（环境工程专业论文）电石渣水泥和石灰石水泥生命周期评价的比较研究.pdf

西南交通大学硕士学位论文第1 页 摘要 随着水泥工业的进一步发展，不可再生资源和能源的消耗，废气和粉尘的 大量排放，对环境造成的严重破坏已经影响整个行业的可持续发展。“生态环境 材料型”产业己成为国际水泥工业可持续发展的必由之路。 本文首先建立了水泥产品生命周期的环境评价体系，然后以四川省某水泥 企业生产的电石渣水泥和石灰石水泥为研究对象，分别取得了两者生命周期的 污染清单数据，应用u 、a 的定义对环境评价的边界条件、指标化方法、数据认 定等方面进行了系统的研究和分析，然后从资源消耗、人体健康和生态环境影 响等方面对两者的环境影响做出了定性和定量的评估。经过环境影响分类、特 征化、标准化工作后，采用层次分析法对两者的环境影响进行了加权评价，最 后分别得到了两者生命周期内的环境负荷。 研究得出的主要结论是：电石渣水泥和石灰石水泥单位功能产品生命周期 内的环境负荷分别为1 0 5 x l f f l o a 和1 4 1 1 0 4 0 a ，前者的环境负荷减少了 2 5 5 3 ，相应各个指标的减少率为：a d p ：3 2 0 0 ；e d p ：2 5 6 5 ；g w p ：2 4 4 0 ； a p ：1 6 6 7 ；n p ：1 3 3 3 ；h t ：1 8 3 9 ，减少幅度依次为：a d p e d p g w p h t a p n p ，因此可见电石渣水泥能有效地减少不可再生资源损耗、不可 再生能源消耗以及温室效应。 另外研究还分析得出：水泥产品生命周期内主要的产污阶段为资源和能源 生产阶段及水泥制造阶段；主要的污染排放物是c 0 2 和粉尘，其次是s 0 2 ；主 要的环境影响类型为不可再生能源损耗、人体健康损害及温室效应。水泥产品 环境性能改善的关键在于提高能效、减少碳酸质原料用量及改进工业燃烧技术。 单纯减少水泥生产阶段的煤耗而大大提高电耗并不能从根本上改善水泥产品的 环境性能，而是将污染从水泥制造阶段向电力生产阶段转嫁。 论文系统地对电石渣水泥和石灰石水泥的环境影响进行了分析、比较和评 价，这对促进我国废弃物再利用、改善水泥生产过程的环境行为等具有重要的 现实意义，同时也为今后生态水泥的设计及评价方法和评价标准的建立提供了 技术借鉴。 关键词：水泥；电石渣：石灰石；生命周期评价( l c a ) ；环境负荷 西南交通大学硕士学位论文第n 页 a b s t r a c t a l o n g w i t ht h ef u r t h e r d e v e l o p m e n to fc e m e n ti n d u s t r y , t h es e r i o u s e n v i r o n m e n ti m p a c tc a u s e db yt h ed e p l e t i o no ft h ea b i o t i c ，e n e r g ya n dt h el a r g e q u a n t i t yd i s c h a r g e o fw a s t eg a sa n do w d e rd u s t , h a sa f f e c t e dt h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to f t h ew h o l ec e m e n ti n d u s t r y t h ee c o m a t e r i a l st y p ei n d u s t r yh a s b e c o m et h en e c e s s a r yw a yo ft h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n a t i o n a l c e m e n ti n d u s t r y f i r s to fa 1 1 t h i sa r t i c l eh a ss e tu pal i f ec i r c l ea s s e s s m e n tm e t h o do fc e m e n t p r o d u c t i o ns y s t e m t h e ni tt a k e st h ec a l c i u mc a r b i d es l u d g ec e m e n t sa n dl i m e s t o n e c e m e n t so fac e m e n tm a n u f a c t u r ei ns i c h u a np r o v i n c ea st h er e a s e a r c ho b j e c t a f t e r t h a t ，i tg a t h e r st h e e m i s s i o ni n v e n t o r yo fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t a n to ft h et w o p r o d u c t i o n s b yu s i n gas e r i a