廢棄辦公設備關鍵部件處理環境影響研究

譚全銀,梁揚揚,董慶銀,劉麗麗,李金惠(清華大學環境學院,北京 100084)

固體廢物

廢棄辦公設備關鍵部件處理環境影響研究

譚全銀,梁揚揚*,董慶銀,劉麗麗,李金惠*(清華大學環境學院,北京 100084)

分析了廢棄辦公設備關鍵部件——硒鼓和墨盒的組成.采用層次分析法對硒鼓和墨盒現有處理處置技術進行評價,結果表明硒鼓和墨盒目前國內較為適宜的處理技術均為人工拆解法,評估過程中環境因素和經濟效益的權重較高.研究還采用生命周期評價方法,對硒鼓和墨盒處理處置過程對環境的影響進行了評估.評價采用SimPro軟件和Eco-indicator 99方法進行.評價結果顯示硒鼓人工拆解的環境效益為535.2mP t高于該過程產生的環境影響(27.3mPt).環境效益主要來源于對硒鼓中塑料、金屬和磁性材料的回收,以及墨粉焚燒過程中熱量回收.硒鼓人工拆解過程和危險廢物處理會對帶來一定環境影響.墨盒人工拆解過程將帶來271.0mPt的環境效益以及10.8mPt環境危害,其中環境效益是由塑料回收帶來的.清洗用水、清洗試劑的使用等環節帶來一定的環境影響.從人體健康、生態質量和資源保護3個指標來看,硒鼓人工拆解過程帶來的環境效益,主要體現在減少對人體健康的威脅,比例約為68.4 %.墨盒人工拆解帶來的環境效益,主要體現在對資源的保護,比例約為84.1 %.

廢棄辦公設備；硒鼓；墨盒；層次分析法；生命周期評價

2009年,我國發布了《廢棄電器電子產品回收處理管理條例》(國務院令第551號,以下簡稱《條例》),率先在電器電子領域實行生產者責任延伸制度.配套《條例》的執行,我國還建立了關于廢棄電器電子產品處理的目錄制度、基金制度、行業規劃制度、處理企業資格許可制度、信息管理制度等,為我國廢棄電器電子產品管理工作提供法律法規及制度保障.自2012年7月《廢棄電器電子產品處理目錄》實施以來,經正規渠道回收處理的五大類廢棄電子產品從最初的每年4000萬臺上升到2015年的7500萬臺[1].隨著我國廢棄電子產品產生量的不斷增加,原有管理制度的日趨健全和完善,適時考慮將其他類廢棄電氣電子產品列入目錄并進行管理勢在必行.已有采用市場供給 A模型進行廢棄辦公設備報廢量預測的研究結果表明,預計2015～2020年全國打印機報廢量可從 4000萬臺左右增長到 5000萬臺左右,復印機報廢量可從56萬臺左右增長到92萬臺左右,約為廢棄打印機的 1.1%～2.2%左右[2],但單個復印機體積和重量約為打印機的5～8倍.廢棄辦公設備產生量已經接近或超過洗衣機、冰箱、空調等廢棄量.經國務院批準,國家發展和改革委員會等部門發布了 2015 年第 5號公告,公布了《廢棄電器電子產品處理目錄(2014年版)》(以下簡稱 2014年版目錄),調整擴大了目錄范圍,由過去的5類產品擴大到14類產品.其中廢棄辦公設備所包含的打印機、復印機和傳真機3種設備,分別作為第7、8和9類廢棄電器電子產品列入到2014年版目錄中,標志著其正式列入《條例》的管理范疇.

