（环境科学专业论文）浙江省白纸板造纸业的生命周期评价.pdf

浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ec o n c e p to ft h el i f ec y c l ea s s e s s m e n t ( l c a ) o r i g i n a t e di nt h el a t e ro ft h e 19 6 0 s t h es t a r t i n gl a n d m a r ko ft h el c aw a st h es t u d yo nt h ec o e a - c o l ap a c k a g e w h i c hw a sc a r r i e do u tb ya m e r i c a nm i d w e s tr e s o u r c ei n s t i t u t e ( m r i ) i n19 6 9 t h el c a m e t h o d o l o g yh a sb e e ng r a d u a l l yi m p r o v e db yp r a c t i c ei nt h i r t yy e a r s i n 1 9 9 3 ，t h el c a h a db e e ni n c l u d e di nt h ei s 0 1 4 0 0 0s e r i e ss t a n d a r d sa n db e c a m ea n i m p o r t a n ts u p p o r tt o o lf o rt h ee n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n ta n dp r o d u c td e s i g n l c a c a nb ea p p l i e di nt h ed e v e l o p m e n ta n dd e s i g no ft h ep r o d u c t ，a n dc a l ls u p p o r tt h e g o v e r n m e n t st om a k ee n v i r o n m e n t a ld e c i s i o n ，a tt h es a m et i m e ，i tc a ns u p p l ya s i g n i f i c a n tp r o d u c te n v i r o n m e n t a ll a b e lt oc o n d u c tt h ec o n s u m e r sm a n n e r ，s o t h e d e v e l o p m e n ta n d t h ea p p l i c a t i o no ft h el c a m e t h o d o l o g yn o w h a sb e e nw i d e l y i n t e r e s t e db yi n t e r n a t i o n a ls o c i e t y i nt h i s p a p e r , t h e l c a m e t h o d o l o g y i s a p p l i e d t o z h e j i a n g w h i t e p a p e r b o a r di n d u s t r yt oa n a l y z et h e e n v i r o n m e n t a li m p a c t st h r o u g h o u tp a p e r sl i f e f r o mr a wm a t e r i a l sa c q u i s i t i o n ，m a n u f a c t u r i n g ，u s e r e u s e m a i n t e n a n c et ot h ew a s t e t r e a t m e n t ，b a s e do nt h el i f ec y c l e i n v e n t o r ya n a l y s i sr e s u l t s ，t h ef o l l o w i n g c o n c l u s i o n sc a nb ed r a w ：p u l p i n gf r o mw a s t ep a p e ra n dp a p e r m a k i n ga r et h em o s t i m p o r t a n tp r o c e s s e s t ow a t e re n v i r o n m e n t a li m p a c t ，t h em a j o re n v i r o n m e n t a l i m p a c t f a c t o r sa r es s 、c o d 、b o d ，t h ei m p o r t a n tc o n t r i b u t i o n st ot h ea i re n v i r o n m e n t a li m p