我國廢棄液晶顯示器產生量預測及管理策略分析

莊緒寧，宋小龍，白建峰，張承龍，吳雯杰，苑文儀，王景偉

上海第二工業大學，上海電子廢棄物資源化產學研合作開發中心，上海 201209

隨著液晶顯示相關技術的快速發展，液晶顯示器(LCD)已取代傳統的陰極射線管成為顯示器市場的寵兒，被廣泛用于各類顯示設備中，其市場占有率及出貨量逐年增長。以大面積薄膜晶體管LCD 為例，2011年全球LCD 面板的出貨量高達70 280 萬片［1］，市場規模巨大。中國自20 世紀90年代末進入LCD 產業，經過10 多年的發展，已成為全球最大的LCD 生產和銷售區域。

隨著LCD 的廣泛應用及使用壽命的結束，預計未來我國每年將報廢數以萬臺的LCD，產生大量的廢棄LCD。廢棄LCD 中含有種類繁多的有機物及汞、鎘、鉻、鎳、鉛、鉬等金屬類有毒有害物，如處理不當會引起嚴重的環境污染問題，影響人類健康;同時廢棄LCD 中亦含有玻璃、塑料及稀有金屬銦等再生資源，具有較高的回收利用價值［2-3］。因此，針對廢棄LCD 的有效管理與處理問題已成為當前電子廢棄物資源化與無害化研究的重要內容。

目前，我國還沒有廢棄LCD 實際產生量的相關數據，也沒有LCD 廢棄量的預測數據，因此亟需對LCD 的廢棄量進行科學預測，準確掌握當前及未來的LCD 廢棄量及其變化動態規律，為我國廢棄LCD的管理工作提供數據參考，為有效管理、處理工作規劃及處理技術的研究提供科學依據。

LCD 在電器電子產品中應用范圍廣、產品種類繁多，難以實現對各類產品的統一預測，而臺式電腦LCD、筆記本電腦、液晶電視作為最常見的LCD 產品是廢棄LCD 的主要來源。因此，筆者選擇臺式電腦LCD、筆記本電腦、液晶電視三大類電子產品作為LCD 廢棄量預測對象，根據各類產品歷年的國內銷售量對其銷售量進行預測，采用Carnegie Mellon 預測模型對我國2014—2020年的LCD 廢棄量進行預測，以期為廢棄LCD 的有效管理與處理提供數據支持。

1 研究方法與數據

1.1 預測模型

1.1.1 銷售量預測模型

灰色模型(GM 模型)是將觀測到的數據序列視為隨時間變化的灰色量和一個灰色過程，通過累加生成和累減生成，逐步使灰色量白化，從而建立相應于微分方程解的模型并作出預測［4］。灰色預測模型常用GM(m，n)來表達，其中m 為微分方程的階數，n 為變量類型的個數。GM(1，1)表示一階一變量的灰微分方程模型，是最常用的一種灰色動態預測模型，其建模原理如下。

設{x(0)(1)，x(0)(2)，…，x(0)(n)}是所要預測樣本的原始數列，對該原始數列作一階累加生成處理，即:

{x(1)(1)，x(1)(2)，…，x(1)(n)}構成一個新數列，對新數列可近似用如下微分方程描述:

利用最小二乘法估計參數α、u 為:

其中，Ym為列向量Ym=［x(0)(2)，x(0)(3)，…，x(0)(m)］T，B 為構造數據矩陣。

式(4)所對應的時間響應函數為:

式(5)即數列預測的基礎式，對一次累加生成數列的預測值進行還原，得到:

根據式(6)即可對原始數列進行擬合和預測，此為全數據預測模型。

1.1.2 廢棄量預測模型

目前國際上有7 種較為常用的電子廢棄物預測模型［5］，其中Carnegie Mellon 模型在電腦廢棄量預測中具有顯著優勢，可用于電腦廢棄量的準確預測。Carnegie Mellon 模型最初是由Carnegie Mellon 大學的Green Design Initiative 在1991年預測電腦廢棄物產量時提出的，后根據1997年電腦實際廢棄量進行了修正［6］。2007年，張默等［7］將Carnegie Mellon 模型應用于電視機廢棄量的預測，結果顯示其同樣適用于電視機廢棄量的預測。鑒于Carnegie Mellon 模型在電腦廢棄量預測中的顯著優勢及在電視機廢棄量預測中的成功應用，同時考慮到該研究的預測對象主要為電腦(臺式電腦、筆記本電腦)和電視機，采用Carnegie Mellon 模型對我國未來廢棄LCD 的產生量進行預測。其分析流程如圖1 所示。

