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污水处理厂的生命周期评价 摘要 生命周期评价是一种新兴的、最具有生命力和发展前途的环境管理工具， 正越来越多的应用到污水处理领域。在污水处理厂的生命周期评价中，人们关 注的焦点是污水的处理及其对环境的影响。在污水处理过程中产生的c 0 2 、 n h 3 、c h 4 和在排放过程中排出的n 、p 、c u 、h g 、c d 等物质对环境造成的影 响很大。文章通过对污水处理厂的物料平衡分析，为生命周期评价提供清单数 据，结合生命周期影响评价步骤，实现对全球变暖、大气酸化、水体富营养化 和水生物毒性等环境影响的定量化，得到污水处理厂对环境影响的精确趋势， 更加直观地反应了对环境影响的程度。结果显示，温度和运行工况是影响污水 处理厂生命周期评价的主要因素。通过污水处理厂的生命周期评价结果可以更 好的为企业经营者提供改进的理论依据，也为政府管理部门提供制定相关标准 法规的依据。同时，以物料流为基础的能量流分析结果显示，回收的沼气资源 和排放的剩余污泥含有大量的能量，为污水处理厂在污水达标排放的前提下寻 求节能降耗的有效途径提供了思路。 关键词：生命周期评价物料流能量流运行工况 l i f ec y c l ea s s e s s m e n to fw a s t ew a t e r p l a n t a bs t r a c t l i f ec y c l ea s s e s s m e n ti san o v e l ，t h em o s tv i t a l i t ya n dt h e d e v e l o p m e n to f i u t u r ee n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n tt o o l ，w h i c hi sm o r ea n dm o r e a p p l i e dt ot h ef i e l d o fs e w a g et r e a t m e n t i nl i f ec y c l ea s s e s s m e n to fw a s t ew a t e rp l a n t ，t h e f 0 c u s e so f p e o p l e7 sa t t e n t i o na r es e w a g et r e a t m e n ta n di t si m p a c to nt h ee n v i r o n m e n t a tt h e s e w a g et r e a t m e n tp r o c e s so fc a r b o nd i o x i d e ，a m m o n i a ，m e t h a n ea n da td i s c h a r g e f r o mt h ep r o c e s so fn i t r o g e n ，p h o s p h o r u s ，c o p p e r ，m e r c u r y ，c a d m i u ma n do t h e r m a t e r i a lh a v eag r e a ti m p a c to nt h ee n v i r o n m e n t i nt h i sp a p e r ，t h em a t e r i a lf l o wo f t h ew a s t ew a t e rp l a n ta r ea n a l y z e dt op r o v i d eal i s to fl i f e c y c l ea s s e s s m e n td a t a ， a n dt h e nc o m b i n e dw i t h l i f e c y c l ei m p a c ta s s e s s m e n t s t e p t or e a l i z et h e q u a n t i f i c a t i o no fg l o b a l w a r m i n g ，a t m o s p h e r i ca c i d i f i c a t i o n ，e u t r o p h i c a t i o n a n da q u a t i ct o x i c i t y , f i n a l l y9 0 tt h ep r e c i s et r e n d so ft h ei m p a c to nt h ee n v i r o n m e n t t h a tc a nr e s p o n s et ot h ee n v i r o n m e n t a li m p a c tm o r ei n t u i t i v e l y t h er e s u l t ss h o w t h a tt e m p e r a t u