生命周期评价

1、精选优质文档-倾情为你奉上生命周期评价（LCA）-针对污水处理厂键入文档的引述或关注点的摘要。您可将文本框放置在文档中的任何位置。请使用“绘图工具”选项卡更改引言文本框的格式。姓名：陈亚楠学号：专业：环境工程课程：区域资源开发管理2013-1-10目录 专心-专注-专业生命周期评价（LCA） -针对污水处理厂1 生命周期评价的概念 生命周期评价( Life Cycle Assessment ，LCA )是一种评价产品、工艺过程或活动从原材料的采集和加工到生产、运输、销售、使用、回收、养护、循环利用和最终处理整个生命周期系统有关的环境负荷的过程。ISO14040对LCA的定义是： 汇总和评价一个

2、产品、过程(或服务)体系在其整个生命周期的所有及产出对环境造成的和潜在的影响方法。LCA突出强调产品的生命周期有时也称为“生命周期分析”、“生命周期方法”、“摇篮到坟墓”、“生态衡算”等。产品的生命周期有4个阶段：生产(包括原料的利用)、销售/运输、使用和后处理， 在每个阶段产品以不同的方式和程度影响着环境。2 生命周期评价的发展演变生命周期评价( LCA)的思想萌芽最早出现于20世纪60年代末到70年代初。经过40多年的发展，目前已纳入ISO14000环境管理系列标准而成为国际上环境管理和产品设计的一个重要支持工具。从其发展的历程来看，大致可以分为三个阶段，即萌芽阶段、探索阶段和迅速发展阶段

3、。2.1 萌芽阶段（20世纪60年代末到70年代初）生命周期评价最早出现在60年代末70年代初的美国。生命周期评价研究开始的标志是1969年由美国中西部资源研究所(MRI)所展开的针对可口可乐公司的饮料包装瓶进行评价的研究。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)。这项研究使可口可乐公司抛弃了它过去长期使用的玻璃瓶，转而采用塑料瓶包装。当时把这一分析方法称为资源与环境状况分析(REPA)。自此，欧美一些国家的研究机构和私人咨询公司相继展开了类似的研究。这一时期的生命周期评价研究工作主要由工业企业发起，秘密进行， 研究结果作为企业内部产品开发与

4、管理的决策支持工具。并且大多数研究的对象是产品包装品。从1970年到1974年，整个REPA的研究焦点是包装品和废弃物问题。由于很多与产品有关的污染物排放与能源利用有关，这些研究工作普遍采用能源分析方法。2.2 探索阶段（20世纪70年代中期到80年代末）20世纪70年代中期，政府开始积极支持并参与生命周期评价的研究。由于全球能源危机的出现，REPA有关能源分析的工作倍受关注。一方面人们认识到化石燃料将会用尽，必须进行有效的资源保护，另一方面认识到能源生产也是污染物的主要排放源。因此很多研究工作又从污染物排放转向于能源分析与规划， 采用的方法更多为能源分析法。进入20世纪80年代，案例发展缓慢

5、，方法论研究兴起。后来一系列的REPA工作未能取得很好的研究结果，对此感兴趣的研究人员和研究项目逐渐减少，公众的兴趣也逐渐淡漠了。直到全球性的固体废弃物问题又一次成为公众瞩目的焦点，REPA又重新开始着重于计算固体废弃物产生量和原材料消耗量的研究。2.3 迅速发展阶段（20世纪80年代以后）80年代末开始，是LCA研究快速增长时期。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REPA研究重新开始，公众和社会也开始日益关注这种研究结果。REPA研究涉及到研究机构，管理部门，工业企业，产品消费者等，但其使用REPA的目的和侧重

6、点各不相同，而且所分析的产品和系统也变得越来越复杂，急需对REPA的方法进行研究和统一。1989年“荷兰国家居住、规划与环境部(VROM)”针对传统的“末端控制”环境政策，首次提出了制定面向产品的环境政策，即所谓的产品生命周期。该研究还提出， 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。1990年由“国际环境毒理学与化学学会(SETAC) ”首次主持召开了有关生命周期评价的国际研讨会。在该会议上首次提出了“生命周期评价(LCA) ”的概念。在以后的几年里， SETAC又主持和召开了多次学术研讨会，对生命周期评价从理论与方法上进行了广泛研