圖1 Carnegie Mellon 模型分析流程Fig.1 Flow diagram of the Carnegie Mellon Model

Carnegie Mellon 模型的特點是在分析消費者對電子廢棄物處理行為的基礎上，設定電子產品在成為廢舊產品或面臨淘汰時有再使用、循環利用、儲存和最終廢棄4 種不同的處理情景，并且賦予每種處理方式一定的比例，通過計算模擬出任意時刻廢舊電子產品的再使用量、循環利用量、儲存量和最終廢棄量。其中，再使用是指電子產品被初始購買者淘汰后在未經大幅維修的情況下直接被其他使用者再使用的情況;循環利用是指廢舊電子產品經拆解后將其中的某些零部件進行循環再利用;儲存是指電子產品在淘汰后被初始購買者貯存起來;最終廢棄是指經以上幾種不同處理情景后無法再使用或循環再用的廢舊電子產品將最終進入廢物流以待處理。

1.2 數據收集

1.2.1 歷史數據

2004—2011年臺式電腦LCD、筆記本電腦、液晶電視的國內市場銷售量和進口量數據如表1 所示［8-9］。將二者之和記為當年國內LCD 的實際銷售量。

表1 2004—2011年臺式電腦LCD、筆記本電腦、液晶電視的銷售量［8-9］Table 1 Sales data of desktop computer LCD monitors，notebooks and LCD TVs in 2004-2011 萬臺

1.2.2 參數設定

不同類型的LCD 顯示產品根據其使用功能的不同使用壽命也不同，根據張偉等［10］對臺式電腦、筆記本電腦及電視機使用壽命信息的調查，設定臺式電腦LCD、筆記本電腦和液晶電視的使用期限分別為5、4 和8年。根據梁曉輝等［11］對我國電腦、電視等電子產品的廢棄情況分析及我國當前廢舊電器的實際處理情況，設定LCD 電子產品經淘汰后進入再使用或儲存階段的期限為2年，經過再使用或儲存階段后仍有可能進入儲存階段的期限為1年;之后各類廢舊電子產品進入再使用階段的可能性很小，認為所有產品都將進入循環或廢棄階段。根據Liu 等［12］對北京市居民所做的廢舊電器電子產品處理習慣的調查問卷結果，同時結合LCD 電子產品的實際使用特性，將臺式電腦LCD、筆記本電腦、液晶電視的不同處理處置方式比例設定為LCD 電子產品經淘汰后，進入再使用和儲存階段的比例為65%和20%;由于當前中國的電子廢棄物循環水平低于歐美發達國家［13］，因此設定進入循環利用階段的比例為10%，剩余5%直接廢棄。最初被消費者儲存的廢舊產品經2年儲存期后大部分因失去使用價值而被廢棄，廢棄比例為90%，剩余10%進入循環利用階段;被再使用的電子產品經2年使用期后將再次被儲存、循環或廢棄，其比例分別為20%，10%和70%，具體流程如圖2 所示。

圖2 電子產品廢棄流向及比例Fig.2 Outflows and the proportion of waste electrical and electronic equipements

2 結果與討論

2.1 銷售量預測

采用灰色模型GM(1，1)對臺式電腦LCD、筆記本電腦、液晶電視的未來銷售量進行預測，結果如圖3 所示。建模預測數據經后驗差檢驗得后驗差比(C)分別為0.17、0.28 和0.18，均遠＜0.35，P ＞0.95，預測值離散度小，后驗差精度好，屬一級精度。

3 三大類LCD 顯示類電子產品國內銷售量現狀及預測Fig.3 Domestic sales data and the prediction of three major LCD equipments

