重慶市城市生活垃圾處理方式的生命周期評價

何 強,彭 飛,朱 姝,李 寧

重慶市城市生活垃圾處理方式的生命周期評價

何 強1,彭 飛1,朱 姝1,李 寧2

(1.重慶大學三峽庫區生態環境教育部重點實驗室,重慶400045; 2.中國市政工程西南設計研究院,四川成都610081)

運用ISO14040“生命周期評價原則與框架”,對重慶市城市生活垃圾的三種處理方式進行了系統的LCA評價,結果為:衛生填埋、焚燒和堆肥三種處理方案的總環境影響潛力分別為0.207、0.074和0.036。根據LCA影響評價結果并綜合考慮經濟效益和社會效益,建議重慶市城市生活垃圾處理宜采用堆肥或焚燒處理工藝。

城市生活垃圾;處理方式;生命周期評價

近年來,隨著重慶市社會經濟道的迅猛發展和城市化步伐的加快,城市生活垃圾的產量也在快速增長,生態環境遭到了嚴重的破壞,雖然重慶市已采取了相應生活垃圾處理和管理的措施,但仍存在許多問題,遠遠趕不上城市發展的需要。本文在研究生命周期評價(LCA)的基礎上,對重慶市城市生活垃圾的不同處理方式進行了較為系統的LCA評價。

1 生命周期評價(LCA)

生命周期評價的基本思想始于60年代后期,其核心是“對材料或產品從制造、使用、回收、廢棄與處置等全過程中的環境影響進行綜合評價”[1]。 ISO14040(1997環境管理—生命周期評價—原理及框架)中LCA的定義是:在產品或服務系統整個生命周期中,對產品或服務系統功能直接相關的環境影響、物質和能源的投入產出進行匯集和測算的一套系統方法[2]。與其他評價方法相比,生命周期評價的重要性在于超越了單個問題,擴大了環境問題的設計范圍,并努力探討廣闊范圍內的環境問題[3]。

1993年,“國際環境毒理學與化學學會”(SETAC)在“生命周期評價綱要使用指南”中將生命周期評價的基本結構歸納為四個有機聯系的部分:確定目標和范圍、清單分析(inventory analysis)、影響評價(impact assessment)和改善效果評價(improvement assessment)[4]。1997年,ISO14040正式將這四部分納入其理論框架中。

2 城市生活垃圾生命周期評價

具體就城市生活垃圾生命周期評價而言,它主要研究垃圾從產生到處置的每個階段(即從城市生活垃圾的產生、收集、運輸、中轉、回收再利用直到最終處置),以及每個階段所包括的每步操作或單元過程的物質和能量的利用及相應的環境排放進行識別和量化其輸入(原材料、資源與能源)和輸出(環境排放物),評估各個階段物質能源利用效率以及所排放廢物的環境影響,從而設計出環境有效、經濟可行及社會可接納的綜合的城市生活垃圾管理系統。通過加強可回收物品的循環再利用、處理工藝的優化設計等措施,將整個過程的環境影響降至最小。總而言之,生命周期評價考慮了垃圾處理各個階段對環境影響的平衡,而不是某一階段或工藝的環境最優。

針對重慶市實際情況,就重慶市目前的城市生活垃圾處理模式中的物質、能量的輸入、輸出及其污染物排放對環境造成的影響進行比較評價,為相關部門提供相應的決策依據。評價的環境負荷項目有:(1)能源消耗;(2)全球變暖(以 CO2為參照物質);(3)酸化(以 SO2為參照物質);(4)富營養化(以NO3-為參照物質);(5)光化學臭氧合成(以C2H4為參照物);(6)生態毒性。

3 重慶市城市生活垃圾綜合處理方式的LCA評價

3.1 確定目標和范圍

本研究依據ISO14040環境管理中生命周期評價的原則和框架,提出生命周期評價的研究框架,以重慶市生活垃圾處理處置為案例分析,根據生命周期清單分析和環境影響評價所提供的數據,對三種處理方式中的物質、能量的輸入與輸出,及其污染物排放的環境影響進行評價,為環境管理部門和政府職能部門確定綜合處理方式、制定相關環境法規提供參考。