a c t a l eo r i g i n a t e db yt h ee l e c t r i ce n e r g yp r o d u c t i o na n dh e a t p r o d u c t i o n ，t h em a j o r e n v i r o n m e n t a l i m p a c t e m i s s i o n sa l ec 0 2 、s 0 2 、n o xa n dd u s t ；t h e i m p o r t a n t c o n t r i b u t i o n st os o l i dw a s t ea r et h ec o a la s hf r o mt h e p o w e rb o i l e r 、t h er e j e c t s c o m ef r o mt h es c r e e n i n ga n dc l e a n i n gs y s t e ma n dt h es l u d g ef r o m p a p e r m a k i n g w a s t ew a t e rl a e a t m e n t i m p a c ta s s e s s m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h em o s t i m p o r t a n t e n v i r o n m e n t a li m p a c tr e l a t e dt ot h ep a p e r m a k i n gi n d u s t r yi sa c i d i f i c a t i o n ，t h en e x t o n ei s g l o b a lw a n n i n g ，e u t r o p h i c a t i o n 、s o l i d w a s t ea n dd u s ts h o u l dn o tb e i g n o r e d ，t h e r e s u l t so ft h el c as h o w t h m ：u s i n gc l e a ne n e r g y , e x p a n d i n gt h e u s eo f w a s t ep a p e r ，r e f o r m i n gt h ep r o d u c t i o nf l o w s h e e ta n dr e n e w i n gt h ee q u i p m e n t sc a n h e l pt h ec o r p o r a t i o nt or e d u c ee n e r g yc o n s u m p t i o n 、r e s o o l c ec o n s u m p t i o na n d t h e e n v i r o n m e n t a le m i s s i o n s t od e c r e a s et h ec o s to ft h ep a p e r p r o d u c t ；a n da l s o 环境科学专业 2 浙江人学硕士学位论文 c a l lh e l pt h ec o r p o r a t i o nt o d e v e l o pa n d u s et h er e s o u r c er e a s o n a b l y , t ou s et h e r a wm a t e r i a l sa n de n e r g yw h i c ha r eb e n e f i c i nf o re n v i r o n m e n t ，t oi m p r o v et h eu s e e f f i c i e n to ft h er a wm a t e r i a l sa n de n e r g y , t or e d u c et h ew a s t eo ft h er e s o u r c ea n dt h e e m i s s i o no ft h ep o l l u t a n t s ，t or e d u c et h ep r e s s u r eo ft h ep a p e r m a k i n gi n d u s t r yt ot h e e n v i r o n m e n t l c ac a nb eu s e dt oc o n t r o la l lt h ep r o c e s s e st h r o u g h o u tt h ep a p e r sl i f ef r o m p r o d u c td e s i g nt op r o d u c te l i m i n a t i o nt op r e v e n ta n dr e d u c et h ep o l l u t i o n ，t or e a l i z e s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to