景德鎮青花瓷的生命周期環境影響評價

摘要:本文應用生命周期評價方法，以最具代表性的景德鎮釉下青花瓷為研究對象，對青花瓷生命周期過程——原料制備、成形加工、燒成生產、產品使用等過程進行了能耗、水耗及污染物排放清單分析，并計算評估出污染物的環境影響負荷。結果表明，青花瓷生產中氣體污染物排放對環境影響最大，且主要集中在青花瓷燒成階段。本研究為青花瓷實現清潔生產和生態設計提供了依據。

關鍵詞:景德鎮;青花瓷;生命周期;環境影響評價

1引 言

進入二十一世紀，隨著我國加入WTO，我國陶瓷工業現代化面臨巨大的發展機遇，同時迎來新的挑戰。其中，作為傳統產業的陶瓷生產要消耗大量資源﹑能源，并排放CO2、SO2污水和粉塵污染物，嚴重污染環境，大大制約著我國陶瓷工業可持續發展戰略目標的實現[1]。

傳統陶瓷生產的整個生命周期過程的各個階段均會對環境造成影響。為更好地了解生產工藝和產品的環境行為，找出其生命過程中減少污染物產生的機會和潛力，需要對陶瓷生產的整個生命周期的資源消耗和環境影響進行分析評價[2-4]。生命周期環境影響評價(LCA-Life Cycle Assessment，簡稱LCA)就是目前國際上常用的一種對產品、生產工藝及活動對環境的負荷進行客觀的評價方法，它通過對能量和物質消耗以及由此造成的廢棄物排放進行辨識和量化，來評價能量和物質利用對環境的影響，以尋求改善產品或工藝的途徑[5]。

作為擁有千年陶瓷文化的景德鎮，在我國陶瓷工業中有著舉足輕重的地位和影響。為此，本文以最具代表性的景德鎮釉下青花瓷為研究對象，利用生命周期影響評價方法，建立數學模型來表征和量化陶瓷生產過程的能源﹑物質的消耗﹑廢棄物的排放，評價青花瓷生產過程對環境負荷的影響，并得到其量化的環境負荷指標。通過對這些指標進行分析，尋找改善環境、降低環境影響的技術方向，并提出相應的建議或措施，為景德鎮陶瓷企業推行清潔生產，通過ISO14000認證和實現可持續發展提供技術支持。

2研究目標與范圍

進行LCA評價時，首先需要根據其目標確定研究對象、評價范圍和功能單位。本研究擬以最具中國特色的景德鎮釉下青花瓷為研究對象，對其生產過程進行環境影響分析，尋找改善環境、降低環境影響的技術方向，以實現陶瓷的清潔生產。釉下青花瓷是指采用釉層下的花色裝飾的瓷器，具有釉面晶瑩潤澤、白里泛青、高雅玉潔和無鉛鎘溶出危害等優點。青花瓷的典型生產過程主要分為原料制備、成形加工和燒成三個階段(見圖1)。

本研究根據ISO14041標準[6]，結合研究目標和景德鎮青花瓷普遍采用的工藝流程，確定LCA研究系統的邊界范圍，將范圍界定在直接采用標準化的原料，不考慮原料加工、輔助材料制造等過程;坯體干燥以窯爐余熱為主要熱源;燃料為焦化煤氣，不考慮其制備過程。青花瓷采用天然礦物原料，由于其直接來自自然界，經過漫長的演變過程，其組成及存在形式與周圍環境達到了最佳的協調與穩定，以此制成的制品廢棄后，與周圍環境也會有較好的親和性，不會對水系和土壤造成污染。另外，還由于青花瓷使用壽命較長，相對環境負荷小，對人體不會產生直接危害，無二次污染，因而暫不考慮其最終的廢棄處置。研究系統的輸入包括資源和能源等;輸出為排入水、氣、聲和固體廢物等污染物。功能單位采用1t釉下青花瓷產品。

3清單分析

根據上述邊界劃分，將景德鎮青花瓷生產的生命周期各階段進一步細化為相對獨立的過程單元，并進行相關數據的收集與統計，從而得到景德鎮青花瓷生產生命周期各階段資源、能源消耗和污染物的排放清單，如表1所示。

數據主要來源于《日用陶瓷工業手冊》，景德鎮陶瓷工業設計研究院的《工廠設計技術報告》內部資料;其次為公開發表的文獻資料、企業生產運行實測數據、環保部門的監測報告和相關研究的文獻等[7-10]。

