（技术经济及管理专业论文）基于LCA的城市生活垃圾管理模式研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 当今社会，在我们享受现代化所带来的物质文明的同时，每年要消耗大量的自然资 源，并产生数百亿吨的各种废弃物质。这些废弃物最终都要排放到地球上，不仅占用了 大量的土地，而且严重地污染了环境，对人类的生存空间和生存环境造成了巨大威胁。 同时，我们还面临着因资源无节制消耗而造成的资源短缺的严重挑战。在当今世界环境 保护与资源保护主题下，解决城市生活垃圾造成的环境污染与资源浪费已成为人类的主 要问题之一。联合国环境规划署曾将固体废物控制列为重大环境问题，世界各国也正积 极治理国内的城市生活垃圾问题。 生命周期评价( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ，l c a ) 作为一种具有应用价值的环境管理工 具，不仅对当前的环境冲突进行定量化分析，而且l c a 是一种全过程的环境管理工具， 对被研究系统从“摇篮到坟墓”全过程所涉及的环境问题进行评价。生活垃圾生命周期 评价的作用是将垃圾从产生到最终处理整个过程的环境影响降到最小，考虑生活垃圾处 理各个阶段环境影响的平衡。 本论文采用定量分析与定性分析相结合的研究方法，主要根据生命周期评价结果对 城市生活垃圾管理进行系统研究。论文运用生命周期评价方法，对国内城市生活垃圾按 照成分进行环境影响评价，并在影响评价中运用层次分析法进行权重计算。论文最后根 据生命周期评价的结果，得出城市生活垃圾管理的环境理想模型；同时，结合中国实际 情况，根据中国城市规模的不同，提出三种城市生活垃圾管理模式，为不同规模城市的 生活垃圾管理者提供了决策参考。最后，论文以大连市为例进行分析。 关键词：生命周期评价，城市生活垃圾管理，环境影响潜值，层次分析法 蔡叶娟：基于l c a 的城市生活垃圾管理模式研究 t h er e s e a r c ho nm u n i c i p a ls o l i dw a s t em a n a g e m e n tp r o g r a m b a s e do n l c a a b s t r a c t t o d a y , w h i l ew ea r ee n j o y i n gi n c r e a s i n gc o m f o r t a b l el i v e sp r o d u c e db ym o d e r n i z a t i o n ， l a r g en u m b e r so fn a t u r a li e s o u r c e sh a v eb e e nc o n s u m e d ，a n dt o n so fk i n d so fw a s t e sh a v e b e e np r o d u c e d m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ( m s w ) i se m i t t e do n t ot h ee a r t h a st h er e s u l t ，i tn o t o n l yo c c u p i e sm a s so fl a n d s ，b u ta l s op o l l u t e st h ee n v i r o n m e n ts e r i o u s l y , a n dg r e a t l yt h r e a t e n s m a n k i n d ss u r v i v a ls p a c ea n de n v i r o n m e n t i nt h eb a c k g r o u n do fe n v i r o n m e n t a la n dr e s o u r c e s p r o t e c t i o ni ni n t e r n a t i o n a ls c a l e ，e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o na n dr e s o u r c e sw a s t em a d eb vm s w h a v eg o ti n c r e a s i n gc o n c e r n sa n db e c o m eam a j o rp r o b l e m s o l i dw a s t ei sl i s t e da sa l l i m p o r t a n te n v i r o n m e n t a li s s u eb yt h eu n e em a n yc o u n t r i e sh a v ei n i t i a t e dt od e a lw i t h m s w a sa ne n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n tt o o lw i t ha p p l i c a t i o nv a l u e s “f ec