r ea n do p e r a t i n gc o n d i t i o n sa r et h em a i nf a c t o r s ，w h i c hi m p a c t so n t h el i f ec y c l ea s s e s s m e n to fw a s t ew a t e rp l a n t l i f e c y c l ea s s e s s m e n tr e s u l t so f w a s t ew a t e rp l a n tc a nb eb e t t e rf o r b u s i n e s so p e r a t o r st o p r o v i d ei m p r o v e d t h e o r e t i c a lb a s i s ，a sw e l la sg o v e r n m e n td e p a r t m e n t st od e v e l o pr e l e v a n ts t a n d a r d s a n dr e g u l a t i o n sb a s e do n a tt h es a m et i m e ，t h ee n e r g yf l o wb a s e do nt h em a t e r i a l f l o wr e v e a l e dt h a tr e c y c l i n gr e s o u r c e so fm e t h a n ea n dr e s i d u a l s l u d g ec o n t a i n s m u c he n e r g y ，w h i c hc a n p r o v i d ei d e a sf o rw a s t ew a t e rp l a n to ns e e k i n ga ne f f e c t i v e w a yo fs a v i n ge n e r g ya n dr e d u c i n gc o n s u m p t i o n ，u n d e rt h ep r e m i s eo ft h ee f n u e n t d i s c h a r g es t a n d a r d s 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 a t e r i a l f l o w ；e n e r g yf l o w ；o p e r a t i n g c o n d i t i o n s 插图清单 图2 1 某企业污水处理厂工艺流程图1 2 图2 2 厌氧工艺碳的平衡示意图13 图2 3 厌氧工艺碳的流向分配图15 图2 4 厌氧工艺的能量流向分配图1 6 图2 5 某城市污水处理厂倒置a 2 0 工艺流程简易图1 7 图2 6 好氧工艺碳的平衡示意图1 7 图2 7 好氧工艺c o d 的流向分配图2 0 图2 8 好氧工艺氮的平衡示意图2 1 图2 9 好氧工艺氮的流向分配图2 3 图2 1 0 好氧工艺磷的平衡示意图2 4 图2 1 1 好氧工艺磷的流向分配图2 5 图3 1 生命周期评价的阶段与应用图2 7 图3 2 清单分析的单元图2 9 图3 3 清单分析的简化程序图2 9 图3 4 生命周期影响评价示意图3 l 图3 5 企业污水处理厂7 10 月对环境影响的综合指标图m 4 1 图3 6 企业污水处理厂环境、能量综合指标图4 2 图3 7 城市污水处理厂1 1 2 月对环境影响的综合指标图4 7 表格清单 表2 1 厌氧工艺7 月上旬运行数据1 4 表2 2 好氧工艺1 月份运行数据1 9 表2 3 好氧工艺能量流向分析表2 6 表3 1 污水处理厂环境影响分类3 2 表3 2 各种环境影响类别的潜能因子( p f ) 3 3 表3 3 污水处理系统环境影响负荷统计表3 3 表3 4 判断矩阵标度及其含义3 4 表3 5 判断矩阵的构建3 5 表3 6c i 值与判断矩阵阶数1 1 的关系3 5 表3 7 厌氧工艺运行阶段能源消耗3 7 表3 8 厌氧工艺运行阶段污染物排放表3 7 表3 9 厌氧工艺物料流数据清单3 8 表3 1o 厌氧工艺能量流数据清单3 8 表3 1 l 企业污水厂厌氧工艺环境影响分类3 9 表3 12 厌氧工艺环境影响负荷统计表4 0 表3 13 厌氧工艺环境影响判断矩阵4 0 表3 1 4 厌氧工艺7 1 0 月各旬的环境综合指数表4 1 表3 15 厌氧工艺7 1o 月各旬能量回收表4 2 表3 16 好氧工艺运行阶段污染物排放表4 4 表3 17 好氧工艺物料流数据清单4 4 表3 18 好氧工艺能量流数据清单4 5 表3 19 城市污水厂好氧工艺环境影响分类4 5 表3 2 0 好氧工艺环境影响负荷统计表4 6 表3 2 1 好氧工艺环境影响判断矩阵4 7 表3 2 2 好氧工艺1 1 2 月的环境综合指数表4 7 