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牛皮制革的生命周期评价 摘要 制革业是个古老的行业，迫切需要科技支撑，得到改造与振兴。 近年来，清洁制革呼声虽然很高，但是发展却非常缓慢，主要原因 之一是基础研究相对薄弱。生命周期思想的两个重点，“量化”和“全 程”，可以帮助解决这个问题。 生命周期评价( l c a ) 是对产品及其包装物、生产工艺、原材料、 能源或其他某种人类活动行为的全过程，包括原材料的采集、加工、 生产、包装、运输、消费和回收以及最终处理等，进行资源和环境 影响分析与评价的方法。能够帮助人们对其所从事活动的资源消耗 和环境影响有一个彻底、全面、综合的认识，以便寻求机会，采取 对策，减轻对环境的影响。 本论文对山东某牛皮制革厂和安徽某牛皮制革厂，收集和量化 各工序的能量和物质的输入输出，得到制革生命周期清单( l c i ) ， 然后进行生命周期影响评价( l c i a ) ，确定每个工序对于环境的影响。 结果表明，每投入一吨盐湿皮，需要输入水30 吨，化工原料 4 0 0 k g ，电2 0 0 k w h ；输出头层坯革2 2 0 k g ，二层灰裸皮7 6 2 k g ，副产 品4 8 0 k g ；产生废水2 8 5 吨，c o d c ，5 0 k g ，氨氮1 2 k g ，硫化物8 5 k g ， 悬浮物1 6 0 k g ，总铬1 8 8 k g 。其中c o d c ，的排放主要来源于浸灰脱 毛工序，达到7 0 ，氨氮的排放主要来源于脱灰和软化工序，达到 4 5 ，硫化物的排放主要来源于浸灰脱毛工序，达到4 2 ，悬浮物的 排放主要来源于浸灰脱毛工序，达到31 ，总铬的排放主要来源于 主鞣工序，达到7 6 。 从微观角度，其中输入铬粉以及废铬液的排放对环境的影响最 大，达到4 0 ，然后是输入电能和有机化工原料的影响，均接近2 0 。 从宏观角度主鞣工段对于环境影响最大，达到4 5 ，然后是复鞣工 段、准备工段，分别为31 和2 4 。 依据牛皮制革l c a 结果，推荐采用压缩工艺以减少用水量，无 铬鞣工艺或废铬液循环技术，对浸灰脱毛废水单独预处理这些清洁 生产方案，以减少制革对于环境的影响。 制革l c a 是长期的研究，不仅可以提高制革这个传统行业的科 技含量，而且还能拓展l c a 这门新科学的应用领域，对于企业、科 研部门、政府部门和市场，都有重要意义。本论文抛砖引玉，期待 今后更加完善，为后序的更广泛的制革工业l c a ，和可持续发展起 到参考和促进作用。 关键词：制革，量化，l c i ，l c a ，清洁生产，可持续发展 l i f ec y c l ea s s e s s m e n t t a n n e r y a b s t r a c t i nc a t t l e h i d e l e a t h e ri n d u s t r y ，a n a n c i e n t i n d u s t r y ，w a s i n u r g e n t n e e do r s c i e n t i f i ca n dt e c h n o l o g i c a ls u p p o r tf o rt r a n s f o r m a t i o na n dp r o m o t i o n f o rt h ep a s tf e wy e a r s ，a l t h o u g h tc l e a n e rt a n n i n gw a sh i g h l ya d v o c a t e d ， t h ew e a k n e s s o ff u n d a m e n t a lr e s e a r c hh a s r e s u l t e di n as l o w d e v e l o p m e n t a n dq u a n t i f i c a t i o na n dw h o l el i f e c y c l e ，t h et w of o c a l p o i n t so f l i f ec y c l ea p p r o a c h ，w i l ls o l v et h i sp r o b l e m l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ( l c a ) i sat o o lt h a tc a nb eu s e dt 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 t so fap r o d u c t ，p r o c e s so rs e r v i c ef r o md e s i g nt o d i s p o s a la c r o s si t se n t i r el i f e c y c l e i tc a nh e l pp e o p l et ot h o r o u g h l ya n d c o m p r e h e n s i v e l y u n d e r s