何 强,彭 飞,朱 姝,李 宁

重庆市城市生活垃圾处理方式的生命周期评价

何 强1,彭 飞1,朱 姝1,李 宁2

(1.重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室,重庆400045; 2.中国市政工程西南设计研究院,四川成都610081)

运用ISO14040“生命周期评价原则与框架”,对重庆市城市生活垃圾的三种处理方式进行了系统的LCA评价,结果为:卫生填埋、焚烧和堆肥三种处理方案的总环境影响潜力分别为0.207、0.074和0.036。根据LCA影响评价结果并综合考虑经济效益和社会效益,建议重庆市城市生活垃圾处理宜采用堆肥或焚烧处理工艺。

城市生活垃圾;处理方式;生命周期评价

近年来,随着重庆市社会经济道的迅猛发展和城市化步伐的加快,城市生活垃圾的产量也在快速增长,生态环境遭到了严重的破坏,虽然重庆市已采取了相应生活垃圾处理和管理的措施,但仍存在许多问题,远远赶不上城市发展的需要。本文在研究生命周期评价(LCA)的基础上,对重庆市城市生活垃圾的不同处理方式进行了较为系统的LCA评价。

1 生命周期评价(LCA)

生命周期评价的基本思想始于60年代后期,其核心是“对材料或产品从制造、使用、回收、废弃与处置等全过程中的环境影响进行综合评价”[1]。 ISO14040(1997环境管理—生命周期评价—原理及框架)中LCA的定义是:在产品或服务系统整个生命周期中,对产品或服务系统功能直接相关的环境影响、物质和能源的投入产出进行汇集和测算的一套系统方法[2]。与其他评价方法相比,生命周期评价的重要性在于超越了单个问题,扩大了环境问题的设计范围,并努力探讨广阔范围内的环境问题[3]。

1993年,“国际环境毒理学与化学学会”(SETAC)在“生命周期评价纲要使用指南”中将生命周期评价的基本结构归纳为四个有机联系的部分:确定目标和范围、清单分析(inventory analysis)、影响评价(impact assessment)和改善效果评价(improvement assessment)[4]。1997年,ISO14040正式将这四部分纳入其理论框架中。

2 城市生活垃圾生命周期评价

具体就城市生活垃圾生命周期评价而言,它主要研究垃圾从产生到处置的每个阶段(即从城市生活垃圾的产生、收集、运输、中转、回收再利用直到最终处置),以及每个阶段所包括的每步操作或单元过程的物质和能量的利用及相应的环境排放进行识别和量化其输入(原材料、资源与能源)和输出(环境排放物),评估各个阶段物质能源利用效率以及所排放废物的环境影响,从而设计出环境有效、经济可行及社会可接纳的综合的城市生活垃圾管理系统。通过加强可回收物品的循环再利用、处理工艺的优化设计等措施,将整个过程的环境影响降至最小。总而言之,生命周期评价考虑了垃圾处理各个阶段对环境影响的平衡,而不是某一阶段或工艺的环境最优。

针对重庆市实际情况,就重庆市目前的城市生活垃圾处理模式中的物质、能量的输入、输出及其污染物排放对环境造成的影响进行比较评价,为相关部门提供相应的决策依据。评价的环境负荷项目有:(1)能源消耗;(2)全球变暖(以 CO2为参照物质);(3)酸化(以 SO2为参照物质);(4)富营养化(以NO3-为参照物质);(5)光化学臭氧合成(以C2H4为参照物);(6)生态毒性。

3 重庆市城市生活垃圾综合处理方式的LCA评价

3.1 确定目标和范围

本研究依据ISO14040环境管理中生命周期评价的原则和框架,提出生命周期评价的研究框架,以重庆市生活垃圾处理处置为案例分析,根据生命周期清单分析和环境影响评价所提供的数据,对三种处理方式中的物质、能量的输入与输出,及其污染物排放的环境影响进行评价,为环境管理部门和政府职能部门确定综合处理方式、制定相关环境法规提供参考。

研究的功能单位是重庆市人均年排放的生活垃圾量,即372.3kg/(人·a)。

评价内容为处理人均年排放生活垃圾的成本、能源消耗和环境污染物的排放量。

本研究的范围确定为重庆市生活垃圾进入垃圾处理场经中间处理到最终处理的过程,即假定城市生活垃圾进入垃圾处理场的那一刻起进入系统边界,并假定垃圾在进入运输阶段前已经过了分选,系统边界不包括家庭由于垃圾分选而产生的价值回收,其系统边界如图1。

目前重庆市城市生活垃圾主要处理工艺主要有三类:

图1 重庆市城市生活垃圾LCA系统边界图

工艺一:生活垃圾混合收集+全部卫生填埋,如重庆市长生桥垃圾卫生填埋场、黑石子垃圾处理场;

工艺二:生活垃圾混合收集+全部焚烧+残渣填埋,如重庆同兴垃圾焚烧发电厂;