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得金胆王些盍堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者酶盔绎雩签字眺凹年z 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金胆王些太堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 金日巴工些太堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名： 盏群宁 签字日期：d 罗年幺月日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 渐押巧 签字日期：n 乍午月f r l e l 电话：m 川； 邮编： 致谢 在近三年的学习生活中，导师严谨的治学态度、脚踏实地的工作作风以及 渊博的学识深深的感染了我，不仅教我做学问，而且教我如何为人处世，使我 在成长的道路上不断前进。为此，我向我的导师徐得潜教授表示衷心的感谢。 在论文的写作过程中，非常感谢科大俞汉青老师、巫建光师兄、刘晓猛师 兄、谢文明师兄、刘丽师姐和方芳师姐给予我的指导和帮助。 感谢工大陈慧老师、袁守军老师以及安徽省环科院许宜满高工对我论文的 指导和点拨。 感谢我的父母在背后给予我莫大的支持和动力，是你们殷切的希望和嘱托 时刻激励着我勇攀高峰、笑对挫折。我会继续努力奋斗，回报深爱我的家人。 感谢我的同门张丽丽、刘晓莹、高慧慧、许一、王莉莉，同学唐言明。在 生活中你们给我快乐，在学习中你们给我帮助，真的非常感谢大家。 感谢所有关心我的人，谢谢你们! 作者：孟祥宇 2 0 0 9 年3 月于合肥 第一章生命周期评价综述 1 1 绪论 生态环境在全球经济和人类文明的飞速发展的同时在迅速恶化，它将成为 2 1 世纪人类发展面临的重大危机和国家社会普遍关注的焦点。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的矛盾，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，通过新的制度 创新、技术进步以及管理变革来协调入与自然之间的关系。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。然而目前的污染防治体系， 着眼点过分集中于污染的末端治理，过分偏重于被动补救，忽视了污染产生的 全过程，增加了人类和环境的风险【l 】。人们迫切希望有一种方法能对其所从事 活动全过程的资源消耗和造成的环境影响有一个彻底、全面、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 ) 就是国际上普遍认可的这样一种可以 用来分析产品环境特征和支持决策的方法。它是对产品或过程从最初的原材料 采集到加工制造、产品使用以及使用后处理的全过程进行跟踪和定量分析与定 性评价的方法【2 3 】。生命周期评价( l c a ) 在国外应用和发展了近3 0 年，正在成 为许多政府和企业的环境管理工具。生命周期评价目前正处在研究和发展中， 国际环境毒理会与化学学会( s e t a c ) 和国际标准化组织( i s o ) 正积极开展l c a 方法的完善与标准化工作，i s o 也将生命周期评价作为正在制定的i s 0 1 4 0 0 0 环境管理体系的一个重要步骤，它同时也是环境标志计划与清洁生产实施的重 要基础。 目前，生命周期评价研究对水环境的分析侧重于污水的处理阶段和污泥的 处理与处置阶段，如污水处理厂对环境产生的影响和污泥的不同处理方法对环 境的负荷计算等。本文是在查阅并分析了大量的国内外文献的基础上，依据现 有生命周期评价的原则和技术框架的要求，结合具体的工程实例，分别对厌氧、 好氧工艺处理的运行阶段在环境方面的影响进行了生命周期评价。 本文研究的内容主要包括两部分，即企业城市污水处理厂的物质流与能量 流平衡分析、及其运行阶段的生命周期评价。物料和能量平衡用于污水处理系 统的分析、评价及优化设计。物料平衡一般考虑主要污染物和处理药剂的质量 流量，而能量分析一般包括厂内的能源和需求量。物料流的平衡分析主要是对 碳、氮、磷的分析，它是评价污水处理厂运行状况的有效方法。物料流反应了 整个污水处理厂的运行效率、处理效率，基于物料流对工艺进行能量平衡分析， 从而得出输入能量在经过处理工艺后的能量流向。能量流向反应了污水处理过 程的能量利用效率，为在污水达标排放的前提下节能降耗的有效途径提供思 路。目前在污水处理工程的l c a 中存在两种范围界定方法，第一种是对污水 处理工艺过程进行l c a ；第二种是把污水处理厂作为一个产品。第一种方法将 污水处理厂排出的满足各项水质指标的水作为产品，主要考察在此处理过程中 废气、废渣、臭味等污染物的排放和副产品污泥的产生。