國外從20世紀90年代開始已經開展廢棄辦公設備,尤其是硒鼓墨盒等耗材的回收處理工作[3],主要包括整機和硒鼓/墨盒的再制造,以及材料的再利用.據歐洲硒鼓和墨盒再制造協會數據顯示,全球范圍內約有10000家再制造商,超過65000從業人員,銷售的硒鼓中約20%～30%為再制造產品[4].日本的《廢舊小型電子產品等再資源化促進法》將打印機和其他打印裝置(包括復印機)列入到小家電的對象制品中,規定對其產品中使用的金屬等有用資源進行回收利用.其境內的富士施樂、佳能、柯尼卡美能達、精工愛普生等均進行硒鼓和墨盒的再制造及材料再利用[5-8].美國部分零售商設有回收亭專門回收墨粉盒、硒鼓等.施樂美國提供3種方式回收廢棄設備,并且由施樂公司提供運費和回收費用.回收的產品部分通過再制造進行零部件再利用,不能再利用的部分進行材料回收.同時,其與Close the Loop 公司合作進行部件的回收和再利用,其中碳粉轉化為黑 LC產品,作為塑料制造業的染色劑進行再利用;金屬和塑料部分作為原材料用于生產新的產品和部件[9].根據施樂公司報告,平均 60%(體積)以上的回收硒鼓用于再制造,剩余部分回收材料.

目前我國專門從事廢打印機回收拆解的企業較少,除富士施樂愛科制造(蘇州)有限公司是專門拆解處理廢打印機/復印機企業,另僅有北京、天津、上海和江蘇省幾家廢棄電器電子產品企業具有廢打印機/復印機的拆解處理線.具有廢打印機復印機處理線的企業也多數只是進行簡單拆解和再利用,將金屬框架、塑料殼體和電路板等有價值材料出售.拆解方式主要為手工和單工位拆解,部分關鍵拆解產物進行深度資源化處理.

隨著廢棄辦公設備的回收處理日益引起關注,部分學者對其所含部件或組分潛在環境影響和風險進行了分析評價. KOSEKI[10]對墨粉爆炸性進行了研究,降低處理設備周圍的氧含量可以有效減低墨粉爆炸的風險.Salhofar等[11]的研究成果表明硒鼓墨盒的危害主要來源于苯系物(BTEX)和多環芳烴(PAHs).阮久莉等[12]對設備回收階段和處置階段的生命周期評價結果顯示,廢棄打印復印一體機處理處置階段可獲得積極的環境收益,同時推進塑料和金屬再利用技術的研發可以促進相應環境收益的提高.但目前對于廢棄辦公設備尤其是硒鼓和墨盒等關鍵部件,在處理過程中的技術選擇以及處理過程對環境的影響研究較少,并缺乏系統分析.

綜上,本文對廢棄辦公設備中關鍵部件—硒鼓和墨盒的組成進行分析,并探究其中可能對環境和人體健康有害的物質;綜述現有硒鼓和墨盒的處理處置技術,并采用層次分析法對各種技術進行評價,篩選目前較為適宜的處理處置技術;采用生命周期評價的方法對硒鼓和墨盒處理處置過程對環境的影響進行評估,為我國廢棄辦公設備回收處理實踐和管理工作提供參考.

1 研究方法

采用的研究方法主要包括層次分析法和生命周期評價方法,對于目前廢棄辦公設備關鍵部件處理技術進行評估,篩選出較為適宜的處理技術;并基于評估和篩選結果,進一步對處理過程環境影響進行分析和評價.

1.1 處理技術評估—層次分析法

技術評估采用群決策的理論進行,美國著名運籌學家Saaty從實際應用出發提出一種定性與定量相結合的決策方法––層次分析法,為群決策問題的解決提供了有效的工具[13].利用層次分析法解決問題,關鍵的一步是建立準確的判斷矩陣.由于每位專家(決策者)對判斷對象了解程度的不同以及各自不同的偏好,由群體統一建立判斷矩陣很難達成一致,為了解決此矛盾,先讓每位專家各自建立一個判斷矩陣,然后采用方法集結為群的決策結果.對于專家的決策結果集結的方法有兩大類,一種是對判斷矩陣的集結,另一種為對排序向量的集結,上述兩種方法各有特點和優缺點,一般情況下采用第二種方法較為適宜.群體規模的大小對交互過程有著直接的影響,綜合考慮決策的質量和意見一致性采用5人群決策.

