摘要:本文應(yīng)用生命周期評價方法，以最具代表性的景德鎮(zhèn)釉下青花瓷為研究對象，對青花瓷生命周期過程——原料制備、成形加工、燒成生產(chǎn)、產(chǎn)品使用等過程進行了能耗、水耗及污染物排放清單分析，并計算評估出污染物的環(huán)境影響負荷。結(jié)果表明，青花瓷生產(chǎn)中氣體污染物排放對環(huán)境影響最大，且主要集中在青花瓷燒成階段。本研究為青花瓷實現(xiàn)清潔生產(chǎn)和生態(tài)設(shè)計提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞:景德鎮(zhèn);青花瓷;生命周期;環(huán)境影響評價

1引 言

進入二十一世紀，隨著我國加入WTO，我國陶瓷工業(yè)現(xiàn)代化面臨巨大的發(fā)展機遇，同時迎來新的挑戰(zhàn)。其中，作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的陶瓷生產(chǎn)要消耗大量資源﹑能源，并排放CO2、SO2污水和粉塵污染物，嚴重污染環(huán)境，大大制約著我國陶瓷工業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)[1]。

傳統(tǒng)陶瓷生產(chǎn)的整個生命周期過程的各個階段均會對環(huán)境造成影響。為更好地了解生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品的環(huán)境行為，找出其生命過程中減少污染物產(chǎn)生的機會和潛力，需要對陶瓷生產(chǎn)的整個生命周期的資源消耗和環(huán)境影響進行分析評價[2-4]。生命周期環(huán)境影響評價(LCA-Life Cycle Assessment，簡稱LCA)就是目前國際上常用的一種對產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝及活動對環(huán)境的負荷進行客觀的評價方法，它通過對能量和物質(zhì)消耗以及由此造成的廢棄物排放進行辨識和量化，來評價能量和物質(zhì)利用對環(huán)境的影響，以尋求改善產(chǎn)品或工藝的途徑[5]。

作為擁有千年陶瓷文化的景德鎮(zhèn)，在我國陶瓷工業(yè)中有著舉足輕重的地位和影響。為此，本文以最具代表性的景德鎮(zhèn)釉下青花瓷為研究對象，利用生命周期影響評價方法，建立數(shù)學(xué)模型來表征和量化陶瓷生產(chǎn)過程的能源﹑物質(zhì)的消耗﹑廢棄物的排放，評價青花瓷生產(chǎn)過程對環(huán)境負荷的影響，并得到其量化的環(huán)境負荷指標(biāo)。通過對這些指標(biāo)進行分析，尋找改善環(huán)境、降低環(huán)境影響的技術(shù)方向，并提出相應(yīng)的建議或措施，為景德鎮(zhèn)陶瓷企業(yè)推行清潔生產(chǎn)，通過ISO14000認證和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。

2研究目標(biāo)與范圍

進行LCA評價時，首先需要根據(jù)其目標(biāo)確定研究對象、評價范圍和功能單位。本研究擬以最具中國特色的景德鎮(zhèn)釉下青花瓷為研究對象，對其生產(chǎn)過程進行環(huán)境影響分析，尋找改善環(huán)境、降低環(huán)境影響的技術(shù)方向，以實現(xiàn)陶瓷的清潔生產(chǎn)。釉下青花瓷是指采用釉層下的花色裝飾的瓷器，具有釉面晶瑩潤澤、白里泛青、高雅玉潔和無鉛鎘溶出危害等優(yōu)點。青花瓷的典型生產(chǎn)過程主要分為原料制備、成形加工和燒成三個階段(見圖1)。

本研究根據(jù)ISO14041標(biāo)準(zhǔn)[6]，結(jié)合研究目標(biāo)和景德鎮(zhèn)青花瓷普遍采用的工藝流程，確定LCA研究系統(tǒng)的邊界范圍，將范圍界定在直接采用標(biāo)準(zhǔn)化的原料，不考慮原料加工、輔助材料制造等過程;坯體干燥以窯爐余熱為主要熱源;燃料為焦化煤氣，不考慮其制備過程。青花瓷采用天然礦物原料，由于其直接來自自然界，經(jīng)過漫長的演變過程，其組成及存在形式與周圍環(huán)境達到了最佳的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定，以此制成的制品廢棄后，與周圍環(huán)境也會有較好的親和性，不會對水系和土壤造成污染。另外，還由于青花瓷使用壽命較長，相對環(huán)境負荷小，對人體不會產(chǎn)生直接危害，無二次污染，因而暫不考慮其最終的廢棄處置。研究系統(tǒng)的輸入包括資源和能源等;輸出為排入水、氣、聲和固體廢物等污染物。功能單位采用1t釉下青花瓷產(chǎn)品。

3清單分析

根據(jù)上述邊界劃分，將景德鎮(zhèn)青花瓷生產(chǎn)的生命周期各階段進一步細化為相對獨立的過程單元，并進行相關(guān)數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計，從而得到景德鎮(zhèn)青花瓷生產(chǎn)生命周期各階段資源、能源消耗和污染物的排放清單，如表1所示。

數(shù)據(jù)主要來源于《日用陶瓷工業(yè)手冊》，景德鎮(zhèn)陶瓷工業(yè)設(shè)計研究院的《工廠設(shè)計技術(shù)報告》內(nèi)部資料;其次為公開發(fā)表的文獻資料、企業(yè)生產(chǎn)運行實測數(shù)據(jù)、環(huán)保部門的監(jiān)測報告和相關(guān)研究的文獻等[7-10]。

