三種典型廢玻璃生命周期環境影響評價研究

陳素紅　畢珠潔　邰俊　沈笛　周宗雙博

關鍵詞：廢玻璃；生命周期評價；環境影響總值

中圖分類號：X820.3 文獻標志碼：B

前言

當前，在國家新戰略的指導下，城市化進程迅速加快，人民生活水平日益提高，伴隨著玻璃制造行業的快速發展，玻璃的需求量也越來越大。作為玻璃生產和使用的大國，中國每年產生大量的廢玻璃，而回收量僅占50%左右，廢玻璃無法焚燒，無法在填埋中自然降解，如果將廢玻璃加以回收利用則能產生顯著的經濟和環境效益。因而對廢玻璃的回收處置是緩解社會經濟壓力，減輕環境污染的有效途徑，符合國家發展循環經濟的根本需求。

生命周期評價（Life Cycle Assessment，簡稱LCA）起源于20世紀60年代末美國可口可樂公司對飲料瓶的選擇研究。產品的LCA是一種對產品從原材料采集到產品的生產、運輸、銷售、使用、回用和最終處置的整個生命周期階段中與環境的相互作用進行系統分析、評價的方法。ISO對生命周期評價定義是：生命周期評價是對產品系統整個生命周期輸入、輸出的匯集和評價。中國正處在LCA的發展階段，目前LCA的研究主要集中在針對特定產品、工藝流程及廢棄物處置的環境影響上。

研究借助LCA技術工具，擬對廢玻璃回收利用的不同種類不同處理工藝的廢玻璃進行較為系統的LCA評價，量化分析廢玻璃在收運處不同階段所導致環境影響負荷的大小，進一步提出回收處理或者改進的方案，并探索建立相對完善的廢玻璃回收利用系統，同時也為有效環保地處理廢玻璃提供一定的理論依據。

1研究內容

選擇廢碎玻璃、廢日用玻璃、廢平板玻璃對應的不同的處理工藝為研究對象，基于ISO14040-14043中介紹的生命周期評價（LCA）理論包括4個有機聯系的部分：

（1）目標及范圍確定：確定LCA的評價目標、研究范圍和系統邊界；

（2）清單分析：生命周期清單分析（LCI： Life Cy-cle Inventor）即確定各流程輸入（原料、輔料和能源等）和輸出（向空氣、水、土壤中的排放及固體廢物）；

①影響評價：生命周期影響評價（LCIA：Life Cy-cle Impact Assessment）即對清單數據進行定量評價；

②生命周期解釋：即對清單分析結果和影響評價結果進行解釋說明。

生命周期環境影響評價方法主要有Eco-indica-tor 99、EDIP2003、ESP2000、Impact2002+、以及Re Ci PeEndpoint 2016等。研究主要使用Simapro（9.0.0.33分析版）軟件的IMPACT2002+研究方法對三種廢玻璃的處理工藝開展環境影響的定量研究和評價。

2研究方法

2.1功能單位和系統邊界

2.1.1功能單位

功能單元（Function Unit，簡稱FU）是產品功能的量化定義，能夠為系統的輸入與輸出提供一個統一的基準，實現系統輸入輸出的標準化。文章廢玻璃功能單位為1噸廢玻璃。建立三種典型廢玻璃回收利用生命周期系統模型，以1噸廢玻璃為功能單位進行分析。