f t h ep a p e r m a k i n gi n d u s t r y a tt h es a m et i m e ，l c ac a n a l s om a k et h ee n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n ti no u rc o u n t r yk e e pu pw i t ht h a to f t h e i n t e r n a t i o n a l ，i tw i l l b eb e n e f i tt oe l i m i n a t et h et r a d ew a l la n dp r o m o t et h e d e v e l o p m e n t o ft h ei n t e r n a t i o n a lt r a d e k e yw o r d s ：l i f e - c y c l e a s s e s s m e n t ；w h i t ep a p e r b o a r di n d u s t r y ；e n v i r o n m e n t a l m a n a g e m e n t 环境科学专业 3 浙江大学硕i j 学位论文 第一章前言 1 ，l 浙江省造纸业的现状及存在的问题 造纸术是中国古代四大发明之一，在人类文明发展史上有着重要的意义，造 纸工业在全球工业中一直占据着重要的地位。现代造纸业是国民经济基础原材料 工业，其产品8 0 作为生产资料，2 0 用于生活消费，具有很强的产业关联度， 其影响系数为1 2 5 ，高居各业之首。行业排序超过钢铁工业和航天工业位列第三 位【“。世界上已将纸和纸板的生产和消费水平作为衡量一个国家现代化水平的重 要标志之一，经济发达的国家如美国、日本、加拿大和北欧等都拥有发达的造纸 工业。 造纸工业总产值在全国工业总产值中的比例逐年提高，由1 9 9 9 年的1 8 3 提 高到2 0 0 1 年的1 8 9 。造纸工业在我国轻工业中也占有较大比重，与人们的日 常生活息息相关。2 0 0 1 年全国纸和纸板生产量为3 2 0 0 万吨，消费量3 6 8 3 万吨， 纸和纸板产量和消费量均居世界第二，人均消费量2 9 k g 年( 与发达国家相比 还有较大差距，美国人均年消费纸3 2 0 k g 年) 2 1 。我国造纸业处于供不应求的 状态，还有广阔的发展空间。 根据2 0 0 1 年全国造纸生产布局统计，东部1 2 省的纸和纸板产量占全国总产 量的7 】，中部9 省占2 2 ，西部1 0 省占7 t2 1 。浙江造纸业在全国造纸业中占 有重要地位，2 0 0 1 年全国机制纸和纸板产量2 8 4 0 万吨，浙江省产量为3 7 1 万吨， 占全国总产量的1 3 ，仅次于山东，居第二位。纸板是浙江造纸工业发展速度最 快的品种，已成为浙江造纸业的主导产品，2 0 0 1 年纸扳产量占造纸总产量的 7 6 2 ，其中涂布白纸板占5 2 左右，具有较强的代表性。浙江造纸业的主要原 材料是废纸，在原料结构中占7 5 的比例，废纸的利用己高于全国和世界的平均 水平。 造纸业的发展会造成资源的耗竭和环境污染。造纸业的环境污染会破坏人类 生态系统，造成生态系统失衡，直接威胁人类的生存。造纸工业污染在美国被列 为六大公害之一，其排水量占全国排水量的1 1 5 ，在日本被列为五大公害之， 在瑞典及芬兰，造纸工业排水中的有机污染物排放量占全部工业排水中有机污染 物的8 0 h 。 环境科学专业 2 浙江大学硕士学位论文 据2 0 0 0 年环境公报统计，我国县级及县级以上制浆造纸及纸制品工业废水排 放量3 5 3 亿吨，占全国工业废水排放总量的1 8 2 ，排放的废水中c o d2 8 7 7 万吨，约占全国总排放量的4 0 8 i 引，造纸工业水污染治理己成为造纸行业乃至 社会关注的焦点，也是造纸企业生存与发展的关键，解决造纸废水的污染问题也 是迫在眉睫。我国造纸企业由于资金缺乏，设备落后，技术力量薄弱，单位产品 的能耗、物耗等还远远高于发达国家，环境排放也高于发达国家( 对比见表1 1 ) ， 我国造纸业节能、降耗、减污还有较大潜力可挖。 表1 1 国内外废纸造纸业物料、能耗情况对比 摘自景兴纸业清洁生产审计报告 浙江省除了个别生产特种纸的企业仍保留了自制浆生产线外，其它各类自制 化学浆生产全部关停，由于基本上都采用废纸制浆造纸取代了原材料制浆，减少 了原料制浆的废液及废气，但废纸制浆仍然会产生一些废水和废渣等。由于小企 业多，而且造纸企业分布比较集中，杭州、宁波、嘉兴三个市的企业数和生产能 力已占全省总数的7 2 以上，污染仍较为严重，治污成本高，不少企业仍达不到 排放标准。 1 2 生命周期评价( l c a ) 在造纸业中的应用 生命周期评价是对产品生产工艺以及活动对环境的压力进行评价的客观过 程，它是通过对能量和物质的利用以及由此造成的环境废物排放进行识别和进行 量化的过程。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。评价贯穿于产品、工艺和活动的 整个生命周期，包括原材料提取与加工、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处理。 