y c l ea s s e s s m e n t ( l c a 、c a ne v a l u a t ee n v i r o n m e n t a li m p a a sf r o m “c r a d l et og r a v e ”o ft h ew h o l ep r o c e s so ft h e s y s t e ms t u d i e do n a sw e l la sa n a l y z eq u a n t i t a t i v e l yo ne n v i r o n m e n t a lc o n f l i c t l c a 讧a w h o l e p r o c e s se n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n tt o o la n dt h ef u n c t i o no fl c af o rm s wi s t o m i n i m i z et h ee n v i r o n m e n t a li m p a c to fm s wf r o mp r o d u c t i o nt ot r e a t m e n td u r i n gt h ew h o l e p r o c e s s ，m e a n w h i l e ，t h eb a l a n c ei ne v e r ys t a g ef o re n v i r o n m e n t a li m p a c ti sc o n s i d e r e d r e s e a r c hm e t h o d sc o m b i n i n gq u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v ea n a l y s i sa r ea d o p t e d a n dl c a i su s e df o ras y s t e m a t i cs t u d yo nm s wm a n a g e m e n t t h et h e s i su s e sl c at oa s s e s st h e e n v i r o n m e n t a li m p a c to fm s wi no u rc o u n t r y , a n df u r t h e ra d o p ta h pt oc a l c u l a t ew e i 曲t si n t h ea s s e s s m e n t i nt h ee n do ft h et h e s i s ，b a s e do nt h eo u t c o m eo fl c a ，t h ea u t h o re s t a b l i s h e s e n v i r o n m e n t a li d e a lm o d e lo fm s w m a c c o r d i n gt oc h i n a sr e a l i t i e sa n dd i f f e r e n tc i t ys c a l e ， t l l et h e s i sa l s op u tf o r w a r dt h r e em o d e l sf o rm s wm a n a g e m e n t ，w h i c hp r o v i d e sd e c i s i o n s n p p o f tf o rm s w a d m i n i s t r a t i o na m o n gc i t i e sa td i f f e r e n t s c a l e k e yw o r d s ：l i f ec y c l ea s s e s s m e n t , m u n i c i p a ls o l i dw a s t em a n a g e m e n t , e n v i r o n m e n t a l i m p a c tp o t e n t i a l ，a n a l y s i sh i e r a r c h yp r o e e s s 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：句譬阻_ 日期：j 塑生盟一 大连理工大学硕士学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规 定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名；：鍪茸鱼 导师签名 塑垒年l 月生b 大连理工大学硕士学位论文 1 引言 1 1 研究背景 当今社会，在我们享受现代化所带来的物质文明的同时，每年要消耗大量的自然资 源，并产生数百亿吨的各种废弃物质。生活垃圾最终都要排放到地球上，不仅占用了大 量的土地，而且严重地污染了环境，对人类的生存空间和生存环境造成了巨大威胁。同 时，我们还面临着因资源无节制消耗而造成的资源短缺的严重挑战。 