7、究。1993年国际标准化组织(ISO)开始起草ISO14000国际标准，正式将生命周期评价纳入该体系。目前，已颁布了有关生命周期评价的多项标准。中国针对该标准采用等同转化的原则，现已颁布了两项国家标准： GB/T24040(环境管理-生命周期评价的原则与框架)，GB/T24040(环境管理-目的与范围的确定和清单分析)。目前生命周期评价还不十分成熟，仍然有很多问题值得研究。如还没有比较完善的生命周期影响评价方法。3 生命周期评价方法SETAC提出的LCA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：定义目标与确定范围；清单分析(Inventory analysis)；影响评价(I

8、mpact assessment)和改善评价(Improvement assessment)。其相互关系如图1所示： 图 1 SETAC生命周期评价技术框架ISO14040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。ISO组织对SETAC框架的一个重要改进就是去掉了改善分析阶段。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。而这种解释是双向的，需要不断调整。另外，ISO14040框架更加细化了LCA的步骤，更利于开展生命周期评价的研究与应用。如图2所示： 图 2 ISO14040生命周期评价框架 目的与范围确定生命周期评价

9、的第一步是确定研究目的与界定研究范围。研究目的应包括一个明确的关于LCA的原因说明及未来后果的应用。目的应清楚表明，根据研究结果将做出什么决定、需要哪些信息、研究的详细程度即动机。研究范围定义了所研究的产品系统、边界、数据要求、假设及限制条件等。为了保证研究的广度和深度满足预定目标，范围应该被详细定义。由于LCA是一个反复的过程，在数据和信息的收集过程中，可能修正预先界定的范围来满足研究的目标。在某些情况下，也可能修正研究目标本身。目的和范围的确定具体说来应先确定产品系统和系统边界，包括了解产品的生产工艺，确定所要研究的系统边界。针对生产工艺各个部分收集所要研究的数据， 其中收集的数据要有代表

10、性、准确性、完整性。在确定研究范围时，要同时确定产品的功能单位，在清单分析中将收集的所有数据都要换算成功能单位，以便对产品系统的输入和输出进行标准化。 清单分析清单分析是LCA基本数据的一种表达，是进行生命周期影响评价的基础。清单分析是对产品、工艺或活动在其整个生命周期阶段的资源、能源消耗和向环境的排放(包括废气、废水、固体废物及其它环境释放物)进行数据量化分析。清单分析的核心是建立以产品功能单位表达的产品系统的输入和输出(即建立清单)。通常系统输入的是原材料和能源， 输出的是产品和向空气、水体以及土壤等排放的废弃物(如废气、废水、废渣、噪声等)。清单分析的步骤包括数据收集的准备， 数据收集，

11、计算程序， 清单分析中的分配方法以及清单分析结果等。清单分析可以对所研究产品系统的每一过程单元的输入和输出进行详细清查，为诊断工艺流程物流、能流和废物流提供详细的数据支持。同时，清单分析也是影响评价阶段的基础。在获得初始的数据之后就需要进行敏感性分析，从而确定系统边界是否合适。清单分析的方法论已在世界范围内进行了大量的研究和讨论。美国EPA制定了详细的有关操作指南，因此相对于其他组成来说，清单分析是目前LCA组成部分中发展最完善的一部分。 生命周期影响评价影响评价阶段实质上是对清单分析阶段的数据进行定性或定量排序的一个过程。影响评价目前还处于概念化阶段，还没有一个达成共识的方法。ISO、SET

12、AC和英国EPA( Environmental Protection Agency)都倾向于把影响评价定为一个“三步走”的模型，即影响分类(Classify)、特征化(Characterization)和量化(Valuation)。分类是将从清单分析中得来的数据归到不同的环境影响类型。影响类型通常包括资源耗竭、生态影响和人类健康三大类。特征化即按照影响类型建立清单数据模型。特征化是分析与定量中的一步。量化即加权，是确定不同环境影响类型的相对贡献大小或权重，以期得到总的环境影响水平的过程。根据SETAC和ISO关于LCA的影响评价阶段的概念框架，中国科学院生态环境研究中心建立了一个影响评价模型框