造纸业的原材料( 水、木材、化学品) 、能源消耗较大，而且环境污染也比较 严重。9 0 年代初随着l c a 研究在欧洲国家的广泛兴起，l c a 也被广泛应用于造 环境科学专业 2 3 浙江人学硕一j j 学位论文 纸行业，但相关的研究0 1 主要集中于造纸工业比较发达的西欧困家，如瑞典、 丹麦、芬兰等。研究的主要目的是对纸包装材料的废物处理方法进行比较，如纸 包装材料是再生对环境影n l a j d , ，还是燃烧或填埋对环境更有益。近年来l c a 方法 在国际造纸工业其它方面的研究也开展了一些，如生命周期评价在葡萄牙制浆造 纸工业中的应用【1 1 ，纸张回收利用生命周期清单分析方法问题【1 2 】，生命周期评 价用于芬兰林业和环境方面等口。这些研究对造纸业提高资源利用率和节约能 源部有一定的指导意义。需要说明的是，生命周期评价受地域、产品品种等影响 较大，同种产品在不同国家、不同地区，由于经济基础不同、资源分布不同，生 命周期分析结果可能会有较大的差异。根据各国及各地区关于废纸再生或燃烧、 填埋的l c a 评价的结果，总的趋势表明，废纸再生优于燃烧或填埋，主要表现在 能耗下降，废水和废汽排放减少。这个结论对中国造纸业扩大废纸回收利用提供 了理论支持。 生命周期评价方法在中国工业产品生产中的应用方面的研究还处于起步阶 段，杨建新等人编著的产品生命周期评价方法及应用( 2 0 0 2 年出版) 1 1 4 1 首次 提出了适合于中国开展生命周期评价研究的方法和模型，还总结了几年来应用生 命周期评价进行产品分析、评价、设计、管理等不同领域的研究案例。生命周期 评价在中国造纸业的应用主要体现在清洁生产审计和i s 0 1 4 0 0 0 的认证中，对造 纸企业实施清洁生产提供理论支持。 1 3l c a 在浙江省白纸板造纸业中研究应用的意义 生命周期评价( l c a ) 是面向产品系统的重要环境管理工具，将其用于造纸 业，主要是为政府制定行业排放标准提供依据；为造纸企业通过i s 0 1 4 0 0 0 认证 提供帮助；可指导造纸企业实施清洁生产，达到减污降耗；为优化造纸原材料结 构提供支持。 利用l c a 的方法，对浙江省涂布白纸板造纸业进行生命周期分析，通过对 能耗、物耗全面平衡，寻求降低能耗、物耗、降低产品成本和减轻环境污染负荷 的机会与途径，指导企业进行清洁生产。从原材料获取到产品废弃处理的全过程 中每个可能产生污染的环节进行控制，从而达到预防和减少污染，实现经济、环 境和人类社会的可持续发展。在原材料选择时应以保护环境为目标，尽可能合理 开发和利用资源，采用有利于环境的原材料和能源；在生产过程中改革生产工艺 环境科学专业 4 浙江火学硕。1 1 学位论文 流程和参数，更新生产设备，尽可能提高每道工序的原材料和能源利用率，节约 能源、资源，降低消耗，减少生产过程中资源的浪费和污染物的排放，废物循环 利用和综合利用，指导企业加强科学管理，推行清洁生产；在产品使用过程中， 提倡绿色消费的观念，使人类的消费活动无害于环境，做到对自然资源的适度利 用和综合利用；使用后的纸制品，应尽可能地分类回收使用，建立完善的废纸回 收机制，提高废纸回收利用率，以节约原材料，降低能耗，也可减轻环境污染。 同时通过对造纸业进行生命周期评价，也可使我国造纸业的环境管理工作与国际 通行做法接轨，有利于造纸企业在国际贸易交往中打破绿色贸易壁垒，促进经济 与环境协调发展。 环境科学专业 浙江人学硕士学位论文 第二章l c a 的识别和评估方法 2 1l c a 的基本框架 1 9 9 3 年，环境毒物化学学会( s e t a c ) 在“生命周期评价纲要一实用指南” 中将生命周期评价的基本结构归纳为四个有机联系的部分，即目标和范围的确定 ( g o a l a n d s c o p ed e f i n i t i o n ) 、清单分析( i n v e n t o r ya n a l y s i s ) 、影响评估 ( i m p a c t a s s e s s m e n t ) 和改善评价( i m p m v e m e n ta s s e s s m e n t ) 1 1 5 - 1 7 。这几个阶段既 相互独立，也相互联系。见图2 1 影 评价 清单分析 图2 1l c a 的技术框架( 源自s e t a c ，1 9 9 3 ) 国际标准化组织( i s o ) 于1 9 9 7 年6 月颁布了i s 0 1 4 0 4 0 ( 环境管理一生命周期 评价一原则和框架) 标准，在原来s e t a c 框架的基础上做了一些改动，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。i s o t 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 框架的个重要改进是去掉了改善评价 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。 