lo fm e t h o l o g i e sm e n t i o n e db yi , c a , i ts t u d i e st h ee d g e c o n d i t i o n s ，i n d e xo fe n v i r o n m e n t a lc o m p a t i b i l i t ya s s e s s m e n ts y s t e mo ft h ec e m e n t p r o d u c t i o n , a n dd a t ac o n f i r ms y s t e m i ta l s oa s s e s st h ee n v i r o n m e n ti m p a c to ft h e c e m e n tp r o d u c t i o nq u a l i t i l ya n dq u a n t i l yf r o mt h ea s p e c to ft h ed e p l e t i o no f a b i o t i c ，h u m a nh e a l t h ya n de c o - e n v i r o n m e n ti m p a c t a f t e rt h ew o r k i n go fc l a s s i f y , c h a r a c t e r i s e ，e n s t a n d a r da n d 印p l y i n go fa h p , t h ee n v i r o n m e n tb u r d e no ft h et w o p r o d u c t i o n sa r eg e t t h em a i nc o n c l u s i o no ft h i st h e s i si s t h a tt h ee n v i r o n m e n tb u r d e no ft h e c a l c i u mc a r b i d e s l u d g e c e m e n ta n dl i m e s t o n ec e m e n ta r e1 0 5 x 1 0 1 0 a a n d l 4 1 x 1 0 一o ar e s p e c t i v e l y t h ew h o l eb u r d e no ft h ef o r e ri sr e d u c e db y2 5 5 3 c o m p a r i n gw i t ht h el a t e r t h eo t h e ri n d e xo fe n v i r o n m e n t a ll o a d e no ft h ef o r e ra r e a l s or e d u c e d t h e ya r ea d p ：3 2 0 0 ；e d p ：2 5 6 5 ；g w p ：2 4 4 0 ；a p ：1 6 6 7 ；n p ： 1 3 3 3 ：h t ：1 8 3 9 t h es o r to fd e c r e a s ed e g r e ei sa d p e d p g w p h t a p n p s ou s i n gt h ec a l c i u mc a r b i d es l u d g ec e m e n tc a l lr e d u c et h ed e p l e t i o no f a d p , e d pa n dg w pe f f e c t i v e l y a n o t h e rc o n c l u s i o ni st h a tt h ek e yp o l l u t es t a g eo ft h ec e m e n tp r o d u c t i o na r e t h er e s o u r c ea n dp o w e rp r o d u c ts t a g ea n dt h ec e m e n tp r o d u c ts t a g e t h em a i n e n v i r o n m e n ti m p a c tt y p ea r ee d p , h ta n dg w p t h ep r o m i n e n tp o l l u t a n ti sc 0 2a n d o w d e rd u s t t h ek e yt oi m p r o v et h ee n v i r o n m e n tp r o p e r t yo fc e m e n ti st oi n c r e a s e t h ee n e r g ye f f i c i e n c y , t od e c r e a s et h ec a r b o a n tr a wm a t e r i a l sc o n t e n ta n dt oi m p r o v e 西南交通大学硕士学位论文第珊页 t h eb u r nt e c h n o l o g y i ti si m p o s s i b l et