13、架。该框架的基本思想是，通过评估每一具体环境交换对已确定的环境影响类型的贡献强度来解释清单数据。模型包括以下步骤：计算环境交换的潜在影响值，数据标准化，环境影响加权，计算环境影响负荷和资源耗竭系数。目前，国外常用的生命周期影响评价方法体系如表1所示，其中比较有影响力的的评价体系有瑞典的EPS、荷兰的 ECoindicator 和 CML。国内还没有根据自己的国情研究出适合本国的生命周期评价体系，一直采用层次分析法进行量化，通过专家打分评价，其结果主观性太强。表 1 生命周期影响评价方法体系方法 Method出版情况 Publication situationEDIP 97Wenzel等，199

14、7年EPS 2000Steen， 1999 年Ecoindicator 99Goedboop等，1999年CML 2001Guine等，2001年MPACT 2002 +Jolliet等，2003年EDIP 2003Hauschild和Potting，2005年 生命周期解释生命周期解释的目的是根据LCA前几个阶段的研究或清单分析的发现，以透明的方式来分析结果、形成结论、解释局限性、提出建议并报告生命周期解释的结果，尽可能提供对生命周期评价研究结果的易于理解的、完整的和一致的说明。根据ISO14043的要求，生命周期解释主要包括三个要素，即识别、评估和报告。识别主要是基于清单分析和影响评价阶段

15、的结果识别重大问题；评估是对整个生命周期评价过程中的完整性、敏感性和一致性进行检查；报告主要是得出结论，提出建议。目前清单分析的理论和方法相对比较成熟，影响评价的理论和方法正处于研究探索阶段，而改善评价的理论和方法目前研究较少。4 LCA的应用迄今，LCA作为一种评价产品、工艺或整个生命周期环境后果的分析工具，在很多领域中已有广泛应用。4.1 在企业中的应用生命周期评价起源于企业内部，最先在企业部门得到广泛应用。中国企业对生命周期评价的应用主要在以下几个方面：产品系统的生态辨识和诊断，产品环境影响评价与比较，绿色产品设计与新产品开发，再循环工艺设计等。4.2 在清洁生产中的应用企业清洁生产工作

16、程序包括准备、审计、制定方案和实施方案四个基本阶段， 其中审计阶段是清洁生产的核心阶段。清洁生产要求在产品或工艺的整个寿命周期的所有阶段都必须考虑污染防治，因此需要一种能对整个生命周期做出评价的方法。采用LCA思想对企业生产全过程进行清洁生产分析和评价，并完善清洁生产指标体系，可为企业清洁生产审计提供可靠的技术指标。生命周期评价是清洁生产诊断、评价的有效工具。根据中国清洁生产的发展现状和趋势，可以预计LCA 将会在以下几个方面发挥大的作用： 产品和工艺的清洁生产技术规范制定；清洁产品设计和再设计；废物回收和再循环管理；生态工业园的园区分析和入园项目的筛选等。4.3 在环境管理中的应用政府和环境

17、管理部门可借助于LCA进行环境立法和制定环境标准与产品环境标志。LCA还可用于评价污染预防措施，将LCA用于污染预防措施能在决策过程中提供整个系统环境影响信息，有利于选择理想的污染预防方法。LCA还可应用于优化政府的能源、运输和废弃物管理，以及建立国际化的环境管理体系，以便更好的管理资源。4.4 在其他方面的应用可以根据LCA所提供的资料建立有关产品或工艺的基本资料，也可以通过LCA 的研究结果教育广大消费者参与环境保护，同时鼓励企业界广泛的参与环境保护。LCA还为环境标志产品的颁布提供定量化的评估工具。5 城市污水处理厂生命周期评价应用案例5.1 研究方法（1）目标定义利用生命周期评价方法对

