景德鎮(zhèn)青花瓷的生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)

摘要:本文應(yīng)用生命周期評(píng)價(jià)方法，以最具代表性的景德鎮(zhèn)釉下青花瓷為研究對(duì)象，對(duì)青花瓷生命周期過(guò)程——原料制備、成形加工、燒成生產(chǎn)、產(chǎn)品使用等過(guò)程進(jìn)行了能耗、水耗及污染物排放清單分析，并計(jì)算評(píng)估出污染物的環(huán)境影響負(fù)荷。結(jié)果表明，青花瓷生產(chǎn)中氣體污染物排放對(duì)環(huán)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(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和生態(tài)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞:景德鎮(zhèn);青花瓷;生命周期;環(huán)境影響評(píng)價(jià)

1引 言

進(jìn)入二十一世紀(jì)，隨著我國(guó)加入WTO，我國(guó)陶瓷工業(yè)現(xiàn)代化面臨巨大的發(fā)展機(jī)遇，同時(shí)迎來(lái)新的挑戰(zhàn)。其中，作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的陶瓷生產(chǎn)要消耗大量資源﹑能源，并排放CO2、SO2污水和粉塵污染物，嚴(yán)重污染環(huán)境，大大制約著我國(guó)陶瓷工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[1]。

傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)的整個(gè)生命周期過(guò)程的各個(gè)階段均會(huì)對(duì)環(huán)境造成影響。為更好地了解生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品的環(huán)境行為，找出其生命過(guò)程中減少污染物產(chǎn)生的機(jī)會(huì)和潛力，需要對(duì)陶瓷生產(chǎn)的整個(gè)生命周期的資源消耗和環(huán)境影響進(jìn)行分析評(píng)價(jià)[2-4]。生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)(LCA-Life Cycle Assessment，簡(jiǎn)稱(chēng)LCA)就是目前國(guó)際上常用的一種對(duì)產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝及活動(dòng)對(duì)環(huán)境的負(fù)荷進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)方法，它通過(guò)對(duì)能量和物質(zhì)消耗以及由此造成的廢棄物排放進(jìn)行辨識(shí)和量化，來(lái)評(píng)價(jià)能量和物質(zhì)利用對(duì)環(huán)境的影響，以尋求改善產(chǎn)品或工藝的途徑[5]。

作為擁有千年陶瓷文化的景德鎮(zhèn)，在我國(guó)陶瓷工業(yè)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(zhèn)釉下青花瓷為研究對(duì)象，利用生命周期影響評(píng)價(jià)方法，建立數(shù)學(xué)模型來(lái)表征和量化陶瓷生產(chǎn)過(guò)程的能源﹑物質(zhì)的消耗﹑廢棄物的排放，評(píng)價(jià)青花瓷生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境負(fù)荷的影響，并得到其量化的環(huán)境負(fù)荷指標(biāo)。通過(guò)對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行分析，尋找改善環(huán)境、降低環(huán)境影響的技術(shù)方向，并提出相應(yīng)的建議或措施，為景德鎮(zhèn)陶瓷企業(yè)推行清潔生產(chǎn)，通過(guò)ISO14000認(rèn)證和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

2研究目標(biāo)與范圍

進(jìn)行LCA評(píng)價(jià)時(shí)，首先需要根據(jù)其目標(biāo)確定研究對(duì)象、評(píng)價(jià)范圍和功能單位。本研究擬以最具中國(guó)特色的景德鎮(zhèn)釉下青花瓷為研究對(duì)象，對(duì)其生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行環(huán)境影響分析，尋找改善環(huán)境、降低環(huán)境影響的技術(shù)方向，以實(shí)現(xiàn)陶瓷的清潔生產(chǎn)。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(rùn)澤、白里泛青、高雅玉潔和無(wú)鉛鎘溶出危害等優(yōu)點(diǎn)。青花瓷的典型生產(chǎn)過(guò)程主要分為原料制備、成形加工和燒成三個(gè)階段(見(jiàn)圖1)。

本研究根據(jù)ISO14041標(biāo)準(zhǔn)[6]，結(jié)合研究目標(biāo)和景德鎮(zhèn)青花瓷普遍采用的工藝流程，確定LCA研究系統(tǒng)的邊界范圍，將范圍界定在直接采用標(biāo)準(zhǔn)化的原料，不考慮原料加工、輔助材料制造等過(guò)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(guò)程。青花瓷采用天然礦物原料，由于其直接來(lái)自自然界，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的演變過(guò)程，其組成及存在形式與周?chē)h(huán)境達(dá)到了最佳的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定，以此制成的制品廢棄后，與周?chē)h(huán)境也會(huì)有較好的親和性，不會(huì)對(duì)水系和土壤造成污染。另外，還由于青花瓷使用壽命較長(zhǎng)，相對(duì)環(huán)境負(fù)荷小，對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生直接危害，無(wú)二次污染，因而暫不考慮其最終的廢棄處置。研究系統(tǒng)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(chǎn)品。

3清單分析

根據(jù)上述邊界劃分，將景德鎮(zhèn)青花瓷生產(chǎn)的生命周期各階段進(jìn)一步細(xì)化為相對(duì)獨(dú)立的過(guò)程單元，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計(jì)，從而得到景德鎮(zhèn)青花瓷生產(chǎn)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(shù)據(jù)主要來(lái)源于《日用陶瓷工業(yè)手冊(cè)》，景德鎮(zhèn)陶瓷工業(yè)設(shè)計(jì)研究院的《工廠設(shè)計(jì)技術(shù)報(bào)告》內(nèi)部資料;其次為公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)資料、企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、環(huán)保部門(mén)的監(jiān)測(cè)報(bào)告和相關(guān)研究的文獻(xiàn)等[7-10]。

