三種典型廢玻璃生命周期環(huán)境影響評價研究

陳素紅　畢珠潔　邰俊　沈笛　周宗雙博

關(guān)鍵詞：廢玻璃；生命周期評價；環(huán)境影響總值

中圖分類號：X820.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

當(dāng)前，在國家新戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，城市化進(jìn)程迅速加快，人民生活水平日益提高，伴隨著玻璃制造行業(yè)的快速發(fā)展，玻璃的需求量也越來越大。作為玻璃生產(chǎn)和使用的大國，中國每年產(chǎn)生大量的廢玻璃，而回收量僅占50%左右，廢玻璃無法焚燒，無法在填埋中自然降解，如果將廢玻璃加以回收利用則能產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。因而對廢玻璃的回收處置是緩解社會經(jīng)濟(jì)壓力，減輕環(huán)境污染的有效途徑，符合國家發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的根本需求。

生命周期評價（Life Cycle Assessment，簡稱LCA）起源于20世紀(jì)60年代末美國可口可樂公司對飲料瓶的選擇研究。產(chǎn)品的LCA是一種對產(chǎn)品從原材料采集到產(chǎn)品的生產(chǎn)、運(yùn)輸、銷售、使用、回用和最終處置的整個生命周期階段中與環(huán)境的相互作用進(jìn)行系統(tǒng)分析、評價的方法。ISO對生命周期評價定義是：生命周期評價是對產(chǎn)品系統(tǒng)整個生命周期輸入、輸出的匯集和評價。中國正處在LCA的發(fā)展階段，目前LCA的研究主要集中在針對特定產(chǎn)品、工藝流程及廢棄物處置的環(huán)境影響上。

研究借助LCA技術(shù)工具，擬對廢玻璃回收利用的不同種類不同處理工藝的廢玻璃進(jìn)行較為系統(tǒng)的LCA評價，量化分析廢玻璃在收運(yùn)處不同階段所導(dǎo)致環(huán)境影響負(fù)荷的大小，進(jìn)一步提出回收處理或者改進(jìn)的方案，并探索建立相對完善的廢玻璃回收利用系統(tǒng)，同時也為有效環(huán)保地處理廢玻璃提供一定的理論依據(jù)。

1研究內(nèi)容

選擇廢碎玻璃、廢日用玻璃、廢平板玻璃對應(yīng)的不同的處理工藝為研究對象，基于ISO14040-14043中介紹的生命周期評價（LCA）理論包括4個有機(jī)聯(lián)系的部分：

（1）目標(biāo)及范圍確定：確定LCA的評價目標(biāo)、研究范圍和系統(tǒng)邊界；

（2）清單分析：生命周期清單分析（LCI： Life Cy-cle Inventor）即確定各流程輸入（原料、輔料和能源等）和輸出（向空氣、水、土壤中的排放及固體廢物）；

①影響評價：生命周期影響評價（LCIA：Life Cy-cle Impact Assessment）即對清單數(shù)據(jù)進(jìn)行定量評價；

②生命周期解釋：即對清單分析結(jié)果和影響評價結(jié)果進(jìn)行解釋說明。

生命周期環(huán)境影響評價方法主要有Eco-indica-tor 99、EDIP2003、ESP2000、Impact2002+、以及Re Ci PeEndpoint 2016等。研究主要使用Simapro（9.0.0.33分析版）軟件的IMPACT2002+研究方法對三種廢玻璃的處理工藝開展環(huán)境影響的定量研究和評價。

2研究方法

2.1功能單位和系統(tǒng)邊界

2.1.1功能單位

功能單元（Function Unit，簡稱FU）是產(chǎn)品功能的量化定義，能夠?yàn)橄到y(tǒng)的輸入與輸出提供一個統(tǒng)一的基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)輸入輸出的標(biāo)準(zhǔn)化。文章廢玻璃功能單位為1噸廢玻璃。建立三種典型廢玻璃回收利用生命周期系統(tǒng)模型，以1噸廢玻璃為功能單位進(jìn)行分析。