由圖3 可以看出，未來幾年內我國臺式電腦LCD、筆記本電腦及液晶電視的國內銷售量都將呈持續快速增長趨勢。其中液晶電視的增長速率最快，其國內銷售量年均增長率保持在約40.0%，至2020年其國內銷售量預計將達67 049.2 萬臺;其次是筆記本電腦，其國內銷售量年均增長率維持在約39.8%，至2020年銷售量將達53 288.8 萬臺;相較于液晶電視和筆記本電腦，臺式電腦LCD 的國內銷售量增長相對平緩，保持較為平穩的增長態勢，年均增長率基本維持在23.5%，至2020年臺式電腦LCD 的銷售量將達33 684.3 萬臺。

液晶電視、筆記本電腦、臺式電腦LCD 國內銷售量的持續增長與電子信息技術的快速發展以及我國居民收入的進一步提高有著密切關系。隨著液晶顯示技術的不斷發展和進步，液晶電視已取代陰極射線管電視機成為家用電器的重要組成部分，且隨著陰極射線管電視機的逐步報廢，液晶電視的銷售量呈快速增長;筆記本電腦作為便攜式辦公設備，在未來仍將保持穩定快速的增長;臺式電腦LCD 的個人消費量雖不如液晶電視和筆記本電腦高，但作為傳統辦公設備其需求量仍將保持穩定的增長。

2.2 廢棄量預測

為保證廢棄量預測數據的時效性和準確性，僅對2014—2020年的三大類電子產品中LCD 淘汰量、再使用量、循環量、儲存量及廢棄量進行了預測(表2 ～表4)。由表2 ～表4 可以看出，2014年三大類LCD 電子產品的淘汰總量為6 614.8 萬臺，其中臺式電腦LCD 的淘汰量為3 475.8 萬臺，筆記本電腦為2 568.9萬臺，液晶電視為570.1 萬臺。隨時間的推移(2015—2020年)，三大類電子產品的淘汰量與廢棄量均呈整體增長趨勢，淘汰量與廢棄量的年均增長率臺式電腦LCD 為22.4%和40.2%，筆記本電腦為33.1%和22.2%，液晶電視為42.5%和62.5%。由此可以看出，未來幾年內液晶電視的淘汰量與廢棄量增長速率最快，至2020年液晶電視的淘汰量與廢棄量將分別為2014年的8.0 倍和41.1倍，達4 539.6 萬臺和2 418.9萬臺。其主要是由于液晶電視的銷售量正處于快速增長狀態，因而，其淘汰量也將在未來幾年內快速增長。

表2 臺式電腦LCD 淘汰量、再使用量、循環量、儲存量及廢棄量預測Table 2 The prediction amount of obsolete desktop computer LCDs and its outflows for reuse，recycling，storage and landfill 萬臺

表3 筆記本電腦淘汰量、再使用量、循環量、儲存量及廢棄量預測Table 3 The prediction amount of obsolete notebooks and its outflows for reuse，recycling，storage and landfill 萬臺

表4 液晶電視淘汰量、再使用量、循環量、儲存量及廢棄量預測Table 4 The prediction amount of obsolete LCD TVs and its outflows for reuse，recycling，storage and landfill 萬臺

圖4 為三大類電子產品2014—2020年的累計淘汰量及不同處理方式數據。

圖4 2014—2020年三大類LCD 電子產品的累計淘汰量與各種方式的處理量Fig.4 The accumulated obsolete amount and its outflows for reuse，recycling，storage and landfill of three major LCD equipment in 2014-2020

由圖4 可以看出，預計2014—2020年三大類產品的LCD 累計淘汰量規模巨大，將達108 915.3 萬臺，其中用于再使用和循環利用的廢舊產品達70 794.9萬和16 922.1萬臺，被用戶儲存的廢舊產品為30 051.3 萬臺，最終廢棄待處理量為51 589.1 萬臺。在LCD 廢舊產品中，臺式電腦LCD所占比例最大，其淘汰量和廢棄量分別占總量的43.4%和49.1%;其次為筆記本電腦，其淘汰量和廢棄量分別占總量的41.5%和37.6%;液晶電視的廢棄量最少，其淘汰量和廢棄量比例為15.1% 和13.3%。因此，預計6年內的廢棄LCD 問題將以臺式電腦LCD 的處理為主，筆記本電腦次之，液晶電視相對較少。