oi m p r o v et h ee n v i r o n m e n tp r o p e r t yw i t ho n l y d e c r e a s i n gt h ec o n s u m p t i o no fc o a lb u ti n c r e a s i n gt h ec o n s u m p t i o no fp o w e r , w h i c h w i l lt u r nt h ep o l l u t i o nf r o mt h ec e m e n tm a n u f a c t u r et ot h ep o w e r p r o d u c t i o n i nt h i sp a p e r , t h ee n v i r o n m e n ti m p a c to fc a l c i u mc a r b i d es l u d g ec e m e n ta n d l i m e s t o n ec e m e n tw a sa n a l y z e d ，a s s e s s e da n dc o m p a r e d 。i th a sg r c a ts i g n i f i c a n c eo f t h ep r o m o t i o no ft h er e u s eo fw a s t em a t e r i a l sa n di m p r o v e m e n to ft h ee n v i r o n m e n t a l b e h a v i o ro fe c o c e m e n tp r o d u c t i o n a tt h es a m et i m e ，i ta l s op r o v i d e st h er e f e r e n c e f o rt h ef o u n d a t i o no fe c o c e m e n te v a l u a t i o nm e t h o da n de v a l u a t i o ns t a n d a r d k e yw o r d s c e m e n t ；c a l c i u mc a r b i d es l u d g ；l i m e s t o n e ；l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ( l c a ) ： e n v i r o n m e n t1 0 a d 西南交通大学硕士学位论文第1 页 第1 章绪论 全球性的人口、资源、环境矛盾尖锐，使中国水泥工业的现代化面临严峻 挑战，产业结构调整的任务更为迫切【”。提高自创主新能力，转变经济增长力 方式，发展循环经济，建设资源节约型、环境友好型社会，走新型工业化道路 等，己成为“十一五”规划的战略目标。为了使水泥工业可持续发展，我们越 来越需要具有环境意识的设计专家，使我国水泥工业的发展，逐步纳入生态设 计阶段。由于环境问题关系到未来的可持续发展，因此材料工业所导致的环境 污染问题逐渐为生产者及研究者所重视。水泥作为三大建材之一，在基本建设 中具有不可替代的作用，其生产过程是一个大量消耗矿产资源、能源并排放气 体污染物的过程【引。随着水泥工业的迸一步发展，不可再生资源和能源的消耗， 废气和粉尘的大量排放，对环境造成的严重污染已影响整个行业乃至整个国民 经济的可持续发展。因此，努力把水泥工业建设成“生态环境材料型”产业，己 成为国际水泥工业可持续发展的必由之路l 引。而环境评价的目的在于实现企业 的经济发展与环境保护一体化，是推进水泥工业可持续发展的重要手段。里 约环境发展宣言的第十七原则规定：“对于拟议中可能对环境产生重大不利 影响的活动，必须进行环境影响评价，并应作为一项国家手段，由国家主管当 局作出抉择。” 近年来，中国经济发展速度之快令世人瞩目，但由于我国长期对资源缺乏 管理和利用率低，自然资源正以惊人的速度枯竭下去，甚至原来被认为用之不 竭的非金属矿物资源，如石灰石、粘土、砂石等也出现了枯竭趋势。 发展是文明社会的永恒主题，物质和材料是人类文明的基础，它与环境、资源 及能源等又有着密切关系1 3 1 。二战后，人类社会的发展理论经历了一个从“经 济增长理论”到“经济社会综合协调发展理论”，再到“可持续发展理论”等渐 进深化的过程1 4 1 。 可持续发展思想认为发展与环境是一个有机整体，它涉及到人口、资源、 生态、环境、经济、社会等方面，主要内容包括三方面：资源与生态环境可持 续发展、经济可持续发展、社会可持续发展。也就是说，可持续发展以自然资 源为基础，同环境协调能力相适应，要求体现出环境资源的价值，以提高生活 西南交通大学硕士学位论文第2 页 质量为目标，同社会进步相适应，其实旌以政策和法律体系为条件，强调“综 合决策”和“公众参与”。其实质就是既满足当代人的需要，又不对后代人满足 其需要的能力构成危害的发展”。正是在这种发展状况下，近几年【5 ) 国际上提出 了“生态环境材料( e c o m a t e d a l s l1 4 。随后，围绕这一主题，开展了广泛的研究， 并且各国都在大力发展这种与资源、能源和环境协调的新型材料。