土。

（1）生產(chǎn)過程評價范圍。指預(yù)拌混凝土生產(chǎn)工藝所涉及到的主要環(huán)節(jié),評價范圍包括水泥生產(chǎn)(水泥廠)、砂、石骨料的生產(chǎn)(骨料廠),以及最終按照混凝土配合比進(jìn)行攪拌(攪拌站)的全過程資源、能源消耗和環(huán)境排放。

（2）施工過程評價范圍。施工階段是指從預(yù)拌混凝土進(jìn)入施工現(xiàn)場起,到建筑主體結(jié)構(gòu)施工結(jié)束止的這段時間。評價范圍包括輔助工程的消耗、各種施工機(jī)械的能耗、混凝土和鋼筋在施工過程中的損耗等。其中,混凝土和鋼筋的損耗是指實際材料消耗量與設(shè)計階段工程量的差值,由于這部分差值與施工技術(shù)和管理水平高度相關(guān),故納入施工階段的評價范圍之內(nèi)。

（3）混凝土拆除評價范圍?；炷敛鸪^程的評價重點為結(jié)構(gòu)材料形成的固體廢棄物和再生利用產(chǎn)生的環(huán)境影響。

對建筑固體廢物的處置在實際操作過程中還存在著諸多問題，如分揀這一關(guān)鍵步驟，涉及材料設(shè)計的問題，在本質(zhì)上仍與城市生活垃圾的回收再生面臨著同樣的問題。綜上所述，各類工業(yè)廢渣如粉煤灰、煤矸石、礦渣、爐渣、頁巖等廢棄物均可作為基料，制造空心磚、實心磚、砌塊等產(chǎn)品以取代黏土磚，或采取不同的處理方式制造生態(tài)水泥。這兩種方式可以大量消耗固體廢物，且技術(shù)易于掌握,造價較低，有利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。當(dāng)然在固體廢物的處置上增加技術(shù)含量、提高產(chǎn)品價值，提高性能是發(fā)展的重要方向。

4 結(jié)論和問題

在固體廢棄物資源化中引入LCA，可以對資源化的全過程進(jìn)行監(jiān)督，為可持續(xù)的廢棄物管理提供有力工具，為政府對資源的節(jié)約消耗提供數(shù)據(jù)。我國在這些方面的研究落后于發(fā)達(dá)國家，有待加強(qiáng)。

LCA雖經(jīng)過20多年的發(fā)展,在實際中得到了極大的應(yīng)用,但它還存在一些方法論、數(shù)據(jù)收集等方面的不足。比如：主觀性強(qiáng)、可比性差、數(shù)據(jù)完整性和精度有限、模型化發(fā)展較慢、耗時和費用較高等問題[9]。

在固體廢棄物資源化中引入LCA，也有一些問題需要解決，如環(huán)境協(xié)調(diào)性與使用性能并不總是能夠協(xié)調(diào)發(fā)展相互促進(jìn)。一般而言，由廢舊回收物質(zhì)生產(chǎn)的再生材料由于混入較多的雜質(zhì)，性能通常低于原生資源生產(chǎn)的新材料，但資源化明顯在環(huán)境效益、社會效益、經(jīng)濟(jì)效益中占優(yōu)。LCA評價是一個龐大的系統(tǒng)工程，對于復(fù)雜過程更是如此，要涉及上萬個數(shù)據(jù)，要收集如此多的數(shù)據(jù)并加以分析評估顯然是一個大工程。因此很有必要在國內(nèi)建立一個固體廢棄物資源化LCA評估中心，對廢棄物資源化的產(chǎn)品進(jìn)行評估。

但是，隨著LCA在環(huán)保領(lǐng)域應(yīng)用實踐經(jīng)驗的不斷積累，它的重要性也會進(jìn)一步加強(qiáng)。LCA研究工作目前雖主要在發(fā)達(dá)國家中開展，但相信在不久的將來，發(fā)展中國家也會很好的掌握LCA方法，使它真正成為21世紀(jì)最具生命力和發(fā)展前途的環(huán)境管理工具。

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責(zé)任編輯：余詠梅

LifeCircle Appraisal(LCA)to Be Applied in SolidWastesRecycling Resource Development

針對現(xiàn)今固廢回收利用資源化的趨勢，探討了以生命周期評價（LCA）應(yīng)用于固廢資源化決策的合理性和可行性，以促進(jìn)其在環(huán)保建設(shè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

生命周期評價；固廢資源化

Thew riteranalyzes the life circle appraisal(LCA)concerning in resourcedeveloping in solid wastes recycling in thispaper to provide reasonable feasibility for the concreteusages to beused in theenvironmentalsurroundings.

life circleappraisal；resource developing in solid wastes recycle

TU 993

A

1671-9107（2011）09-0033-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2011.09.033

2011-05-26

羅宇（1978-），男，工程師，主要從事市政環(huán)保設(shè)計工作。