3 管理策略分析

由預測數據可以看出，2015—2020年我國國內LCD 的廢棄量巨大，加之國外廢棄LCD 產品的大量流入，廢棄LCD 的規模將更大。面對規模如此龐大的廢棄LCD，需制定科學有效的管理策略以應對其回收處理問題。目前我國已出臺一系列針對廢棄LCD 回收處理的管理措施，如2006年8月14日，我國開始實施的《廢棄家用電器與電子產品污染防治技術政策》規定表面積＞100 cm2的LCD 及氣體放電燈泡應進行單獨拆除，分類收集;2010年4月1日開始實施的《廢棄電器電子產品處理污染控制技術規范》中明確規定應分開收集廢棄LCD，拆解廢棄LCD 時應預先完整取出背光模組，不得破壞熒光燈管，在未解決廢棄LCD 的再生利用前，可先對廢棄LCD 顯示屏進行封存或焚燒;2013年12月，國家發展和改革委員會資源節約和環境保護司在向社會公開征求對《廢棄電器電子產品處理目錄調整重點(征求意見稿)》的意見中已將含有超過100 cm2以上的液晶顯示屏納入電子產品處理目錄［14］。針對廢棄LCD 的無害化與資源化處理技術，國內各高等院校及科研院所也已開展了大量的研發工作以應對廢棄LCD 的處理與處置［15-21］。

這些管理措施的出臺與技術研發工作的開展為我國應對廢棄LCD 回收處理問題提供了良好基礎，但廢棄LCD 的回收處理仍存在諸多問題。主要體現在:1)缺乏合理有效的回收管理體系，目前大量的廢棄LCD 仍隨同其他家用電器一起流入小攤小販手中，進入非正規處理渠道;2)廢棄LCD 的循環利用潛力尚待挖掘，廢棄LCD 的處理仍以簡單拆解為主，關鍵部位的深度資源化與無害化處理技術十分缺乏，導致拆解所得廢棄LCD 面板只能在倉庫中堆積存放，亟需有效處理技術來實現資源再生與有毒有害物的分離處置。

針對上述存在問題，后續需著重加強回收管理體系建設與產業化關鍵技術研發:1)回收管理體系建設方面可通過完善立法來明確生產者與使用者對廢棄電子產品的回收責任，明確監管部門及各責任主體的權責，加大執法力度，加強監管與宣傳，組建智能化信息管理服務平臺;多渠道構建電子廢棄物的全過程監管體系，引導電子廢棄物向正規回收處理渠道轉移;2)高效產業化技術研發與推進需重點在廢棄LCD 高效自動化機械拆解技術與裝備研發，LCD 面板液晶分離去除及無害化處理，面板玻璃的深度資源化等方面形成技術突破與集成，切實推進廢棄LCD 面板處理的產業化發展。只有建立起科學有效的回收管理體系，研發形成高效、清潔的產業化處理技術，才能有效應對廢棄LCD 的回收處理問題，在實現廢棄LCD 資源化的同時保護好人類賴以生存的自然生態環境。

4 結語

通過對臺式電腦LCD、筆記本電腦和液晶電視三大類LCD 電子產品的銷售量預測分析知，采用灰色模型GM(1，1)對LCD 產品銷售量進行預測具有較高準確度，模型精度為一級。

Carnegie Mellon 模型對LCD 廢棄情況的預測結果顯示，2014—2020年我國LCD 的淘汰數量規模巨大，累計將達108 915.3 萬臺，其中70 794.9 萬和16 922.1萬臺將被再使用和循環利用，30 051.3 萬臺將被用戶繼續儲存，最終廢棄待處理量約為51 589.1萬臺。根據不同類型LCD 產品在總淘汰量與廢棄量中的比例關系可推測，在未來幾年內我國的廢棄LCD 處理問題將以臺式電腦LCD 為主，筆記本電腦次之，液晶電視最少。由于當前我國缺少廢棄LCD 產生量方面的統計數據，預測結果無法與歷史統計數據進行比較、修正，因此后續需以實際廢棄量數據對各項預測參數進行修正調整，以獲得更為準確的預測結果，為有效管理與科學決策提供依據。

為更有效地應對日益嚴峻的廢棄LCD 回收處理問題，需加強回收管理體系建設，構建形成多渠道的電子廢棄物全過程監管體系，引導電子廢棄物向正規回收處理渠道轉移;另一方面，需強化高效產業化技術研發，推動關鍵處理技術突破，形成高效、清潔的產業化處理技術，為廢棄LCD 回收處理問題的解決提供堅實的技術支撐。

［1］NPD DisplaySearch.Panel price erosion and tablet panel demand impact TFT LCD market dynamics，2012［DB/OL］.［2014-04-10］.http://www. displaysearch. com/pdf/120221_panel_price_erosion_and_tablet_panel_demand_impact_tft_lcd_market_dynamics.pdf.