從表1可以看出，青花瓷生產的主要原料為瓷石、高嶺土、長石和石英等硅酸鹽類礦物原料，它們被稱為高克拉克值材料。從宏觀上看，資源地域分布廣、含量豐富，因此，青花瓷的生產對資源消耗影響不大。但是，由于現階段陶瓷原材料落后的生產方式，致使天然原料的開采、分選對環境的污染主要集中在土地、植被的破壞，水土流失、淘洗分選過程的水污染和散亂廢棄的尾礦渣。因此，需要建立標準化原料專業生產基地，以實現青花瓷現代化清潔生產的基本要求。

青花瓷生命周期過程中的能源消耗主要是燒成階段所用的液化煤氣，耗用量為2500Bm3/t;生產1t青花瓷在原料、成形和燒成三個階段分別需耗電220、200和190kW·h。

青花瓷生命周期中的廢棄物主要分為廢氣、廢水和固體廢棄物。廢氣排放中排放量最大的是CO2，為2404.8kg/t，其次是NOx(3.86kg/t)和SO2(2.28kg/t)。煙塵(0.41kg/t)、粉塵(0.780kg/t)和CO(0.013kg/t)，它們主要來源于青花瓷的燒成階段。

青花瓷生命周期中產生的水體污染物主要集中在原料制備和坯體成形兩個階段，生產每噸青花瓷的廢水排放量為18t，其中，最大的污染物是懸浮物SS(88820g/t)，其它依次為:COD(881.630 g/t)、BOD5 (193.557 g/t)、NO3- (22.633g/t)、石油類(22.576 g/t)、氟化物(11.425 g/t)。

青花瓷生產過程中產生的固體廢物主要是廢棚板、匣缽、廢石膏和廢品等，盡管數量較大，但基本都可回收再用。

青花瓷生產在原料加工與燒成階段會產生一定的噪聲。另外，由于青花瓷采用的是釉層下的花色裝飾，因此無鉛鎘溶出危害。

4環境影響評價模型

按照國際標準化組織的ISO14040的框架[10]，影響評價模型建立包括三個步驟:分類、標準化和加權評估。青花瓷生產的環境影響類型可分為全球變暖效應、酸化、富營養化、煙灰塵和固體廢棄物五種。

為了進一步確定和分析生產過程的環境影響及對生命周期各階段的主要貢獻，對青花瓷生產各過程的環境影響因子按如下公式進行歸類計算，得到各類環境影響潛值，并列于表2中。

EP(j)=P(j)i=[Q(j)i×EF(j)i] (1)

其中:

EP(j)——產品系統對第j種潛在環境影響的貢獻;

P(j)——第i種排放物質對第j種潛在環境影響的貢獻;

Q(j)i——對環境產生第j種影響的第i種物質的排放量;

EF(j)i——第i 種排放物對第j 種潛在環境影響的當量因子。

當量因子的確定因不同的環境影響類型而不同，通常以某種物質為參考，計算其他物質的相對大小。如對全球變暖采用CO2，酸化則采用SO2等。

對以上所計算的各類環境影響潛值，采用其相應的標準化基準進行標準化，從而比較其相對大小，詳見表2。但是，經標準化后兩種不同類型環境影響潛值數值大小相同，并不意味著兩者的潛在環境影響同樣嚴重。因而需要對影響類型的嚴重性進行排序，即賦予不同影響類型不同權重后，才能進行比較[11]。為此，采用根據“目標距離”法確定的權重進行加權評估，結果見表2。

5生命周期解釋

從表2中不難看出，在青花瓷生產中各環境影響類型的貢獻率有很大差異，它們的相對貢獻見圖2。結果表明，在青花瓷生命周期內相關的環境影響主要為固體廢物，但是，固廢基本都可回收再利用，因此，實際對環境的影響負荷并不大。其次是全球變暖、酸化和富營養化，同時對工業煙塵和粉塵的影響也不容忽視。

結合清單數據結果，發現在全球變暖、酸化和富營養化三種環境影響中主要的干擾因子分別為CO2、SO2和NOx，它們主要來自于青花瓷燒成過程中的氣體污染排放物，這也正是青花瓷生產中要求使用清潔氣體燃料的緣故。為此，目前在景德鎮政府的組織下，青花瓷生產不斷采用新技術，改變燃料結構(由燃煤改成燃氣)，使該市的環境污染狀況有了明顯的改善。此外，還需對引起大氣污染的工業窯爐進行技術改造，選擇節能型設備，采用先進的燃燒技術和煙塵處理技術，提高燃燒效率，減少CO2、SO2和NOx污染物排放。另外，由于陶瓷生產廢水主要來自原料制備過程，其中懸浮物SS 顯著偏高，因此，需要設立陶瓷廢水處理設施，做到廢水的回收再利用，實現廢水的零排放。

參考文獻

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