它是以污水的产生收 集作为l c a 研究的开始，以处理后的达标水排放或回用和污泥的处置作为l c a 的结束，它仅仅对污水处理工程的工艺运行过程进行评估；第二种方法是将污 水收集与处理工程以及污水处理设施的建设和拆除都包含在整个l c a 中，在 概念上容易让人产生错觉，使人认为仅仅是把污水厂作为一个产品进行评估。 根据研究内容，本文将选取第一种方法即对污水处理工艺过程进行l c a 。 本文通过对污水处理厂物质流和能量流的分析，为污水处理厂在污水达标 排放的前提下节能降耗的有效途径提供了思路，并为生命周期评价提供相关的 数据清单，从而得到污水处理厂对环境影响的生命周期评价结果。由于以处理 工艺为单位的研究对象不同于整个污水处理厂为对象，本文将生命周期大大缩 短，得出处理工艺对环境影响的精确趋势，更好的为企业经营者提供改进的理 论依据，也为政府管理部门提供制定相关标准法规的依据。 1 2l c a 概念 “生命周期评价( l c a 是英文l i f ec y c l ea s s e s s m e n t 的缩写) 也称“生命周 期分析”，是详细研究一种从原材料开采、生产到产品使用后最终处置的全过 程，即生命周期内的能源需求、原材料利用、生产过程产生的废物( 包括包装材 料) 、产品在消费和报废后的处置中能量和材料的流失及其环境影响定量化。生 命周期是指产品( 或服务) 系统前后衔接的一系列阶段( 设计开发、资源的获取、 制造供给、使用消费，直到最后处置 收藏、回用、废物处置】) 。生命周期评 价是指一个产品或服务在生命周期内环境影响评价框架，l c a 方法学不断的发 展，现在已经成为一种具有广泛应用的产品环境特征分析和决策支持工具。 目前有许多对l c a 的定义【4 ，5 】，其中国际标准化组织( i s o ) 和国际环境毒理 学和化学学会( s e t a c ) 的定义最具有权威性。按照i s o 的定义，l c a 是一种评 价技术，通过以下几个步骤评价一个产品或产品系统的环境因素和潜在环境影 响的方法： 确定评价的目标和范围一一目标和范围的确定； 编辑一个产品系统相关的投入和产出清单一一清单分析； 评价投入和产出中关联的潜在环境影响一一影响评价； 联系研究目标，解释清单分析和影响评价的结果一结果解释。 国际环境毒理学和化学学会( s e t a c ) 定义l c a 为：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认和量化的评价方法。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、再利用和 2 维护；废物循环和最终废物。 1 3l c a 回顾 l c a 最早出现于6 0 年代末7 0 年代初，美国一系列针对包装品的分配、评 价，当时称为资源与环境状况分析( r e p a ) 。作为生命周期评价研究开始的标志 是1 9 6 9 年美国中西部资源研究所( m r i ) 针对可口可乐公司的饮料包装进行的评 价研究。该研究试图从最初的原材料采掘到最终的废弃物处理，进行全过程的 跟踪与定量分析( 从摇篮到坟墓) 。该项研究奠定了美国当今生命周期清单分析 ( l i f ec y c l ei n v e n t o r ya n a l y s i s ) 的基础。随后，美国、欧洲一些国家的研究机构 也相继进行了一系列其他包装品的类似研究，人们大都采用能源分析方法。 从7 0 年代中期到8 0 年代末，欧洲和美国的一些咨询机构依据r e p a 的思 想发展了有关废弃物管理的一系列方法论，更深入地研究环境排放和资源消耗 的潜在影响。苏黎世大学冷冻工程研究所利用荷兰l e i d e n 大学环境部( 瑞士联 邦森林景观厅) 的数据库，从生态平衡和环境评价等角度出发，对l c a 进行了 较为系统的研究，对开创l c a 这一领域起到了决定性的作用。19 9 1 年瑞士联 邦材料测试和研究实验室开发出了一个详细的清查数据库的商业化计算机软 件，为后来的生命周期评价论的发展奠定了重要的基石。 8 0 年代末以后，随着区域性与全球性环境问题的日益恶化，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，l c a 研究得 到了广泛关注，并迅速发展起来。1 9 8 9 年“荷兰国家居住、规划与环境部 ( v r o m ) ”针对“末端控制”环境政策，首次提出了制定面向产品的环境政策。 这种面向产品的环境政策涉及到产品的生产、消费到最终废弃物处理的所有环 节，即所谓的产品生命周期，这种管理模式逐渐发展成为今天所称的“链管理”。 该研究提出要对产品整个生命周期内的所有环境影响评价进行评价，同时也提 出了要对l c a 的基本方法和数据进行标准化。 19 9 0 年由国际环境毒理学与化学学会( 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( l c a ) 的概念。在以 后的几年里，s e t a c 又主持和召开了对此学术研讨会，对l c a 的理论与方法 进行了广泛的研究。