城市固體廢棄物管理（MSWM）國內外研究綜述——基于生命周期評價方法

高曉龍，戴鐵軍

（北京工業大學循環經濟研究院，北京100124）

近年來，固體廢棄物對環境產生的影響受到了廣泛的關注，隨著社會意識的提高，城市管理者們認識到垃圾圍城將制約著城市的進一步發展。相對稀缺的資源以及堆積如山的固體廢棄物促使很多國家建立了減少固體廢棄物產生的法令，并提出回收目標，以期減少固體廢棄物對環境的影響。生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）是評價城市固體廢棄物管理（Municipal Solid Waste Management，MSWM）的有效方法[1]。

生命周期評價（LCA）始于20世紀70年代以后，源于美國開展的針對包裝品的分析和評價，隨后國際環境毒理學與化學學會（SETAC）以及國際標準化組織（ISO）分別對LCA的定義和技術框架作出了規定。生命周期評價是對一種產品或服務系統的整個生命周期物質、能源的輸入、輸出以及潛在的環境影響進行定量分析的過程，分4個階段：目標確定、清單分析、影響評價和生命周期解釋[2]。大量的學術研究通過分析系統各階段的排放對城市固體廢棄物管理（MSWM）進行研究，同時，生命周期評價軟件、數據庫的開發使分析更規范。

參考ISO140402006對國內外的相關文獻進行分析比較，了解固體廢棄物管理系統生命周期評價的研究現狀，此前Wrap，Bjorklund，Finnveden解決了一些系統的邊界問題[2]。

1 研究方法

國際標準化組織（ISO）通過與國際電工委員會（IEC）以及其他組織、政府的合作，完成了對生命周期評價（LCA）的標準更新，其框架包括研究領域和規模、功能單位、環境影響評價分析,以及數據、軟件等[3]。基于標準對國內外研究進行對比分析，了解研究現狀和存在的問題，并提出改進的建議。

1.1 研究領域和規模

現有的大多數研究是基于區域、城市層面，歐洲、北美的研究比較早，現在亞洲、南美洲的研究比較多：Finnveden等考慮了瑞典的廢棄物處理[2]；Chaya，Gheewa利用生命周期評價對一家私人廢棄物處理廠進行了分析[4]；Aye，Widjaya選定了印度尼西亞雅加達傳統市場產生的廢棄物[5]；胡志鋒等對廣州的生活垃圾處理工藝（衛生填埋、焚燒處理和綜合處理方式）進行了分析[6]；徐成等以四川省廣漢市為例，研究認為綜合處理固體廢棄物在環境效益和經濟效益方面都優于焚燒、簡單填埋和衛生填埋[7]；R·J·Hong以上海浦東新區為例，在傳統處理工藝的基礎上，引入了生物和機械處理（BMT）技術作為固體廢棄物的預處理，采用情景分析法，得到新技術有助于減輕環境影響和綜合管理系統的改善[8]；Mendes對巴西圣保羅市城市固體廢棄物的焚燒、填埋產生的環境影響進行了比較，提出填埋相對焚燒對環境的影響更大[9]。

地區的差異在研究中是很明顯的，關鍵是根據本地區的資源稟賦、地理條件，合理界定研究區域和研究目的，為收集數據、分析環境影響界定范圍。

1.2 功能單位（Functional Units）

功能單位的選擇是基于系統有很多功能，為實現輸入、輸出以及環境影響的量化，有必要根據研究目標做出規定[3]。對城市固體廢棄物管理進行生命周期評價，要根據處理固體廢棄物的量對收集到的數據，如對電力、燃料的消耗，廢水、廢氣、廢渣的排放量，以及生化學指標（COD，CH4，CO2，SO2，NH3等）進行整理，確保所有數據是在共同的標準上進行對比，之后的分類、特征化才能夠準確量化分析的結果。標準中要求功能單位透明，并加以描述。

Julian對20篇經過同行審議的文獻對比發現，僅僅有11篇對功能單位進行了清晰界定，不少研究者認為功能單位是顯而易見，無需表述的。功能單位包括的數據也有差異，包含交通工具排放的較多，而很少包含生產的能源輸入以及資本、基礎設施的投入。另外相當比例的研究中對時間范圍未加以界定[2]。

1.3 系統邊界

生命周期評價是通過設定產品系統模型，對物理系統主要物質流進行描述。系統邊界限定目標系統所要研究的過程單元，進出過程單元的物質、能源作為基本的研究對象，不過，物理系統物質流的選擇是基于研究目的和范圍，假設條件、數據和成本限制以及取舍標準也需要給予說明。

標準指出，在確定生命周期的目標和范圍組建時，省略生命周期過程單元、輸入輸出物質流的決定都應清楚地闡述，并說明理由。城市固體廢棄物管理的生命周期一般包括：（1）收集；（2）運輸到分揀中心；（3）分選；（4）運輸到處理廠；（5）處理階段，包括綜合利用、生物處理、焚燒和填埋等工藝。

很多城市固體廢棄物生命周期評價的研究包括前面的5個階段，但也有只是著重某一個階段的。胡志峰等在對廣州市的處理工藝進行評價時，界定了最終的處理階段[6]；Tan，Khoo在研究中只研究新加坡地理范圍內的廢棄物管理系統，而因此忽略了將廢棄物輸出海外循環利用而獲得的凈環境收益；Schmelev，Powell考慮到空間尺度的環境排放量和受影響地區的生態敏感性[2]；龔大國等對城市固體廢棄物從產生到處置各個階段（收集、清運、中轉、回收再利用和最終處理）物質和能量利用及相應的環境排放進行識別和量化，其中對各階段車輛和設備能耗的量化是從未有過的[10]。