工艺三:生活垃圾混合收集+有机质堆肥+不可堆肥物填埋,如涪陵李渡垃圾堆肥场。

3.2 清单分析

清单分析中数据的来源:重庆市环保局和其他环境管理部门提供的数据;重庆市部分垃圾处理设施(如黑石子垃圾处理场、长生桥卫生填埋场等);现场调查的监测数据;文献参考数据[5-8]。

应用生命周期清单分析模型,分别计算得出上述三种方案处理重庆市人均年排放生活垃圾的成本和能源消耗,以及各种污染物的排放量(如表 1所示)。

根据表1,焚烧的处理成本最大,为34.93 kg/ (人·a),但由于人们将其产生的热量充分利用,因此其回收的能量最多,为177.53 MJ/(人·a);卫生填埋处理的成本为20.43kg/(人·a),其回收的能量也有盈余,为15.44 MJ/(人·a);而堆肥处理却略有收益,为10.25 kg/(人·a)。但其能耗却为75.78MJ/(人·a)。在废气污染方面,填埋排放的气体主要以 CH4和 CO2为主,其排放量分别为7.49 kg/(人·a)和15.70 kg/(人·a);焚烧和堆肥处理排放的气体主要以CO2为主,分别为236.42 kg/(人·a)和123.54 kg/(人·a)。在废水污染方面,卫生填埋产生渗滤液污染较严重,需对其进行处理达标后排放。

表1 重庆市城市生活垃圾清单分析结果kg/(人·a)

式中,EP(j)为对第 j种环境影响类型的环境影响潜力[kg参照物当量/(人·a)];Q(j)i为第j种环境影响类型中,第i种环境干扰因子的排放量[kg/ (人·a)];EF(j)i为第i种环境干扰因子对第j种环境影响类型的特征化因子。

算出环境影响潜力后再对其进行标准化和赋权,得到赋权后环境影响潜力,进而可得到每种方案的总环境影响潜力。然后再对其进行标准化和赋权,得到赋权后环境影响潜力,进而可得到每种方案的总环境影响潜力。

重庆市城市生活垃圾LCA影响评价结果如表2所示。结果表明:目前重庆市生活垃圾采用的工艺一、工艺二、工艺三种处理方案的总环境影响潜力分别为0.207、0.074和0.036,即“生活垃圾混合收集+全部卫生填埋”的处理方式对环境影响最大,“生活垃圾混合收集+有机质堆肥+不可堆肥物填埋”的处理方式对环境的影响最小。工艺一、工艺二中对环境影响最大的都是光化学臭氧合成;工艺三中富营养化对环境影响最大;在三种处理工艺中,全球变暖对环境的影响都较大;并且卫生填埋法的光化学臭氧合成的赋权后环境影响潜力值远远高于焚烧和堆肥处理中相应的值,说明卫生填埋处理过程中所排放的填埋气体对环境的影响最大,堆肥处理过程中产生的污染物质最少,故其总环境影响值最小。

4 结论及建议

3.3 影响评价

根据清单分析结果,以重庆市人均年排放的生活垃圾量372.3kg/(人·a)为功能单位,将生活垃圾的环境影响类型分成全球变暖、酸化、富营养化、光化学臭氧合成和生态毒性五种,根据各环境干扰因子与其相应参照物质之间的当量关系,计算出每种影响类型的环境影响潜力,计算公式如下:

通过对重庆市城市生活垃圾三种处理方式的生命周期评价进行比较发现:

(1)堆肥处理的经济效益最好,且总环境影响潜力值最小(0.036),即排放的污染物最少;

(2)焚烧处理所回收的能量最多为177.53 MJ/ (人·a),能耗最低,虽然其总环境影响潜力值(0.074)高于堆肥处理,但却远远小于卫生填埋(0.207),并且焚烧处理是垃圾的终极处理处置方式;

(3)卫生填埋工艺简单,但对环境的危害最大,回收的能量少,成本也比堆肥处理高。

因此,本研究建议,重庆市应抓住西部大开发和建设社会主义新农村的契机,完善生活垃圾收集运输系统,逐步淘汰卫生填埋这种处理方式,逐渐设置并建立以焚烧和堆肥方式为主的生活垃圾处理场,加快重庆市生活垃圾“无害化、减量化、资源化”的进程。

(续表2)

[1] 江 源,刘运通,邵 培.城市生活垃圾管理[M].北京:中国环境科学出版社,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.城市固体废弃物综合管理——生命周期的视角[M].上海:同济大学出版社,2006.

[5] 李连杰,郑雪艳,毛 琨.重庆市主城区生活垃圾处理的现状及对策[J].节能,2007,(5):49-51.

[6] 李 娜.基于模糊数学理论的城市生活垃圾处理生命周期评价[D].成都:西南交通大学,2005.

[7] 徐 成,杨建新,王如松.广汉市生活垃圾生命周期评价[J].环境科学学报,1999,19(6):631-635.

[8] 李金惠,王 伟,王洪涛.城市生活垃圾规划与管理[M].北京:中国环境科学出版社,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

广西环境工程与保护评价重点实验室(合同编号:桂科能0704K032)

何强(1965-),男,教授,主要从事水处理理论与技术、绿色建筑与水资源利用技术研究。