苏州市生活垃圾两种处置方法的生命周期影响评价

　　摘要：采用生命周期评价的方法，比较了苏州市垃圾填埋和垃圾焚烧2种处置方法对环境的影响。研究的系统范围主要包括垃圾收集、垃圾运输、垃圾填埋或焚烧以及发电等几个部分。采用收集的垃圾组分数据，利用IPCC推荐的模型等，计算了垃圾填埋和垃圾焚烧时CO2等气体污染物的排放量。根据对垃圾渗滤液的实测数据，计算了水污染物的排放量。环境影响评价采用日本开发的AIST-LCAVer4计算机软件进行。计算结果表明：垃圾填埋的生态币值要大得多，可见垃圾焚烧对环境的影响比垃圾填埋的影响要小。所获得的结论较为客观地反映了对环境的影响，可以作为中国城市垃圾处置决策的参考依据。

　　关键词：生命周期影响评价；垃圾填埋；垃圾焚烧

　　苏州是江苏省著名的风景旅游城市，近几十年来经济发展较为迅速，市区生活垃圾的产生量连年增长。根据有关统计资料，2007年，苏州市七子山垃圾填埋场每日填埋生活垃圾约1500t，另外还有每日约1000t的垃圾，由光大垃圾焚烧厂处置。根据日本有关统计，目前日本生活垃圾产生量约每人每天1kg。随着生活水平的进一步提高以及生活垃圾收集范围的进一步扩大，苏州市生活垃圾的处理量还将进一步增长。

　　填埋和焚烧是我国目前生活垃圾的主要处置方法。本文利用国际标准化组织（ISO）提供的生命周期评价（LCA）方法，评估苏州市现存的2种生活垃圾处置方法对环境的影响。

　　杨建新等指出：产品生命周期评价将成为21世纪最有效的环境管理工具之一。目前发达国家己把LCA用于产品设计，甚至成了CAD的一个组成部分，还用于环境标志，用于衡量一个公司的环境表现（environmental performance）。与发达国家相比，我国在LCA应用上还存在较大差距，但是这些年来已经出现了一些重要的研究成果。文献〔2〕主要依据ISO14041的规定，对产品进行了清单分析；文献[3～6]对不同的产品进行了生命周期评价。

　　本文收集了苏州市在垃圾填埋和垃圾焚烧过程中的有关数据，建立了垃圾填埋和垃圾焚烧的生命周期清单。我们使用日本产业技术综合研究所LCA研究中心开发的生命周期评价软件AIST-LCA Ver.4，对上述2种处置方法的环境影响进行了评价。

　　1苏州市垃圾填埋的生命周期清单分析

　　苏州七子山垃圾填埋场于1993年建成。一直运行至今，是苏州市唯一的垃圾填埋设施。苏州七子山垃圾填埋场最近又建成了二期工程，并将垃圾填埋场产生的沼气引往沼气发电装置，自2006年7月起已经开始发电。

　　本研究的系统主要包括垃圾收集、垃圾运输、垃圾填埋以及利用垃圾产生的沼气发电等几个部分，系统中不包括垃圾填埋场的建造阶段。垃圾填埋的功能单位为填埋1t城市生活垃圾。

　　苏州居民每天的生活垃圾通常由专门的人员使用人力车、部分便用小型动力车运送到垃圾中转站。苏州各区有专门的机构，负责用汽车把垃圾从中转站运送到七子山垃圾填埋场。

　　苏州市金阊区垃圾运输能耗数据的分析表明，苏州市目前每吨垃圾运输油耗为2.23L。垃圾填埋需要推土机等机械作业，为了防止渗漏，还需要HDPE等材料。为了消灭害虫，垃圾填埋场普遍使用农药。

　　垃圾填埋后，排放的气体污染物主要有CO2和甲烷等；水污染物主要有渗滤液和洗车水中的COD、SS、NH3-N以及一些重金属等。

　　大气污染物CO2和甲烷等在整个生命周期中的排放量无法测量。我们采用收集的苏州市垃圾组分数据，计算获得了垃圾中的DOC，采用IPCC推荐的模型，计算了CO2和甲烷的排放量，H2S的含量按0.2%计算。苏州七子山垃圾填埋场的沼气收集后用于发电。发电以后，一部分甲烷被燃烧，生成CO2，并产生了微量的NOx和VOC。
渗滤液和洗车水中的污染物COD、SS、和NH3-N根据渗滤液排放的污染物由2004年和2005年的月平均值再求平均计算获得。洗车水根据2005年的平均值获得。为了分析通过渗滤液排放的重金属数量，我们对渗滤液中的重金属含量进行了7d的采样分析。

　　2苏州市垃圾焚烧的生命周期清单分析

　　苏州垃圾焚烧发电厂在苏州市光大环保静脉产业园内，位于七子山生活垃圾填埋场西北侧，一期工程建设规模为日处理垃圾1000t，年焚烧处理生活垃圾33.3万t。焚烧炉、烟气处理、自动化控制和在线监测等核心设备全部进口国外知名公司产品，2006年6月20日正式建成投产发电。生活垃圾焚烧发电厂二期建成后，处理规模可达1500t/d。

　　研究的边界包括垃圾收集、垃圾运输以及垃圾焚烧、垃圾灰填埋4个过程。垃圾焚烧设施的建设过程不包括在边界之内。排放清单的功能单位定义为焚烧的每吨垃圾。

　　垃圾焚烧的主要物耗包括：垃圾运输的油耗以及焚烧中点火的柴油，焚烧过程中为了处理废气的石灰和活性炭，还有部分水的消耗。以上数据采用1年的平均值。
垃圾焚烧时排放的大气污染物主要有CO2、CO、SO2和极为微量的PCDDs。垃圾焚烧CO2的排放量根据垃圾的含碳量计算获得，其他大气污染物利用现场监测数据。垃圾焚烧前需要在垃圾贮坑内发酵，并析出垃圾中的渗滤液。渗滤液中的污染物主要包括有机物以及一些重金属。根据现场统计资料，每吨垃圾焚烧后可发电287kWh。另外产生部分灰渣，送填埋场处置。