1.4 生命周期影響評價（LCIA）

生命周期影響評價的環境影響評價階段，利用清單分析的結果評估潛在的環境影響。此階段通過對數據的分類、特征化，試圖實現影響的量化，這樣才具有可比性，為生命周期解釋階段提供支撐。影響評價對某一情景的定量評價會涉及到影響的驗證或權重，這受價值取向的影響。盡管影響評價相對清單分析對決策者更有用，卻受主觀因素影響較大，且很困難。所以很多研究僅僅進行到清單分析階段。龔大國等的研究止步在清單分析階段；胡志峰等經加權，得到了衛生填埋、焚燒處理以及綜合處理方式的總的環境影響潛值；Ozeler D等針對安卡拉5種城市固體廢棄物的管理方法的情景分析只做了清單分析，通過對數據分析比較管理方法對環境某一方面的影響程度[11]；R·J·Hong等對浦東傳統處理方式與經生物和機械處理后的方法進行對比評價，也得出了總環境影響潛值[8]；但他們對影響類型的權重是不同的，全球變暖、酸化、富營養化以及光化學臭氧合成等權重的大小，影響總環境影響潛質的大小。

1.5 LCA相關軟件、數據庫的開發

生命周期評價所需要的數據種類繁多且數據處理量大，因此，相關軟件及數據庫系統的開發與應用成為迫切需求。國外已形成多種較為成熟的評價軟件和數據庫，我國由于研究起步較晚，至今沒有成熟的生命周期評價軟件系統為生命周期實踐者提供支持。

現有的LCA軟件有美國環保局決策支持工具、IWM-1，IWM-2，Simapro，WISARD，ORWARE，EASEWASTE 以及 ISWM。Aye，Widjaya，Buttol等在文獻中清楚地表明其選擇的LCA模型[2]。Ozeler D等在對安卡拉MSWM分析時采用IWM-1模型[11]；胡剛在其博士論文中引入多屬性效用理論，建立了基于生命周期3E評價的MSWM決策分析方法和模型，并對重慶市主城區MSWM進行了分析[12]；龔先政，聶祚仁，左鐵鏞等調研了典型材料生產的環境復合數據，開展了中國材料數據庫（SinoCenter）的研究，建立了中國材料生命周期分析數據庫平臺[13]。

1.6 數據的類型和來源

對環境影響的直接衡量是不可獲得的，所以學者會利用年鑒、科技文獻或者通用的排放系數資料庫等獲得數據去測算排放量。多數研究需要收集的數據同所要研究的廢棄物和流量有關，LCA所需要的輸入量的全部數據清單很難獲得。研究發現，通常情況下，通過排放數據去估算城市固體廢棄物管理系統的環境排放比通過廢棄物處理廠直接測量更常用。Chaya，Gheewala從焚燒處理廠獲得直接數據[4]；Arena等使用的數據包括部分填埋廠的直接測量數據、還沒有投入運營的焚燒廠的設計數據以及意大利其他區域焚燒廠的數據[2]。數據來源和研究區域的地理差異很明顯。Aye，Widjaya使用澳大利亞的排放數據對印度尼西亞進行 LCA[5]；一些學者，像 Di Maria，Fantozzi在研究中卻沒有提及數據的來源[14]。

2 分析對比

鑒于研究采用的方法、模型以及數據獲取途徑的不同，所獲得結論也會不同。龔大國等比較分析了焚燒和綜合處理模式，綜合處理方式在溫室氣體、酸性氣體以及富營養物方面明顯優于焚燒處理模式[13]，胡志峰等對廣州市MSW 3種處理工藝的分析獲得的結論一致，焚燒處理優于衛生填埋，綜合處理優于焚燒處理[6]；而Ozeler D，Yetis U利用LCA對土耳其安卡拉市的5種MSWW系統就SW（non-hazardous）、GWP、AP（Acidification Potential）、EP（Eutrophication Potential）、HTP（Human Toxicity Potential）、NESEP（Non-renewable Energy Sources Exhausting Potential）等指標進行分析后，認為“源頭減量+收集+運輸+填埋”管理方案是對環境影響最小的[11]；Mara Regina Mendes等在對巴西圣保羅市的5種不同方案進行LCA，通過GWP，AP，NE等指標的衡量得到，焚燒以及對灰燼進行填埋的方案對環境影響最小，而焚燒之后利用灰燼生產建筑材料會導致更高的環境影響[9]。

3 結論

通過國內外文獻對比分析，不難發現以下一些問題。

（1）沒有準確、相關和可得的數據輸入，即使最好的模型也沒用。雖然MSWM中的很多技術過程（如焚燒、填埋）可以獲得數據，不過收集和分類系統的成本和負荷數據還不容易獲得。在很多國家，特別是發展中國家，分類收集和分類系統還處于規劃階段，因此不可能獲得其準確的運作數據。數據的不可獲得性勢必影響研究的準確性。

（2）LCA軟件、數據庫現在已有不少開發，但由于地理位置、資源稟賦的差異，研究的結果也會存在差異，因此研究區域應因地制宜選擇適合本地區的MSWM，減少對環境的影響。

（3）目前選擇LCA對區域的MSWM進行分析，但仍存在不規范問題，缺乏透明性。功能單位、系統邊界、權重等在應用中存在不少的爭議，這還需要國際組織、團體在LCA標準制定中做更詳盡地努力。

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