2.1.2系統(tǒng)邊界

針對廢玻璃的回收利用整體工藝，以整廠范圍為邊界，以廢玻璃，水電資源消耗為輸入，排放物質(zhì)為輸出。排放物質(zhì)應(yīng)以直接排放到大氣、水體的物質(zhì)為準(zhǔn)。

2.2生命周期清單數(shù)據(jù)來源

根據(jù)確定的系統(tǒng)邊界，對廢玻璃生產(chǎn)過程的資源、能源和原材料的消耗量以及環(huán)境排放的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。

文章廢玻璃的各階段處理工藝及清單數(shù)據(jù)通過調(diào)研來源于第三方機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)、企業(yè)內(nèi)部環(huán)境影響評價報(bào)告和文獻(xiàn)《城市道路兩種貨車運(yùn)輸?shù)纳芷谇鍐畏治觥?。企業(yè)內(nèi)部環(huán)境影響評價報(bào)告主要來源為燕龍基（徐州）再生資源利用有限公司（碎玻璃），林州市愛華玻璃制品有限公司（廢日用玻璃）和福建漳平永凱隆新型材料有限公司（廢平板玻璃）。同時，對廢玻璃的生產(chǎn)和回收利用過程進(jìn)行調(diào)研，獲取生命周期清單分析所需的部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集的類型主要涉及原材料生產(chǎn)過程、能源生產(chǎn)及使用過程、運(yùn)輸過程和廢玻璃處置過程。玻璃制造工藝數(shù)據(jù)和再生過程數(shù)據(jù)均直接來源于上述三個廠家數(shù)據(jù)以及行業(yè)文獻(xiàn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)，利用Simapro（9.0.0.33分析版）軟件的IM-PACT2002+方法進(jìn)行清單分析，首先分別統(tǒng)計(jì)功能單位的產(chǎn)品在每個階段生產(chǎn)過程中的消耗與排放數(shù)據(jù)，最后匯總計(jì)算得到該產(chǎn)品的生命周期清單數(shù)據(jù)。

2.3清單分析

2.3.1收運(yùn)階段

文章考慮了以下運(yùn)輸方式和距離：收運(yùn)階段的運(yùn)輸車輛的動力源為柴油，所以產(chǎn)生尾氣中主要的污染物有CO₂、CO、NO_x、SO₂等，主要對作業(yè)點(diǎn)周圍和運(yùn)輸路線兩側(cè)局部范固產(chǎn)生一定影響，但由于排放量不大，影響也相對較小。一般情況下，在工地內(nèi)運(yùn)行的機(jī)械及載重卡車的廢氣污染影響范圍僅局限施工工地內(nèi)，不影響界外區(qū)域。由于工程所在地附近區(qū)域地勢開闊，大氣擴(kuò)散條件好，工程量較小，對大氣環(huán)境的影響很小。

文章對廢玻璃收運(yùn)階段進(jìn)行了一系列調(diào)研，廢玻璃在收集點(diǎn)收集之后會運(yùn)輸至就近的中轉(zhuǎn)站或集散場，經(jīng)過處理再通過船運(yùn)或者陸運(yùn)到達(dá)處理廠。經(jīng)調(diào)研，假設(shè)從中轉(zhuǎn)站或集散場運(yùn)輸至再生處理廠的距離為45 km。重型貨車燃油類型為柴油型，滿載時運(yùn)輸量為10t，城市道路貨車實(shí)際百公里油耗38.75L=32.2 kg。1000噸的船舶行駛1公里消耗7.63kg柴油；根據(jù)《中國生活垃圾分類產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)學(xué)分析》，陸運(yùn)：水運(yùn)取8：9。