t a n d t h er e s o u r c ec o n s u m p t i o n a n d e n v i r o n m e n t a le f f e c to ft h e i ra c t i v i t i e s t h ei n o u tl i f ec y c l ei n v e n t o r y ( l c i ) a n d l i f e c y c l ei m p a c t a s s e s s m e n to fb e a m h o u s ei ns h a n d o n ga n da n h u ic a t t l et a n n e r y w a s c a r r i e do u t w h e n1t o nw e ts a l t e dh i d e sw e r ep r o c e s s e d ，3 0t o nw a t e r ，4 0 0k g c h e m i c a ls a n d2 0 0k w hp o w e rw e r ec o n s u m e d ，p r o d u c i n g2 2 0k g c r u s t ， 7 6 2k gs p l i t s ，4 8 0k gb y - p r o d u c t a n d2 8 5t o nw a s t ew a t e r ，w h i c h c o n t a i n e dc o d c r5 0k g ，n h 4 + - n12k g ，s 2 6 8 8k g ，s s16 0k ga n dc r 1 88k g c o d c rd i s c h a r g ew a sm a i n l yf r o mu n h a i r i n gp r o c e s s ( 7 0 ) n h 4 + - nd is c h a r g ew a sm a i n l y f r o md e l i m i n ga n db a t i n g p r o c e s s e s f 4 5 ) s 2 。d i s c h a r g ew a sm a i n l yf r o mu n h a i r i n gp r o c e s s ( 4 2 ) s s d i s c h a r g ew a sm a i n l yf r o mu n h a i r i n gp r o c e s s ( 31 ) c rd i s c h a r g ew a s m a i n l yf r o mt a n n i n gp r o c e s s ( 7 6 ) f r o mm i c r o s c o p i ca n g l e ，e n v i r o n m e n t a l a s s e s s m e n tw a sm a i n l y f r o mt h ei n o u to fc r ( 4 0 ) ，a n da l s op o w e rc o n s u m e d ( 2 0 ) ，o r g a n i c c h e m i c a l sc o n s u m e d ( 2 0 ) f r o mm a c r o s c o p i ca n g l e ，e n v i r o n m e n t a l a s s e s s m e n tw a sm a i n l yf r o mt a n y a r d ( 4 5 ) ，t h e nr e t a n n i n g s e c t i o n ( 31 ) ，a n db e a m h o u s e ( 2 4 ) 1h e c o m p r e s s i o nt e c h n o l o g yw a sr e c o m m e n d e d ，w h i c hc o u l d d e c r e a s et h ew a t e ra n d p o w e rc o n s u m p t i o n c h r o m e f r e et a n n i n g t e c h n o l o g y ，s p e n tc h r o m i u ml i q u o r sr e c y c l i n g ，a n dc i r c u l a t i n g l i m i n g l i q u o rw e r ea l ls t r o n g l yr e c o m m e n d e d l c ai nt a n n e r yi sal o n gt e r mr e s e a r c h ，a n di tc a nr a i s et h es c i e n c e a n dt e c h n o l o g yc o n t e n to ft a n n i n ga n de x p a n dt h ea p p l i c a t i o nf i e l do f l c a i ti si m p o r t a n tf o r e n t