19 9 3 年s e t a c 根据在葡萄牙的一次学术会议的主要结论， 出版了一本纲领性报告：“l c a 纲要：实用指南 。该报告为l c a 提供了一个 基本技术框架，成为l c a 评价方法论研究起步的一个里程碑。 生命周期评价在国外应用了近3 0 年，正成为许多政府和企业环境管理工 具。生命周期评价目前还处在研究和发展中，国际环境毒理学与化学学会 ( s e t a c ) 与国际标准化组织( i s o ) i e 积极促进生命周期评价方法论的国际标准 化研究，i s o 已将生命周期评价作为了正在制定的i s 0 14 0 0 0 环境管理体系的 一个重要步骤。i s o 于1 9 9 3 年6 月正式成立“环境管理标准技术委员会”，即 t c 2 0 7 ，负责环境管理体系的国际标准化工作。t c 2 0 7 在i s 0 1 4 0 0 0 系列标准 中为l c a 预留了1 0 个标准号，即i s 0 1 4 0 4 0 i s 0 1 4 0 4 9 ，其中i s 0 1 4 0 4 0 ( 原则 与框架) 已于19 9 7 年6 月正式颁布，之后又颁布了i s 0 1 4 0 4 1 ( 清单分析) ， i s 0 1 4 0 4 2 ( 影响分析) 和i s 0 1 4 0 4 3 ( 结果分析) 。l c a 将成为i s 0 1 4 0 0 0 系列标准 中产品评价标准的核心、和产品环境标准的基础，它同时也是环境标志计划与 清洁生产实施的重要基础 6 1 。 总之，生命周期评价正越来越受人们的重视，它必将成为2 1 世纪最有生 命力和发展前途的环境管理工具。 目前，生命周期评价在方法上仍然还不完全成熟，尚有许多问题值得研究。 我国对l c a 的认识和研究才刚刚开始【_ 卜1 4 】，这方面进展较小。 1 4 l c a 主要特征 l c a 研究应用于系统地、充分地考虑产品系统从原材料获取直到最终处置 全部过程中的环境影响因素。从对生命周期评价的四个组成部分分析得知， l c a 研究具有一下特征： ( 1 ) l c a 是一种全过程评价，系统性强 它涉及产品或行为从原材料采集、加工、产品制造、消费、回收利用到废 物处理全生命周期的评价，是对产品或行为从“摇篮到坟墓 全过程的分析。 l c a 是以系统的思维方式研究产品或行为在整个生命周期中的环境影响，涉及 到方方面面，系统性强。 ( 2 ) 偏重环境影响评价 l c a 强调分析产品或行为在生命周期各个阶段对环境的影响，包括能源利 用、污染物排放、土地占用等，一般产品的经济影响和社会影响很少涉及。 ( 3 ) 涉及面广、工作量大 l c a 因为涉及到产品或行为整个生命周期，不仅涉及企业内部，还涉及到 社会各个部门，因此涉及面广。同时工作量也大，l c a 研究需大量数据，这些 数据的获取、分析、归类要求投入大量的工作。 ( 4 ) 主观性、针对性 l c a 中所做的选择和假定，在本质上带有主观性( 如系统边界的设置、数 据收集渠道和影响类型的选择等) ；l c a 研究结果是针对全球或某个区域，它 可能不使用于某个地方，即该地方的条件可能并不完全代表全球或某个区域的 状况。 ( 5 ) 数据的完整性和精度有限 由于被分析系统生命周期的各个阶段存在着折中因素和复杂性，数据更新 的速度又相当快，在确定权重过程中使用的假设具有很大的主观性，许多参数 还不能简化为一个指标来概括，这就很难为消费者提供一个关于某一特定产品 4 具有绝对优势的结论。 要解决上述l c a 方法的不足之处还有多学科性的要求和足够的难度，但 是一旦解决了这些难题，将促进生命周期评价的系统化和完备化。多方面的研 究和应用也将使生命周期评价逐渐成熟起来，成为一种全球性、区域性或地区 性的环境管理、生态管理和经济可持续发展的强有力的管理理论和方法。 1 5l c a 主要作用 生命周期评价标准作为一个使用的工具和方法，可用于对i s 0 1 4 0 4 0 系列 标准中的环境管理体系、环境标志、环境行为评价等有关内容进行分析，为支 持组织的战略计划、产品设计等收集信息，它的颁布将对组织的生产经营活动 产生巨大而深远的影响。生命周期评价应主要应用在以下几个方面：对产品和 工艺在不同生命阶段的环境影响进行定性和定量分析，寻找合理、积极的设计、 实施方法及改进措施；用于工业、政府、非政府组织对决策，如企业规划、优 先项目的确定、产品的生态设计、购买活动等等；选取环境影响的考核指标， 包括测量与评价技术、产品环境标志的评价等；市场的营销战略与宣传。 生命周期评价与i s 0 1 4 0 0 1 环境管理体系的建立和实施有着密切的关系， 是i s 0 1 4 0 0 1 环境管理体系中确定企业与产品环境因素的重要方法。生命周期 评价在产品设计中的应用更为广泛，国外近年的“绿色产品 、“生态设计”等 都把生命周期评价作为重要手段与方法，在产品宣传与营销中起了重要作用。 1 6l c a 局限性 产品的生命周期评价只是风险评价、环境表现( 行为) 评价、环境审核、环 境影响评价等环境管理技术中的一种，它并不是万能的。