廢玻璃收運(yùn)階段輸入清單：柴油為0.0192kg/t廢玻璃·km；電力為0.7144 kWh/t廢玻璃·km。

廢玻璃收運(yùn)段輸出清單：C02為0.00100294 t/t廢玻璃、CO為0.000005 63t/t廢玻璃；NO_x為0.000024 1t/t廢玻璃；SO₂為0.00000241 t/t廢玻璃；N₂O為0.000000031 t/t廢玻璃；CH₄為0.00000004 t/t廢玻璃；NMOVOC為0.00000428t/t廢玻璃；顆粒物為0.000000031t/t廢玻璃。

2.3.2廢玻璃回收處理階段

2.3.2.1廢碎玻璃預(yù)處理工藝的清單分析

（1）數(shù)據(jù)來源：輸入原料為廢碎玻璃、水電消耗，排放物質(zhì)為排放到廢氣、廢水、固廢的最終排放量單位數(shù)據(jù)表。廢碎玻璃預(yù)處理工藝流程為入料計(jì)量—篩分—破碎—烘干—篩分除金屬—光選—儲存—出料計(jì)量。

（2）指標(biāo)清單：預(yù)處理階段廢碎玻璃輸入清單：材料為平板廢玻璃和瓶罐廢玻璃，均為0.5 t/t廢玻璃；能源為水0.005088t/t廢玻璃、電6.47 kWh/t廢玻璃、燃?xì)?.37立方萬米／t廢玻璃。

預(yù)處理階段廢碎玻璃輸出清單主要為廢氣和廢水。廢氣主要為SO₂0.968 t/t廢玻璃、NO_x0.996 t/t廢玻璃、煙（粉）塵5.36 t/t廢玻璃、油煙0.018 3t/t廢玻璃、粉塵3.08 t/t廢玻璃；廢水主要為廢水量0.003953t/t廢玻璃、COD 0.202 t/t廢玻璃、SS0.0403t/t廢玻璃、氨氮0.0202t/t廢玻璃、總磷0.00202 t/t廢玻璃、動植物油0.00403 t/t廢玻璃。

2.3.2.2廢日用玻璃回收利用工藝的清單分析

（1）數(shù)據(jù)來源：輸入原料為廢玻璃、其他原料、水電消耗，排放物質(zhì)為排放到廢氣、廢水、固廢的最終排放量單位數(shù)據(jù)，排放到空氣中的廢氣主要為配料攪拌過程中產(chǎn)生的粉塵、熔化過程中產(chǎn)生的含SO₂、NO_x和煙塵等；水污染物主要為煤氣發(fā)生爐產(chǎn)生的冷凝廢水、廢碎玻璃清洗廢水。

（2）指標(biāo)清單：指標(biāo)清單中的不外排污染類型均按零排放處理。

廢日用玻璃處理輸入清單主要為廢碎玻璃1t/t廢玻璃、石英砂0.091935t/t廢玻璃、白云石0.056452t/t廢玻璃、方解石0.019355t/t廢玻璃、長石0.058065t/t廢玻璃、純堿0.032258t/t廢玻璃、硝酸鈉0.003548t/t廢玻璃、澄清劑0.000613 t/t廢玻璃。能源主要為煤0.116452 t/t廢玻璃、水0.089855t/t廢玻璃、電109.6774 kWh t/t廢玻璃。

廢日用玻璃處理輸出清單主要為廢氣和固體廢物。廢氣主要為油煙1.90E-07t/t廢玻璃、煙塵2.71E-05 t/t廢玻璃、SO₂0.000 5858 Kg/t廢玻璃、NO_x0.001754 8t/t廢玻璃；固體廢物主要為生活垃圾0.000797t/t廢玻璃。