從表1可以看出，青花瓷生產(chǎn)的主要原料為瓷石、高嶺土、長石和石英等硅酸鹽類礦物原料，它們被稱為高克拉克值材料。從宏觀上看，資源地域分布廣、含量豐富，因此，青花瓷的生產(chǎn)對資源消耗影響不大。但是，由于現(xiàn)階段陶瓷原材料落后的生產(chǎn)方式，致使天然原料的開采、分選對環(huán)境的污染主要集中在土地、植被的破壞，水土流失、淘洗分選過程的水污染和散亂廢棄的尾礦渣。因此，需要建立標(biāo)準(zhǔn)化原料專業(yè)生產(chǎn)基地，以實現(xiàn)青花瓷現(xiàn)代化清潔生產(chǎn)的基本要求。

青花瓷生命周期過程中的能源消耗主要是燒成階段所用的液化煤氣，耗用量為2500Bm3/t;生產(chǎn)1t青花瓷在原料、成形和燒成三個階段分別需耗電220、200和190kW·h。

青花瓷生命周期中的廢棄物主要分為廢氣、廢水和固體廢棄物。廢氣排放中排放量最大的是CO2，為2404.8kg/t，其次是NOx(3.86kg/t)和SO2(2.28kg/t)。煙塵(0.41kg/t)、粉塵(0.780kg/t)和CO(0.013kg/t)，它們主要來源于青花瓷的燒成階段。

青花瓷生命周期中產(chǎn)生的水體污染物主要集中在原料制備和坯體成形兩個階段，生產(chǎn)每噸青花瓷的廢水排放量為18t，其中，最大的污染物是懸浮物SS(88820g/t)，其它依次為:COD(881.630 g/t)、BOD5 (193.557 g/t)、NO3- (22.633g/t)、石油類(22.576 g/t)、氟化物(11.425 g/t)。

青花瓷生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢物主要是廢棚板、匣缽、廢石膏和廢品等，盡管數(shù)量較大，但基本都可回收再用。

青花瓷生產(chǎn)在原料加工與燒成階段會產(chǎn)生一定的噪聲。另外，由于青花瓷采用的是釉層下的花色裝飾，因此無鉛鎘溶出危害。

4環(huán)境影響評價模型

按照國際標(biāo)準(zhǔn)化組織的ISO14040的框架[10]，影響評價模型建立包括三個步驟:分類、標(biāo)準(zhǔn)化和加權(quán)評估。青花瓷生產(chǎn)的環(huán)境影響類型可分為全球變暖效應(yīng)、酸化、富營養(yǎng)化、煙灰塵和固體廢棄物五種。

為了進一步確定和分析生產(chǎn)過程的環(huán)境影響及對生命周期各階段的主要貢獻，對青花瓷生產(chǎn)各過程的環(huán)境影響因子按如下公式進行歸類計算，得到各類環(huán)境影響潛值，并列于表2中。

EP(j)=P(j)i=[Q(j)i×EF(j)i] (1)

其中:

EP(j)——產(chǎn)品系統(tǒng)對第j種潛在環(huán)境影響的貢獻;

P(j)——第i種排放物質(zhì)對第j種潛在環(huán)境影響的貢獻;

Q(j)i——對環(huán)境產(chǎn)生第j種影響的第i種物質(zhì)的排放量;

EF(j)i——第i 種排放物對第j 種潛在環(huán)境影響的當(dāng)量因子。

當(dāng)量因子的確定因不同的環(huán)境影響類型而不同，通常以某種物質(zhì)為參考，計算其他物質(zhì)的相對大小。如對全球變暖采用CO2，酸化則采用SO2等。

對以上所計算的各類環(huán)境影響潛值，采用其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)進行標(biāo)準(zhǔn)化，從而比較其相對大小，詳見表2。但是，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后兩種不同類型環(huán)境影響潛值數(shù)值大小相同，并不意味著兩者的潛在環(huán)境影響同樣嚴重。因而需要對影響類型的嚴重性進行排序，即賦予不同影響類型不同權(quán)重后，才能進行比較[11]。為此，采用根據(jù)“目標(biāo)距離”法確定的權(quán)重進行加權(quán)評估，結(jié)果見表2。

5生命周期解釋

從表2中不難看出，在青花瓷生產(chǎn)中各環(huán)境影響類型的貢獻率有很大差異，它們的相對貢獻見圖2。結(jié)果表明，在青花瓷生命周期內(nèi)相關(guān)的環(huán)境影響主要為固體廢物，但是，固廢基本都可回收再利用，因此，實際對環(huán)境的影響負荷并不大。其次是全球變暖、酸化和富營養(yǎng)化，同時對工業(yè)煙塵和粉塵的影響也不容忽視。

結(jié)合清單數(shù)據(jù)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在全球變暖、酸化和富營養(yǎng)化三種環(huán)境影響中主要的干擾因子分別為CO2、SO2和NOx，它們主要來自于青花瓷燒成過程中的氣體污染排放物，這也正是青花瓷生產(chǎn)中要求使用清潔氣體燃料的緣故。為此，目前在景德鎮(zhèn)政府的組織下，青花瓷生產(chǎn)不斷采用新技術(shù)，改變?nèi)剂辖Y(jié)構(gòu)(由燃煤改成燃氣)，使該市的環(huán)境污染狀況有了明顯的改善。此外，還需對引起大氣污染的工業(yè)窯爐進行技術(shù)改造，選擇節(jié)能型設(shè)備，采用先進的燃燒技術(shù)和煙塵處理技術(shù)，提高燃燒效率，減少CO2、SO2和NOx污染物排放。另外，由于陶瓷生產(chǎn)廢水主要來自原料制備過程，其中懸浮物SS 顯著偏高，因此，需要設(shè)立陶瓷廢水處理設(shè)施，做到廢水的回收再利用，實現(xiàn)廢水的零排放。

參考文獻

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