生命周期评价中主要 的局限性有范围、方法、数据三个方面，如下： ( 1 ) l c a 在范围上的局限性。 在范围上的局限性主要表现在两个方面：应用范围和评价范围。生命周期 评价具有它本身的特性，它是针对产品系统的环境评价，因此，它只是对评价 对象在生态环境、人体健康、资源和能源的消耗等方面反映该对象整个生命周 期内的环境冲击或环境影响，不可能涉及到经济、社会、文化方面的因素，也 考虑不到企业生产的质量、经济成本、劳动力成本、利润、企业形象等，因此 不论是政府和企业都不可能仅仅依靠l c a 评价的结论来解决所有的问题。生 命周期评价中所做的选择假定，如系统边界的确定，可能具有主观性，针对全 球或区域性问题的生命周期评价研究结果可能不适合当地应用，即全球或区域 性条件不能充分体现当地条件，同时在某一时间所作的l c a 结论存在时间上 的局限性，还有可能存在地域上的局限性。用来进行影响评价的清单数据缺乏 时空属性给评价结果带来不确定性，这种不确定性因具体影响类型的空间和时 i 司特性面异。 ( 2 ) l c a 在分析方法上的局限性。 尽管i s 0 1 4 0 0 0 对l c a 的方法进行了标准化，但是不可能覆盖l c a 中的 每一环节的具体问题，l c a 的实施既依赖于l c a 标准，也依赖具体执行实施 者对方法的理解和对评价对象的认识程度，以及自身的经验和技术背景。在方 法上的局限性主要有以下几个方面：量化模型的局限性：用来进行清单分 析或评价环境影响的模型要收到所做假定的限制，另外对于某些影响或应用， 可能无法建立适当的模型。通常l c a 希望尽量建立在客观的基础上，避免主 观因素的影响，但是实际上在很多环节上是不能实现客观性量化的，需要引入 一些主观的参数去人为的量化其环境影响，其评价结果必然是因人而异的，使 其客观性受到影响。权重因子的局限性。不同环境影响指标依赖于权重因 子进行归一化，而权重因子的选择和确定也存在不确定的因素，在归一化的过 程中对不同类型的环境影响进行比较和叠加时，由于量纲上存在差异，必然导 致引入一些无量纲的权重因子。而这些权重因子往往由l c a 实施者自由选择 和定义，引入了一些主观的因素。检测精度上的局限性：在l c a 中并不是 每项工作都能参考现成的数据，很多时候需要进行现场的检测和试验，由于仪 器和方法上的局限性，同一污染源的检测结果其精确程度会有一些偏差。 ( 3 ) l c a 在分析数据上的局限性。 在分析数据上的局限性主要表现在数据来源和数据分配上。由于无法取得 或不具备有关数据，或是数据质量问题限制了生命周期研究的准确性。生命周 期清单分析针对产品系统所有单元过程的输入和输出进行清查和计算。然而实 际生产单元过程不可能总是只有一种原料输入，而且生产工艺常通过原料或配 料互相连接，因此就需要对系统的输入和输出在各产品中进行分配。分配通常 出现在多产品系统及开环再循环过程中。在有多个子系统时，各子系统或过程 相互间的输入关系并不是绝对的，进行量化数据的分配是十分困难的。尽管 i s 0 1 4 0 4 1 标准给出了一些指导性的建议但没有一个通用的方法，只能取决于实 施者的选择。 1 7l c a 与e i a 的比较 环境影响评价( e i a ) 是对一项拟议的开发行动方案或规划所产生的环境影 响进行识别、预测和评价，并在此基础上提出合理避免和消减负面环境影响的 对策。它的评价结论是环境保护决策的重要依据。 l c a 是一种评价产品生产、工艺的一项服务，从原材料的采集到产品的生 产、运输、销售、使用、回用、维护和最终处置整个生命周期阶段有关的环境 负荷的过程。它首先辨识和量化整个生命周期内能量和物质的消耗以及环境释 放，然后评价这些消耗和释放对环境的影响，最后辨识和评价减少这些影响的 6 机会【15 1 引。 ( 1 ) 研究目的 e i a 是指对拟议中的与物理一化学环境、生物环境、文化环境和社会经济 环境有影响的工程计划、建设项目、区域开发、发展战略或立法议案的潜在后 果进行的系统性识别和评估。其中，所谓的潜在影响是指对自然环境和人类健 康与福利可能造成的影响。e i a 的根本目的是要求在规划和决策中考虑环境因 素，最终达到使人类行动与环境更具环境相容性。 l c a 研究贯穿产品生命过程。从获取原材料、生产、使用直到最终处置的 环境因素和潜在影响，需考虑的环境影响的类型包括资源利用、人体健康和生 态后果。l c a 强调整个生命过程的所有环境影响，其根本目的与e i a 相同，说 明l c a 可以作为e i a 的组成部分。 ( 2 ) 作用 e i a 过程中应分析和表达人类开发行动与各种受影响的环境因子的因果关 系；描述、比较和判断环境质量现状和未来环境质量的变化；定量或半定量化 地表示环境影响或环境状况变化的范围、程度、大小和重要性；能用于各种备 选方案的综合比较和决策。 