18、城市污水处理厂进行评价，在传统的仅从环境角度入手的基础上综合考虑了经济效益和技术性能因素，贴近工程实际。通过考察设定边姐范围内的尝试污水处理厂的环境负荷、技术性能和经济效益。确定主要影响因子。（2）范围界定根据污水处理工艺的特点，在污水处理厂的生命周期评价中，人们所关注的焦点是污水。对于考察对象污水来说，进入污水处理厂的原水为各类污染物浓度均超标的污水，从处理厂排出的水为各项水质指标均达到排放标准的水。由此可以这样认定，出水即为一种产品，该产品是由原材料污水经过一系列的加工处理工艺净化处理后而得到的新产品。在这一过程中不仅伴随有废气、臭味等污染物的排放， 同时还有副产品污泥的产生。 本文重点考

19、察不同城市污水处理系统所产生的环境影响和经济效益及技术性能的差异。因此，以污水的产生收集作为LCA 研究的开始， 以处理后的达标水的排放和污泥的处置作为LCA的结束， 城市污水处理厂生命周期评价系统及边界图见图3。 图 3 城市污水处理厂生命周期评价系统及边界（3）确定系统的功能单位同样规模的污水处理厂，即日污水处理量相同。（4）清单收集在综合考虑各方面影响因素的前提下，确定污水处理厂的清单数据包括： 污水收集阶段的清单数据、污水处理阶段的清单数据、污水排放及污泥处理和处置阶段的清单数据，分别见表2 4。表 2 污水收集阶段的清单数据表项目经济影响环境影响技术性能厂区占地、位置、工程建设费用周

20、围敏感点日处理量输送管线长度、总金额、铺设费用BOD、COD、SS、N、P、油类、重金属表 3 污水处理阶段清单数据表项目经济影响环境影响技术性能格栅间用电量、维修费、人员工资臭气、H2S、NH3、SO2、NOX浓度/排放量BOD、COD、pH、N、P、油类、重金属曝气沉砂池用电量、维修费、人员工资臭气、H2S、NH3、SO2、NOX浓度/排放量BOD、COD、pH、N、P、油类、重金属初沉池用电量、维修费、人员工资CO2、臭气、H2S、NH3、SO2、NOX浓度/排放量、污泥量BOD、COD、pH、N、P、油类、重金属生物处理设施用电量、维修费、人员工资臭气、H2S、NH3、SO2、NOX浓

21、度/排放量BOD、COD、N、P、油类、重金属二沉池用电量、维修费、人员工资臭气、H2S、NH3、SO2、NOX浓度/排放量、污泥量BOD、COD、N、P、油类、重金属表 4 污水排放和污泥处置阶段清单数据表项目经济影响环境影响技术性能排水用电量、维修费、人员工资排放口位置、排放水域情况BOD、COD、SS、N、P、油类、重金属消化池用电量、维修费、人员工资CH4、CO2、H2S、NH3、SO2、NOX、臭气浓度/排放量运输用电量、维修费、人员工资CO浓度/排放量污泥处置用电量、维修费、人员工资CH4、CO2、臭气浓度/排放量、渗沥液产生量（5）影响评价 分类根据目标定义和范围界定所确定的系统

22、边界及清单分析阶段所提供的数据清单，对污水从收集到排放过程所带来的环境问题进行分类，分类结果见表5。 特征化利用环境符合指标方法将相同影响类型下的不同影响因子进行汇总，得到每一中影响类型的综合环境负荷。每一类环境类别影响的指标Be可用下式计算得到：Be = = ( ma×Fpa ) + ( mb×Fpb ) + ( mc×Fpc ) +式中：a、b、c为排放物中所含的各种化学物质，m为各种物质的质量，Fpc为各种物质对某类环境造成影响的潜能因子：本次采用英国ICI公司研究使用的潜能因子，如表6所示。表 5 污水处理厂环境影响分类环境影响分类相关污染物来源全球变暖C

23、O2、NOX、CH4、CO生物处理、发电、污泥处理、消化过程、运输大气酸化NH3、NO2、SO2格栅、沉砂池、初沉池、生物处理、消化、发电水体富营养化N、P排放水水生物毒性重金属（Hg、Cd、Cu等）排放水臭味氨、硫化氢、甲硫醇、三甲胺格栅、沉砂池、初沉池、生物处理系统、污泥处理系统、污泥处置敏感性有无、个数、距厂区位置、功能区划分类型受纳水体BOD、COD等二级出水表 6 城市污水处理厂各种环境影响类别的F影响类型影响物质F全球变暖（GW）CONOX40CH21CO3NH31.88大气酸化（AG）NO0.7SO1.0水生物毒性Hg16.67Cd2.0Cu1.0水体富营养化N1.0P0.067