e r p r i s e s ，s c i e n t i f i cr e s e a r c hd e p a r t m e n t s g o v e r n m e n tb r a n c ha n dm a r k e t s t h ee s t a b l i s h m e n to ft h i st a n n i n gl c a w a su s e dt ot h r o wo u tam i n n o wt o c a t c haw h a l ef o rt h ee x t e n s i v e r e s e a r c ha n ds u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fl e a t h e ri n d u s t r y k e y w o r d s ：t a n n i n g ，q u a n t i f i c a t i o n ，l c i ，l c a ，c l e a np r o d u c t i o n ， s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t i v 陕两科技大学硕上学位论文 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本人完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 覃丞z 婴骛 日 期：上q q 旦生上旦 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解陕西科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文 全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：删导师签名：舷日 期： 2 q q 翌生旦 牛皮制革的生命周期评价 l 引言 1 1 课题的意义和来源 1 1 1 课题的来源 随着工业化的发展，进入自然生态环境的废物和污染物越来越多，超出了 自然界自身的消化吸收能力，对环境和人类健康造成极大影响。同时工业化也 将使自然资源的消耗超出其恢复能力，进而破坏全球生态环境的平衡。因此人 们越来越希望有一种方法对其所从事各类活动的资源消耗和环境影响有一个 彻底、全面、综合的了解，以便寻求机会，采取对策，减轻人类对环境的影响。 生命周期评价( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t 简称l c a ) 就是国际上普遍认同的 为达到上述目的重要的方法之一。l c a 是对产品及其包装物、生产工艺、原材 料、能源或其他某种人类活动行为的全过程，包括原材料的采集、加工、生产、 包装、运输、消费和回收以及最终处理等，进行资源和环境影响分析与评价的 方法。能够帮助人们对其所从事活动的资源消耗和环境影响有一个彻底、全面、 综合的了解，以便寻求机会，采取对策，减轻人类对环境的影响r - 】。 l c a 可以避免“问题转移，防止对环境负面影响从一个阶段转移到另一 个阶段，从一个地方转移到另一个地方，从一种介质转移到另一种介质，或者 从现在转移到将来；使用l c a ，可以寻求在哪个阶段的改进能够相对便宜或者 更加有效果【2 】。 我国制革业已经进入世界生产大国，积蓄了冲击世界皮革生产强国的力 量，但是目前年排放污水在l 亿t 以上，年排放的有害物质，铬3 5 0 0 t ，硫5 0 0 0 t ， 化学耗氧量15 万t 【，j ，污染十分严重，能否在发展的同时处理好这些环境问题， 是皮革工业能否可持续发展的关键。 2 0 0 8 中国皮革发展论坛的主题是“环保创新变革升级”，意在推动“环 保领先、绿色皮革、产业升级 的理念。制革业是个古老的行业，迫切需要科 技支撑，得到改造与振兴。但是近年来，清洁制革呼声虽然很高，但是发展却 非常缓慢，主要原因之一是基础研究相对薄弱【】。这与行业的特殊性密切相关， 制革虽已实现部分机械化，但仍需高超的技艺和经验，才能生产优质的制品， 所以其工艺参数复杂、灵活多变，并且相互保密，由此导致清洁制革技术研发 缺少清晰的基础数据，使得研究成果缺少科学性、全面性，为其推广带来许多 困难。 哈佛教授罗伯特卡普兰和咨询顾问戴维诺顿说过，“你管理不了你无法测 陕两科技大学硕士学位论文 量的东西 。生命周期思想包含的两个重点，“量化 和“全程 ，即微观着手、 宏观着眼，恰好能够从这个角度解决问题。通过l c a ，可以全面的取得制革工 艺的各方面数据，提供扎实基础，科学引导清洁制革研发。纵观国家对于企业 清洁生产的政策，也多次提倡生命周期思想，肯定了l c a 的战略意义。 目前，我国制革业并没有系统化的l c a 。尤其是近些年，国内制革水平有 了很大的提高，清洁生产水平与以往不同，建立其l c a 就更为必要。 1 1 2 课题的目的 按照l c a 最初的定义，需要考虑皮革“从摇篮到坟墓 的过程。制革会产 生大量污染物，相对于原料皮采集，成品皮回收以及最终处理，生产过程对环 境的影响更大。