1 9 9 4 年1 0 月在日本筑波召开了国际生态平衡学术会议，其主题是：生态环境材料的发展 及l c a 方法。2 0 0 3 年在我国西安召开了第一次国际环境材料学术会议，我国 “8 6 3 ”项目计划中“生态环境材料”被列为重要项目。 水泥工业作为我国基础性原材料工业的支柱之一，在国民经济可持续发展 中具有举足轻重的地位。随着我国国民经济的快速增长，水泥工业也以前所未 有的速度发展。水泥产量的高速增长，有力地支撑了我国经济快速发展，但同 时也产生了一系列的环境问题。水泥和其他材料一样，通过资源、能源和废弃 物三条基本联系途径，与环境形成一个完整的闭合系统。因此，我们在关心水 泥材料高性能、高技术的同时，还要关注其资源、能源消耗和环境协调性问题， 以促进人类、自然和社会的和谐发展。 1 1 研究背景 自从水泥在世界上出现之后，它作为基础原材料的地位就没有动摇过，水 泥工业成为了国民经济建设的支柱产业，为人类的经济建设做出了巨大贡献。 然而到了2 0 世纪9 0 年代以后，发达国家的水泥工业重心开始向“与自然协调、 为地球环境做贡献”的方向倾斜1 6 】，当然也是为了适应燃料价格不断上涨的变 化。欧美和日本f 7 】等国大力开展了减少自然资源和能源的消耗、充分利用再循 环技术消纳废弃物、处理有毒有害物、尽量做到“零”排放、不产生一次污染 等研究开发工作，改变常规生产工艺、开发与废弃物利用相关的设备。一方面 说明现代水泥工业的成熟，生产技术的不断发展；另一方面说明传统产业开始 向生态化转型，水泥工业正在以它特殊的优势，逐步成为循环经济的重要组成 部分，这可能是自新型悬浮预热器窑出现之后水泥工业的又一次革命。 传统水泥熟料生产的主要原料为天然石灰石、粘土、铁矿石( 或铁粉1 ，随着 社会的发展，作为使用最广泛的建筑材料，水泥的需求量越来越大，资源不断 减少，能源消耗和污染排放量越来越多，从而使水泥工业变成严重污染的行业 1 8 】。以2 0 0 4 9 j 年产9 7 亿吨水泥为例，相应年耗标煤1 2 4 亿吨，耗石灰石7 5 亿吨，排放c 0 26 6 亿吨。因此，高质、高效、低耗、低污染成为水泥行业的 西南交通大学硕士学位论文第3 页 评估标准，如何降低水泥工业环境负荷并进行有效评价至关重要。 目前我国有一大批企业以电石为原料生产乙炔、聚氯乙烯、聚乙烯醇等产 品，同时也产生大量的电石渣。电石渣是一种碱性物质，对土壤、水质的破坏 很大，电石渣的处理让许多企业花费了不少人力、物力和财力，但效果都不是 很好。过去，往往利用大量的土地堆放或直接排入江河，对环境造成很大的污 染。随着人们环保意识的不断加强，过去这些处理电石渣的方式已被政府环保 部门明令禁止，一大批企业为了生存和发展不得不寻找处理电石渣的途径。 水泥的主要原料是石灰石，其主要成分为c a o ，水泥工业用的石灰石c a o 含量为4 5 5 2 。电石渣是电石水解后的产物，干排时电石渣的主要成分是 c a o ，c a o 含量高达6 5 ；湿排时是c a ( o 哪2 ，一般约占7 0 8 0 ，其成分较 为稳定，有害物质较少，因此可代替石灰石生产水泥。用电石渣代替石灰石生 产水泥有如下优点【1 0 l ：c a o 含量高且粒度细，改善了生料的易烧性；电石 渣中的c a ( o h h 分解温度比石灰石中c a c 0 3 的分解温度低很多，烧成热耗较低： 利用电石渣可减少石灰石用量，节约了资源。因而可认为利用电石渣生产水 泥是目前较好的利用途径之一。 电石渣替代石灰石烧制水泥可以有效节省原材料，提高其物理性能和降低 热耗，但究竟会对环境产生哪些有利影响以及产生多少有利影响呢? 因此有必 要对其环境影响进行评价。作为评价和解决环境问题的有效工具，l c a 方法及 应用的研究已进入工业社会，涉及到许多工业产品及生产工艺的设计、评价、 改善及环境政策制定等诸多方面，成为许多发达国家制定工业发展战略的首选 指导工具。因此，本文采用生命周期评价( “、a ) 方法对四川某水泥生产企业 生产的电石渣水泥和石灰石水泥的环境影响进行比较研究。 1 2 水泥生命周期评价的研究现状 水泥是目前世界上最大宗的建筑材纠“】，有关降低其生产过程中环境负荷 的研究已经有大量的文献报道，内容多涉及至0 能耗及科耗的降低、二次原料及 燃料的使用、锻烧工艺的改善、新品种水泥的研制、废气清洗技术等诸多方面。 但这些研究多注重于单一的生产阶段，或者研究局限于减少单一的环境污染物 的排放，以被动满足某一污染物排放标准为目的，缺乏系统化的思想及完善的 环境负荷评价方法工具，并不能对水泥工业系统的总体环境影响给予有效改善 及进行确切的定位，有些则是将水泥工业的环境负荷向其他工业转嫁，由此得 西南交通大学硕士学位论文第4 页 出的结论甚至不利于整体环境质量的提高。 因此，传统的限于单一环节污染物排放浓度的环境保护体制已不能满足人 类社会对提高整体环境质量的要求。工业生产环境污染的改善必须引入系统化 的思想，才可能最有效地保护人类生存的环境。德国研究者曾明确指出【l “，对 于水泥工业环境负担的总体评价，应以水泥的整个生命周期为研究范围，考察 原材料开采、制造、使用、废弃整个过程的环境影响问题。英国也立项对水泥 生命周期的环境影响进行研究。