环境科学专业 浙江大学顺士学位论文 生命 周期 解释 图2 - 2i s o 生命周期评价框架( 源自i s 0 1 4 0 4 0 ，1 9 9 7 ) 2 1 1 目的与范围的确定 目标和范围的确定是生命周期评价的第步，也是最重要的一步，整个研究 是围绕这个目标而进行的，它直接影响到整个评价工作程序和最终的研究结论。 定义目标必须明确说明此研究的目的、原因和研究结果可能应用的领域。研究范 围应保证能满足研究目的，包括描述产品系统、功能单位、系统边界、分配程序、 影响评价方法、数据质量和假设等。 2 1 2 清单分析 清单分析是对产品、工艺过程或者活动等研究系统整个生命周期阶段原材料 和能源的使用以及向环境排放废弃物等进行定量的技术过程。清单分析包括数据 的收集和计算( 原材料和能源的消耗，大气、水、土壤的排放及固体废物的产生) ， 是对产品系统有关输入和输出进行量化的过程。清单分析的任务就是要收集这些 数据，并通过一些计算，给出以产品功能单位表达的产品系统的各种输入和输出 ( 郎建立清单) ，作为下一步生命周期影响评估的依据。 2 1 3 影响评估 影响评估是对清单分析结果进行影响分类、特征化和量化的过程，评估产品 系统对不同环境影响类型的潜在贡献。其实质是对清单分析的结果进行定性或定 量排序的一个过程。评估的目的是通过使用与清单结果相关的影响类型和类型参 数，从环境的角度审察所研究产品系统，并为后面的生命周期解释阶段提供信息。 王 境科学专业 6 浙江人学硕士学位论立 2 1 4 生命周期解释 这一阶段是将清单分析和影响评估的发现与研究的目的、范围进行综合分析 得出结论与建议的过程。生命周期解释是和另外三个阶段关联在一一起的，系统地 评估在产品、工艺或活动的整个生命周期内削减能源消耗、原材料使用以及环境 释放的需求和机会。这种分析包括定量和定性的改进措施，例如改变产品结构、 重新选择原材料、改变制造工艺和消费方式以及废弃物管理等。 综上所述，l c a 实际上就是根据分析目标，通过跟踪产品生命周期全过程的 物料流和能量流，分析物质流、能量流以及价值流间的定性或定量的关系以及应 遵循的准则，研究所获得的各种信息，并提取有用的信息的方法。 2 2l c a 的识别方法 生命周期清单分析是对产品、工艺过程或活动等研究系统整个生命周期阶段 资源和能源的使用及向环境排放废弃物进行定量的技术过程。通过量化产品系统 的有关输入和输出，来识别个产品和生产过程的生命周期中哪些地方能减少资 源使用以及环境废物排放。生命周期清单分析既是生命周期评价中环境影响评价 的基础，也可直接指导生产实践。 清单分析开始于原材料的采购，直到产品的最终消费和处置。任何个产品 的生命周期可以划分为以下几个主要阶段( 如图2 3 ) ：( 1 ) 原材料的获取( 2 ) 生 产产品( 3 ) 产品的使用或消费( 4 ) 产品的再生和废物的管理。l c a 是综合分析这 些活动及排放物对环境产生的影响的一种方法。 清单分析的步骤可以用图2 - 4 简要表示，它是一个不断重复的过程。 清单分析包括数据的收集和计算程序，其目的是对产品系统的有关输入和输 出进行量化。 2 ，2 1 数据收集和确认 l c a 研究目的和范围确定后，单元过程和有关的数据类型也就初步确定了。 由于数据的收集可能覆盖若干个报送点和多种出版物，因此需要进行数据准备， 即包括：( 1 ) 绘制具体的过程流程图，以描绘所要建立模型的单元过程和它们之间 的相互关系。( 2 ) 详细表述每个单元过程，并列出与之相关的数据类型。( 3 ) 编制计 量单位清单。( 4 ) 针对每种数据类型，编写数据收集技术的有关说明。( 5 ) 确认数据 质量。其核心部分包括：明确数据质量，确定数据的来源和种类。 却，境科学专业 7 浙江大学硕 ：学位论文 数据质量是指分析中所用数据来源和数据的可信程度，它对生命周期评价研 究结果的质量至关重要，数据质量主要取决于数据来源。数据来源是指获得l c a 数据的途径，包括工厂报告、政府文件、报告、杂志及参考书等。工厂报告是实 测数据，也是原始数据，比较有说服力：政府文件、报告可能是些统计数据， 与杂志及参考书的数据样，都是文献数据，其可信程度取决文献的来源和级别。 清单分析中所用的数据其实就是原始数据和间接数据的集合。数掘类型一般包括 测算数据( 统计和未统计) 、模拟数据、非测算数据( 估计的) 。数据质量涉及时 问跨度，空问范围( 局地、区域或全球等) 和技术覆盖面( 技术代表性等等) 。 对实测数据和文献数据的来源应给予说明。 数据收集方法主要有自行收集、利用现有的生命周期分析数据库和知识库、 文献数据和非报告性数据等几种。收集到有关数据后，就要用数据质量指示器来 分析数据来源，评价数据质量。对缺失和缺乏的数据要进行调整和补偿。 输入 原材料， 能量+ 生命周期阶段 输出 系统边界 图2 - 3 生命周期评价的阶段和边界( 源自e p a ，1 9 9 3 ) 环境科学专业 浙江火学硕i 学位论文 图2 - 4 清单分析的简化程序 2 2 2 数据的关联与合并 产品系统可以划分为一组组单元过程，单元过程之间、单元过程和其他系统 之间、单元过程和环境之间都是通过各种流来联系的。这些流的形式、单位各异， 从而造成数据的不统一，因此要进行分析就要为这些流确定一个基流( 如l k g 材 料或l m j 能量) ，然后才能计算出单元过程的定量输入和输出数据。