早在2 0 世纪初期，发达国家由于工业化的快速发展和人们生活水平的提高，资源 短缺和环境污染问题就已经变得日益严重。城市生活垃圾的环境污染也因此成为人们普 遍关注的问题之一。特别是2 0 世纪下半叶，各工业国家都面 艋着资源危机和环境恶化 的巨大压力，迫使这些国家开始认识到城市生活垃圾环境污染治理和资源化利用的紧迫 性和必要性，以及它对各国经济和社会可持续发展的重要性。城市生活垃圾的开发利用 也因此发展到了一个新的阶段，即从最初简单的废旧物资回收，逐步发展成为一个重要 的研究领域，也就是今天所说的城市生活垃圾管理( m u n i c i p a ls o l i dw a s t em a u a g e m e n t m s w m ) 【1 】a 在当今世界环境保护与资源保护主题下，解决城市生活垃圾造成的环境污染与资源 浪费已成为主要问题之一。联合国环境规划署曾将固体废物控制列为重大环境问题，世界 各国也正积极治理国内的城市生活垃圾问题。德国采用垃圾等级分类制度，极其重视回 收环节，并为此制定专门的法律法规，为每一种可回收物质制定回收率，但由于过分考 虑回收率而忽略回收成本，导致城市生活垃圾的整体管理成本过高。日本因土地资源相 对匮乏，在城市生活垃圾处理方式中焚烧技术占到7 0 以上 2 】o 加拿大亦重视资源的回 收利用，安大略省的“蓝箱回收系统”是北美最大的回收系统，已被其他各省效仿采用 【3 j 。以上几个国家均重视垃圾的源头细分，而美国在回收方面相对较弱，仍以卫生填埋 为主【4 1 。 面对当前在人口、资源、环境、与经济发展关系方面所出现的一系列尖锐矛盾，人 们需要重新认识环境问题的来源与人类活动方式以及消费模式之间的关系，通过制度创 新、技术进步以及管理变革来协调人与自然之间的关系，促进人类社会的可持续发展， 迫切需要一种方法能对人类所从事的活动全过程资源消耗和造成的环境影响有一个彻 底的、全面的、综合的了解。 生命周期评价( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ，l c a ) 作为一种具有潜在应用价值的环境管 理工具，不仅对当前的环境冲突进行定量化分析，而且对被研究系统从“摇篮到坟墓” 全过程所涉及的环境问题进行评价。目前l c a 已在产品环境标志计划的实施、产品生 蔡叶娟：基于l c a 的城市生活垃圾管理模式研究 态设计、企业的环境管理等诸多领域得到了越来越多的应用1 5 1 。生命周期评价既是一种 面向产品、工艺过程以及服务集成的预防策略；又是一个目标，规定了工业行为和人类 行动应达到的经济与环境要求，其最终目的是以可持续的方式来满足人类对产品和服务 的需求，即在维持可持续发展的前提下提高资源和能源的利用率。 1 2 问题的提出 1 2 1 城市生活垃圾带来的环境问题 生活垃圾对城市环境造成的污染是显而易见的，不仅污染环境，而且危害人类的身 体健康，其环境问题主要表现在以下几方面【6 】： ( 1 ) 生活垃圾以其特有的肮脏性有碍观瞻，影响城市的精神文明建设，直接损害 城市旅游业，有损城市声誉。 ( 2 ) 生活垃圾中含有高比例的有机废物，尤其是在中国，在分解过程中产生氨气、 硫化氢和硫醇类物质，具有强烈的恶臭和毒性，对人类健康构成威胁；此外，生活垃圾 收运过程中产生的带菌粉尘被证实是城市人群呼吸道疾病的强烈致病源。 ( 3 ) 生活垃圾的随意丢弃和堆放将造成对水体、大气、土壤的污染，从垃圾堆及 填埋场中流出的渗滤液是一种污染负荷很高的有机污水，其主要成分是有机降解过程产 生的有机酸和溶解性营养盐，其中b o d 5 的含量通常可达1 0 x 1 0 4 m g l 左右，对人体健 康构成潜在危害。 ( 4 ) 垃圾厌氧分解产生的c h 4 和c o z 等温室气体对全球变暖有一定的影响作用， 即使目前在发达国家普遍使用的焚烧处理技术，其焚烧气体中的氮氧化物和硫化物等酸 性气体以及飞灰和底灰中的二嗯英对人类健康的潜在影响都是很大的。 因此，必须清楚地认识到生活垃圾的第一属性是污染物，治理城市生活垃圾的首要 目的是消除污染，即实现它的无害化。很明显地，借助适宜的技术手段和工艺、设备可 以实现系统中的生物成分自然转变，但这种转变过程相对于经济发展对资源的需求速度 则是相当缓慢的。因此，必须对生活垃圾进行可持续管理，减少垃圾的源头产生量，对 垃圾中可回收利用的资源、能源进行回收利用。 1 22 现有生活垃圾管理方法及缺陷 目前生活垃圾管理战略与管理决策大都是依据严格的“废物等级”模式，这种决策 方法的结果呈现多样化，但最常见的处理优先顺序如下叽源头减量一一再利用一一再 循环一一堆肥一一有能源回收的焚烧一一没有能源回收的焚烧一一填埋。德国正是采用 这种细分等级的生活垃圾管理模式【8 1 。对于不同的生活垃圾处理方式，这种处理顺序主 大连理工大学硕士学位论文 要存在三个方面的问题： 这种等级划分缺乏科学或技术基础。例如，没有科学的理由说明为什么再循环 就一定优于能源回收。 _ 就像在一体化城市生活垃圾管理系统中一样，当使用各种处理方式的组合时， 这种等级划分就没有用处。在一体化生活垃圾管理系统中，这种等级不能预先 告知堆肥加焚烧是否就优于物资再循环加填埋。 _ 这种等级划分没有考虑成本，因此就不能用于评价生活垃圾管理系统的经济可 行性。 