2.3.2.3廢平板玻璃回收利用階段的清單分析

（1）數(shù)據(jù)來源：廢平板玻璃回收處理工藝流程爐窯-靜電除塵-SCR脫銷-濕法脫銷-循環(huán)池-沉淀池-終產(chǎn)物石膏。

（2）指標(biāo)清單：輸入原料廢玻璃、其他原料、水電消耗，排放物質(zhì)用排放到空氣中、水中、固廢的最終排放量單位數(shù)據(jù)，排放到空氣中的廢氣主要為混合機(jī)上料中產(chǎn)生的粉塵、壓延過程中產(chǎn)生的含SO₂、NO₂和顆粒物等；水污染物主要為生產(chǎn)生活廢水、廢碎玻璃清洗廢水。

廢平板玻璃處理輸入清單：碎玻璃1t/t廢玻璃、石英石1.071428 t/t廢玻璃、芒硝0.004464 t/t廢玻璃、純堿0.357143t/t廢玻璃、石灰石0.178571 t/t廢玻璃、白云石0.089286t/t廢玻璃、長石0.053571t/t廢玻璃、硝酸鈉0.026786 t/t廢玻璃、五氧化二銻0.004 464 t/t廢玻璃、液氨0.007 143 t/t廢玻璃。能源為水1.360714 t/t廢玻璃、電84.14874 kWh t/t廢玻璃、液化天然氣0.128107 t/t廢玻璃。

廢平板玻璃處理輸出清單主要為廢氣，包括S020.372963 t/t廢玻璃、NO_x2.739 353 t/t廢玻璃、顆粒物0.217601 t/t廢玻璃、氟化物0.008 571 t/t廢玻璃、氯化氫0.214286 t/t廢玻璃、逃逸氨0.107143 t/t廢玻璃。

2.4環(huán)境影響分析

通過采用IMPACT2002+的方法對資源環(huán)境清單數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，選取節(jié)能減排綜合指標(biāo)中的8類（GWP、WS、EP、AP、COD、RI、IWU、CADP）資源環(huán)境指標(biāo)，使其連接到4類（氣候變化、生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量、人類健康、資源消耗）環(huán)境損害類型，用環(huán)境損害指標(biāo)的量化結(jié)果來表示資源環(huán)境的影響，建立更加直觀易于量化的資源環(huán)境評價指標(biāo)體系，從而獲得更為準(zhǔn)確的評價結(jié)果，可以減少人為主觀因素的干擾。

利用生命周期軟件Simapro，選用IMPACT2002+評價方法，對清單數(shù)據(jù)分類、特征化、歸一化和加權(quán)處理計(jì)算，分別得到廢碎玻璃、廢日用玻璃、廢平板玻璃不同處理工藝的環(huán)境影響評價。

3結(jié)果與討論

3.1環(huán)境影響總值分析

對3種不同處置工藝下的廢玻璃進(jìn)行全生命周期環(huán)境影響分類評價，通過標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)總和與廢玻璃基數(shù)參考進(jìn)行分析，得到三個項(xiàng)目的環(huán)境影響總值。預(yù)處理階段廢碎玻璃的回收利用所使用的工藝環(huán)境影響總值最小為3.94973E-05，廢日用玻璃處理技術(shù)為0.00014，廢平板玻璃處理技術(shù)為0.000286946。對廢玻璃回收處理工藝而言，預(yù)處理階段廢碎玻璃的回收利用的所使用到工藝與以上兩種工藝不同，主要包括破碎、烘干、光選、儲存，所使用到的工藝步驟對環(huán)境更為友好。

3.2特征化分析

3.2.1廢日用玻璃處理工藝特征化

根據(jù)廢日用玻璃處理技術(shù)的特征化指標(biāo)（如圖1所示），統(tǒng)計(jì)后進(jìn)行比較，結(jié)果顯示，其中占比最多的是水生生態(tài)毒性比例高達(dá)76%，占比第二多的為陸地生態(tài)毒性17%，非可再生能源占比為6%，其余部分致癌物質(zhì)、非致癌物質(zhì)、呼吸無機(jī)物、電離輻射、臭氧層損耗、呼吸有機(jī)物、陸地酸、土地占領(lǐng)、水生酸化、水生富營養(yǎng)化、全球變暖、可再生能源、礦物開采這幾項(xiàng)影響很小近似為0。所以在分析中重點(diǎn)分析對環(huán)境占比系數(shù)最大的兩項(xiàng)水生生態(tài)毒性與陸地生態(tài)毒性，對這兩項(xiàng)產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行分析優(yōu)化從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益最大化。