如圖 1所示為研究所建立的目標層次結構模型.該模型包含四個層次:第一層為總目標層;第二層為準則層,包括四個主要因素指標,即技術、經濟、資源、環境;第三層為指標層,列出了各主要指標需要考慮的子指標,其中技術因素包括:技術適用性、技術先進性和技術可靠性;經濟因素包括投資成本、運行維護費、經濟效益;資源因素包括利用率和利用難度;環境因素包括廢水、廢渣和廢氣;第四層為備選方案,為硒鼓和墨盒目前的處理處置技術.

圖1 硒鼓或墨盒處理技術層次結構模型Fig.1 Hierarchical structure model of toner cartridge and ink cartridge treatment technologies

硒鼓和墨盒處理技術的層次結構模型由 5位專家進行打分,構建出5組(每組15個)判斷矩陣.采用加權幾何平均群排序向量法對每位專家的計算結果進行集結,分別求出它們的排序向量,然后求出它們的加權幾何平均群排序向量.各位專家的評價結果采用平均權重.

1.2 環境影響評價—生命周期評價

依據生命周期評價法,采用SimaPro軟件,對廢棄辦公設備拆解得到的關鍵部件––硒鼓和墨盒,進行處理過程的環境影響評價.在確定評價目標、邊界等信息之后,進行清單分析,采用的數據來源于實驗室拆解試驗以及文獻資料等,具體評價方法為Eco-indicator 99生態指數法.其中:

1)評價目標和邊界

研究的目標是分析、評價廢棄辦公設備拆解產生的硒鼓和墨盒在處理過程中所涉及的原料、能源等的投入,以及對環境中三廢的排放等情況,不包括廢棄辦公設備的收集和運輸過程,以及廢棄辦公設備的拆解過程.

2)功能單位

本研究選取的功能單位為1kg硒鼓或墨盒. 3)數據清單

處理廢棄辦公設備硒鼓或墨盒1000kg,其組成數據主要通過拆解實驗和檢測得出,部分參考文獻中數據以及軟件數據庫中信息.

2 廢棄辦公設備關鍵部件處理技術

2.1 硒鼓和墨盒部件組成

硒鼓和墨盒分別是激光打印機(或多功能機)和噴墨打印機(或多功能機)的關鍵部件.

2.1.1 硒鼓 硒鼓主要由塑料蓋、感光鼓、磁輥/顯影輥、充電輥、刮板、螺絲、彈簧、銷釘、芯片和塑料外殼(包括粉倉和廢粉倉)等構成.其中約含有 40%左右的塑料,40%金屬以及其他少量的橡膠、墨粉等,一般可以回收 97%左右的材料[14].具體構成比例見表1.

表1 硒鼓材料構成Table 1 The composition of toner cartridges

廢棄硒鼓中一般會殘余 10%～20%(質量分數)的墨粉,其主要是由有機聚合物、四氧化三鐵和二氧化硅顆粒等混合而成[17-18].具體構成及比例見表2.

表2 墨粉構成[15,19-20]Table 2 The composition of toner[15,19-20]

由于墨粉是一種微細的粉末,粒子易帶電起火燃燒,常規干法處理容易爆炸,增加了對其完全處理的危險和難度.炭黑被國際癌癥研究機構分類為可能致癌物質.相關研究表明,有足夠證據證明炭黑在動物實驗中是有致癌性的,但是對人類是否存在致癌性證據尚不充分.同時該研究還證實,在使用產品過程中,不會發生明顯的人體炭黑暴露情況[21].對廢棄硒鼓殘留墨粉的爆炸參數研究[20]結果指出,墨粉的爆炸壓力較低但爆炸指數較高,易產生燃燒和爆炸;同時針對墨粉的粉塵層著火溫度測試表明,在高于 400℃時不著火,說明墨粉不容易自燃.