减量是等级划分中的第一步，也是第一目标，然而，后续处理方式中哪种方式更好 依赖于一系列特定条件，如管理的生活垃圾的吨位、成分和现有管理组织等。 一般而言，物质的循环利用能够减少原材料的消耗以及能源的使用量。但制定一个 一成不变的循环利用目标未必能获得最大的环境效益( 包括资源、能源的利用) 。因为 环境效益的提高与物质的循环利用率不是呈现简单的线性相关关系。高的生活垃圾回收 率意味着需要将分布在各个角落的可回收物质收集、运输集中在一起，这将耗去很多能 量，其环境效益未必高。因此，不能笼统地讲提高物质的回收利用率，而应综合考虑被 回收利用物质的回收利用价值、再回收利用技术、回收利用的成本等综合因素 9 l a 1 2 3 生活垃圾生命周期评价的优势及难点 生命周期评价( l c a ) 是一种全过程的环境管理工具，生活垃圾生命周期评价的作 用是将生活垃圾从产生到最终处理整个过程的环境影响降到最小，考虑生活垃圾处理各 个阶段的环境影响。生命周期评价较之其他环境管理工具具有如下优点1 1 0 】： ( 1 ) 提供了一种系统、整体的研究观点。生活垃圾管理系统任何阶段发生变化， 都可能对其他阶段的物质、能量输入和输出及废物产生带来积极或消极影响。在系统内 部，环境影响可能会发生转移，即从生命周期的一个阶段移至另一个阶段；例如，当垃 圾焚烧炉安装了空气控制设备时，对大气的污染物排放降低，但在烟气洗涤过程中可能 产生大量有害废水。 ( 2 ) 提供了将城市生活垃圾管理系统的所有操作活动( 工艺过程) 作为一个整体 研究的框架。整个城市生活垃圾管理系统包括原材料获取、产品制造废物产生及收集、 回收再利用、焚烧、堆肥、填埋等过程，并且生活垃圾管理方案的选择是弹性的，必须 面向市场，如纸既可回收利用，又能堆肥或焚烧回收能量。选择何种方案取决于当时的 社会、经济和环境条件以及市场的需求。 ( 3 ) 注重于对整体环境影响进行分析。l c a 对多种环境影响进行分析，而不是局 限于单个环境干扰因子。分析的环境影响类型包括资源消耗、全球变暖、富营养化、酸 蔡叶娟：基于l c a 的城市生活垃圾管理模式研究 化、生态毒性、臭氧层破坏、生态健康、人体健康等。在全球变暖的影响类型中进一步 考虑c 0 2 、c h 4 及n o x 对环境影响的贡献大小。 ( 4 ) 提供了收集和组织大量信息的研究框架。在清单分析阶段，将城市生活垃圾 管理系统每个阶段物质、能量输入和输出及环境污染物排放以数据清单形式列出，为下 一步的影响评价莫定基础。另外，城市生活垃圾生命周期评价能够很好地支持政府的环 境规划。 虽然将生命周期评价方法应用于城市生活垃圾具有如上优势，但也存在许多难点。 最主要的困难是国内缺乏有效的l c a 数据库，从而导致清单分析中数据来源的匮乏。 针对这一问题，本论文采用理论数据作为清单分析的数据来源。其次是影响评价步骤中， 对各影响因素的相对重要性的评价具有很强的主观性，目前仍没有更好的解决办法，本 文采取比较通用的专家评分法。 1 2 ，4 研究的必要性 加拿大两大工业团体环境与塑料工业委员会和再循环企业团体对城市生活垃 圾管理方案( 如堆肥、焚烧、填埋) 实体进行了环境影响的研究，结果表明生活垃圾管 理的“最佳”选择与所在区域的一系列特有因素有关，主要包括以下几点【1 1 】： 一城市生活垃圾本身的特性； - 不同垃圾处理方式所要求的回收系统与处理系统的有效性程度； 一回收物资的市场潜力以及与市场结合的紧密性； _ 废物流中回收物资的最终用途； _ 垃圾处理设各在设计及运作时的排放标准； _ 不同垃圾处理方式环境保护的成本效率： 社区的社会偏好。 在以往的管理方法中，片面强调垃圾管理过程中如何使用单一处理方式( 焚烧、卫 生填埋和堆肥) 达到环境最佳。实际上，没有任何一种单一的处理方式一定优于其他处 理方式，因此需要将各种处理方式有效结合进行生活垃圾的管理。 生命周期评价方法弥补了以往管理方法片面强调单一过程最优的缺陷，全面考虑废 物流的所有阶段，把所有生活垃圾处理方式看成个选择菜单。管理者可以结合当地特 有的环境、经济与社会因素，为废物管理的不同阶段选择最佳的处理方式【1 2 】。 国外研究者已对此做出了多方面的研究，对政府制定生活垃圾管理策略提供了科学 依据。我国在这些方面的研究尚处于起步阶段，基本上照搬国外做法，但国内垃圾成分 和源头分拣条件等与国外都很大不同；或是对某一地区已有的生活垃圾处理方式进行生 命周期评价，而且将重点放在生命周期清单分析阶段。因此，国内没有形成一个适合中 大连理工大学硕士学位论文 国国情的管理模式，对中国城市生活垃圾管理的未来规划也没有形成指导作用。 中国目前城市规模大小不一，经济水平相差悬殊，对生活垃圾进行优化管理的程度 各不相同。但是，各城市垃圾的组成成分基本相同，垃圾分类方式基本相同，区别只在 于各组成所占比例有所差别。因此，亟需一个可以适应不同规模城市、不受垃圾组成影 响的生活垃圾管理模型，可以为各秭规模的城市提供决策依据与参考。 1 3 论文的基本思路与主要研究工作 1 31 论文的基本思路 本论文采用定量分析与定性分析相结合的研究方法，主要运用生命周期评价( m ) 工具对生活垃圾管理进行系统研究。