研究的功能單位是重慶市人均年排放的生活垃圾量,即372.3kg/(人·a)。

評價內容為處理人均年排放生活垃圾的成本、能源消耗和環境污染物的排放量。

本研究的范圍確定為重慶市生活垃圾進入垃圾處理場經中間處理到最終處理的過程,即假定城市生活垃圾進入垃圾處理場的那一刻起進入系統邊界,并假定垃圾在進入運輸階段前已經過了分選,系統邊界不包括家庭由于垃圾分選而產生的價值回收,其系統邊界如圖1。

目前重慶市城市生活垃圾主要處理工藝主要有三類:

圖1 重慶市城市生活垃圾LCA系統邊界圖

工藝一:生活垃圾混合收集+全部衛生填埋,如重慶市長生橋垃圾衛生填埋場、黑石子垃圾處理場;

工藝二:生活垃圾混合收集+全部焚燒+殘渣填埋,如重慶同興垃圾焚燒發電廠;

工藝三:生活垃圾混合收集+有機質堆肥+不可堆肥物填埋,如涪陵李渡垃圾堆肥場。

3.2 清單分析

清單分析中數據的來源:重慶市環保局和其他環境管理部門提供的數據;重慶市部分垃圾處理設施(如黑石子垃圾處理場、長生橋衛生填埋場等);現場調查的監測數據;文獻參考數據[5-8]。

應用生命周期清單分析模型,分別計算得出上述三種方案處理重慶市人均年排放生活垃圾的成本和能源消耗,以及各種污染物的排放量(如表 1所示)。

根據表1,焚燒的處理成本最大,為34.93 kg/ (人·a),但由于人們將其產生的熱量充分利用,因此其回收的能量最多,為177.53 MJ/(人·a);衛生填埋處理的成本為20.43kg/(人·a),其回收的能量也有盈余,為15.44 MJ/(人·a);而堆肥處理卻略有收益,為10.25 kg/(人·a)。但其能耗卻為75.78MJ/(人·a)。在廢氣污染方面,填埋排放的氣體主要以 CH4和 CO2為主,其排放量分別為7.49 kg/(人·a)和15.70 kg/(人·a);焚燒和堆肥處理排放的氣體主要以CO2為主,分別為236.42 kg/(人·a)和123.54 kg/(人·a)。在廢水污染方面,衛生填埋產生滲濾液污染較嚴重,需對其進行處理達標后排放。

表1 重慶市城市生活垃圾清單分析結果kg/(人·a)

式中,EP(j)為對第 j種環境影響類型的環境影響潛力[kg參照物當量/(人·a)];Q(j)i為第j種環境影響類型中,第i種環境干擾因子的排放量[kg/ (人·a)];EF(j)i為第i種環境干擾因子對第j種環境影響類型的特征化因子。

算出環境影響潛力后再對其進行標準化和賦權,得到賦權后環境影響潛力,進而可得到每種方案的總環境影響潛力。然后再對其進行標準化和賦權,得到賦權后環境影響潛力,進而可得到每種方案的總環境影響潛力。

重慶市城市生活垃圾LCA影響評價結果如表2所示。結果表明:目前重慶市生活垃圾采用的工藝一、工藝二、工藝三種處理方案的總環境影響潛力分別為0.207、0.074和0.036,即“生活垃圾混合收集+全部衛生填埋”的處理方式對環境影響最大,“生活垃圾混合收集+有機質堆肥+不可堆肥物填埋”的處理方式對環境的影響最小。工藝一、工藝二中對環境影響最大的都是光化學臭氧合成;工藝三中富營養化對環境影響最大;在三種處理工藝中,全球變暖對環境的影響都較大;并且衛生填埋法的光化學臭氧合成的賦權后環境影響潛力值遠遠高于焚燒和堆肥處理中相應的值,說明衛生填埋處理過程中所排放的填埋氣體對環境的影響最大,堆肥處理過程中產生的污染物質最少,故其總環境影響值最小。