通过确定基 准流，就可实现数据与单元过程的关联。 根据流程图和系统边界可以将各单元过程相互关联，从而对整个系统进行计 算。这一计算是以统一的功能单位作为该系统所有单元过程中物流、能流的共同 基础，求得系统中所有的输入和输出数据。 数据合并是将产品各功能单元和过程中相同影响因子的数据求和，以获得该 环境科学专业 9 浙江_ 人学碗j ：学位论文 影响因子的总量，为产品级的影响评价提供必要的数据。 2 2 3 清单数据分配 生命周期清单分析中很重要的一部分就是将产品系统中的单元过程式以简 单的物流或能流相联系。大部分工业过程都是产出多种产品，并将中间产品和弃 置的产品通过再循环用作原材料，因此必须根据既定的程序将物流、能流和环境 排放等合理地分配到各个产品。分配多出现在多产品系统及再循环过程中。 清单是建立在输入与输出的物质平衡的基础上，分配程序应尽可能反映这种 输入与输出的基本关系与特性，必须将每个要进行输入输出分配的单元过程所采 用的分配程序形成文件并加以论证。 只要有可能，物流、能流和排放的分配就应尽量避免。当分配问题不可避免 州，应将系统的输入和输出划分到其中的不同产品或功能，分配方法应能反映它 们之间的相应物理关系。当单纯的物理关系无法建立或无法用来作为分配基础 时，应以能反映它们之间其他关系的方式将输入在产品或功能间进行分配。 s e t a c 提出了一种对等分配法( 即5 0 ：5 0 法) ，即将产品中原材料生产和产 品最终作为废物处理造成的环境负载由原材料生产和废物处理系统各负担5 0 ， 两再循环过程所造成的环境负荷也由提供再循环材料的系统和接受再循环材料 系统各负担5 0 。尽管这种方法掩盖了产品系统输入和输出中各种能流和物流的 相对大小和重要性，但在实践中，由于其他方法经常缺乏足够的数据，因而对等 分配法成为目前应用最为广泛的方法。 2 2 4 清单分析结果的解释 由于输入的不确定性和数据变异性的累积，给清单分析研究带来了不确定 性。清单分析的结果必须根据研究目的与范围加以解释，解释中必须包含数据质 量评价和对重要输入输出及方法选用的敏感性分析，以认识结果的不确定性。 敏感性分析主要用于确定一个模型的输入参数改变后对整个模型结论的影 响。敏感性分析方法有条路敏感性分析口8 】( 即评价单个参数对模型结果的重要 性) 、图表分析法、比率分析法。不确定性分析是用来确定各种输入参数的不确 定性如何影响模型结果的不确定性。 2 3l c a 的评估方法 对生命周期影响评价目前国际上所采用的方法有定性评价和定量评价。定 环境科学专业 浙江大学硕 学位论文 性方法具有一定的随意性和不可比性，而定量方法相对比较严格，易于对比。国 际上定量化方法一般采用定量模型评价，基本上可以分为两大类：“环境问题法” 和“目标距离法”。前者着眼于环境影响因子和影响机理，通过对各种环境干扰 采用当量因子进行数据的标准化和对比分析。而后者则着眼于影响后果，采用目 标距离的原则，即某种环境效应的严重性用该效应当前水平与目标水平之间的距 离来表征。 目前国际上一般采用s e t a c ( 1 9 9 l ，1 9 9 3 ) 建立的框架，将生命周期影响评 价分为分类、特征化和评估三个步骤。而在最新的i s 0 1 4 0 4 2 标准中基本上承认 了$ e t a c 的方案，但进行了必备要素和可选要素的划分，即将分类和特征化以及 影响类型、参数、评价模型作为必备要素，而将评估阶段列为可选要素，又进一 步将其划分为归一化、分组、加权以及数据质量评价四个步骤。 2 3 1 影响类型、类型参数和特征化模型的选择 环境影响是各种环境干扰因子综合作用的结果。因此，环境影响类型的划分 与保护目标有密切关系。从保护目标出发可以分为资源消耗、人体健康以及生态 系统健康等。而从发生作用的空间尺度看，有全球性影响、区域性影响和局地性 影响。 目前国际上也无统一的环境影响类型分类方法。在实践中，一般根据美国 e p a 方案和s e t a c 方案，s e t a c 于1 9 9 3 年提出的分类方案( 表2 一1 ) 至今仍为大 部分l c a 研究所遵循。该方案主要考虑资源耗竭、人类健康和生态系统健康，分 为资源耗竭、环境污染及生态系统退化三大类。在每一大类中又分为一些具体的 影响类型。 在s e t a c 分类方案的基础上，根据i s 0 1 4 0 4 2 的原则，丹麦技术大学提出了 一个新的分类方法( e d i p ) ( 表2 2 ) ，即根据环境影响的空问尺度，将环境影 响分为全球性影响、区域性影响和局地性影响，又根据影响对象和影响途径分为 环境污染、资源消耗和职业健康。 中国科学院生态研究中心在研究我国汽车生命周期评价方面的研究中，就针 对我国的实际情况，选取了一个相对简单的影响类型划分方案( 表2 - 3 ) 。 选择了适当的影响类型后，就需要根据不同的影响类型确定类型参数。类型 参数的确定需要考虑环境干扰因子与环境影响之间的内在机制。 环境科学专业 浙江大学硕士学位论文 表2 1s e t a c 影响类型与保护目标 注：。表示潜在直接影响；( + ) 表示潜在间接影响。 表2 2e d i p 方法中环境影响类型分类体系 环境科学专业 浙江大学硕士学位论文 2 3 2 影响分类 分类是一个将清单分析的结果划分到影响类型的过程。