所以本课题采用简化的模式，“从大门到大门”，重点针对皮革 生产过程进行研究。 牛皮是世界皮革业的主体，本课题以牛皮制革为蓝本，收集和量化制革厂， 各工序的能量和物质的输入输出，得到制革生命周期清单( l c i ) ，然后进行生 命周期影响评价( l c i a ) ，确定每个工序对于环境的影响，进而提出制革清洁 生产建议。鉴于各个制革厂原料皮质不同，工艺有区别，成革等级各异，所以 想要得出普遍适用的数据是比较困难的。本文仅对山东某牛皮制革厂和安徽某 牛皮制革厂进行l c a ，为后序的更广泛的制革工业l c a ，和可持续发展起到 参考和促进作用。 所以，这既是制革行业内部的基础性研究，又是为相关的研究奠定基础。 1 1 3 课题的意义 本课题的意义有四点。 a 对于制革企业，l c a 克服了传统环境评价片面性，局部化的弊病，有助 于在产品开发、技术改造中选择更加有利于环境的最佳“绿色工艺”。能够帮 助企业有步骤、有计划的实施清洁生产，生态效益计划，促进可持续增长。 b 对于科研部门，将会拓展l c a 这门新科学的应用领域，促进其理论的 完善；具有指导意义，为基础数据的收集和数据库的建立，提供科学的手段 c 对于政府部门，可以比较不同地区同一环境行为的影响，为制革宏观调 控，及相关环境政策的制定，提供理论依据；为授予“绿色 标签，产品的环 境标志提供量化依据。 dl c a 可以对市场行销进行引导，使消费者更加清晰的认知产品，指导“绿 色营销 和“绿色消费”。 2 ，卜皮制革的生命周期评价 1 2 制革生产现状及存在问题 1 2 1 制革生产现状 制革工业是天然生物资源畜产原料皮的加工工业，完全是按传统经济的增 长模式在发展，走的是消耗资源一一生产产品一排放废物单向流动之路，生 产越多，资源消耗越高，排放越多，污染环境越严重，已经成为挂牌的污染行 业。发达国家已将此产业向发展中国家转移，实质是污染转移。由于不计环境 成本，用环境效益换取了经济效益。我国制革业的产品产量逐年增加，总产量 接近世界总量的一半，贸易量也超过了世界贸易总量的一半。制革业对环境的 污染可以说已经达到不能容忍的程度，有个别地区的地下水也已遭到污染，导 致该地区居民出现怪病，要想恢复生态已经不是十年八年可以解决的事了。近 年来由于国家重视发展循环经济，制订了不少保护环境的法律、法规，废水、 废物的排放也规定了明确的标准和指标，各地政府对治理制革污染也采取了不 少措施，如集中生产、集中治理、关停不能达标排放的小厂等，对制革的恣意 污染有所遏制，但是由于治理运转费用较高，加上执法不严，“阳奉阴违 和 “弄虚作假”的现象还很严重，污染现象并未得到缓解，因此，必须引导制革 业走上循环经济之路，既能适应社会发展，也能增加制革业的经济效益 5 - s l 。 1 2 2 存在问题 马建中提出 4 1 ，当前中国皮革工业面临的主要问题有七个方面。环境保护 的压力不断加大；成本提高，利润降低；基础研究相对弱化；技术性贸易壁垒； 国外企业对我国皮化工业的冲击；南亚国家对我国皮革工业在世界上地位的冲 击；新材料成功崛起。 根据最新的市场分析表明【，】，2 0 0 7 年及2 0 0 8 年上半年，我国皮革、毛皮 及制品行业仍顽强地保持了“稳中略升”的发展态势，生产较快增长，盈利水平 有所提高，外贸依存度继续降低；进出口平稳增长，贸易顺差所占比重有所下 降。但是受世界经济放缓、美国金融危机恶化蔓延、国内经济减速、人民币升 值、主要行业投资率下降以及国际贸易保护主义等不利因素影响，2 0 0 9 年以来 我国出口增速明显回落，企业利润严重压缩，贸易环境不断恶化。 所以，依靠科技振兴皮革工业，迫在眉睫。 陕西科技大学硕士学位论文 1 3 生命周期评价的发展及研究现状 1 3 1 近期l c a 的发展 l c a 最早开始于2 0 世纪6 0 年代，但其概念的正式提出仅仅十多年【。l c a 在2 0 世纪经历了3 0 多年的历程，杨建新 t o j 将这段时间分为思相萌芽阶段、学 术探讨阶段和广泛关注、迅速发展阶段，孙启宏【l l 】将这段时间分为产生期、发 展期和成熟期。 2 0 0 2 年，联合国环境规划署与环境毒理学与化学学会( s e t a c ) 同心协力， 推动生命周期倡议( l i f ec y c l ei n i t i a t i v e ) ，实践生命周期概念的国际性合作关 系，以10 年为基础，致力于提倡可持续生产与消费模式 t 2 1 。 由u n e p 和s e t a c 的此次合作，足见国际社会对于l c a 的关注和认可， 其发展也进入新的阶段。 国际生命周期小组作为生命周期倡议的最高权威机构，将l c a 的工作规 划为三个部分，生命周期管理( l c m ) ，l c i ，l c i a ，并对全球的发展情况进 行统计。 结果表明，在l c m 方面，政府和学术研究都不显著，主要的兴趣来自于 企业界；在l c i 方面，学术界的研究占支配地位，达到4 5 ；在l c i a 方面， 同样是学术界的研究占支配地位，达到4 4 ，然后是大型企业机构的应用，达 到19 。在发展的地区方面，主要集中在欧洲，相对较快的地区包括北美，日 本、印度和韩国【2 j 。 