4 結論及建議

3.3 影響評價

根據清單分析結果,以重慶市人均年排放的生活垃圾量372.3kg/(人·a)為功能單位,將生活垃圾的環境影響類型分成全球變暖、酸化、富營養化、光化學臭氧合成和生態毒性五種,根據各環境干擾因子與其相應參照物質之間的當量關系,計算出每種影響類型的環境影響潛力,計算公式如下:

通過對重慶市城市生活垃圾三種處理方式的生命周期評價進行比較發現:

(1)堆肥處理的經濟效益最好,且總環境影響潛力值最小(0.036),即排放的污染物最少;

(2)焚燒處理所回收的能量最多為177.53 MJ/ (人·a),能耗最低,雖然其總環境影響潛力值(0.074)高于堆肥處理,但卻遠遠小于衛生填埋(0.207),并且焚燒處理是垃圾的終極處理處置方式;

(3)衛生填埋工藝簡單,但對環境的危害最大,回收的能量少,成本也比堆肥處理高。

因此,本研究建議,重慶市應抓住西部大開發和建設社會主義新農村的契機,完善生活垃圾收集運輸系統,逐步淘汰衛生填埋這種處理方式,逐漸設置并建立以焚燒和堆肥方式為主的生活垃圾處理場,加快重慶市生活垃圾“無害化、減量化、資源化”的進程。

(續表2)

[1] 江 源,劉運通,邵 培.城市生活垃圾管理[M].北京:中國環境科學出版社,2004.

[2] ISO/DIS.14040.Environmental Management-Life Cycle Assessment-Part 1.Principles and Farmework[S].1997.

[3] SETAC.Life-Cycle Assessment(LCA)Advisory Group. Guidelines for Life-cycle Assessment:A“Code of Practice”[EB/OL].http://www.setac.org/lca/html.2003-02.

[4] Forbes McDougall,等.城市固體廢棄物綜合管理——生命周期的視角[M].上海:同濟大學出版社,2006.

[5] 李連杰,鄭雪艷,毛 琨.重慶市主城區生活垃圾處理的現狀及對策[J].節能,2007,(5):49-51.

[6] 李 娜.基于模糊數學理論的城市生活垃圾處理生命周期評價[D].成都:西南交通大學,2005.

[7] 徐 成,楊建新,王如松.廣漢市生活垃圾生命周期評價[J].環境科學學報,1999,19(6):631-635.

[8] 李金惠,王 偉,王洪濤.城市生活垃圾規劃與管理[M].北京:中國環境科學出版社,2007.

Life Cycle Assessment of Municipal Solid Waste Disposal Techniques in Chongqing City

HE Qiang1,PENG Fei1,ZHU Shu1,LI Ning2
(1.Key Lab of Eco-Environment of the Three Gorges Reservoir Region,Ministry of Education,Chongqing 400045,China; 2.Southwest Municipal Engineering Design&Research Institute of China,Chengdu 610081,China)

By using ISO14040“life cycle assessment principles and framework”,three different disposal techniques of municipal solid waste in chongqing city were evaluated with life cycle assessment.The results showed that the environmental influence potential of sanitary landfill,incineration and composting disposal were 0.207,0.074 and 0.036.According to the results of the LCA and benefits of economic and social,incineration or composting disposal was proposed to deal with municipal solid waste in Chongqing city.

municipal solid waste;disposal techniques;life cycle assessment

X820.3

A

1674-2842(2010)01-0036-05

2009-06-17

廣西環境工程與保護評價重點實驗室(合同編號:桂科能0704K032)

何強(1965-),男,教授,主要從事水處理理論與技術、綠色建筑與水資源利用技術研究。