2.1.2系統邊界

針對廢玻璃的回收利用整體工藝，以整廠范圍為邊界，以廢玻璃，水電資源消耗為輸入，排放物質為輸出。排放物質應以直接排放到大氣、水體的物質為準。

2.2生命周期清單數據來源

根據確定的系統邊界，對廢玻璃生產過程的資源、能源和原材料的消耗量以及環境排放的原始數據進行收集。

文章廢玻璃的各階段處理工藝及清單數據通過調研來源于第三方機構的現場測量數據、企業內部環境影響評價報告和文獻《城市道路兩種貨車運輸的生命周期清單分析》。企業內部環境影響評價報告主要來源為燕龍基（徐州）再生資源利用有限公司（碎玻璃），林州市愛華玻璃制品有限公司（廢日用玻璃）和福建漳平永凱隆新型材料有限公司（廢平板玻璃）。同時，對廢玻璃的生產和回收利用過程進行調研，獲取生命周期清單分析所需的部分基礎數據。數據收集的類型主要涉及原材料生產過程、能源生產及使用過程、運輸過程和廢玻璃處置過程。玻璃制造工藝數據和再生過程數據均直接來源于上述三個廠家數據以及行業文獻、行業標準中的數據，利用Simapro（9.0.0.33分析版）軟件的IM-PACT2002+方法進行清單分析，首先分別統計功能單位的產品在每個階段生產過程中的消耗與排放數據，最后匯總計算得到該產品的生命周期清單數據。

2.3清單分析

2.3.1收運階段

文章考慮了以下運輸方式和距離：收運階段的運輸車輛的動力源為柴油，所以產生尾氣中主要的污染物有CO₂、CO、NO_x、SO₂等，主要對作業點周圍和運輸路線兩側局部范固產生一定影響，但由于排放量不大，影響也相對較小。一般情況下，在工地內運行的機械及載重卡車的廢氣污染影響范圍僅局限施工工地內，不影響界外區域。由于工程所在地附近區域地勢開闊，大氣擴散條件好，工程量較小，對大氣環境的影響很小。

文章對廢玻璃收運階段進行了一系列調研，廢玻璃在收集點收集之后會運輸至就近的中轉站或集散場，經過處理再通過船運或者陸運到達處理廠。經調研，假設從中轉站或集散場運輸至再生處理廠的距離為45 km。重型貨車燃油類型為柴油型，滿載時運輸量為10t，城市道路貨車實際百公里油耗38.75L=32.2 kg。1000噸的船舶行駛1公里消耗7.63kg柴油；根據《中國生活垃圾分類產業的經濟學分析》，陸運：水運取8：9。

廢玻璃收運階段輸入清單：柴油為0.0192kg/t廢玻璃·km；電力為0.7144 kWh/t廢玻璃·km。

廢玻璃收運段輸出清單：C02為0.00100294 t/t廢玻璃、CO為0.000005 63t/t廢玻璃；NO_x為0.000024 1t/t廢玻璃；SO₂為0.00000241 t/t廢玻璃；N₂O為0.000000031 t/t廢玻璃；CH₄為0.00000004 t/t廢玻璃；NMOVOC為0.00000428t/t廢玻璃；顆粒物為0.000000031t/t廢玻璃。

2.3.2廢玻璃回收處理階段

2.3.2.1廢碎玻璃預處理工藝的清單分析

（1）數據來源：輸入原料為廢碎玻璃、水電消耗，排放物質為排放到廢氣、廢水、固廢的最終排放量單位數據表。廢碎玻璃預處理工藝流程為入料計量—篩分—破碎—烘干—篩分除金屬—光選—儲存—出料計量。

（2）指標清單：預處理階段廢碎玻璃輸入清單：材料為平板廢玻璃和瓶罐廢玻璃，均為0.5 t/t廢玻璃；能源為水0.005088t/t廢玻璃、電6.47 kWh/t廢玻璃、燃氣2.37立方萬米／t廢玻璃。

預處理階段廢碎玻璃輸出清單主要為廢氣和廢水。廢氣主要為SO₂0.968 t/t廢玻璃、NO_x0.996 t/t廢玻璃、煙（粉）塵5.36 t/t廢玻璃、油煙0.018 3t/t廢玻璃、粉塵3.08 t/t廢玻璃；廢水主要為廢水量0.003953t/t廢玻璃、COD 0.202 t/t廢玻璃、SS0.0403t/t廢玻璃、氨氮0.0202t/t廢玻璃、總磷0.00202 t/t廢玻璃、動植物油0.00403 t/t廢玻璃。