我国自1 9 9 8 年起，国家高新技术研究计划( 8 6 3 计划1 支持了首项材料的环境影响评价研究，对国内几大类主要基础材料进行了 全面的评价，该项目对我国钢铁、水泥、铝、工程塑料、建筑涂料、陶瓷等七 类代表性材料进行了评价研究，初步获得了它们的环境负荷数据。 在水泥产品的生命周期评价研究方面，国内外的研究人员一直进行着不懈 的努力。德国学者曾用l c a 方法对水泥的环境性能进行了评价，但由于缺乏有 效的综合定量方法，评价仅仅局限于l c i 阶段。基于同样的原因，英国学者对 水泥材料所作的l c a 评价也仅是以水泥与粘土砖及空心砖的环境污染数据比 较而得出结论的，这种评价方法当不同材料寿命期产生的环境污染物不同时， 就难以进行有效的比较了。席德立【1 3 l 等研究通过行业污染系数和企业生产流程 图获取产品数据的步骤和方法。刘顺妮1 1 4 1 的博士论文运用生命周期评价方法对 环境材料的概念及其研究内容进行了系统的研究并探讨了环境材料的功能性、 经济性和环境协调性三者之间的相互关系，提出了实际应用中环境材料的主要 判据，但是并没有把水泥工业利用工业废弃物和粉尘计算入内，而这两方面正 是水泥生产环境影响的突出特点。狄向华【1 5 】的硕士论文中提出了水泥生产标准 流程的概念，但没有就水泥生产过程中产生的环境污染因子进行辨识和筛选。 富丽1 1 6 】的论文就水泥窑系统不烧废弃物、焚烧废弃物、替代燃料和替代原料的 四种情况进行了环境影响评价，但没有就水泥工业利用工业废物对不可再生资 源消耗的影响进行研究。吴红l ”j 等运用生命周期评价法，采用2 0 0 4 年中国环 境年鉴和中国建筑材料工业年鉴统计数据，分析评价了我国现阶段水泥生产工 艺过程及与水泥生产相关的原料开采、电力生产和煤炭生产过程的环境负荷状 况，但没有针对某种具体的水泥产品的环境影响进行评价。许婵娟l ls j 等从原料 配料方面建立既提高熟料质量，又降低环境负荷的水泥熟料配料体系。曹晓润 【1 9 l 主要对项目提出的各种降低水泥生产环境负荷的新技术等进行环境负荷理 论计算，并结合我国水泥典型生产工艺，对低环境负荷型水泥的生产流程进行 西南交通大学硕士学位论文第5 页 了环境协调性评价。 综上所述，可见系统地从生命周期全过程评价电石渣水泥环境负荷的研究 并不多。 1 3 本论文的研究意义、内容、技术路线 1 3 1 研究意义 目前，我国p v c 产量已超过3 0 0 万讹，其中5 0 以上采用电石法l 加j 。电 石法p v c 的污染问题主要是电石渣的排放问题，每生产i tp v c 需排放1 5 - 2 t 电石渣( 干基) 和1 7 2 3 m 3 含渣废水。含渣废水的治理比较容易，投资也小。电 石渣的处理一般采用堆放，但是这样处理有悖于生态建设和环境保护，政府最 终会要求治理，所以对于电石渣的治理将是必须面对的问题。 根据资料2 1 】介绍，目前国内外电石渣综合利用于工业性生产的主要途径有 两个：与煤渣等原料配合生产免烧砖；代替石灰石原料生产水泥。 用电石渣代替石灰石生产水泥是目前电石渣综合利用中最为彻底、技术上 也最为成熟的方法。 根据电石渣的排放量和化学成分，配制其他硅质、铁质等原料烧制水泥， 合理确定建设规模，可以将电石渣全部利用。 水泥生产过程总会带来一定的环境影响，怎样从环境影响层面来评价电石 渣水泥的环境特性呢? 因此有必要对其进行评价。生命周期评价方法作为一种 重要的环境管理工具已逐渐发展成为国际公认的环境管理标准，是制定环境政 策的依据，可以用来指导企业进行清洁生产、开发绿色产品和指导材料的环境 协调性。l c a 的出现在材料科学技术领域里引入一种新的价值评价观环境 协调性，要求材料的生产和研究人员在关注材料性能的同时注重材料的环境协 调性。作为一种系统的环境管理工具，l c a 是目前解决问题的唯一量化的最具 潜力的工具。 因此本研究具有如下意义： ( 1 ) 开展水泥企业的生命周期环境影响评价研究，从企业生产层面对我国 水泥工业生产过程中造成环境负荷进行初步研究，找出如何减少水泥 生产过程的资源能源消耗量以及污染排放量的方法，从源头上减少水 泥生产过程的环境污染； ( 2 ) 弥补水泥行业因宏观数据内容少，质量差导致的生命周期平价结果的偏差， 西南交通大学硕士学位论文第6 页 完善水泥生命周期评价的基础数据； ( 3 ) 促进水泥生产工艺的生态化设计和结构调整，有利于我国工业废弃物的资 源化利用； ( 4 ) 满足国内对水泥的大量需求，确保我国社会、经济的可持续发展。 1 3 2 主要内容 ( 1 ) 以四川省某水泥厂生产的1 0 4 2 5 普通电石渣水泥和石灰石水泥为研究对 象，进行生命周期环境影响评价的比较研究，找出各环境影响因子对环境 的影响大小，从而有助于水泥企业改进技术，实现水泥的生态化设计； ( 2 ) 建立水泥生命周期评价指标体系以及评价标准，并运用到同类型生产企业 中，检验它的准确性和适用性； ( 3 ) 为生态水泥生命周期评价标准的建立做了前期的准备工作，向决策者提供 关于环境的有益的决策信息，包括估计可能造成的环境影响、寻找改善环 境表现的时机与途径、为产品和技术选择提供判据等； ( 4 ) 解析降低水泥产品生命周期资源消耗和能源消耗，减少污染排放物和环境 影响的机会。 