生命周期評價方法(LCA)在固廢資源化中的應用

羅 宇

（重慶市設計院重慶400015）

生命周期評價方法(LCA)在固廢資源化中的應用

羅 宇

（重慶市設計院重慶400015）

1 LCA概述

1990年由“國際環境毒理學與化學學會(SETAC)”首次主持召開了有關生命周期評價的國際研討會。在該會議上首次提出了“生命周期評價(Life Cycle Assessment,LCA)”的概念。在以后的幾年里，SETAC又主持召開了多次學術研討會，對生命周期評價從理論與方法上進行了廣泛研究[5]。1993年，SETAC根據在葡萄牙的一次學術會議的主要結論,出版了一本綱領性報告：“生命周期評價綱要：實用指南”。該報告為生命周期評價方法提供了一個基本技術框架,成為生命周期評價方法論研究起步的一個里程碑。

生命周期評價是一種評價產品、工藝過程或活動從原材料的采集和加工到生產、運輸、銷售、使用、回收、養護、循環利用和最終處理整個生命周期系統有關的環境負荷的過程[6]。LCA突出強調產品的“生命周期”，早期曾被形象地稱為“從搖籃到墳墓”的評價。它通過對整個生命周期內能量和物質的使用及釋放的辨識和定量，評價其對環境的影響，同時通過分析，尋求改善環境的機會。LCA注重研究系統對資源能源消耗、人類健康和生態環境的影響，一般不考慮經濟和社會方面的影響。

2 LCA的內容及框架[6]-[9]

2.1 目標和范圍的界定(Goaland Scope)

目標和范圍界定是LCA研究中的第一步,也是最關鍵的部分。它一般先確定LCA的評價目的，然后按評價目的確定研究范圍。目標確定即要清楚地說明開展此項生命周期評價的目的和意圖,以及研究結果的預計使用目的。如提高系統本身的環境性能,用于環境聲明或獲得環境標志。范圍確定的深度和廣度受目標控制,一般包括功能單位、系統邊界、時間范圍、影響評價范圍、數據質量要求等的確定。這一部分工作隨任務不同變化很大,沒有一個標準的模式可套用,但必須反映出資料收集與影響分析的根本方向,即滿足清單分析和影響評價要求。此外,LCA研究是一個反復的過程,因此在接下去的研究中,可能須修正預先界定的范圍來滿足研究的目標,在某些情況下也可能修正研究目標本身。

明確評估的目的，有些是為政府制定某項政策法規，有些是為了爭取環保證書(如:ISO 14000)，或按環保要求調整采購進貨政策等等。其次，必須明確被評估的產品(或服務)以及其功能(包括其計量量綱)。確定功能和計量量綱十分重要，因為以后評估的所有可比性均是基于滿足相同功能的前提的。

2.2 數據清單分析(Inventory Analysis)

清單分析是針對產品生命周期的各個階段列出其資源、能源消耗以及各種廢料排放的清單數據，在LCA中是繼目標和范圍界定后的一步操作,也是LCA整個操作工作中工作量最大的一部分。清單分析涉及產品整個生命周期,一個完整的清單分析能為所有與系統相關的投入產出提供一個總的概況。這部分工作重點通過對產品生命周期中物流能流的調查分析,建立與環境相關的數據矩陣。

2.3 影響力分析(Im pact Analysis)

影響力分析是對清單分析中所辨出來的環境影響作定量或定性的描述和評價。它目前正在發展中,還沒有一個達成共識的方法。這時人們便需要一些方法，在眾多的數據亂麻中理出一些頭緒來。比如：(1)分類：把前一輪所采集到的紛繁的排放數據與具體某個LCA所感興趣的環境問題分別建立起對應聯系。(2)價值評估：目的在于給不同的系統打分，使本來不可比的環境污染排放量指標有某種可比性。而ISO、SETAC和美國EPA都傾向于把影響評價作為一個“三步走”的模型,即分類、特征化和量化評價。

影響分類主要考慮的問題是清單分析中得來的數據歸到哪類環境影響。LCA研究中一般把影響類型分為資源耗竭、人類健康影響和生命影響三大類,每一大類又可包含許多小類。如生態影響包含全球變暖、臭氧層破壞、酸雨等。特征化主要考慮的問題是誰對影響有貢獻。它主要通過開發一種模型來匯總分析每一種影響大類下的不同影響類型,方法有負荷模型、當量模型等。量化評價是確定不同影響類型的貢獻大小,即確定權重以便得到一個數字化的可供比較的單一指標。