　　3苏州市城市生活垃圾2种处置方法的生命周期影响评价

　　苏州市城市生活垃圾的2种处置方法，会对环境造成不同的影响。我们利用得到的污染清单数据，采用日本产业技术综合研究所LCA研究中心开发的生命周期影响评价软件进行评价。

　　3.1生命周期环境影响评价方法

　　我国最早讨论生命周期影响评价的是杨建新等。他们提出的评价类别主要包括能源耗竭、资源耗竭、全球变暖、臭氧层破坏、酸化、富营养化、光化学污染、固体废弃物、危险废弃物、烟尘及粉尘等，通过加权，最终获得影响指数。顾道金等在对中国建筑的生命周期评价中使用的评价类别与上述类别基本相同，最后加权也得到环境影响综合指标。胡志远等在燃料乙醇的评价时除了能源资源外，采用人体毒性、气溶胶、光化学污染、酸化和全球变暖等类型进行评价，并由此得到乙醇生命周期对环境的综合影响。任辉等、董进宁等也根据自己建立的评价类别分别进行了生命周期影响评价。

　　总的来看，我国生命周期影响评价的成果还非常有限，且多采用自己建立的评价体系。主要的原因是到目前为止，我国还未推出较有影响力的生命周期影响评价体系。

　　从国际上看，生命周期影响评价体系已经投入了大量的人力物力，不但建成了庞大的评价数据库，还开发了专门的计算机软件。目前非常有影响的评价体系包括瑞典的EPS和荷兰的Eco-indica-for。

　　本文采用日本产业技术综合研究所LCA研究中心开发的评价系统AIST-LCAVer4，软件中影响评价采用的方法是LIME（life-cycle impact assessment method based on endpoint modeling）。采用的原因是这一评价体系在国际上已经具有一定的影响力，具有较为完整的数据库，而且还有计算机软件；另一方面，日本与我国一衣带水，距离较近。

　　3.2LIME影响评价方法

　　由日本产业技术综合研究所LCA研究中心开发的生命周期影响评价系统LIME是为日本整个国家推出的方法。

　　LIME评价方法的框架如图1所示。在进行影响评价时，首先根据获得的污染清单，计算它们对城市空气污染、全球变暖等11种类型的影响；由这些影响类型计算对我们需要保护的人类健康、社会财富、物种多样化和初级生产力等4个保护目标的危害；根据4个保护目标相应的权重，最终求得单一的生态指标：生态化的币值YEN。评价对象的损害大小，可以通过生态化的币值YEN直接表示。

 

　　图1 LIME评价方法框架

　　3.3评价结果

　　利用AIST-LCA Ver4进行评价，需首先按照一定格式输入上述已经分析得到的污染清单。例如垃圾填埋处理需首先选定系统包括运输、填埋和发电，从而输入的清单也会自动生成3列。准备好了清单分析数据后，软件就可以进入下一步：生命周期影响评价的计算。

　　AIST-LCA Ver4评价软件，根据输入的污染清单和每种污染物对环境影响的潜值，计算对4个保护目标的影响。表1列出的是苏州七子山垃圾填埋场对4个保护目标的危害评价数据。表1各列具有不同的单位，相互之间不能互相比较。不过，同一列间的比较也很有意义，比如对人体健康的影响，我们可以发现，主要来自全球变暖和城市空气污染，等等。

　　表2列出了2种垃圾处置方法对环境的影响程度。表2将表1中各列的数据赋给一个权重，使得两种处置方法对4个环境保护目标的影响折算成共同的单位：生态货币值YEN。由表2可见，对垃圾填埋而言，生态货币值较大的主要有全球变暖和城市空气污染；而对垃圾焚烧而言，放在第一位的是也全球气候变暖，其次是对人体和生态的毒害等。总体评价，垃圾填埋的生态币值要大得多。由此可见，LCA评价的结果认为，垃圾焚烧对环境的影响比垃圾填埋的影响要小。
表1垃圾填埋场的危害评价结果

 

　　表2 2种处置方法的LCA评价结果

 

　　4结论与分析

　　本文针对苏州垃圾处置的2种方法，首先按照国际标准的规定，对它们进行了清单分析，利用AIST-LCA Ver4计算机软件，进行了环境影响评价。评价的结论表明：

　　（1）2种处置方法中，垃圾填埋的生态币值要大得多，由此可见，垃圾焚烧对环境的影响比垃圾填埋的影响要小；

　　（2）对环境影响的主要方面是垃圾处置对全球变暖和对人体和生态的毒害等；

　　（3）由表2可见，垃圾填埋造成的全球气候变暖的影响比垃圾焚烧大很多，主要的原因是垃圾填埋排放一些甲烷。在我们的研究系统中，部分甲烷已经用于发电，在没有发电装置的垃圾填埋场，对全球气候变暖的影响将更大；

　　（4）表2结果中还出现了部分负值数据，主要的原因是垃圾发电减少了用于发电的煤的使用量以及相应的污染物排放量，从而造成了对环境的正影响。
本文采用日本开发的AIST-LCA Ver4计算机软件进行评价，所获得的结论较为客观地反映了2种处置方式对环境的影响，可以作为中国城市垃圾处置决策的参考依据。