论文首先对相关文献进行了历时一年多的检索与查 阅，对相关研究进展进行综述；另外，结合导师的项目对部分地区进行了实际调研。对 国内城市生活垃圾的环境影响进行定量分析与评价，得出生活垃圾每一组分的环境影响 潜值，为管理决策者提供直观的决策依据。 进一步地，本文根据每一成分的最小环境影响潜值，提出一个在环境上最理想的城 市生活垃圾管理模式；并运用定量与定性相结合的分析方法，结合中国实际情况，根据 中国城市规模的不同，提出了三个供不同城市进行选择的城市生活垃圾管理模式。最后， 对大连市生活垃圾进行实证研究。 本论文的技术路线见图1 1 。 1 3 2 主要研究工作 通过对相关文献的检索发现：目前国外对于城市生活垃圾的管理研究有很多，已取 得一定的研究成果，形成了有效的l c a 数据库，并建立了相应的计算机应用管理软件。 国内对城市生活垃圾的管理研究也较多，但大多没有深入的研究，生命周期评价在城市 生活垃圾管理中的应用还处于起步阶段，没有形成有针对性的l c a 数据库，为进一步 的研究带来不便。 本论文运用生命周期评价工具对城市生活垃圾典型分类的每一成分进行环境影响 评价，得出每一垃圾组分在不同处理方式下的环境影响潜值；并根据中国城市垃圾各成 分的典型比例，对单一的填埋、堆肥、焚烧处理方式下垃圾总的环境影响潜值进行计算， 初步检验三种处理方式下生活垃圾的环境影响的相对大小。 在目标与范围界定中，考虑到回收利用的环境排放在另一个系统中发生，因此，认 为城市生活垃圾被运送到垃圾收集点开始进入生命周期评价系统。 在生命周期清单分析中，国内缺乏相应的数据库。因此，本文采用理论数据，运用 蔡叶娟：基于l c a 的城市生活垃圾管理模式研究 图1 1 论文的技术路线图 f i g u r e1 1t h et e c h n i c a lr o u t eo ft h et h e s i s 目前典型工艺通用的环境排放计算公式，对城市生活垃圾在不同处理方式下的环境排放 进行计算，得出城市生活垃圾环境排放清单列表。本论文认为不同处理方式下运输单位 垃圾需要的燃油消耗量相同，因此在清单分析中忽略运输环节的输入与环境交换。此外， 以中国目前垃圾的热值，可很好的满足焚烧条件，因此在清单分析中忽略实际操作中可 能添加的助燃剂。 在影响评价中，对清单分析中的环境排放数据进行归类、特征化、权重赋值，应用 层次分析法( a n a l y s i sh i e r a r c h yp r o c e s s ，a h p ) 对清单中的环境排放进行影响分析，对 分析结果进行解释，从而建立环境影响最小的城市生活垃圾管理模式。 大连理工大学硕士学位论文 本论文的主要的创新工作如下： _ 对城市生活垃圾的典型成分分别进行生命周期评价，得出生活垃圾每一成分的 环境影响最小的处理方式。国内现有的生活垃圾生命周期评价都是对混合垃圾 在不同处理方式下的环境影响进行比较，未能得出每一种垃圾的最佳处理方式， 因此对实际的生活垃圾综合管理不能提供指导作用。 _ 避开缺乏l c a 数据库的局限性，结合目前通用的计算公式得出理论数据作为生 命周期清单分析数据。目前国内研究者只是针对某一地区的垃圾处理厂进行调 研，得出清单数据，不足以反映全国普遍情况。 蔡叶娟：基于a 的城市生活垃圾管理模式研究 2 国内外研究综述 2 1 城市生活垃圾管理 2 1 1 城市生活垃圾的概念及产生 城市生活垃圾( m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ，m s w ) 是指在城市日常生活中或者为城市日 常生活提供服务的活动中产生的固体废弃物以及法律、行政法规规定视为城市生活垃圾 的固体废弃物1 1 3 】。城市生活垃圾主要包括厨余、果皮及草木等有机垃圾，织物、砖瓦、 陶瓷及残土等无机垃圾，纸和纸板、塑料、橡胶、玻璃、金属等可回收废品。 城市生活垃圾的产生量由城市生产力发展水平、城市化程度及城市人口等因素决 定。2 0 世纪6 0 7 0 年代，我国城市生活垃圾的产生量很少；8 0 年代后随着经济的快速 增长，垃圾产生量从1 9 8 1 年的2 6 0 6 万吨增长至1 9 9 0 年的6 7 6 7 万吨，平均每年以1 0 的速度递增；进入2 0 世纪9 0 年代增长速度开始放缓，1 9 9 1 年至1 9 9 5 年产生量从7 6 3 6 万吨增长至1 0 7 亿吨，平均年增长速度为7 t 1 4 】，2 0 0 2 年已达到1 6 亿吨，平均增长速 度己逐渐下降为6 【1 5 】。与城市生活垃圾问题不断上升的趋势相同，人均垃圾产生量也 在不断提高。 城市生活垃圾的数量在快速增长的同时，其组成也发生显著的变化。在经济不发达、 消费水平低下时期，城市生活垃圾的成分主要以厨余和残土为主。随着经济的发展和居 民生活水平的提高，垃圾中废纸、塑料等成分所占比例大幅度增长【1 6 】。 2 1 2 城市生活垃圾处理技术及比较 目前我国各城市生活垃圾仍以混合收集为主。2 0 世纪9 0 年代以来，国家颁布了固 体废物污染环境防治法和城市生活垃圾管理办法等法律法规，提出垃圾分类收集 的要求。环境部门会同一些居委会和单位建立了一批垃圾分类试点，但更多地只是停留 在宣传、教育层面，并未在实际操作中形成规模，也未与生活垃圾的后续处理方式很好 的结合起来。 