i l c p 的一篇报告中1 1 3 1 ，统计了全球l c i 数据库的情况，包括发布者和所 有权，使用是否受限，基础数据情况，目的是建设对公众公开的数据库。这个 报告还列出了一些机构，以及网络和协会的信息，方便用户获得l c i 数据资源。 另一篇报告中】，将l c i a 的研究内容分成四个方面：l c i a 信息系统和结构， 自然资源和土地利用，有毒物质的影响，跨边界影响，分别阐述了其最新成果， 和后续的行动计划。 i l c p 的这些举措扎实的推进了l c a 的发展，从中能看出一些现存问题， 分为3 个方面。 al c i 数据库的建设不完善。如某些产品的生命周期较长，获得准确可信 的清单数据需要花费大量的时间精力，不同地区的清单数据往往是不能通用 的，都决定了l c i 数据库的建设任重而道远。 b 全球仍然没有统一的l c i a 方法，这在多篇文献中都有提到，学术界也 在积极探讨一些有争议的问题1 ，比如分配、如何以及多久能够汇总结果和量 4 牛皮制革的生命周期评价 化单位等等。 c 对于l c a 思想的认知不足。l c a 相对复杂，并且缺少宣传，普通民众 难以理解，无法绿色消费，进而不能促进清洁生产。值得庆幸的是，对于l c a 思想的宣传得到了重视，从u n e p 发布的为什么采取生命周期取向刊物d 2 ， 可见一斑。 1 3 2 国外l c a 工业应用 国外对生命周期倡议资助的机构包括饮料盒与环境联盟( a c e ) ，美国塑 料委员会( a p c ) ，欧洲塑料生产者协会( a p m e ) ，国际采矿与金属协会( i c m m ) ， 通用汽车和一些政府机构，可以看出国外对于l c a 的工业应用，既包括最初 的材料领域，又发展到了化工、冶金、汽车等部门。- au l r i k ee b e r l e 等【t 6 l 对三种不同的洗衣过程，热消毒、热化学消毒和思泰 瑞( s t e r i s ) 消毒，运用l c a 比较他们的能源需求和潜在环境影响。 bk e n n e t hj m a r t c h e k 等d t 依据模型对全球铝业，研究其清单分析。 cm i r i a mw e r d e r 等 1 a l 运用l c a ，对比传统方法和使用太阳能生产锌。 da n n eh l a n d f i e l d 等【1 9 】运用l c a ，对芬兰n o r d b e r g 生产的破碎机进行分 析，以帮助制定生产方案和能源改善。 em a r i a d o l o r e sb o v e a 等 2 0 1 针对西班牙c a s t e l l 6 n 省地中海沿岸的陶瓷工 业： fi v a nm u f i o zo r t i z 等t 2 1 】运用l c a ，比较现有汽车的塑料门板，和一种为 循环设计的新型门板。 gr a y m o n dr t a n 等 2 2 1 对于机动车燃料运用l c a ，对比传统燃料，生物燃 料和天然气类燃料。 h 彭比纳学会( p e m b i n ai n s t i t u t e ) 运用l c a i z sj ，以加拿大的交通为背景，分 析了车用燃料电池的环境和经济效益。 is u m i a n iy u s o f f 等【：】运用l c a ，评价马来西亚原棕榈油产品，包括种植， 运输和碾磨的阶段。 ja r u n e eo n g m o n g k o l k u l 等1 2 5 1 对泰国的造纸板盒运用l c a 。 纵观国外l c a 的发展，存在一个共同的问题，尽管l c a 的定义中所描述 的系统边界是从“摇篮到坟墓”，但是从目前的运用情况来看，都是有所简化 的。造成这种情况的原因是多方面的，如某些阶段l c i 数据难以获得，或影响 较小。 陕西科技人学硕七学位论文 1 3 3 国内l c a 工业应用 国内对于l c a 的运用比较晚，开始于2 0 世纪末，发展较快的行业包括包 装、材料、汽车、冶金等，对比国外，应用范围窄，下文是国内一些工业运用 l c a 的案例。 a 吴锐等【：s 1 运用l c a ，对以天然气为原料生产压缩天然气、甲醇、二甲醚、 柴油4 种汽车代用燃料系统进行生命周期的能源、环境和经济评价。 b 易红宏等【z ，】运用l c a ，对比研究在燃料中分别添加不同比例的乙醇和甲 酯2 种生物质的情况。 c 葛蕴珊等 2 8 1 运用l c a 研究了生物柴油以及废食用油生物柴油的生产工 艺流程。 d 胡志远等 2 9 1 对e l0 、e 2 2 、e 8 5 和e l0 0 等木薯乙醇一汽油混合燃料进行 了l c a 能源、环境及经济性评价，并提出木薯乙醇一汽油混合燃料推广可行 度指标。 e 陈红等13 0 l 运用l c a 讨论了p e 、p p 、g p p s 及p v c4 种高分子材料的环 境影响问题。 f 李蓓蓓 3 1 1 运用l c a ，对纸塑包装的初步探讨。 g 何静等 3 2 1 以株洲冶炼厂为例，运用生命周期评价对锌加工过程中产生的 环境影响进行系统的研究。 h 王小伍等【，】运用l c a ，研究工业电解铝。 