2.3.2.2廢日用玻璃回收利用工藝的清單分析

（1）數據來源：輸入原料為廢玻璃、其他原料、水電消耗，排放物質為排放到廢氣、廢水、固廢的最終排放量單位數據，排放到空氣中的廢氣主要為配料攪拌過程中產生的粉塵、熔化過程中產生的含SO₂、NO_x和煙塵等；水污染物主要為煤氣發生爐產生的冷凝廢水、廢碎玻璃清洗廢水。

（2）指標清單：指標清單中的不外排污染類型均按零排放處理。

廢日用玻璃處理輸入清單主要為廢碎玻璃1t/t廢玻璃、石英砂0.091935t/t廢玻璃、白云石0.056452t/t廢玻璃、方解石0.019355t/t廢玻璃、長石0.058065t/t廢玻璃、純堿0.032258t/t廢玻璃、硝酸鈉0.003548t/t廢玻璃、澄清劑0.000613 t/t廢玻璃。能源主要為煤0.116452 t/t廢玻璃、水0.089855t/t廢玻璃、電109.6774 kWh t/t廢玻璃。

廢日用玻璃處理輸出清單主要為廢氣和固體廢物。廢氣主要為油煙1.90E-07t/t廢玻璃、煙塵2.71E-05 t/t廢玻璃、SO₂0.000 5858 Kg/t廢玻璃、NO_x0.001754 8t/t廢玻璃；固體廢物主要為生活垃圾0.000797t/t廢玻璃。

2.3.2.3廢平板玻璃回收利用階段的清單分析

（1）數據來源：廢平板玻璃回收處理工藝流程爐窯-靜電除塵-SCR脫銷-濕法脫銷-循環池-沉淀池-終產物石膏。

（2）指標清單：輸入原料廢玻璃、其他原料、水電消耗，排放物質用排放到空氣中、水中、固廢的最終排放量單位數據，排放到空氣中的廢氣主要為混合機上料中產生的粉塵、壓延過程中產生的含SO₂、NO₂和顆粒物等；水污染物主要為生產生活廢水、廢碎玻璃清洗廢水。

廢平板玻璃處理輸入清單：碎玻璃1t/t廢玻璃、石英石1.071428 t/t廢玻璃、芒硝0.004464 t/t廢玻璃、純堿0.357143t/t廢玻璃、石灰石0.178571 t/t廢玻璃、白云石0.089286t/t廢玻璃、長石0.053571t/t廢玻璃、硝酸鈉0.026786 t/t廢玻璃、五氧化二銻0.004 464 t/t廢玻璃、液氨0.007 143 t/t廢玻璃。能源為水1.360714 t/t廢玻璃、電84.14874 kWh t/t廢玻璃、液化天然氣0.128107 t/t廢玻璃。

廢平板玻璃處理輸出清單主要為廢氣，包括S020.372963 t/t廢玻璃、NO_x2.739 353 t/t廢玻璃、顆粒物0.217601 t/t廢玻璃、氟化物0.008 571 t/t廢玻璃、氯化氫0.214286 t/t廢玻璃、逃逸氨0.107143 t/t廢玻璃。

2.4環境影響分析

通過采用IMPACT2002+的方法對資源環境清單數據進行分析，選取節能減排綜合指標中的8類（GWP、WS、EP、AP、COD、RI、IWU、CADP）資源環境指標，使其連接到4類（氣候變化、生態系統質量、人類健康、資源消耗）環境損害類型，用環境損害指標的量化結果來表示資源環境的影響，建立更加直觀易于量化的資源環境評價指標體系，從而獲得更為準確的評價結果，可以減少人為主觀因素的干擾。

利用生命周期軟件Simapro，選用IMPACT2002+評價方法，對清單數據分類、特征化、歸一化和加權處理計算，分別得到廢碎玻璃、廢日用玻璃、廢平板玻璃不同處理工藝的環境影響評價。