2.4 解釋(Interpretation)

解釋是用影響力分析所得到的結果來回答在目標和范圍界定時提出的問題。如果說系統邊界設定、排放物計量是LCA中比較明確和技術性強的部分，那么從影響力分析開始到解釋部分，LCA的藝術性成分開始加大，難度也變大。為了簡化分析并得到更為精確的答案，往往需要在影響力分析完成時根據其結果重新調整目標和范圍界定。

3 將LCA應用于固廢資源化決策

一般而言，固體廢棄物的資源化能夠減少原材料的消耗以及能源的使用量，一般被認為是對環境有利的。但物質的循環利用率與環境效益不是呈簡單的線性相關關系，高的廢棄物回收率意味著需要將可回收物質收集、運輸集中在一起，過程中會耗去很多能量，其環境效益未必高。因此，應綜合考慮固體廢棄物資源化的回收利用價值、再回收利用技術條件、回收利用的成本等綜合因素，生命周期評價理論和方法為此提供了幫助。目前在中國，廢棄物資源化的水平還不高，已經造成重大的資源浪費和環境污染，推廣LCA管理，可以促進廢棄物的資源化和再利用，從而在一定程度上有助于循環經濟的發展。

固體廢棄物資源化的生命周期評價是對固體廢棄物資源化的整個過程，包括從固體廢棄物的產生、廢物收集回收、加工制造、流通使用及最終處理，物質能源輸入輸出以及相應環境排放物進行識別和量化，評估各個階段物質、能源利用效率以及最終處理的環境影響，從而設計出對環境友好的產品。整個生命周期循環圖如圖1所示。

圖1 廢棄物資源化生命周期循環示意圖

LCA的進行有一整套程序與技術細節。研究目標與范圍依據所需要解決的問題而定，在固體廢棄物資源化中引入LCA，一方面是為了探索適合我國國情的資源化生命周期評價方法，另一方面建立生命周期清單分析數據庫和計算模型。清單分析就是分析固廢產生后回收、提煉、加工、銷售、消費以及報廢后的處理各個環節的能源和物料需求、廢棄物對環境的影響。目前，國內還沒有一套完整的數據庫可供參考。生命周期影響評價是將各種關系進行量化或建立關系模型。解釋和結論主要是提出固廢資源化產品設計、工藝路線的改進方案，以便更好地實現減污、節能、增效的目標。下面，以建筑固體廢棄物資源化應用的生命周期評價來作為實例說明。

工業固體廢物是指在工業、交通等生產活動中產生的固體廢物，主要包括各種金屬、能源及非金屬礦開采、選礦、金屬冶煉、電力、化工生產等大量產生、排放的各種固體廢棄物，其大部分為硅酸鹽、鋁酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽等類物質。而建筑材料大多是由硅酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽、鋁酸鹽物質制成的材料。因此，通過科學的方法和途徑，大部分工業固體廢物具備生產建筑材料的潛能。建筑固體廢棄物中含有大量的混凝土、木材、金屬、塑料等成分的建筑副產品，建筑廢物所占工業廢物的比例高達40%左右。一方面傳統建筑材料能耗大、污染高；另一方面，建筑材料的大量廢棄，嚴重制約著建材的可持續發展。因此，完善生命周期評價LCA過程，對于建筑固體廢物的再生循環途徑見圖2。

圖2 建筑固體廢棄物的再生循環示意圖

對預拌混凝土的評價范圍[10]如圖3所示。

圖3 預拌混凝土生命周期評價范圍

預拌混凝土生命周期分為三個階段：生產階段、使用階段和拆除階段。為了保證可比性,評價功能單位確定為1m3混凝土。

（1）生產過程評價范圍。指預拌混凝土生產工藝所涉及到的主要環節,評價范圍包括水泥生產(水泥廠)、砂、石骨料的生產(骨料廠),以及最終按照混凝土配合比進行攪拌(攪拌站)的全過程資源、能源消耗和環境排放。

（2）施工過程評價范圍。施工階段是指從預拌混凝土進入施工現場起,到建筑主體結構施工結束止的這段時間。評價范圍包括輔助工程的消耗、各種施工機械的能耗、混凝土和鋼筋在施工過程中的損耗等。其中,混凝土和鋼筋的損耗是指實際材料消耗量與設計階段工程量的差值,由于這部分差值與施工技術和管理水平高度相關,故納入施工階段的評價范圍之內。