［2］郭玉文，劉景洋，喬琦，等.廢薄膜晶體管液晶顯示器處理與管理［J］.環境工程技術學報，2011，1(2):168-172.

［3］莊緒寧，賀文智，李光明，等.廢液晶顯示屏的環境風險與資源化策略［J］.環境污染與防治，2010，32(5):97-99.

［4］陳樹德. 用Excel 求解灰色系統問題［J］. 彭城職業大學學報，2001，16(3):96-102.

［5］WILKINSON S，DUFFY N，CROWE M，et al. Waste from electrical and electronic equipment in Ireland［R］. Washington DC:US Environmental Protection Agency，2001.

［6］MATTHEWS H S，MCMICHAEL F C，HENDRICKSON C T，et al. Disposition and end-of-life options for personal computers［R］.Green Design Initiative Technical Report，Pittsburgh，PA:Carnegie Mellon University，1997.

［7］張默，石磊.中國彩電廢棄量預測模型對比［J］. 環境與可持續發展，2007(5):53-54.

［8］信息產業部經濟體制改革與經濟運行司.中國電子信息產業統計年鑒［M］.北京:電子工業出版社出版，2004-2012.

［9］搜狐IT 網.2004—2005年中國顯示器市場研究年度報告:2005［DB/OL］.［2014-03-12］. http://it. sohu. com/20050331/n224957818. shtml.

［10］張偉，蔣洪強，王金南，等. 我國主要電子廢棄物產生量預測及特征分析［J］.環境科學與技術，2013，36(6):195-199.

［11］梁曉輝，李光明，賀文智，等. 中國電子產品廢棄量預測［J］.環境污染與防治，2009，31(7):82-91.

［12］LIU X B，MASARU T，YASUHIRO M. Generation amount prediction and material flow analysis of electronic waste:a case study in Beijing，China［J］. Waste Manage Res，2006，24:434-445.

［13］PERALTAG L，FONTANOS P M.E-waste issues and measures in the Philippines［J］.J Mater Cycles Waste，2006(8):34-39.

［14］中華人民共和國國家發展和改革委員會資源節約和環境保護司.國家發展改革委環資司向社會公開征求對《廢棄電器電子產品處理目錄調整重點(征求意見稿)》的意見［DB/OL］.［2014-02-24］. http://hzs. ndrc. gov. cn/newzwxx/201312/t20131225_572901. html.

［15］LU R X，MA E，XU Z M. Application of pyrolysis process to remove and recover liquid crystal and films from waste liquid crystal display glass［J］.J Hazard Materi，2012，243:311-318.

［16］WANG X Y，LU X B，ZHANG S T. Study on the waste liquid crystal display treatment:focus on the resource recovery［J］. J Hazard Materi，2013，244:342-347.

［17］MA E，XU Z M. Technological process and optimum design of organic materials vacuum pyrolysis and indium chlorinated separation from waste liquid crystal display panels［J］. J Hazard Materi，2013，263:610-617.

［18］LI J H，GAO S，DUAN H B，et al.Recovery of valuable materials from waste liquid crystal display panel［J］.Waste Manage，2009，29:2033-2039.

［19］梁繼軍.廢液晶顯示器熱處理過程產物研究［D］. 重慶:西南交通大學，2009.

［20］郭玉文. 廢液晶顯示器處理關鍵技術研究［DB/OL］. (2011-10-08).http://www. craes. cn/c/cn/news/2010-07/19/news_1912.html.

［21］聶耳，羅興章，鄭正，等. 液晶顯示器液晶處理與銦回收技術［J］.環境工程學報，2008，2(9):1251-1254.○