1 3 3 技术路线 本研究工作的流程和框架如图1 - 1 所示。 西南交通大学硕士学位论文第7 页 l c a 评价模型确定 上 污染物排放清单分析 上 生命周期评价比较分析 i 结论及展望 图1 - 1 论文的技术框架图 西南交通大学硕士学位论文第8 页 第2 章l c a 的基本概念 2 1l c a 的起源及理论基础 l c a 概念起源于几2 0 世纪6 0 年代末【2 2 】。1 9 6 9 年可口可乐公司委托美国中 西部研究所( m i dw e s tr e s e a r c ht n s t i t u t e m r n 对饮料容器进行评价，从原材料 采掘到废弃物的最终处理，进行了全过程的跟踪与定量研究，揭开了生命周期 评价的序幕【2 3 1 。1 9 9 0 年8 月世界环境毒理学与化学学会设定了i s 0 1 4 0 0 0 系列 为环境评价标准，制定了l c a 的原理及框架、编目分析、环境影响评价、结果 解释的规范和准则。l c a 的理论基础是利用能量守恒原理和物质不灭定律，对 产品生产和使用过程中的物质、能量的使用和消耗进行平衡计算。 2 2l c a 的定义 l c a 是英文l i f ec y c l e a s s e s s m e n t 的缩写，有许多对l c a 的定义，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。 i s o 定义 2 q ：汇总和评估一个产品( 或服务) 体系在其整个生命周期内为所有 投入及产出对环境造成的潜在的影响的方法。 国际环境毒理学与化学学会( s e t a c ) 定义l c a 为【冽：“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来进行的。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 用和维护：废物循环和最终废物弃置。 在1 9 9 7 年i s o 制订的l c a 标准( 1 s 0 1 4 0 4 0 ) o e 也给出了l c a 和一些相关概 念的定义 2 6 1 ：l c a 是对产品系统在整个生命周期中的( 能量和物质的) 输入输出 和潜在的环境影响的汇编和评价。这里的产品系统是指具有特定功能的、与物 质和能量相关的操作过程单元的集合。在l c a 标准中，“产品”既可以指( 一般 制造业的) 产品系统，也可以指( 服务业提供的) 服务系统；生命周期是指产品系 统中连续的和相互联系的阶段，它从原材料的获得或者自然资源的产生一直到 西南交通大学硕士学位论文第9 页 最终产品的废弃为止。 2 3l c a 的主要原则 从s e t a c 和i s o 的定义可以看到，l c a 的定义发生了明显的变化，但一 些基本的思想和方法保留和固定了下来【2 7 】。 我们可以从l c a 的评估对象、方法、应用目的、特点等几个方面去理解 l c a 的概念及原则。 2 3 1u c a 的评估对象 i s o 明确定义了l c a 的评估对象是产品系统或服务系统造成的环境影响( 其 实服务也是一种抽象的产品) ，而不是评估空间意义上的环境的质量，这与环境 科学中的环境质量评估有着根本区则冽。另外，l c a 方法着眼于产品生产过程 中的环境影响，这与产品质量管理和控制等方法也是完全不同的。 其次，l c a 的评估范围要求覆盖产品的整个生命周期，而不只是产品生命 周期中的某个或某些阶段。l i f e c y c l e 的概念是l c a 方法最基本的特性之一， 是全面和深入地认识产品环境影响的基础，是得出正确结论和做出正确决策的 前提。也正是由于l i f e c y c l e 概念在整个方法中的重要性，这个方法才以 l i f e c y c l e 来命名。从评估对象的角度来说，l c a 是一种评价产品在整个生命周 期中造成的环境影响的方法。 2 3 2l c a 的思路与步骤 l c a 评价产品环境影响的主要思路是：通过收集与产品相关的环境编目数 据，应用l c a 定义的一套计算方法，从资源消耗、人体健康和生态环境影响等 方面对产品的环境影响做出定性和定量的评估，并进一步分析和寻找改善产品 环境表现的时机与途径。这里所说的环境编目数据，就是在产品生命周期中流 入和流出产品系统的物质和能量流。这里的物质流既包含了产品在整个生命周 期中消耗的所有资源，也包含所有的废弃物以及产品本身。可以看到，l c a 的 评估是建立在具体的环境编目数据基础之上的，这也是l c a 方法最基本的特性 之一，是实现l c a 客观性和科学性的必要保证，是进行量化计算和分析的基础。 在l c a 标准中，详细地定义了具体的评估实施步骤，它包括如图2 1 所示的4 个组成部分：目标和范围定义、编目分析、环境影响评估、评价结果解释。 西南交通大学硕士学位论文第1 0 页 图2 1l c a 的i s o 技术框架 2 3 3 实施l c a 的主要目的 原则上讲，不同的主体，出于不同的目的，都可以实施l c a 评估或引用 l c a 评估结论。