2.1.2 墨盒 墨盒是噴墨打印機中用來存儲打印墨水,并最終完成打印的部件.按照組成結構可分為一體式和分體式,一般由墨水倉、液壓平衡器、能量發生器、墨滴通道(噴頭)等四部分組成.墨盒的外殼一般由聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等塑料制成.墨水根據其溶劑進行分類,主要為水性墨和油性墨兩種;按照色基進行分類,主要為染料型墨水和顏料型墨水,兩種分類方法在實際應用中有交叉,目前噴墨打印機用商品化墨水大多數屬于染料型墨水.

墨水的組成成分主要包括:溶劑、著色劑、表面活性劑、pH值調節劑和催干劑,以及消泡劑、分散劑等其他添加劑.溶劑作為墨水的主要載體,決定了墨水的性能.噴墨印刷墨水的溶劑常采用去離子水和水溶性有機溶劑的混合物.水溶性墨水具體構成見下表[22].

墨水在生產、使用和廢棄階段涉及的環境和人體健康影響主要源于其中所含有的有機溶劑.部分墨水使用的有機溶劑具有刺激性氣味,不利于人體健康,甚至部分假冒墨水的有機溶劑中甲醇含量高達 16%.同時,墨盒廢棄后,其處置階段清洗環節還會產生大量帶色廢水,需進一步處理后才能排放[23].

表3 水溶性墨水成分構成Table 3 The composition of water-soluble ink

2.2 硒鼓處理技術

廢棄硒鼓中具有潛在環境風險的物質為墨粉,處置不當會對環境造成一定的影響.目前,有關廢棄硒鼓的回收還處于初期探索階段,鮮有相關回收工藝的文獻報道,有少量專利提出了廢棄硒鼓回收處理系統和工藝,但均存在一定的缺陷和安全隱患.目前硒鼓拆解處理技術主要包括人工拆解、機械拆解和焚燒處理3種處理技術.

2.2.1 人工拆解 人工拆解采用螺絲刀和鉗子等工具,在密封或半密封狀態拆解臺上進行操作,避免拆解產生的墨粉擴散,拆解過程中工作人員進行必要的防護.主要的拆解過程為將硒鼓置于操作臺上,撬開卡殼,之后用螺絲刀去除側部螺絲釘,將硒鼓分為兩部分;取出感光鼓、磁輥/顯影輥等;拆除清潔刮刀,將廢粉倉中的墨粉倒出,放置于專用的收集容器中;拆除充電輥、清潔刮刀,將粉倉中剩余墨粉倒出,放置于專用的收集容器中;將各零部件分類放置于專用容器中.人工拆解硒鼓可以很好的將各種材料進行分類,便于材料的回收利用.但拆解效率較低,墨粉去除不徹底,拆解過程中要注意墨粉的收集,面對日益增長的廢棄硒鼓數量,人工拆解將逐漸不能滿足拆解需求.

2.2.2 機械拆解 上海第二工業大學[16]開發了一套廢棄硒鼓回收流水線,該生產線包括粉碎、除粉、磁選、高壓氣流清洗等工序,由輸送機、粉碎機、磁選機、高壓氣流清洗機、脈沖袋式除塵器等主體設備組成,生產作業在密封狀態下進行.可實現廢舊硒鼓的自動化破碎和高效分離,在回收墨粉的同時分離回收了廢舊硒鼓中的金屬和非金屬,達到廢舊硒鼓資源化再生利用的目的.Ruan等[23]設計了一套機械處理線,用于回收處理硒鼓和墨盒,主要包括剪切工序、磁選分選和渦流靜電分選.并與人工拆解分離效率進行了比較,結果顯示此機械回收處理線能很好的回收廢舊硒鼓.

機械破碎拆解采用多級破碎,并結合風選、磁選和渦流分選等分選技術,將硒鼓整體破碎,分選出塑料、金屬、墨粉等不同的材料,效率高、墨粉去除得更徹底,機械化程度高,是以后發展的主流方向,但目前機械破碎拆解尚存在流程過長、能耗和成本高的問題,需要進一步的完善.