水生生態(tài)毒性與陸地生態(tài)毒性影響指標(biāo)中（如圖2～圖3所示），對環(huán)境影響最大部分主要出現(xiàn)在工藝中廢碎玻璃的處理的環(huán)節(jié)以及用電部分。其他部分如純堿、硝酸鈉以及水、煤的用量等在生命周期評價中造成的影響微乎其微。因此在該項(xiàng)目中應(yīng)優(yōu)化生產(chǎn)工藝減小電量的使用，以及增加原料中其他替代料的占比，降低廢玻璃回收對環(huán)境的整體影響，優(yōu)化環(huán)境效益。

3.2.2廢平板玻璃處理工藝的特征化

根據(jù)廢平板玻璃處理工藝的特征化指標(biāo)（如圖4所示），統(tǒng)計(jì)后進(jìn)行比較，因?yàn)閺U日用玻璃處理技術(shù)使用類似工藝，占比最多的也是水生生態(tài)毒性比例高達(dá)74%，第二的為陸地生態(tài)毒性18%，非可再生能源占比為5%，其余部分致癌物質(zhì)、非致癌物質(zhì)、呼吸無機(jī)物、電離輻射、臭氧層損耗、呼吸有機(jī)物、陸地酸、土地占領(lǐng)、水生酸化、水生富營養(yǎng)化、全球變暖、可再生能源、礦物開采這幾項(xiàng)影響很小近似為0。結(jié)果顯示，生態(tài)毒性與陸地生態(tài)毒性占比遠(yuǎn)大于其他指標(biāo)，在分析中重點(diǎn)分析對環(huán)境占比系數(shù)最大的兩項(xiàng)水生生態(tài)毒性和陸地生態(tài)毒性，對這兩項(xiàng)產(chǎn)生的環(huán)境影響進(jìn)行分析優(yōu)化從而實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益最大化。

水生生態(tài)毒性與陸地生態(tài)毒性影響指標(biāo)中（如圖5～圖6所示），對環(huán)境污染最大的部分主要出現(xiàn)在工藝中廢碎玻璃的處理的環(huán)節(jié)以及純堿的量，與廢日用玻璃處理技術(shù)相比純堿的影響高出很多。而其余部分，如液氨、芒硝等其他配合料以及水電部分對環(huán)境的影響并不明顯。綜上所述廢平板玻璃處理技術(shù)中應(yīng)提高長石、白云石等的原材料占比，減少工藝中純堿用量，針對這部分進(jìn)行優(yōu)化對減少廢玻璃回收生命周期環(huán)境影響具有顯著作用。

4結(jié)論

文章用Simapro生命周期軟件，采用Impact2002+的方法對廢碎玻璃、廢日用玻璃、廢平板玻璃三種廢玻璃收運(yùn)處系統(tǒng)進(jìn)行了全生命周期評價。預(yù)處理階段廢碎玻璃的回收利用所使用的工藝環(huán)境影響總值最小為3.94973E-05，廢日用玻璃處理技術(shù)為0.00014，廢平板玻璃處理技術(shù)為0.000286946；廢日用玻璃處理技術(shù)的特征化指標(biāo)，結(jié)果顯示，占比最多的是水生生態(tài)毒性比例高達(dá)76%。通過該項(xiàng)研究，可以衡量不同環(huán)節(jié)對產(chǎn)品生產(chǎn)生命周期成本的貢獻(xiàn)程度，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)利潤最大化以及環(huán)境影響最小化提供決策支持。