分类阶段的一个重要 假设是环境干扰因子与环境影响类型之间存在着一种线性关系。在分类中当清单 分析结果只与一种环境影响类型有关时，就直接将其归类。但当环境干扰因子与 多种环境影响类型相关时，就需要考虑并联和串联问题。 2 3 3 特征化 特征化即针对所确定的环境影响类型对数据进行分析和定量化，是将清单分 析的结果根据分类结果转化为相应的环境影响。具体方法有很多种，常见的方法 有将清单分析所得的数据与环境标准或无影响浓度关联起来的“临界目标距离 法”，以及对污染接触程度和污染效应进行模拟的“环境问题”当量因子法。特 征描述需要进一步对数据进行标准化，主要目的是使得数据具有可比性。特征描 述的结果最终表达为环境影响状况。 2 3 4 比较评估 比较评估即对各种不同环境影响类型的贡献进行比较，以确定不同影响类型 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，其目的是进一步对 环境影响评价的数据进行解释和综合。目前进行评价的方式多是引用多目标决策 的分析技术，如b l o e m h o f r u w a r d ( 1 9 9 5 ) 是利用分析层次程序法( a h p ) 作为评 价工具：p o w e l l 等( 1 9 9 6 ) 则是利用愿付价格法作为比较不同回收系统的评价 工具，其化在s e i a c 的报告书中提到可以引用的方法还有多属性效用理论 ( m a l t ) 、影响分析矩阵法( i a m ) 、条件评估法等。 环境科学专业 浙江大学硕士学位论文 第三章l c a 模型在浙江省白纸板造纸业的应用实例研究 3 1 目标与范围 3 1 1 研究目标 本研究的目的是通过分析浙江省白纸板造纸业不同生命周期阶段的资源消 耗及其环境排放影响，辨识造纸生产过程中不同生命周期阶段对环境影响的相对 大小，找出影响环境状况的主要因子，从而提供改进生产工艺、进行绿色清洁生 产的机会与途径。 研究的主要目标有三个： 识别和评价涂布自纸板生产过程中不同生命周期阶段的环境影响。 比较造纸生产过程及电能生产过程中两种不同的化石燃料( 煤、重油及天然 气) 的潜在环境影响。 比较造纸生产过程中不同的废纸利用率的潜在环境效益。 3 1 2 产品系统及边界 浙江省造纸业的主导产品是包装纸板，占7 5 3 ，其中涂布白纸板占5 2 左 右，具有较强的代表性。浙江造纸业的主要原材料是废纸，在原料结构中占7 5 的比例。浙江省生产涂布自纸板的企业主要有宁波中华纸业有限公司、富阳永泰 纸业集团股份有限公司、浙江天听纸业有限公司等，考虑到数据的可得性和技术 水平的代表性，本研究选浙江天昕纸业有限公司为代表，以涂布白纸板作为具体 的研究对象，对浙江废纸造纸业进行生命周期评价。 涂布自纸板属于中高档的包装纸板，主要用于香烟的外包装、化装品的外包 装、药品的外包装等。为了能满足其质量要求，又能降低成本，涂布白纸板结构 一般分为五层：涂布层、面层、衬层、芯层、底层。涂布层由颜料( 瓷土、碳酸 钙等) 和胶粘栽( 丁苯胶乳等) 组成：面层为了保证白度和表面强度，一般用漂 白针叶木浆和阔叶木浆制造( 原生浆) ；衬层、芯层夹在中间，为了降低成本， 一般用废纸回收浆，其中衬层质量比芯层稍好一些：底层作为内包装面，不能有 油污点，一般用废纸脱墨浆。由于产品定量不一，其各层的比例也不相同。 系统边界理论上应包括所有过程，即从原材料获取到废弃物处理。但由时 间和经费的限制，以及数据可获性和数掘质量等问题，研究中对系统边界做出适 当的界定。 环境科学专业 浙江大学硕士学位论文 本研究的系统边界包括以下几个过程： 漂白针叶木硫酸盐浆的生产 废纸制浆 涂布白纸板的抄造 废水处理 电能、热能的生产 原材料获取阶段主要包括漂白针叶木硫酸盐商品浆和废纸的获取，工艺用水 的获取，辅助化工原料的获取：能源主要以电能和热能的形式使用，并根据我国 能源结构中主要以煤为主的特点，电能和热能主要由燃煤获得( 国外企业为了减 轻环境污染，采用重油或天然气取代燃煤，本文也作了一些对比和讨论) ；生产 加工阶段包括商品浆板的碎解，废纸制浆、抄纸及涂布过程；废纸再生主要考虑 使用后的纸板的回收和废纸的制浆造纸( 废纸的燃烧和填埋作了简单的比较说 图3 1 涂布白纸板生命周期系统边界 环境科学专业 浙江火学硕士学位论文 3 2 影响评价方法 本研究采用了中国科学研究院生态研究中心根据s e t a c 和i s o 关于l c a 的影 响评价阶段的概念框架开发的评价模型框架 1 4 1 进行浙江省白纸板造纸业的生命 周期环境影响评价。该框架的基本思想是，通过评估每一具体环境交换对己确定 的环境影响类型的贡献强度来解释清单数据。 模型包括相互联系的四个技术步骤( 图3 2 ) ： 清单结果+ 影响潜值- r 标准化+ 加权+ 影响指数 全球变暖 不可更新资源 酸化 富营养化 固体废弃物 烟尘及灰尘 可更新资源 孑慷誓拥有广1 蒸誓”。 资源消 耗系数 塞篓慨 j 响负荷 图3 2 生命周期影响评价框架 ( 1 ) 计算环境交换的潜在影响值。各种环境排放物对各种环境影响类型的潜在 贡献，即环境排放影响潜值。 ( 2 ) 数据标准化。