（3）混凝土拆除評價范圍。混凝土拆除過程的評價重點為結構材料形成的固體廢棄物和再生利用產生的環境影響。

對建筑固體廢物的處置在實際操作過程中還存在著諸多問題，如分揀這一關鍵步驟，涉及材料設計的問題，在本質上仍與城市生活垃圾的回收再生面臨著同樣的問題。綜上所述，各類工業廢渣如粉煤灰、煤矸石、礦渣、爐渣、頁巖等廢棄物均可作為基料，制造空心磚、實心磚、砌塊等產品以取代黏土磚，或采取不同的處理方式制造生態水泥。這兩種方式可以大量消耗固體廢物，且技術易于掌握,造價較低，有利于大規模推廣應用。當然在固體廢物的處置上增加技術含量、提高產品價值，提高性能是發展的重要方向。

4 結論和問題

在固體廢棄物資源化中引入LCA，可以對資源化的全過程進行監督，為可持續的廢棄物管理提供有力工具，為政府對資源的節約消耗提供數據。我國在這些方面的研究落后于發達國家，有待加強。

LCA雖經過20多年的發展,在實際中得到了極大的應用,但它還存在一些方法論、數據收集等方面的不足。比如：主觀性強、可比性差、數據完整性和精度有限、模型化發展較慢、耗時和費用較高等問題[9]。

在固體廢棄物資源化中引入LCA，也有一些問題需要解決，如環境協調性與使用性能并不總是能夠協調發展相互促進。一般而言，由廢舊回收物質生產的再生材料由于混入較多的雜質，性能通常低于原生資源生產的新材料，但資源化明顯在環境效益、社會效益、經濟效益中占優。LCA評價是一個龐大的系統工程，對于復雜過程更是如此，要涉及上萬個數據，要收集如此多的數據并加以分析評估顯然是一個大工程。因此很有必要在國內建立一個固體廢棄物資源化LCA評估中心，對廢棄物資源化的產品進行評估。

但是，隨著LCA在環保領域應用實踐經驗的不斷積累，它的重要性也會進一步加強。LCA研究工作目前雖主要在發達國家中開展，但相信在不久的將來，發展中國家也會很好的掌握LCA方法，使它真正成為21世紀最具生命力和發展前途的環境管理工具。

[1]侯捷，等.1996中國城鄉建設發展報告[M].北京:中國城市出版社,1997.349-350.

[2]國家環境保護局.1996年中國環境狀況公報[M].北京:國家環境保護局,1997-08.

[3]國家科委,等.中國21世紀議程———中國21世紀人口、環境與發展白皮書[M].北京:中國環境科學出版社,1994. 173.

[4]中國城市科學研究會.綠色建筑[M].北京:中國建筑工業出版社,2008.

[5]楊建新,王如松.生命周期評價的回顧與展望[J].環境科學進展,1998,6(2):21-27.

[6]Consoli F,D A llen,IBousted,e t al.Guidelines for life cycle assessm ent:a code of practice[J].SETAC.Pensaco la,FL,1993.

[7]ISO 14040:Environm entalmanagement life2cycle assessm ent princip les and framew ork[M].1997.

[8]王壽兵,胡聃,吳千紅.生命周期評價方法及其應用[J].中國環境科學,1999,19(1):77-80.

[9]王飛兒,陳英旭.生命周期評價研究進展.環境污染與防治[J].2001,23(5):249-252.

[10]李小冬,王帥,孔祥勤,張智慧.預拌混凝土生命周期環境影響評價[J].土木工程學報,2011,44(1):132-138.

責任編輯：余詠梅

LifeCircle Appraisal(LCA)to Be Applied in SolidWastesRecycling Resource Development

針對現今固廢回收利用資源化的趨勢，探討了以生命周期評價（LCA）應用于固廢資源化決策的合理性和可行性，以促進其在環保建設領域的推廣應用。

生命周期評價；固廢資源化

Thew riteranalyzes the life circle appraisal(LCA)concerning in resourcedeveloping in solid wastes recycling in thispaper to provide reasonable feasibility for the concreteusages to beused in theenvironmentalsurroundings.

life circleappraisal；resource developing in solid wastes recycle

TU 993

A

1671-9107（2011）09-0033-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2011.09.033

2011-05-26

羅宇（1978-），男，工程師，主要從事市政環保設計工作。