2.2.3 焚燒 部分公司回收得到的打印機復印機等,經拆解后產生的硒鼓需按照危險廢物管理,交予有資質的危險廢物處理企業通過焚燒進行安全處置.

2.2.4 無害化處理 廢棄硒鼓中墨粉經安全收集后,需要對其進行無害化處理,主要包括再利用技術和熱處理技術.

廢棄墨粉的再生利用,包括制造再生墨粉及將墨粉作為添加劑制備其他產品兩種途徑.劉漫青等[24]探究了墨粉再生的可能性.廢棄的墨粉經過篩分、干燥、分選等處理后,再按照傳統工藝重新制造新品種的墨粉,結果顯示再生的墨粉與原裝墨粉質量相同.Ayers等[25],以及Yildirim 等[26]研究了從復印機回收到的廢棄墨粉應用于生產瀝青粘合劑和瀝青混凝土的工藝技術.研究表明廢棄墨粉可以作為瀝青混合料的有益添加劑使用.

墨粉的熱處理技術主要包括裂解處理和高溫焚燒處理.董金慶等[27]開發了一種廢棄墨粉資源化處理工藝,通過裂解反應使得廢棄墨粉中的有機物轉化為可燃液體成品油以及固態渣體,從而達到廢棄墨粉的無害化處理并實現資源化.該技術于2001年開發研制并試運行,該方法雖然可行但生產成本遠大于產品的價值,實際應用價值不大.Yordanova等[28]分析了不同種類墨粉的組成和熱值,結果表明所有樣品都具有較高的熱值,適合進行能量回收.但研究同時還指出,由于墨粉的顆粒較小,需要采取相應的尾氣處理措施.

2.3 墨盒處理技術

由于墨盒構成相對簡單,可回收材料主要為塑料外殼,回收價值較低,針對其處理處置技術的研究較少.根據目前技術現狀,主要可分為人工拆解法、機械拆解法以及焚燒處理法.

2.3.1 人工拆解 采用螺絲刀和老虎鉗等工具,在拆解臺上進行操作,拆解臺有墨水收集裝置,避免拆解過程中墨盒剩余墨水污染環境,拆解過程中工作人員進行必要的防護,包括口罩和手套等.拆解過程包括將墨盒置于實驗臺上,撬開蓋子處的卡槽,取出殘存墨汁的墨盒,摘除墨盒處的電路板等.用刀具切開墨盒盒體,將殘存墨汁傾倒于特定容器中,將切開的墨盒體塑料外殼置于特定容器中,之后集中進行機械破碎回收利用塑料.此處人工拆解,指墨盒分離過程,得到的塑料外殼進一步回收利用,仍需要利用機械破碎.

2.3.2 機械拆解法 澳大利亞的封閉環技術有限公司[29]開發了一套用于噴墨墨盒回收墨的方法,并設計了相應裝置,包括墨盒破碎裝置、清洗平臺和排放平臺.主要步驟為破碎機將墨盒破碎成塊,釋放其中的墨水;之后在溶劑施加裝置中加入與墨水相溶的溶劑,促進墨的釋放;最后在分離機中將墨盒碎塊與溶劑分離.愛普生[8]位于日本長野的一座廢棄墨盒回收處理廠四王事業所(Ings Shinano),對回收來的廢棄墨盒根據回收材料的不同將組件分為低、中、高三個等級.經過分類的墨盒通過裝置去除芯片和墨盒蓋,然后再對其余的墨盒組件進行下一步處理.墨盒蓋經過機械篩選和清洗后進行粉碎,得到的聚丙烯(PP)材料在愛普生循環利用.惠普公司[30]對其生產的墨盒進行回收再利用的流程主要包括:回收來的墨盒分類后,進行拆解處理,分選得到塑料、金屬和墨水等;之后進行破碎處理,得到的樹脂材料與回收得到的水瓶塑料碎片一起再用于制造墨盒.