l c a 能用于帮助识别改进一种产品或一类服务在生命周期各个阶段中对 环境因素影响的机会；其结果可由政府或非政府组织做出的决策( 如产品或服务 的战略规划、确定优先项、对产品或过程的设计或再设计) ；选择有关的环境表 现( 行为) 参数，包括测量技术；营销( 如环境声明、生态标志计划或产品环境宣 言) 等。l c a 也需要对环境价值做出判断。这样，l c a 可以成为e i a 中项目性 质、产品或开发纲领分析等的手段。 ( 3 ) 方法学特点 e i a 过程中，不仅要求处理单个的环境参数，更重要的是综合处理各参数 之间的联系，能反映出人类活动对环境影响的整体轮廓和全体关系；能将不同 性质、大小、尺度和量纲的环境影响变换为具有同一量纲或无量纲的结果，使 其具有可比性；能将某一活动造成的环境影响与其它原因造成的环境影响区别 开来，具有可辨别性；能利用动态观点来预测人类活动对环境造成的影响，具 有动态性：能结合监测数据、社会调查等手段，保证影响评价的客观性【l 引。e i a 尚无统一的国际标准，但世界银行和亚洲开发银行等国际组织有其规定的导 则；各国也制定适于本国的各种评价标准和导则。 l c a 研究系统地、充分地考虑产品系统从原材料获取直至最终处置全部过 程中的环境因素；研究的时间跨度和深度在很大程度上取决于所确定的分析目 的和范围：应针对l c a 研究的应用意图规定保密和保护产权的要求；l c a 方 法学中也具有综合性、可比性、动态性、可辨别性和客观性：用于向外公布对 比论断的l c a 研究要考虑一些具体要求。但是，由于被分析系统生命周期的 7 各个阶段存在着折衷因素和复杂性，将l c a 的结果简化为单一的综合得分或 数字尚不具备科学依据；目前，l c a 虽已有国际标准( i s 0 1 4 0 4 0 系y o ) ，但是， 对于不同的研究项目尚不存在种同一模式。所以，在组织上还应保持灵活性， 应根据具体的应用意图和用户要求，实际地予以实施。l c a 也强调综合性、客 观性。 ( 4 ) 所用方法的应用目标 e i a 方法的目标为保证所有需要考虑的受影响的环境因素都能被识 别；对将要受人类活动影响的环境状态做出测验，以便充分识别人类自己 的行为将会产生的后果；解释和传播环境影响的信息，以求得社会各个层 次公众从不同角度的认识与理解：提出减轻不利影响的措施或对策，不能 仅满足于治理措施；在符合国家环境政策法的前提下，向决策部门或公众 提供总结形式的报告或资料。l c a 方法的目标则为【1 8 ，2 0 】：考虑到一个产品 或服务系统的各个环节对环境的影响或潜在影响；对每一个被分析的系统 列出投入产出清单表( 能量、原料等) ；把已采集的数据进行分类，把所采集 到的纷繁的污染物排放数据与具体某个l c a 分析中感兴趣的环境问题分别建 立起对应联系；评估系统对某项环境问题的危害占该项环境问题总危害量 的百分比；用前面评估的结果来回答在目标和范围界定时提出的问题。因 此，l c a 的方法目标可以作为e i a 的补充。 ( 5 ) 影响分析 e i a 需进行环境影响识别和预测。人类的开发行动或建设项目对环境的影 响是多种多样的，影响的范围和程度也变化多端。对一项行动或一个项目的环 境影响做出切实和准确的评价，必须全面辨识出究竟对哪些环境要素产生哪些 影响，然后经过筛选，确定其中有重要意义的受影响因子作为预测和评价的重 点。与此同时，还必须辨识出造成这些环境影响的因素，即一项开发行动中的 哪些活动或建设项目中的哪些工程活动会产生哪几种环境影响。识别所用的方 法有助于详细说明可能发生的影响区域，包括空间范围和时间阶段。e i a 的预 测是建立在了解环境系统运动和变化规律的基础上的，运用那些依据过去和现 在掌握的有关知识，对拟议行动产生的未来影响的范围、程度、性质和状态及 其后果进行估计和推测。经常采用数学模型对环境系统模拟和作预测。l c a 清 单分析，主要提供一特定产品、生产程序或活动从原料开发、加工制造、运输 及供销、使用再使用及维护，到回收及废物管理各阶段中的能源和原料需求， 以及排入至环境中的空气、水及土壤的污染物等资料清单和定时值，以作为后 续环境影响评估或完善化分析的基础。这一工作类似于e i a 中影响识别和工程 分析。一般的工作步骤为过程描述、数据收集、预评价和产生清单等。在l c a 中，同样可用数学模型对清单进行分析。 8 ( 6 ) 影响评价和结果解释 e i a 对拟议开发行动的多种方案进行环境预测和评价，从中选择环境上满 意的方案，并提出避免和消减负面影响的对策建议，供环境管理和决策用。产 品l c a 的影响评估是将清单分析所得的结果，以技术性定量或定性方式评估 重要且具有潜在性的环境影响。评估的详细程度、种类的选择以及选用的方法， 皆取决于所设定的研究目标与范畴。l c a 的解释是根据规定的目的和范围，考 虑清单分析和影响评价的发现，形成结论并提出建议。为了简化分析并得到更 为精确的答案，往往需要根据其结果重新调整目标和范围界定【7 j 。l c a 最终的 结果可作为环境管理和决策的依据。 ( 7 ) 影响报告 e i a 在环境预测和评价的基础上，对可能采取的环境措施进行分析，权衡 拟议开发活动的效益和环境影响的得失，并提出有效对策，供决策者参考。