在s e t a c 和i s o 的文件中列举了一些l c a 方法的作用，例如： 帮助提供产品系统与环境之间相互作用的尽可能完整的概貌；促进全面和 正确地理解产品系统造成的环境影响；为关注产品或受产品影响的相关方 ( i n t e r e s t e dp a r t y ) 之间进行交流和对话奠定基础；向决策者提供关于环境的有 益的决策信息，包括估计可能造成的环境影响、寻找改善环境表现的时机与途 径、为产品和技术选择提供判据等等。 l c a 方法鼓励各种组织，尤其是企业，将环境问题结合到他们的总体决策 过程中印1 。通过l c a 方法，并与其他的环境管理工具相互补充，帮助更好地 理解、控制和减少对环境的影响。从企业的角度考虑，可以在以下的时机实施 l c a ：在产品决策中提供辅助信息；在产品或技术的设计或再设计时提供 与环境相关的帮助；在产品的环境声明中或实施环境标识计划时；在制定 企业的环境战略计划和政策时；在企业与公共关系沟通的过程中。 2 4l c a 的主要特征 l c a 主要具有以下主要特征： ( 1 ) 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至最终 处置全部过程中的环境因素； ( 2 ) l c a 时同跨度和研究深度在很大程度上取决于所确定的目的和范围； ( 3 ) l c a 研究的范围、假定、数据质量描述、方法和结果应具有透明性； 西南交通大学硕士学位论文第1 1 页 ( 4 ) 应保证l c a 方法学的开放性，以便容纳新科学发现与最新技术发展； ( 5 ) 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； ( 6 ) 由于被分析系统生命周期的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： ( 7 ) l c a 研究不存在一种统一模式，组织应保持灵活性，应根据具体的应 用意图和用户要求，实际地予以实施。 2 5l c a 的发展概况 2 5 1l c a 的发展历史 起初，多数企业的决策都是以经济为基础，由社会和政治上的考虑来调节。 对环境的考虑通常受到地方和国家污染规则的限制。整个系统的环境因素很少 受到重视。随着对绿色事业的迫切需求以及世界建模的开始，企事业单位开始 注意到，他们对所进行工序的广泛的环境内涵知之甚少。这种意识，以及相关 用来控制企业行为的法律的实施，为揭示各种工序广泛的内涵提供了动力。其 中最早的最著名的实践就是h a r o l ds m i t h a o ! 在l c i 方面开展的。 人们很快就发现，仅仅比较生产不同产品所消耗的能量会忽略一些重要的 影响因素，因此就失去了对不同生产、使用和处理系统总的影响进行指示的作 用。结果就是需要开发一种方法，来检测从原材料到最终产品处理回收，这一 整个的延伸的系统。 第一个进行这项工作的系统过程于1 9 7 9 年出版。论文集中讨论了能量的分 析，但也必要的讨论了与生产能耗相关的材料流问题。对工业系统与产品进行 了明确的区分。目前l c i 的关键问题就是对这个区分的误解。许多系统生产多 种产品，随之而来的就是与整个系统相关的多种生命周期负担。当使用者想把 多产品系统中的负担分配到每一个单一产品时，他们就不得不为这些负担加权 重。这一过程不是科学的，而是使用者为了方便某些计算，也就是与单一产品 相关的负担而不是整个系统，而做出的判断。 2 0 世纪8 0 年代，技术扩展到大气排放、水体排放和更具体的固体废料。 使用的计算方法和原来计算燃料资源的方法一样，以便编目方法保持不变避免 产生新的问题。然而，分析中新的参数不都是全球范围的。一些( 比如有毒物 质) 参数是高度地方化的。另一些( 象导致酸雨的硫氧化物) 只是区域效应。 还有象c 0 2 ( - - 种温室气体1 则是全球效应。结果，由于不能确定对某些参数( 如 西南交通大学硕士学位论文第1 2 页 地方水体排放) 统计数据会不会产生重大的后果，因此对所有参量的数据统计 就不可能了。 1 9 9 0 年，首届社会环境毒理和化学( s e ，r a c ) 会议在美国的佛蒙特州召开， 与会者就l c a 的概念和理论框架取得了广泛的一致，并最终确定使用i j f e c y c l ea s s e s s m e n t ，l c a 这个术语，从而统一了国际上的l c a 研究。作为一 个毒理学组织，s e t a c 将重点放到了工业系统的空气和水体排放上，而不是以 往占支配地位的能量和材料流1 3 1 】。主要的作用就是介绍生命周期评估的概念。 在随后一系列的l c a 研讨会中，s e t a c 讨论了l c a 的理论框架和具体内 容，并在1 9 9 3 年8 月发布了第一个l c a 的指导性文件( l c a 指南：操作规则。 这个文件总结了l c a 方法的定义和理论框架以及具体的实施细则和建议，描述 了l c a 的应用前景，并总结了当时l c a 的研究状况。另一方面，国际标准化 组织( i s o ) 在1 9 9 2 年成立了环境战略顾问组s a g e ，专门研究制定一种环境 管理标准的可能性。1 9 9 3 年6 月i s o 成立了“环境管理”技术委员会t c 2 0 7 ，正 式开展环境管理方面的国际标准化工作。