2.3.3 焚燒處理 部分公司回收到的打印機復印機等,經拆解得到塑料、金屬等不同的材料后,分別進行銷售或資源化利用.拆解產生的墨盒按照危險廢物交予有資質的危險廢物處理企業進行焚燒處理.

3 結果與討論

3.1 硒鼓和墨盒處理技術評估

硒鼓的資源化處理技術主要涉及硒鼓的拆解處理和墨粉的處理處置兩部分,其中硒鼓的拆解處理過程是硒鼓資源化處理的關鍵步驟,包括人工拆解,機械拆解和焚燒處理3種;墨盒的處理技術主要包括人工拆解、機械拆解和焚燒處理.采用層次分析法對廢棄硒鼓和墨盒處理過程中的技術、經濟、資源和環境表現進行評估,以篩選出目前我國最適宜廢棄硒鼓和墨盒處理處置的技術.

采用層次分析法進行硒鼓和墨盒處理技術評估的結果顯示:準則層中4個影響因素指標的權重次序依次為經濟(0.4031)、環境(0.3271)、技術(0.1613)和資源(0.1085).說明經濟因素和環境因素是技術方案選取時最為關鍵的指標,也是技術方案在推廣過程中最需要關注的因素.同時,備選方案的技術因素和資源因素也應該在方案比選和推廣中依次給予一定程度的考量.指標層中各子指標對總目標的權重結果顯示:經濟效益(0.1459)排在第一位,運行維護費(0.1307)和投資成本(0.1265)也應重點考慮,此外,技術方案選取時,環境因素中廢渣(0.1136)、廢氣(0.1122)和廢水(0.1013)等因素也是重要的參考標準.

硒鼓和墨盒最終技術方案對總體目標的影響權重如表4和表5所示.分析結果表明:硒鼓拆解處理技術中,人工拆解權重為0.4157,機械拆解權重為0.3774,焚燒處理技術權重為0.2149.結合當前國內廢硒鼓處理產業發展實際情況,人工拆解處理技術是目前最適宜的硒鼓處理技術.至于硒鼓拆解產生的墨粉的處理方法,由于目前墨粉再利用技術尚不成熟,商業利用價值較低;且回收的墨粉各種型號和品牌混雜在一起,難以進行再利用,因此綜合考慮,采用熱處理中的焚燒處理法較為適宜.

墨盒拆解處理技術中,人工拆解法權重為0.3635,焚燒處理法和機械拆解法權重分別為0.3452和 0.2913.結合當前的處理產業發展實際情況,人工拆解法是目前最適用的墨盒處理技術.墨盒人工拆解法可以很好的分離墨盒中的芯片,去除殘余的墨水,避免在殼體破碎過程中污染環境.此外,由評估結果可知,焚燒處理法和人工拆解法權重相差較少.墨盒中主要有價物質為樹脂材料,價值較低,但其中含有的墨水在處理過程中需要進行收集,并對樹脂材料進行清洗,造成經濟成本上升,因此,焚燒處理法也可以作為適宜的處理方法.

表4 硒鼓處理各技術選項的權重和排名Table 4 The weight and ranking of toner cartridges treatment technologies

表5 墨盒處理各技術選項的權重和排名Table 5 The weight and ranking of ink cartridgestreatment technologies

3.2 硒鼓和墨盒處理過程環境影響評價

根據上述評估結果,國內目前最適宜的硒鼓和墨盒處理技術均為人工拆解處理法.采用Simapro軟件和Eco-indicator 99方法對廢棄辦公設備中硒鼓和墨盒處理過程潛在的環境影響和環境效益進行評價.硒鼓拆解處理過程包括硒鼓的拆解過程和墨粉的焚燒處理過程.拆解產生的包裝紙、有機隔膜等作為廢物處理,評價過程中具體數據、來源以及假設情況如表6所示;墨盒拆解處理過程包括墨盒的拆解和清洗,其中墨盒中殘余墨水假設為 10%,試驗用清洗試劑在數據庫中不可得,評價過程中采用有機溶劑丙酮數據進行替代.評價過程中具體數據、來源以及假設情況如表7所示.