從表1可以看出，青花瓷生產(chǎn)的主要原料為瓷石、高嶺土、長(zhǎng)石和石英等硅酸鹽類(lèi)礦物原料，它們被稱(chēng)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(chǎn)對(duì)資源消耗影響不大。但是，由于現(xiàn)階段陶瓷原材料落后的生產(chǎn)方式，致使天然原料的開(kāi)采、分選對(duì)環(huán)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(guò)程的水污染和散亂廢棄的尾礦渣。因此，需要建立標(biāo)準(zhǔn)化原料專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)基地，以實(shí)現(xiàn)青花瓷現(xiàn)代化清潔生產(chǎn)的基本要求。

青花瓷生命周期過(guò)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(chǎn)1t青花瓷在原料、成形和燒成三個(gè)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(lái)源于青花瓷的燒成階段。

青花瓷生命周期中產(chǎn)生的水體污染物主要集中在原料制備和坯體成形兩個(gè)階段，生產(chǎn)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(lèi)(22.576 g/t)、氟化物(11.425 g/t)。

青花瓷生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢物主要是廢棚板、匣缽、廢石膏和廢品等，盡管數(shù)量較大，但基本都可回收再用。

青花瓷生產(chǎn)在原料加工與燒成階段會(huì)產(chǎn)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(wú)鉛鎘溶出危害。

4環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型

按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO14040的框架[10]，影響評(píng)價(jià)模型建立包括三個(gè)步驟:分類(lèi)、標(biāo)準(zhǔn)化和加權(quán)評(píng)估。青花瓷生產(chǎn)的環(huán)境影響類(lèi)型可分為全球變暖效應(yīng)、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化、煙灰塵和固體廢棄物五種。

為了進(jìn)一步確定和分析生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境影響及對(duì)生命周期各階段的主要貢獻(xiàn)，對(duì)青花瓷生產(chǎn)各過(guò)程的環(huán)境影響因子按如下公式進(jìn)行歸類(lèi)計(jì)算，得到各類(lèi)環(huán)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(chǎn)品系統(tǒng)對(duì)第j種潛在環(huán)境影響的貢獻(xiàn);

P(j)——第i種排放物質(zhì)對(duì)第j種潛在環(huán)境影響的貢獻(xiàn);

Q(j)i——對(duì)環(huán)境產(chǎn)生第j種影響的第i種物質(zhì)的排放量;

EF(j)i——第i 種排放物對(duì)第j 種潛在環(huán)境影響的當(dāng)量因子。

當(dāng)量因子的確定因不同的環(huán)境影響類(lèi)型而不同，通常以某種物質(zhì)為參考，計(jì)算其他物質(zhì)的相對(duì)大小。如對(duì)全球變暖采用CO2，酸化則采用SO2等。

對(duì)以上所計(jì)算的各類(lèi)環(huán)境影響潛值，采用其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，從而比較其相對(duì)大小，詳見(jiàn)表2。但是，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后兩種不同類(lèi)型環(huán)境影響潛值數(shù)值大小相同，并不意味著兩者的潛在環(huán)境影響同樣嚴(yán)重。因而需要對(duì)影響類(lèi)型的嚴(yán)重性進(jìn)行排序，即賦予不同影響類(lèi)型不同權(quán)重后，才能進(jìn)行比較[11]。為此，采用根據(jù)“目標(biāo)距離”法確定的權(quán)重進(jìn)行加權(quán)評(píng)估，結(jié)果見(jiàn)表2。

5生命周期解釋

從表2中不難看出，在青花瓷生產(chǎn)中各環(huán)境影響類(lèi)型的貢獻(xiàn)率有很大差異，它們的相對(duì)貢獻(xiàn)見(jiàn)圖2。結(jié)果表明，在青花瓷生命周期內(nèi)相關(guān)的環(huán)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(shí)際對(duì)環(huán)境的影響負(fù)荷并不大。其次是全球變暖、酸化和富營(yíng)養(yǎng)化，同時(shí)對(duì)工業(yè)煙塵和粉塵的影響也不容忽視。

結(jié)合清單數(shù)據(jù)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在全球變暖、酸化和富營(yíng)養(yǎng)化三種環(huán)境影響中主要的干擾因子分別為CO2、SO2和NOx，它們主要來(lái)自于青花瓷燒成過(guò)程中的氣體污染排放物，這也正是青花瓷生產(chǎn)中要求使用清潔氣體燃料的緣故。為此，目前在景德鎮(zhèn)政府的組織下，青花瓷生產(chǎn)不斷采用新技術(shù)，改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)(由燃煤改成燃?xì)?，使該市的環(huán)境污染狀況有了明顯的改善。此外，還需對(duì)引起大氣污染的工業(yè)窯爐進(jìn)行技術(shù)改造，選擇節(jié)能型設(shè)備，采用先進(jìn)的燃燒技術(shù)和煙塵處理技術(shù)，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(chǎn)廢水主要來(lái)自原料制備過(guò)程，其中懸浮物SS 顯著偏高，因此，需要設(shè)立陶瓷廢水處理設(shè)施，做到廢水的回收再利用，實(shí)現(xiàn)廢水的零排放。

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