i 王春华等j 对攀枝花地区钒钛磁铁矿的生产阶段进行l c a 研究。 j 任辉等【3 5 】针对食品生命周期内产生的资源、能源消耗以及对环境的影响， 将生命周期评价引入食品加工领域，以啤酒酿造过程为案例进行了评价研究。 对比国外案例，仍然存在差距，主要包括两点。国内所研究的系统边界更 窄，集中在产品的生产阶段，较少包含原材料的采集和产品的废弃回收阶段； l c i a 发展更为落后，通常依靠国外的软件和方法，这就导致得出的结果具有 较大的局限性。 1 3 4l c a 理论上的困难 l c a 作为一种评价产品环境影响的方法，最重要的是保证评价结果的客观 性。但l c a 所处理的环境问题以及所采用的量化方法，恰恰都对l c a 的客观 性有着极大的影响1 3 6 。 由于l c a 处理的环境问题并不完全是一个科学问题，各种主观因素都可 6 牛皮制革的生命周期评价 能对评估的结果有影响，所以标准化对于l c a 方法而言是非常重要的。但在 l c a 方法的许多环节中，由于缺乏普遍适用的原则与方法，实施的每一步既依 赖于l c a 的标准，也依赖于实施者对l c a 方法的理解和对被评估系统的认识 以及自身积累的评估经验和习惯。这些难以完全避免的非标准化的因素有损于 l c a 的客观性。 另一方面，l c a 的量化评估方法带来了更严重的客观性问题。在l c a 方 法中存在着这样一种思路，即试图在编目分析中得到与单一产品系统直接相关 的编目数据，然后通过环境影响评估得到量化的评估结果，进而可以去比较同 类产品环境表现的优劣。但这个思路带来的量化与客观性之间的矛盾是很难解 决的。 首先是在编目分析过程中产生的问题。编目分析是量化评估的开始，在收 集和计算输入输出时，采用的数据来源、计算方法并不是惟一确定的，而取决 于实施者的主观选择。例如，在产品系统中产生的输入输出应该计入该产品所 造成的环境影响中。但当同一系统有多个产品时，或者在一个回收过程中处理 了来自多个系统的产品时，各产品与输入输出之间的对应关系并不是绝对的， 如何将输入输出在产品之间进行分配是一个十分困难的问题。尽管i s 0 14 0 41 和i s 0 14 0 4 9 给出了一些指导性的意见，但仍然不能找到一个通用的方法，而 只能取决于实施者的选择了。 其次，l c a 的环境影响评估试图量化环境影响。量化有利于概括和理解产 品系统的环境影响，并得出一个确定的结果。但量化的过程，尤其是在评价过 程中对不同类型的环境损害进行比较和叠加时，必然引入像权重因子这样的主 观因素。通过与引入大量的主观参数去量化环境影响，其评估的结果必然是因 人而异的，没有重复性并且难以验证，使得其客观性受到损害，也就是很难得 到认同。 量化与客观性矛盾的根源在于l c a 技术框架中试图将环境影响量化。但 环境影响是否可以客观的量化，是否总是能够量化为一个绝对的指数，这是值 得商榷的。所以不能将l c a 当作是一种测量产品环境影响的“标尺，过分 强调和依赖l c a 得出的量化的环境指数，而应该把l c a 当作是一种提供环境 决策信息的工具。 l c a 的目的在于全面和正确的认识产品与环境之间的关系，并寻找改善产 品环境表现的方法。所以在l c a 评估过程的任何一个阶段，只要有可能，就 可以直接进入解释阶段，而不必等到环境影响评估完成以后。这在l c a 标准 技术框架中就可以看出。 7 陕两科技大学硕j ：学位论文 l c a 理论上的问题也导致了在l c a 的评估实践中的困难。尽管i s o 对l c a 方法进行了标准化，但并不可能覆盖l c a 评估中的每一个环节和方方面面的 问题，所以在很大程度上，当前的l c a 实践是建立在实施者对l c a 的认识和 经验上的，缺乏一个普遍适用的和操作性强的l c a 实施方案。 1 3 5l c a 的局限性 尽管l c a 方法在过去的10 年中取得了快速的发展，在产品的环境影响评 估中表现出重要的作用，并获得了广泛的支持与认可，但从l c a 方法诞生之 日起，也一直存在着批评的意见。如何正确理解l c a 方法的局限性和存在的 困难，对于l c a 的理论研究和实际应用都是非常重要的 3 7 1 。 a 应用范围的局限性：作为一种环境管理工具，l c a 并不总是适合于所有 的情况，所以在决策过程中不可能依赖l c a 方法解决所有的问题。l c a 只考 虑了生态环境、人体健康、资源消耗等方面的环境问题，不涉及技术、经济或 社会效果方面，例如质量、性能、成本、赢利、公众形象等因素，所以在决策 过程中必须结合其他方面的信息。 b 评估范围的局限性：l c a 的评估范围没有包括所有与环境相关的问题。 例如，l c a 只考虑发生了的或一定会发生的环境影响，不考虑可能发生的环境 风险及其必要的预防和应急措施。l c a 方法也没有要求必须考虑环境法律的规 定和限制。但在企业的环境政策和决策过程中这些都是十分重要的方面。这种 情况下应该考虑结合其他的环境管理方法。 c 评估方法的局限性：l c a 的评估方法既包括了客观，也包括了主观的成 分，因此它并不完全是一个科学问题。在l c a 方法中主观性的选择、假设和 价值判断涉及到多个方面，例如系统边界的确定、数据来源的选择、环境损害 种类的选择、计算方法的选择以及环境影响评估中的评价过程等等。