24、 量化结合城市污水处理厂工艺特点及相关文献，采用层次分析法（AHP）对污水处理厂进行多目标规划，根据层次分析法的运算特点及本项目的性质，对城市污水处理厂各阶段的污水处理工序进行层次分析，所构成的层次分析框图见图 4。5. 2 评价过程利用上述研究方法对某市两座使用不同污水处理工艺的污水处理厂进行比较。甲厂使用活性污泥法(S2)，乙厂使用生物滤池工艺(S1)，处理规模均为8 × 104 t/ d。通过对这两个污水处理厂进行数据收集整理，依照层次分析结构中不同影响类型赋予定量与定性的标度值，对两厂两种工艺作比较。由于所研究的两个污水处理厂甲厂刚改造完工，乙厂为新建厂，在评价技术性能时没有

25、将两厂的运行稳定情况包括在内。另外，由于该地区的城市污水中含有的重金属元素的量比较小，故水生物毒性也不是考察的主要目标。由此，在层次分析框图中包括的影响因子为12 个。图 4 城市污水处理厂影响评价层次分析框图（1） 环境效益考察重点是环境效益， 其标度值是P 层中最高值， 构造出A-P 矩阵， 同时构造出3个P -M 矩阵及12个M -S矩阵， 然后进行层次单排序与总排序，得到最终的总排序(表7)。表 7 层次总排序（1）层次AS1S2M10.0880.4450.555M20.0180.9000.100M30.0520.7240.276M40.1920.5050.495M50.0170.50

26、00.500M60.0720.6360.364M70.2520.4640.536M80.1380.6000.400M90.0160.7550.245M100.0290.1670.833M110.0520.6470.353M120.0750.2080.792A-S权值-0.5100.490结果表明，在以环境效益为重点考察目标的前提下，综合经济效益、技术性能和环境效益3个因素，乙厂的权值为0.510，甲厂的权值为0.490，乙厂略优于甲厂。也就是说，如果从污水处理厂的进水到出水的生命周期过程来对二者进行比较的话，乙厂是首选方案。（2） 经济效益方法同（2），见表 8。表 8 层次总排序（2）层次A

27、S1S2M10.5280.4450.555M20.1060.9000.100M30.0210.7240.276M40.0780.5050.495M50.0070.5000.500M60.0300.6360.364M70.1040.4640.536M80.0570.6000.400M90.0070.7550.245M100.0120.1670.833M110.0210.6470.353M120.0310.2080.792A-S权值-0.5170.483结果表明，在以经济效益为主要关心焦点的条件下，乙厂在考察范围内优于甲厂。（3） 技术性能方法同上，见表 9。表 9 层次总排序（3）层次AS1S2

28、M10.0880.4450.555M20.0180.9000.100M30.1270.7240.276M40.4660.5050.495M50.0410.5000.500M60.0300.6360.364M70.1040.4640.536M80.0570.6000.400M90.0070.7550.245M100.0120.1670.833M110.0210.6470.353M120.0310.2080.792A-S权值-0.5320.468结果表明，如果以技术性能作为主要关心焦点，乙厂仍然比甲厂的综合效益好。综上所述，综合各方面因素考虑，乙厂具有优越性。（4） 单因素分析同样，利用层次分析法

29、原理还可以对目标层P层与方案层S层作层次总排序， 从而更为细致地比较在各类单项目标下，两种方案的优劣性。单从经济效益角度来看，层次总排序见表10。表 10 层次总排序（1）层次PS1S2M10.8330.4450.555M20.1670.9000.100P-S权值-0.5210.479结果表明：在总投资额方面，乙厂的建设投资高于甲厂；在运行过程当中，甲厂的花费比乙厂高，同时投入后乙厂处理的废水每天有2. 7 × 104t回用，甲厂仅有1 × 104 t回用，乙厂在废水回用方面获益很大，故从总体上说甲厂在经济效益方面小于乙厂。即单从经济效益角度考虑，, 乙厂可作为选择的对象。