通 过e i a 使得开发决策符合可持续发展的战略要求。e i a 的报告必须包括多项内 容，如建设项目概况、工程分析、建设项目周围地区的环境现状、环境影响预 测、评价建设项目的环境影响、环保措施的评述及技术经济论证、环境影响经 济损益分析、环境监测制度及环境管理、环境规划的建设及环境影响评价结论 盘蟹 号手o l c a 将清单分析和影响评估中的发现进行综合评价，对现有产品设计和加 工工艺进行改进分析，提出可能的实施方案，或将评析的结果以结论或建议方 式提出，供决策者参考。必须将l c a 的结果公正、完整、准确地报出使用对 象。报告的类型和格式须在研究范围中予以规定。l c a 研究的结果、数据、方 法、假定、局限性等必须具有透明性，并予以足够详细的说明，使读者能够了 解l c a 研究中固有的复杂性和折衷性。 ( 8 ) 有效性 e i a 是人们对环境有影响的开发行动进行决策的工具，是按可持续发展战 略要求所采取的预防性环境保护措施。要真正做到这一点，必须保证e i a 是有 效的。e i a 的结果应能经得起项目建设和运行过程中的现场监测和后评价的检 验。e i a 强调公众参与的重要性1 2 l ，2 2 j l c a 是评价一种产品、一类服务设施从“摇篮到坟墓 全过程总体环境影 响的手段，从区域、国家乃至全球的广度及其可持续发展的高度来观察问题。 要做到这一点，所得到的结果也应是有效的。可重复性是l c a 固有的特征【2 0 1 ， 常需要根据所得的第一轮结果反馈后，重新确定目标和界定范围。l c a 不强调 公众参与，但应该有多种交流形式，使公众正确理解l c a 的成果及意义。 1 8l c a 应用 l c a 作为一种评价产品、工艺或活动整个生命周期环境影响的分析工具， 9 是量化和辨识产品与服务的潜在环境影响，可以应用到生命周期内具有全部或 部分环境影响的各种产品和决策中，迄今为止在公共领域和私人企业都有不少 应用。 在跨国公司的l c a 中，生命周期评价主要用于产品的比较和改进，典型 的是福特汽车公司，在中小企业和新兴企业中的相关概念中，典型的案例有布 质和易处理婴儿尿布的比较，塑料板和纸杯的比较，汉堡包聚苯乙烯和纸质包 装盒的比较等。在政府方面，生命周期评价主要用于公共政策的制定，其中最 为普遍的是用其来确定环境标志或生态标准，制定政策与法规和刺激市场等。 到目前为止，l c a 己在能量运输系统、化工行业、金属、固体废物的管理，造 纸和林木业、谁、环境标志产品的评价等行业中得到广泛的应用。 随着可持续发展思想的广泛传播和认同，l c a 也广泛应用于工业部门的战 略规划、产品或工艺设计和决策的改进之中；政府部门利用l c a 制定法规指 导或研究与开发、资金投入的战略规划决策；非政府部门则依据l c a 制定行 动计划，选择与环境行为有关的指标以及评价环境标志产品等市场决策。l c a 还应用于评价产品或系统的性能好坏，如欧洲1 9 9 3 年就完成l c a 项目1 3 0 个 以上，美国市场上的消费工业品就有数百种进行了l c a 评价，而德国的s t u t t g a r t 大学已进行了与汽车相关的l c a 达1 0 0 多个。1 9 9 3 年日本钢铁联合会和铝工 业联合会建立了隶属于日本l c a 联合会的钢铁工业l c a 分会，并开始进行钢 铁和铝的l c a 工作。此外，英国、法国、丹麦、瑞士、荷兰、瑞典、加拿大 也进行了大量l c a 研究与实践，并利用该研究对产品进行改进。我国对l c a 的研究起步较晚，刘江龙、徐金城、刘顺妮【l5 】等进行了一些工作，但要全面推 广尚需时日。 1 0 第二章污水处理厂物料流与能量流分析 2 1 概述 物料和能量平衡用于污水处理系统的分析、评价及优化设计。物料平衡一 般考虑主要污染物和处理药剂的质量流量，而能量分析一般包括厂内的能源和 需求量( 如电、燃料、燃气和燃烧过程的热平衡等) 。对能源进行更精密的分析， 其中包括被处理污染质的总能量平衡和处理单元的耗能分析有助于进一步考 核系统的设计和运行。因难于获得污水厂能耗的全部数据，上述的系统总能量 很难进行。基于供系统设计和分析的典型数据，本文应用了污水厂相应能耗的 简便计算方法。 物料流的平衡分析主要是对碳( c o d ) 、氮、磷的分析，它是评价污水处理 厂运行状况的有效方法。物料流反应了整个污水处理厂的运行效率、处理效率， 基于物料流对工艺进行能量平衡分析，从而得出输入能量在经过处理工艺后的 能量流向。能量流向反应了污水处理过程的能量利用效率，为在污水达标排放 的前提下节能降耗的有效途径提供思路。 污水处理的能量消耗或回收，往往不仅取决于处理前后污水本身具有的相 应能级，还取决于热能、机械能的需要量。在论述时考虑不同的能源形式，引 入三个概念：比能耗、化学潜能( c e p ) 和生化潜能( b e p ) 。污水处理所需能量一 般均与污染质去除量及污水流量密切相关。为便于能量分析，引用比能耗，即 处理单位污水量所耗费( 或产生) 的能量或去除