表6 硒鼓處理評價過程中數據來源及假設Table 6 The data sources and assumptions in the assessment of toner cartridges treatment

表7 墨盒處理評價過程中數據及其來源假設Table 7 The data sources and assumptions in the assessment of ink cartridges treatment

硒鼓處理過程環境影響評價結果如圖 2所示.其中,硒鼓人工拆解處理過程環境影響為27.3mPt,環境效益為 535.2mPt,整體來看硒鼓拆解和處理過程可帶來較大的環境效益.環境效益主要體現在對硒鼓中塑料、金屬和磁性材料的回收,以及墨粉焚燒過程中熱量回收.其中磁性材料的回收占總環境效益的 41.6%;其次為金屬回收帶來的環境效益(38.6%),金屬回收中主要是鋁的回收帶來的環境效益較大;塑料回收帶來的環境效益為整體的19%左右.同時,硒鼓人工拆解過程和危險廢物處理對環境帶來一定影響,這其中最主要的是人工拆解,占環境影響的95%左右,人工拆解需要一定的占地等因素是對環境造成影響的主要原因.

從人體健康、生態質量和資源保護3個指標來看,硒鼓拆解處理過程帶來的環境效益,主要體現在減少對人體健康的威脅,比例約為 68.4%,其次是對資源的保護(30%),最后為對生態系統質量的保護方面,為1.6%左右.

由評價過程知,硒鼓的材料構成對環境效益有較大影響,改變初始參數設置,按照表1中樣品1構成進行計算,對結果進行敏感性分析發現:綜合來看,材料構成的改變使總體環境效益降低了6.2%.其中帶來環境效益最高的環節是金屬鋁的回收,占41.6%,其次為磁性材料回收;環境影響仍為人工拆解過程帶來.磁性材料構成降低,是環境效益降低的主要原因.

墨盒處理過程環境影響評價結果如圖 3所示.其中,墨盒人工拆解過程的環境影響是10.8mPt,環境效益為 271.0mPt,整體來看墨盒拆解處理過程將帶來較大的環境效益.具體而言,環境效益是由塑料回收過程帶來的.同時,墨盒清洗用水、試劑使用等因素以及外殼破碎過程耗電對環境造成一定的影響,其中用電占環境影響的65.5%;清洗試劑的使用對環境影響比例為34.4%.墨盒外殼在回收利用過程,破碎是必須的環節,如何降低清洗過程對環境造成的影響,使用環境無害的清洗試劑將是進一步研究的方向.

圖2 廢棄硒鼓處理過程對環境的影響Fig.2 Environmental impacts of waste toner cartridges treatment process

圖3 廢棄墨盒處理過程對環境的影響Fig.3 Environmental impacts of waste ink cartridges treatment process

從人體健康、生態質量和資源保護3個指標來看,墨盒拆解處理過程帶來的環境效益,主要體現在對資源的保護,比例約為 84.1%,其次是減少對人體健康的威脅(15.4%),最后為對生態系統質量的保護方面,為0.4%左右.

改變墨盒構成數據,對結果進行敏感性分析發現:墨盒塑料構成由90%降低為80%,總體環境效益降低了 7.4%,對環境影響較小.由于墨盒回收過程的環境效益主要來源于對材料的回收,塑料構成的降低直接導致了環境效益下降,但對于清洗劑和用水影響較小,因此造成的環境影響變化不大.