目前，城市生活垃圾的处理方式主要包括填埋、焚烧和堆肥三种，其中填埋占9 0 以上，在经济较发达地区开始逐步引进垃圾焚烧处理技术，垃圾堆肥量相对较少。 ( 1 ) 卫生填埋技术 城市生活垃圾的填埋处置就是在陆地上选择合适的天然场所或人工改造的合适的 场所，把垃圾用土层覆盖起来的方法。填埋处理是从堆放和回填处理方法发展起来的一 项技术。其最大优点是工艺简单、成本低，能处置多种类型的城市生活垃圾；主要弱点 是占地面积大，场地处理和防渗施工比较难于达到要求。 大连理工大学硕士学位论文 填埋技术作为生活垃圾的最终处理方法，目前仍然是中国大多数城市解决生活垃圾 的最主要方法。根据环保措施、环保标准来判断，我国的生活垃圾填进场可分为三个等 级：简易填埋场、受控填埋场、卫生填埋场。受控填埋场在中国城市占较大比例，其特 征是有部分环保措施，但不齐全。真正意义上的卫生填埋场目前在我国较少，深圳下坪 固体废物填埋场是为数不多的卫生填埋场的代表；发达国家普遍采用卫生填埋技术。 ( 2 ) 生活垃圾堆肥技术 利用微生物将城市生活垃圾中的有机物制成肥料的技术通常称为堆肥技术。城市生 活垃圾中含有大量食品垃圾、纸制品、草木等有机物，这些有机物可以通过生物化学的 方法使其转化为有用的产物。 堆肥过程是微生物对垃圾中的有机物实现降解的过程。如果在一定堆积状态的垃圾 中含有适量的水分和有机质，则在一定的通风条件下或厌氧条件下，垃圾中的微生物会 自然生长繁殖，并使有机物降解。各种微生物在生长繁殖过程中，在有氧条件下使有机 物降解产生二氧化碳、水蒸气和其他物质：在厌氧条件下产生甲烷和其他物质，并伴随 着热量释放的过程，其最终产物均为富含腐殖质的有机肥料。 我国具有传统堆肥技术的悠久历史，目前我国常用的生活垃圾堆肥技术主要为简易 高温堆肥技术与机械化高温堆肥技术。前者工程规模小，机械化程度低、采用静态发酵 工艺、环保措施不齐全、投资及运行费用均较低，一般在中小型城市应用较多。后者工 程规模相对较大，机械化程度较高，一般采用间歇式动态好氧发酵工艺，有较齐全的环 保措施，投资及运行费用均高于简易高温堆肥技术。 ( 3 ) 生活垃圾焚烧技术 以过量的空气使生活垃圾在焚烧炉内进行氧化燃烧反应，在释放出能量的同时，垃 圾中的有毒有害物质在高温下氧化、热解、燃烧而被破坏。垃圾焚烧可同时实现垃圾的 减量化、无害化、资源化：经过焚烧处理，一般可实现垃圾体积减少9 0 ，并且可获得 部分能量。 焚烧是一种热化学处理方法。垃圾焚烧是实现城市生活垃圾减量化、无害化、资源 化的重要途径，因而自2 0 世纪以来不少国家采用焚烧方法处理垃圾。目前全世界已拥 有2 0 0 0 多座现代化的垃圾焚烧厂，其中仅日本就3 0 0 多座，美国2 0 0 多座【l ”。 统计表明，垃圾焚烧装置大多集中在发达国家，这一方面与国家工业科学技术水平、 经济实力关，另一方面也与垃圾的组成成分有关。 我国生活垃圾焚烧技术的研究起步于2 0 世纪8 0 年代中期，最早只在深圳等极少数 城市采用。随着我国东南沿海地区和部分中心城市的经济发展和生活垃圾低位热值的提 高，为城市垃圾的焚烧处理提供了物质基础，近年来已有不少城市将建设垃圾焚烧厂提 蔡叶娟：基于l c a 的城市生n - a 2 圾管理模式研究 到了议事日程上。 2 1 ，3 城市生活垃圾管理概况 国内外对城市生活垃圾管理及对策的研究经历了漫长的岁月，从最初被当作“废弃 物”处理到现在被作为一种“资源”进行综合利用，其处理方法上也由过去单一的简单 焚烧、简易填埋这种被动的污染治理发展到现在的为积极利用其中的资源而采取的一些 综合、全面的管理方法【1 8 t 1 9 1 。 2 0 世纪7 0 年代的能源危机及环境问题的目益突出，人们逐渐认识到垃圾是一种潜 在的资源，如能对其回收利用，既可减少环境污染，同时可在一定程度上缓解资源缺乏 和能源危机。人们开始接受了城市垃圾处理的“3 r ”技术，即【2 0 1 ： _ r e d u c e ：尽可能减少废物的产生量； _ r e u s e ：垃圾中有用物资的重复利用或直接作为其他用途； _ r e c y c l i n g ：有用成份作为其他产品的原材料，经重新加工实现循环利用。 后来又在此基础上增加了两个“r ”即： _ r e f u s e ：拒绝购买过度包装或其包装材料不能被循环利用的产品； 一r e c y c l e d ：要求制造者在产品制造时使用回收材料作为原料。 2 0 世纪9 0 年代，美国国家环境保护署提出了城市生活垃圾管理的等级制度，它将 城市生活垃圾管理过程按照以下优先顺序进行排序【2 1 】：源头减量一一循环利用一废物 转化一一填埋。欧洲也制定了城市生活垃圾管理等级制度，也将生活垃圾产生的最小化 及源头减量放在第一位。为实现这一目标，各国纷纷制定了生活垃圾的回收和循环利用 计划，英国通过执行生活垃圾回收与循环利用计划，在2 0 0 0 年生活垃圾回收利用率达 到了5 0 ：德国在立法中很注意对某些物资回收利用率的控制，通过立法强制要求在一 定期限内回收率达到指定指标，回收率的规定在很大程度上推动了德国废物资源化的进 程，促进了资源的循环利用胪】。 