3結果與討論

3.1環境影響總值分析

對3種不同處置工藝下的廢玻璃進行全生命周期環境影響分類評價，通過標準化指標總和與廢玻璃基數參考進行分析，得到三個項目的環境影響總值。預處理階段廢碎玻璃的回收利用所使用的工藝環境影響總值最小為3.94973E-05，廢日用玻璃處理技術為0.00014，廢平板玻璃處理技術為0.000286946。對廢玻璃回收處理工藝而言，預處理階段廢碎玻璃的回收利用的所使用到工藝與以上兩種工藝不同，主要包括破碎、烘干、光選、儲存，所使用到的工藝步驟對環境更為友好。

3.2特征化分析

3.2.1廢日用玻璃處理工藝特征化

根據廢日用玻璃處理技術的特征化指標（如圖1所示），統計后進行比較，結果顯示，其中占比最多的是水生生態毒性比例高達76%，占比第二多的為陸地生態毒性17%，非可再生能源占比為6%，其余部分致癌物質、非致癌物質、呼吸無機物、電離輻射、臭氧層損耗、呼吸有機物、陸地酸、土地占領、水生酸化、水生富營養化、全球變暖、可再生能源、礦物開采這幾項影響很小近似為0。所以在分析中重點分析對環境占比系數最大的兩項水生生態毒性與陸地生態毒性，對這兩項產生的環境影響進行分析優化從而實現環境效益最大化。

水生生態毒性與陸地生態毒性影響指標中（如圖2～圖3所示），對環境影響最大部分主要出現在工藝中廢碎玻璃的處理的環節以及用電部分。其他部分如純堿、硝酸鈉以及水、煤的用量等在生命周期評價中造成的影響微乎其微。因此在該項目中應優化生產工藝減小電量的使用，以及增加原料中其他替代料的占比，降低廢玻璃回收對環境的整體影響，優化環境效益。

3.2.2廢平板玻璃處理工藝的特征化

根據廢平板玻璃處理工藝的特征化指標（如圖4所示），統計后進行比較，因為廢日用玻璃處理技術使用類似工藝，占比最多的也是水生生態毒性比例高達74%，第二的為陸地生態毒性18%，非可再生能源占比為5%，其余部分致癌物質、非致癌物質、呼吸無機物、電離輻射、臭氧層損耗、呼吸有機物、陸地酸、土地占領、水生酸化、水生富營養化、全球變暖、可再生能源、礦物開采這幾項影響很小近似為0。結果顯示，生態毒性與陸地生態毒性占比遠大于其他指標，在分析中重點分析對環境占比系數最大的兩項水生生態毒性和陸地生態毒性，對這兩項產生的環境影響進行分析優化從而實現環境效益最大化。

水生生態毒性與陸地生態毒性影響指標中（如圖5～圖6所示），對環境污染最大的部分主要出現在工藝中廢碎玻璃的處理的環節以及純堿的量，與廢日用玻璃處理技術相比純堿的影響高出很多。而其余部分，如液氨、芒硝等其他配合料以及水電部分對環境的影響并不明顯。綜上所述廢平板玻璃處理技術中應提高長石、白云石等的原材料占比，減少工藝中純堿用量，針對這部分進行優化對減少廢玻璃回收生命周期環境影響具有顯著作用。

4結論

文章用Simapro生命周期軟件，采用Impact2002+的方法對廢碎玻璃、廢日用玻璃、廢平板玻璃三種廢玻璃收運處系統進行了全生命周期評價。預處理階段廢碎玻璃的回收利用所使用的工藝環境影響總值最小為3.94973E-05，廢日用玻璃處理技術為0.00014，廢平板玻璃處理技術為0.000286946；廢日用玻璃處理技術的特征化指標，結果顯示，占比最多的是水生生態毒性比例高達76%。通過該項研究，可以衡量不同環節對產品生產生命周期成本的貢獻程度，為實現產品的經濟利潤最大化以及環境影響最小化提供決策支持。