无论其 评估的范围和详尽程度如何，所有的l c a 都包含了假设、价值判断和折衷这 样的主观因素，所以l c a 的结论需要完整的解释说明，以区别由测量或自然 科学知识得到的信息和基于假设和主观判断得出的结论。 d 时间和地域的局限性：无论l c a 中的原始数据还是评估结果，都存在 时间和地域上的限制。在不同的时间和地域范围内，会有不同的环境编目数据， 相应的评估结果也只能适用于某个时间段和某个区域。这是由产品系统的时间 性和地域性决定了的。 8 牛皮制革的生命周期评价 1 4 本课题的主要工作 本课题以牛皮制革为蓝本，对两家制革厂，三种原料皮的生产过程进行 l c a 分析，主要工作分为四个步骤。 a 研究目标和范围的确定，即界定研究对象的功能单位、系统边界、分配 原则等。 b 清单分析阶段，前往制革厂，收集制革工艺各项输入输出数据，采集制 革工序水样，然后进行监测，最终汇总数据，整理制革l c i 。 c 根据需要选择l c i a 模型，进行评价。 d 解释局限性，提出改进意见。 9 陕两科技大学硕上学位论文 2 制革l c a 理论研究 目前l c a 仍不完善，对其使用，最重要的是灵活，根据不同情况采取不 同处理方法，通过反复研究论证达到最佳化。 鉴于l c a 相对复杂，本课题并非按部就班的阐述如何开展研究，只是按 照l c a 的步骤，针对应用过程中有争议的问题及其解决方法，进行分析讨论。 2 1 研究类型的选择 应用l c a 最容易出现的问题，是对于其目的，缺少明确的定义。在许多 国家，市场部门是l c a 的首倡者，但是其结果难以交流，其他的研发或者环 境部门，也曾担任倡议者的角色，更加导致应用l c a 的动机混淆。简单来讲， 就是为什么要应用l c a ? 是为了内部目的，比如改善产品和支持战略决策? 还 是为了外部目的，比如宣传? 在开始l c a 之前，明确目的是至关重要的，然后根据不同需求，以开展 不同类型的l c a 。按照研究时间长短，大体分为四种，筛查，短期研究，全面 研究，持续性研究，详情见表2 一l 。 表2 1l c a 研究工作天数预计( 3 s j t a b 3 1t i m e v a r i a b l ed e m a n di nw o r k i n gd a y so fl c a t 如果需要快速得到一个结论，比如替代材料是否更环保，是否需要再循环， 就应选择筛查方法，仅使用估计或者数据库中已有的数据。但是这个方法的结 论不能用于外部宣传和产品比较。 如果需要制定一个决策，对产品发展或者宣传策略有重大影响，比如寻找 环境负荷主要因素，产品竞争，取得环境标志，就应选择短期l c a 研究，需 1 0 牛皮制革的生命周期评价 要收集部分产品数据。因为这是个简短的研究，所以需要一个敏感性分析。 如果需要一个详细的环境声明，并且公开讨论l c a 报告，就应选择全面 l c a 研究，需要收集大量的产品数据，并且包括独立的同行鉴定，全面的敏感 性分析，谨慎的产品对比。 i s o 标准和许多专家，将l c a 看作一个特殊活动，一旦得出结论，活动就 停止了。但是现在，越来越多的组织，倾向于把l c a 看作一个持续发展的信 息系统。目标是建立并逐渐改进l c a 数据库，随时快速回答相关问题，用于 环境报告，得到更多可持续性。 需要说明的是，在2 0 0 6 年，i s o 发布了新l4 0 4 0 和l4 0 4 4 标准，代替了 原有的1 4 0 4 0 14 0 4 3 相关标准，但是在内容方面并没有大的改变。i s o 标准是 用很模糊的语言描述的，如果完全按照标准应用，则难于理解。作为l c a 使 用者，不应局限于标准，可以有灵活的选择。 本课题力求“全程 和“量化 制革生产对于环境的影响，以帮助解决制 革清洁生产基础研究薄弱的问题，所以开展全面性研究，并且对今后开展制革 工业的持续性l c a 研究奠定基础。 2 2 目标和范围的确定 在清单阶段，需要对产品的制造，运输，使用和废弃进行建模，结果以流 程图或者树状图表示。然而建模就像所有的简化样，也就是现实的变形。所 以l c a 使用者就面临一个挑战，在建模时，如何避免简化严重的影响结果。 解决这个问题的最好方法，是在开始之前谨慎界定l c a 的目标与范围。 在目标与范围中，最重要的选择包括： a 执行l c a 的原因，和需要回答的问题： b 产品，其生命周期和功能的严谨定义； c 在产品的比较中，定义功能单位； d 系统边界； e 解决分配问题的方法； f 数据和数据质量； g 假设和局限性； h 目标和范围定义，有助于保持l c a 的前后一致性。它不是一成不变的， 如果开始的选择不是最佳的，那么在应用中可以适当调整，但是必须谨慎。 陕两科技大学硕十学位论文 2 2 1 定义功能单位 在产品比较时，功能单位是非常重要的。在许多情况下，由于产品a 和b 有不同的性能特征，所以无法简单的对比。例如，一个纸盒只能用一次，一个 可循环的奶瓶可以用10 次或更多次。如果l c a 的目的是比较牛奶包装，那就 不能简单将一个纸盒与一个奶瓶进行对比。