2 2 生命周期评价 2 2 1 生命周期评价概念演绎及框架 目前，生命周期评价尚属于动态概念，不同国家或组织对生命周期评价的理解不甚 相同，国际标准化组织( i s o ) 和国际环境毒理学和化学学会( s o c i e t y o f e n v i r o n m e n t a l t o x i c o l o g ya n dc h e m i s t r y , s e t a c ) 的定义最具权威性，目前研究者引用最多的也是这两 个组织的定义。 i s o 定义 2 7 】：生命周期评价是对产品或服务系统整个生命周期中投入、产出及潜在 大连理工大学硕士学位论文 环境影响进行编制及评估的工具。 s e t a c 定义 2 6 ：生命周期评价是一种对产品、生产工艺以及活动对环境的压力进 行辨识和量化的工具。其目的在于评估能量和物质利用，以及废物排放对环境的影响， 寻求改善环境影响的机会以及如何利用这种机会。这种评价贯穿于产品、工艺和活动的 整个生命周期，包括原材料的提取与加工；产品制造、运输以及销售；产品的使用、再 利用与维护；废物循环利用和最终处置。 生命周期评价( m ) 最早起源于对包装品的环境问题的评价，当时称为资源与环 境状况分析( r e c o u r s e sa n de n v i r o n m e n t a lp r o f i l ea n a l y s i s ，r e p a ) ，其标志为1 9 6 9 年美 国中西部资源研究所( m r i ) 开展的可口可乐公司的饮料包装评价【吲。在经历7 0 年代 发展期的相对沉默后，8 0 年代末期随着区域性与全球性环境问题的日益严重，以及全球 环境意识的加强、可持续发展行动计划的兴起，大量r e p a 研究重新开始。s e t a c ( 国 际环境毒理学与化学学会) 、s p o l d ( 生命周期发展促进会) 和i s o ( 国际标准化组织) 等国际组织开始致力于l c a 的开发和标准化研究。 l c a 经过6 0 年代末至7 0 年代初的思想萌芽，7 0 年代中期至8 0 年代末进入学术探 讨阶段，9 0 年代以后受到广泛关注，进入迅速发展阶段l 冽： 1 9 8 9 年“荷兰国家居住、规划与环境部”针对传统“末端控制”的环境政策首次提 出了制定面向产品的环境政策。该研究提出，要对产品整个生命周期内的所有环境影响 进行评价；同时，也提出了要对生命周期评价的基本方法和数据进行标准化。 1 9 9 0 年由s e t a c 首次主持召开了有关l c a 的国际研讨会。在该会议上首次提出 了“生命周期评价”的概念。在以后的几年里，s e t a c 又主持和召开了多次学术研讨 会，对l c a 从理论与方法上进行了广泛的研究。 s e t a c 于1 9 9 3 年制定的生命周期评价大纲依然是目前国际学术界和工业界开展生 命周期评价工作的主要指南。s e t a c ( 1 9 9 1 ，1 9 9 2 和1 9 9 3 ) 提出的l c a 方法论框架， 将生命周期评价的基本结构归纳为四个有机联系部分( 图2 1 ) ：定义目标与确定范围； 清单分析( i n v e n t o r y a n a l y s i s ) ；影响评价( i m p a c t a s s e s s m e n t ) 和改善评价( i m p r o v e m e n t a s s e s s m e n t ) 。 1 9 9 7 年国际标准化组织( i s o ) 也开始起草i s 0 1 4 0 0 0 国际标准，正式将l c a 纳入 该体系。i s o 于1 9 9 7 年6 颁布了i s 0 1 4 0 4 0 ( 环境管理生命周期评价原则和框 架) 标准，在原来s e t a c 框架的基础上进行了一些改动，成为指导企业界进入i s 0 1 4 0 0 0 环境管理的一个国际标准。目前，已颁布多项相关标准( 详见表2 1 ) 。 i s 0 1 4 0 4 0 将生命周期评价分为互相联系的、不断重复进行的四个步骤：目的与范 围确定，清单分析，影响评价和结果解释( 图2 2 ) 。i s o 对s e t a c 框架的一个重要改 蔡叶娟：基于l c a 的城市生活垃圾管理模式研究 进是去掉了改善评价阶段。因为i s o 认为，改善是开展l c a 的目的，而不是它本身的 一个必需阶段。同时，增加了生命周期解释环节，对前三个互相联系的步骤进行解释。 而且这种解释是双向的，需要不断调整。另外，i s 0 1 4 0 4 0 框架更加细化了l c a 的步骤， 更利于指导开展生命周期评价的研究与应用。 表2 1 生命周期评价的i s o 标准 1 a b l e 2 1i s 0s t a n d a r do fl c a 清单分析 图2 1s e t a c 生命周期评价技术框架 f i g u r e 2 1t e c h n i c a lf r a m e w o r k o f l i f e c y c l ea s s e s s m e n tb ys e t a c 生命周期评价框架 直接应用： 产品开发改进 战略规划 公共政策制定 营销 其他 图2 2i s o 生命周期评价技术框架 f i g u r e 2 2t e c h n i c a lf r a m e w o r ko f l i f e c y c l e a s s e s s m e n tb y s o 全球规模的环境破坏始于上世纪，气候变化、臭氧层破坏、酸雨、海洋污染等问题 逐渐形成，并且最终深化到全球规模，与人口爆炸、资源过度开发等相互交织在一起， 构成了全球规模的复杂问题。