4 結論

隨著2014年版目錄的頒布實施,廢棄辦公設備正式列入《條例》的管理范疇,對于硒鼓和墨盒等關鍵部件處理處置技術的選擇以及處理過程對環境的影響研究較少.硒鼓中含有 40%左右的塑料和40%左右的金屬,可回收利用潛力大,目前主要處理技術包括人工拆解、機械拆解以及焚燒處理;墨盒主要構成材料為塑料,回收處理方法主要有人工拆解、機械拆解以及焚燒處理,回收處理過程應注意墨水的收集.采用層次分析法對硒鼓和墨盒的處理處置技術進行評估.結果顯示國內目前較為適宜的硒鼓和墨盒處理技術為人工拆解法,人工拆解過程可以較好的收集殘余的墨粉和墨水,避免其逸散或泄露對環境造成更大范圍的污染.同時可以更好的分離各種材料,提高材料利用率;機械處理法,流程較長且需要針對不同型號開發不同拆卸裝置,適用性較差.但機械處理法具有效率高等特點,是硒鼓和墨盒處理處置發展的方向.

采用生命周期評價方法對硒鼓和墨盒處理過程中對環境的影響進行評估,結果表明硒鼓和墨盒的人工拆解均可帶來凈環境效益.其中硒鼓拆解的環境效益和環境影響分別為535.2mP t和27.3mPt.環境效益主要體現在對硒鼓中塑料、金屬和磁性材料的回收,以及墨粉焚燒過程中熱量回收.墨盒拆解過程將帶來271.0mPt的環境效益和10.8mPt環境危害.環境效益由塑料回收帶來.從人體健康、生態質量和資源保護3個方面看,硒鼓人工拆解過程帶來的環境效益,主要體現在減少對人體健康的威脅,比例約為 68.4%,對資源和對生態系統質量的保護分別為30%和1.6%.墨盒人工拆解帶來的環境效益,主要體現在對資源的保護,比例約為 84.1%,減少對人體健康的威脅和對生態系統質量的保護方面分別為 15.4%和0.4%左右.

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Study on the environmental impact of waste office equipment critical component treatment.

TAN Quan-yin, LIANG Yang-yang*, DONG Qing-yin, LIU Li-li, LI Jin-hui*(School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China). China Environmental Science, 2017,37(7)：2646～2655

This paper analyzed the composition of toner cartridges and ink cartridges, which are the key components of the waste office equipment. Evaluations of the toner cartridges and ink cartridges treatment technologies were conducted by adopting Analytic Hierarchy Process (AHP), which included evaluation model construction, experts scoring, and evaluation. The results showed that manual dismantling was the most suitable technology for the waste treatment of toner cartridges and ink cartridges. Additionally, the environmental factor and economic benefit presented higher weights during the evaluation process. The environmental impact of the toner cartridges and ink cartridges disposal processes were assessed through the life cycle assessment (LCA) method, employing the SimPro software and Eco-indicator 99method. It was observed that an environmental benefit of 535.2mPt could be obtained during the manual dismantling process of toner cartridges, which was higher than their environmental impact (27.3mPt). The environmental benefits mainly came from the recycling of plastics, metals and magnetic materials in toner cartridges, and the heat recovery from toner incineration. The toner cartridge dismantling process and the disposal of hazardous waste generated, could have synergistic environmental impacts. Ink cartridge manual dismantling process resulted in environmental benefits of 271.0mPt and environmental impacts of 10.8mPt. Environmental benefits mainly came from plastics recycling. The environmental impacts were caused by the consumption of water and washing reagents for ink cartridges cleaning, and electricity for housing plastics crushing. From the point of view of these three indicators-human health, ecosystem quality and resources, the most significant environmental benefit brought by the toner cartridge manual dismantling process was due to reduction in the threats to human health by 68.4%. Meanwhile, the most significant environmental benefit by ink cartridges manual dismantling was 84.1% conservation resources.

waste office equipment；toner cartridges；ink cartridges；analytic hierarchy process；life circle assessment

X705

A

1000-6923(2017)07-2646-10

譚全銀(1989-),男,貴州興義人,助理研究員,博士,主要從事固體廢物管理及資源化技術研究.

2016-12-06

港澳臺科技合作專項(2014DFM90170)

* 責任作者, 梁揚揚, 工程師, liangyangyang@tsinghua.edu.cn; 李金惠, 教授, jinhui@tsinghua.edu.cn