30、单从技术性能角度来看，层次总排序见表11。表 11 层次总排序（2）层次PS1S2M30.2000.7240.276M40.7350.5050.495M50.0650.5000.500P-S权值0.5480.452结果表明：在技术性能指标下，乙厂占有优势，这主要是由于生物滤池处理工艺的能耗小于活性污泥处理工艺的能耗。在出水水质合格率方面，二者比率差不多；另外这两个污水处理厂 一个正处于新建试运行阶段，另一个处于改造后试运行阶段，所以出水水质还没有达到完全稳定的程度，可能仍会出现一些波动。 对于污泥的处理与利用，两厂均对所产生的污泥进行浓缩和脱水处理后，送往该市同一垃圾厂，对技术性能的影响度可视

31、为相同。单从环境效益角度来看，层次总排序见表12。表 12 层次总排序（3）层次PS1S2M60.1140.6360.364M70.3980.4640.536M80.2170.6000.400M90.0250.750.245M100.0460.1670.833M110.0820.6470.353M120.1180.2080.792P-S权值0.4920.508结果表明，单从环境效益角度来看，乙厂的环境效益劣于甲厂的。其中在酸化、水体富营养化、臭味及受纳水体四类环境影响下，乙厂占有主导地位，在全球变暖、敏感点和污泥处置三类环境影响下，甲厂占主导地位。（5） 结果解释通过生命周期分析，发现有许多方

32、法可用于改善污水处理厂能源管理、设备管理以及对环境政策进行修正改进。首先，对于所有的处理工艺，通过改善工艺设计和运行管理可以降低能耗， 同时也降低了运行费用。对于活性污泥法而言，其能耗量远远大于生物滤池工艺的。鼓风机是活性污泥法生物处理的主要动力设备，高效率优质鼓风机的选用不仅具有节能作用，并且也有利于对曝气池混合液的溶解氧浓度进行控制。对于生物滤池工艺而言，虽然在所考察的范围内乙厂的能耗较甲厂次之，但仍可以通过采取某些措施进一步减小能耗。由考察分析可知，生物滤池工艺营运过程中的主要能耗为提升废水的水泵所致，因此，在设计和建设过程中合理确定水泵的流量和扬程至关重要。其次，对供电单位进行选择和管

33、理也有助于降低污水处理厂在生命周期内的环境影响。供电单位对燃料的选择，应该考虑其燃烧后的环境效应，尽量选择污染物产量少的燃料，并且建立一套相应的系统来管理和减少其所产生的环境影响。从而既在一定程度上降低了城市污水处理厂对环境的影响，也有利于整个地区的大气环境质量。再次，在臭味和敏感点问题上，也是值得进行分析探讨的。 由工艺可知，甲厂同样可以对臭味进行处理，不过臭味处理系统安装的同时也会增加污水处理厂的投资费用和运行费用。 由本文所考察的对象来看，甲厂虽未上臭味处理装置，但是厂区内的绿化开展得很好，通过绿色植物的吸附处理后，到达外界环境的臭味有很大程度的削减；同时该厂区附近没有显著的关心点位，未

34、造成明显的不良影响。所以就目前来说， 臭味处理系统安装与否，既要考虑到环境影响问题，还要顾及经济承受能力，应根据侧重点的不同，采取相应的处理方案。乙厂厂址的选择具有一定的敏感性，因此为了保证周围环境的大气质量，该厂设置了臭味处理系统控制该污水处理厂的臭味排放，同时在厂内外也进行了充分的绿化、美化，确保不会对环境造成负面影响。这些措施的实施必然会增加经济投入和能量的消耗。所以在污水处理厂的设计阶段要全面考虑各类影响因素，充分论证，既要在经济上确保工厂的负担能力，又要保证所带来的环境负效应最小。另外，对于工程现场的施工建设单位和运输部门也应建立一套监理和奖励制度，促使其在作业中尽量贯彻“环境无害化”的原则，采取措施减少污染、减少滋扰行为和对自然环境的破坏，尽量回收可利用资源。6 LCA的展望由生命周期评价的组成部分分析得知，LCA有如下特点：它