进入2 1 世纪人类所面临的重大危机将是全球性的生态环 境恶化，这已成为各国普遍关注的焦点。面对当前在人口、资源、环境与经济发展关系 上所出现的一系列尖锐矛盾，人们需要重新认识环境问题的来源与人类活动方式以及消 大连理工大学硕士学位论文 费模式之间的关系，通过新的制度创新、技术进步以及管理变革来协调人与自然之间的 关系。控制污染、保护环境、走可持续发展的道路是人类共同追求的目标，因此可持续 的环境管理也就成为当前新的焦点【2 3 2 q 。生命周期评价正是在这种背景下逐渐形成并发 展起来的。 2 2 2 生命周期评价发展概况 l c a 研究者将产品“从摇篮到坟墓”整个生命周期每个阶段资源的产出与消耗以 及其他相关的环境交换在图表中一一列出包括原材料消耗，能源需求，物资生产、 制造、使用、再循环、最终处置，等等，甚至包括其他系统( 其他产品生命周期) 引起 的间接变化1 2 。 l c a 框架结构由四个阶段组成1 2 9 j ：目标及范围界定；这一阶段的目的是界定研 究的目的及范围，指出目标读者、研究的系统以及将进行比较的各项选择。生命周期 清单分析( l c i ) ；这一阶段要对产品整个生命周期中产品或服务系统与环境边界发生的 所有原材料和能源的输入输出进行收集与分析；影响评价。这一阶段在于领会和评估 系统潜在的环境影响的重要性与显著性，将l c a 的输入与输出依据特定的事先选好的 种类进行分类组织，在一个累计指标中为每一种类设计相应的输入与输出；结果解释， 这一阶段是对研究进行评估，以得出建议与结论。 随着区域性和全球性环境问题的日益严重以及全球环境保护意识的加强，可持续发 展思想的普及以及可持续行动计划的兴起，大量的r e p a 研究重新开始，公众和社会也 开始日益关注这种研究的结果。作为i s 0 1 4 0 0 0 系列标准中非常重要的一个技术工具， 生命周期评价已被认为是2 1 世纪最具潜力的可持续发展支持工具，在此基础上发展起 来的一系列新的理念和方法，如生命周期设计( l c d ) ，生命周期工程( l c e ) ，生命周 期成本分析( l c c ) 及为环境而设计( d f e ) 等正在各个领域进行研究和应用p ”“。 美国国家环境保护署一直推行国家l c a 数据库的开发与应用研究，2 0 0 0 年开始由 美国国家环境保护署支持开发的l c a 、a c c e s s 数据库用以支持未来美国以及全球生命 周期评价的研究与应用。荷兰、丹麦、德国自2 0 世纪9 0 年代初以来，纷纷推行面向产 品的环境管理政策，己出台了一系列开展l c a 的法律和法规。日本于1 9 9 5 年成立了“日 本l c a 学会”，已成功组织了四届大型l c a 国际研讨会，成为国际l c a 领域的重要 论坛 3 6 , 3 7 】。 一些国际上著名的大企业也在积极关注l c a 的研究与应用，如美国惠普公司、i b m 公司、德国奔驰汽车公司、瑞典沃尔沃汽车公司等，分别针对其产品开展相关研究，促 进了生命周期评价方法的发展，这些企业也成为国际产业界l c a 的先驱一j 。 而在我国，对生命周期评价的认识和研究刚刚起步，从研究的角度看尚属于消化吸 蔡叶娟：基于l c a 的城市生活垃圾管理模式研究 收阶段；在理论上还有很多需要澄清的地方，在方法上基本上是空白，迫切需要进行探 索与研究。由于l c a 中比较成型的一些方法主要是依据发达国家的数据背景而开发的， 我国很难完全照搬，因此目前我国实际应用l c a 的困难主要是数据的大量缺乏和适合 我国国情的l c a 方法。 2 2 3 生命周期评价应用领域 生命周期评价作为一种可持续的环境管理工具，同时也是一种定量化的决策工具， 其应用领域非常广泛，包括产品设计、废物管理、污染预防及工艺设计等。 一l c a 用于产品设计 有关产品设计的l c a 研究，最典型的例子包括对婴儿可重复使用的布尿布和一次 性纸尿布的比较研究，塑料杯和纸杯的比较，汉堡包的聚苯乙烯包装和纸包装【蚰 的比较 研究以及美国纤维制造商协会完成的一种聚酯女工衬衫的生命周期评价。 _ l c a 用于废物管理 以往的废物管理中，一般认为废物按照以下的优先顺序进行处理与处置对环境最有 利1 4 1 】：源头减量一一再利用一再循环一一堆肥一一有能源回收的焚烧一一没有能源回 收的焚烧一一填埋。但并没有用科学的理由来说明再循环一定优于焚烧发电，也没有考 虑整个管理系统的经济可行性。究竟什么样的处理方式对环境最有利，将取决于不同管 理系统整个生命周期中产生的环境影响和经济效益。a m e l i alc r a i g , h i l l 4 2 】等人将l c a 用于比较不同的废物管理系统，并进了经济评价，事实证明，l c a 可以为可持续的废物 管理决策提供有力的支持。 荷兰政府从1 9 8