正确的方法是，对比两种方式包装 l0 0 0 升牛奶的能力，在这个情况下，就是将lg 0 0 个纸盒，与1o o 个奶瓶加9 0 0 次清洗，进行对比f 3 8 】。 但有的时候，当产品的特征不容易描述时，定义功能单位就是很困难的， 例如，一个冰淇淋的准确单位是很难确定的。 将l c a 应用于制革，同样需要科学定义目标与范围。 制革工艺流程的称量，是作为制革化工材料用量的标准。凡是皮的质量发 生变化后均需称量，否则，工艺方案中的化工原料的称取将失去依据。一般发 生在组批、去肉、片皮和削匀等工序之后。在皮革加工整个过程中次数多在2 5 次之间。所以质量是制革过程中一个很重要的参数，与物料和能量的输入输出 紧密相关。 制革厂在做经济分析时，得革率是影响其经济效益的一项重要因素，对于 轻革来说，得革率通常指的是面积得革率，所以面积也是制革过程中一个很重 要的参数。 参考国外相关文献 3 9 4 0 1 ，为符合本次课题的研究目的，确定质量参数，选 取lt 盐湿皮作为基准，即功能单位。 2 2 3 定义系统边界 产品系统内部，存在着相互关联的复杂关系。例如，在一个关于牛奶纸盒 的l c a 中，用到了货车，但是货车也是一个产品，而造卡车就需要钢铁，造 钢铁就需要煤，生产煤就会需要货车。明显可以看出，追溯到一个产品的所有 输入输出是不现实的，所以需要定义系统边界。 在以往的l c a 中，作为缺省的系统边界，是不包括生产资料的。这对于 大多数的研究，可以得到比较满意的结果，尽管这样会导致缺少3 0 的环境影 响。但是，在一些情况下就会产生大的差错，例如在一个水力发电研究中，如 果排除生产资料，就意味着，水坝、水管等等这些基础都被省略了，这样事实 上就无法建模【，引。 本次课题的两个工厂采用的都是传统的铬鞣工艺。山东制革厂原料皮来自 1 2 ，卜皮制革的生命周期评价 乌干达和越南，每张皮均重分别为2 0 8 k g 和1 1k g ，安徽制革厂原料皮来自国 内，每张皮均重为3 2 k g ，保存方式都是盐湿。均从生皮加工到坯革，其中二层 以灰裸皮出售，不进行后序加工。虽然此工艺不包括干整理，但并不影响得出 数据的可用性，因为干整理和整饰很大程度上取决于生产的工艺，所以很难取 得代表性的数据，最终也无法得出普遍适用的生命周期评价。 所以本次课题分析的系统是从生皮加工到坯革的阶段；系统中不包括生产 资料，即不考虑制革机械的制造对于环境的影响；不包括锅炉房，因为季节和 地区对于锅炉房能耗的影响很大。 本论文中以a 原料皮皮代表乌干达皮，b 原料皮代表越南皮，c 原料皮代 表国产皮。其中山东某制革厂对a 原料皮和b 原料皮的加工工艺是完全相同 的，其中主浸水后不排水，继续进行浸灰脱毛。安徽某制革厂c 原料皮的工艺， 略有不同。 本次课题根据制革工序中的点数称量，a 原料皮和b 原料皮的加工分为四 个工段，浸水工段、脱毛工段、主鞣工段和复鞣工段；c 原料皮分为三个工段， 准备工段，主鞣工段和复鞣工段。两个工厂的制革生命周期过程见图2 1 ，2 2 。 陕西科技大学硕j ：学位论文 图2 - 1a & b 原料皮制革工序图 f i g 2 - 1f l o ws h e e to fa & br a w h i d et a n n i n gp r o c e s s 1 4 牛皮制草的生命周期评价 图2 - 2c 原料皮制革工序图 f i g 2 - 2f l o ws h e e to fcr a w h i d et a n n i n gp r o c e s s 1 5 陕两科技大学硕上学位论文 2 2 4 分配 分配是l c a 发展中最具争议的问题之一，意思是将单元过程的输入流或 输出流划分到所研究的产品系统中t 1 。 但是目前并不存在统一的分配方法，各种方法各有优劣，而且实际工业生 产中，多产品系统、再循环系统常常相互嵌套，应针对具体情况采用适当的方 法，i s o 有如下建议。 a 只要有可能，就应避免分配，方法有两种。一是将待分配单元进一步划 分，二是扩展系统边界。 b 当分配不可避免时，建议以物质关系为基础，比如输出的质量或者能量， 分配环境负担。 c 如果物质关系无法建立，i s o 建议使用经济价值，分配环境负担。 尽管i s o 将经济价值作为一个最后的分配方法，但事实上被经常使用。因 为经济价值，能够很好区分污染物，明确各输出的重要性。 在制革的过程中，产品系统不仅包括灰裸皮、蓝皮和坯革等主产品，还有 油脂、边角料和废革屑等副产品，本课题根据企业实际情况，以经济价值为重 点，为便于分析讨论，定义主产品占全部分配。 2 3 清单分析 清单分析指的是对所研究产品系统生命周期中输入输出进行汇编和量化 的阶段i 引】，主要的工作就是数据收集，是开展l c a 最费时费力的工作，但并 不是所有的收集都需要现场调查，所以首先应区别两种数据，即前景数据和背 景数据。前者指的是建模中需要的特殊数据，来自专门的产品系统和生产系统； 后者指的是一般的材料，能源，运输和废物处理系统。 2 3 1 前景数据的收集 多数情况下，需要从特殊的公司取得前景数据，以下几点非常重要。 a 公司是否自愿提供数据。多数情况下，应该努力建立良好的关系，彼此 信任，至少必须明确公开为什么需要数据，做些什么，以什么形式