相对于整个社会活动所造成的总环境影响而言，产品系统资 源消耗、环境污染潜值究竟有多大。 ( 3 ) 环境影响加权。根据各种环境影响和资源消耗的重要性级另u ，对标准化后 的环境影响潜值和资源消耗潜值进行赋权，从而评价其相对影响潜值大小。 ( 4 ) 计算环境影响负荷和资源耗竭系数。 环境私学专业 嘞妣娜慨咖n贼姚黝 浙江犬学硕士学位论文 3 3 数据分析及测算结果 3 3 1 数据分析方法及来源 3 3 1 1 功能单位 功能单位采用i t 涂布白纸板，即分析和评估生产i t 涂布白纸板的原材料、能 源消耗及环境废物排放。 3 3 1 2 分配原则 按照i s 0 1 4 0 4 0 提供的分配程序和原则进行输入、输出分配： 尽可能通过系统边界的延伸来避免分配 如果必须进行分配，则根据不同生产过程或功能在各产品之间进行输入和输出 分配 本研究中将废纸原料的获取阶段的物耗和能耗及环境废物排放，按对等的方法 分配于废纸作为产品第一次生产、使用的过程中和作为废纸再生的过程中。 3 3 1 3 数据来源 本研究所采用的生产工艺数据及原材料消耗和能耗数据主要来自浙江省自 纸板造纸业中上等技术水平的浙江天听纸业的企业生产报表，基本上反映了浙江 省白纸板造纸业的平均水平。环境排放数据，尤其是大气排放物的量，由于大多 企业缺乏检测数据，数据主要来自相关文献资料。本研究的统计数据主要来自 2 0 0 0 2 0 0 2 年的t t 中国造纸年鉴”，实际工艺消耗、排放等数据来自浙江天听纸业 涂布自纸板生产车间的实测报告。 3 3 2 清单分析结果与解释 3 3 2 1 原材料消耗 根据浙江省天听纸业涂布白纸板生产同报表，生产i t 涂布白纸板的主要原 料消耗情况如表3 1 。 表3 - 1 中，生产单位涂布白纸板消耗最多的是水，为3 5 0 0 0k g a ，而国外相 应的工艺耗水仅为2 0 0 0 0k g h 左右。其次是废纸为8 7 5k g t ，漂白木浆板为1 1 0 k g t ，碳酸钙1 0 0k g t ，瓷土8 0k g t ，丁苯胶乳和硫酸铝相对较少。 环境科学专业 浙江火学硕j j 学位论文 * 8 7 5 为该厂实际废纸利用率，为了比较不同废纸利用率的资源消耗和环境排放情况，假 设废纸利用率为4 5 ( 2 0 0 2 年全国平均) ，用该厂的技术水平计算不同废纸利用率的消耗和排 放情况。 1 1 0 k g 漂白木浆为商品浆。生产i t 漂白木浆要消耗5 m 3 木材( 制浆得率为 4 0 ，5 m 3 木材重约2 5 0 ，约1 4 1 m 3 的水，约4 0 0 k g 的碱，约1 0 0 k g 的漂白剂， 还有一些少量原料不计其中。如此推算，1 1 0 k g 漂白木浆为商品浆需木材约o 5 5 m - 1 , 需水约1 6 m 3 , 需碱约4 4 k g ，需漂白剂约1 l k g 。 8 7 5 k g 废纸的主要原材料是木材，术材原料经过制浆造纸得到纸或纸板，纸或 纸板经过使用后以废纸的形式被回收利用，作为二次纤维原料。若把由木材原料 加工得到纸或纸板直到纸或纸板经使用后废弃称为系统a ，而把由废纸作为二次 原料生产纸和纸板规定为系统b ，那么面临的问题是如何将系统a 输出的废物 流在系统a 和b 之间分配【1 9 - 2 1 】，见图3 3 。 在该系统中，需要进行分配的环境负荷包括：原生材料生产过程中的环境负 荷、与废物处理相关的环境负荷及再循环过程中的环境负荷。1 9 9 0 年s e t a c 的 首次生命周期评价研讨会上提出了一种对等分配法( 即5 0 ：5 0 法) ，即将产品中 原材料生产和产品最终作为废弃和处理造成的环境负荷由原材料生产和废物处 理系统各负担5 0 。尽管这种方法常常掩盖了产品系统输入和输出中各种物流和 能流的相对大小，但在实践中，由于其它方法经常缺乏足够的数据，而使对等到 分配法成为目前应用摄为普遍的方法。因此，这里8 7 5 k g 废纸原料的获取所产生 环境科学专业 浙江夫学硕士学位论文 的环境负荷按生产4 3 8 k g 纸或纸板的环境负荷量进行计算。 生产4 3 8 k g 纸或纸板需木材原料约2r f l 3 ，需水约6 2 m 3 ，需碱约1 6 0k g ， 漂白剂4 0 k g 。从生命周期的角度，所有原料的消耗最终都核算为原生资源( 包 括矿物资源和生物资源) 。从原材料获取到产品制造阶段的原材料消耗见表3 - 2 。 由表3 2 可知，生产1 吨产品，消耗最多的是水，为1 1 3m 3 ，其次是木材为 1 3 2 5k g ，烧碱2 0 4k g 。若按废纸利用率4 5 计算的话，木材、烧碱、水、漂白剂 等消耗都有较大增加。丌发和利用废纸资源不仅可以满足制浆能力，变废为宝， 而且，废纸造纸的原料成本比木浆少3 0 5 0 。生产1 吨本色化学木浆需要4 m 3 表3 - 2 白纸板的生命周期原材料消耗 多的木材，生产1 吨漂白化学木浆需5m 3 的木材，生产1 吨纸或纸板仅需1 3 吨废纸，这样可以大大降低纤维原料的消耗1 2 2 1 。据报道，回收1 吨废纸相当于少 环境科学专业 浙江大学硕上学位论文 砍1 7 棵大树。 水消耗量大的原因主要是造纸生产水循环利用率低。主要可采用的节水技术 和工艺有：湿法备料洗涤水循环，制浆逆流洗涤中浓