其指定的国际标准称为环境管理系 列国际标准，即i s 0 1 4 0 0 0 系列标准。 i s o 对l c a 方法的标准化有利于l c a 方法的统一和实施，促进了l c a 的 进一步发展【3 “。并且，由于i s o 的国际影响以及l c a 方法在i s 0 1 4 0 0 0 系列标 准中所占的重要地位，经过标准化的“、a 方法必将成为最重要的评价产品环境 表现的方法。事实上，由于i s o 组织的有众多相关学术组织、政府机构、企业 和环境组织参与的a 研究已经成为国际上l c a 研究的主流。 2 5 2l c a 的研究现状 1 9 9 3 年以后，世界各国的许多研究机构( 如s e t a c 、丹麦技术大学的生命 周期研究中心l c c 等) 都建立了许多工作组继续从事有关l c a 的方法研究， 力图使那些不能操作或操作性差的各类指标易于操作，现已取得了一定的进展 【3 3 1 。在这些l c a 工具或者方法中，b o u s t e a dm o d e l 是最早的l c a 工具之一， 该工具的数据库中大约有4 0 0 0 组单元数据，已经用于各种复杂的产品，尤其是 在汽车行业中应用较广。但是该l c a 工具无法进行环境影响评估。l c a i n v e n t o r yt o o l ( 瑞典) 中的数据主要是关于制造、运输过程中的能量消耗方面 的。该工具可用于复杂产品，比如电冰箱的l c a 分析，但也没有环境影响评估 功能。德国的g a b il c a 是全德语化的，其数据库中含有3 5 0 个典型工艺的环 境信息。e c o - p r o ( 瑞士) 也是全德语化了的，它主要是针对包装材料开发的。 西南交通大学硕士学位论文第1 3 页 o e k o - b a s c ( 瑞士) 则是针对瑞士产品的包装材料开发的，也同样具有环境评 估功能，但是不适用于复杂产品。d u t c hs i m a p r ot o o l 则是专门针对复杂产品开 发的。奔驰公司的d a i m l e r - b e n z 则是直接针对该公司的产品开发的，该工具全 量化且完全具有环境影响评估功能。美国贝尔电话公司的m a t r i xa p p r o a c h 和数 字公司的p r e l c a 均属于半量化l c a 工具，使用起来简捷，但是信息较为粗 糙，在很大程度上还依靠人的主观判断，可用于复杂产品。遗憾的是，这些工 具都还存在着这样那样的问题，还需要进一步完善。 2 6l c a 的评价框架及阶段 l c a 作为一项用于评价产品的环境因素与潜在影响的技术，由四个相互联 系的要素组成：目标和范围界定( g o a la n ds c o p ed e f m i t i o i l ，g s d ) ：清单分 析( l i f ec y d ei n v e n t o r y ，l c i ) ；影响评价( l i f ec y c l ei m p a c ta s s s m e n t ， l c i a ) ；结果解释( l i f cc y d ei n t e r p r e t a t i o n ) 。 2 6 1 目标和范围的确定( g s d ) 确定目标和范围是l c a 研究的第一步。一般需要先确定l c a 的评价目标， 然后根据评价目标来界定研究对象的功能、功能单位、系统边界、环境影响类 型等等p 4 1 。这些工作随研究目标的不同变化很大，没有一个固定的标准模式可 以套用，但必须要反映出资料收集和影响分析的根本方向。另外，l c a 研究是 一个反复的过程，根据收集到的数据和信息可能修正最初设定的范围来满足研 究的目标。在某些情况下，由于某种没有预见到的限制条件、障碍或其它信息， 研究目标本身也可能需要修正。 目标定义即要清楚的说明开展此项生命周期评价的目的和原因，以及研究 结果的可能应用领域( 如是用于公司内部提高系统的环境性能，还是外部使用， 如用于环境声明或获得环境标志等1 。 研究范围的界定要足以保证研究的广度、深度和详尽程度与要求的目标一 致，项目有：产品系统的功能( 如系比较研究，则为各个系统的功能) 、功能单 位、系统边界、数据分配程序、环境影响类型、数据要求、假定的条件、限制 条件、原始数据质量要求、对结果的评议类型、研究所需的报告类型和形式等。 产品生命周期所有过程都落入系统的边界内，边界外就是系统环境。如图2 2 所示。 西南交通大学硕士学位论文第1 4 页 输入 输h _ 叫 原材料获得 卜- + +三废排放 一制造、加工、方案的制i 一 呻 能源输 + - t分配和运输t - + 产品和副产品 - t 利用，再利用维护卜 _ - 物质输入b _ 其他环境排放 - t 再循环卜 _ - - t 废弃物管理 _ - 系统边界 图2 2l c a 的评价系统边界 l c a 研究范围中必须明确规定所研究系统的功能。功能单位是对产品系统 输出功能的量度。功能单位的基本作用是为有关的输入和输出提供参照基准， 以保证、a 结果的可比性。在评估不同系统时，i c a 结果的可比性是必不可 少的，否则无法在同一基础上进行比较。 确定系统边界是