易湘茜，孫恢禮，陳 華

（1.中國科學(xué)院海洋生物資源可持續(xù)利用重點實驗室，中國科學(xué)院南海海洋研究所廣東省海洋藥物重點實驗室，廣東廣州510301；2.中國科學(xué)院研究生院，北京100049；3.廣西中醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，廣西南寧530001）

一種蝦頭綜合利用模式的生命周期評價

易湘茜1，2，3，孫恢禮1，*，陳 華1，2

（1.中國科學(xué)院海洋生物資源可持續(xù)利用重點實驗室，中國科學(xué)院南海海洋研究所廣東省海洋藥物重點實驗室，廣東廣州510301；2.中國科學(xué)院研究生院，北京100049；3.廣西中醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院，廣西南寧530001）

以蝦頭為研究對象，針對一種常見的綜合利用模式，運用生命周期評價方法評價其環(huán)境性能和經(jīng)濟性能。蝦頭的綜合利用模式：用復(fù)合酶對蝦頭進行酶解后離心，上清液制成富含游離氨基酸的復(fù)合調(diào)味基料，濾渣制成多功能飼料添加劑。按照生命周期評價方法，設(shè)計構(gòu)建了由4個步驟組成的評價體系對蝦頭綜合利用模式的特性進行評價。結(jié)果顯示：該利用模式屬于清潔生產(chǎn)模式，產(chǎn)生的固體廢棄物很少、富營養(yǎng)化程度低，主要潛在影響是溫室效應(yīng)；該利用模式能創(chuàng)造較大的附加值，同時對環(huán)境的影響較小，屬于較好的綜合利用模式。

生命周期，蝦頭，綜合利用，經(jīng)濟性能，環(huán)境性能

我國水域遼闊，水生生物資源豐富。據(jù)統(tǒng)計，2008年，我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量達到4890萬t，其中蝦產(chǎn)量在250萬t以上。蝦一般用于鮮食或者加工成冷凍蝦進行出口。蝦頭占蝦體重量30%～40%，在蝦類加工過程中，蝦頭一般成為加工廢棄物。蝦頭主要由蝦殼和可食部分構(gòu)成，含有甲殼質(zhì)28.5%，蛋白質(zhì)42.1%，高級不飽和脂肪酸、鈣、鎂、磷等礦物質(zhì)鹽類，還含有腦磷脂、卵磷脂、類胡蘿卜素、碳水化合物、纖維素等營養(yǎng)成分［1］。據(jù)估算，我國大陸每年剔除的蝦頭約40萬t，其中大部分用于生產(chǎn)飼料，少量用于制備幾丁質(zhì)，大大降低了蝦頭的利用價值［2］。生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）作為一種新興的環(huán)境管理工具，是對一種產(chǎn)品及其包裝物、生產(chǎn)工藝、原材料、能源或其它某種人類活動行為的全過程，包括原材料的采集、加工、生產(chǎn)、包裝、運輸、消費和回收以及最終處理等，進行資源和環(huán)境影響的分析與評價的方法。LCA已被納入ISO14040環(huán)境管理體系，是一個重要的環(huán)境管理工具，已經(jīng)形成了一種比較完善的評價方法體系。目前，國內(nèi)外已有研究者在農(nóng)產(chǎn)品和食品領(lǐng)域上開展了生命周期評價研究［3-8］。本文按照ISO的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用LCA方法分析一種蝦頭綜合加工方法中生產(chǎn)各階段的能量消耗和環(huán)境排放，并對其經(jīng)濟性能進行初步評價，從而為蝦頭加工企業(yè)實施清潔生產(chǎn)、改進生產(chǎn)環(huán)境性能提供機會和途徑。

表5 各影響類型加權(quán)后影響評價結(jié)果

1 材料與方法

1.1 實驗材料

蝦頭下腳料 廣東地區(qū)某市無頭凍蝦加工廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 蝦頭綜合利用的加工工藝流程 如圖1所示。

圖1 蝦頭綜合加工工藝流程

1.2.2 蝦頭加工利用的LCA分析 邊界設(shè)定：以上述蝦頭綜合加工模式為研究對象，以加工1000kg蝦頭為功能單位。本文只考慮與研究目的和功能單位直接相關(guān)的過程，不考慮工廠以外產(chǎn)生環(huán)境負荷的各階段，根據(jù)目前的企業(yè)實際生產(chǎn)布局，本文采用LCA分析蝦頭綜合利用模式的系統(tǒng)邊界如圖2所示。

圖2 蝦頭加工系統(tǒng)邊界的確定

2 結(jié)果與討論

2.1 清單分析

根據(jù)2009年中國電力統(tǒng)計年鑒報道，2008年全年發(fā)電量達到34047億kW·h，其中，水電發(fā)電量5276億kW·h，火電發(fā)電量27857億kW·h，核電發(fā)電量683億kW·h。水電屬于清潔型的能源，其電力生產(chǎn)中的污染產(chǎn)生量非常小，而核電所占比例非常小，因此，我們主要以火電的生產(chǎn)來分析其對環(huán)境影響。

我國6000kW以上的發(fā)電機組平均供電煤耗為404g/kW時，冷卻水消耗為2.18L/kW時。根據(jù)我國電力生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)，火電占81.82%，按實際權(quán)重進行分配，以及噸標(biāo)準(zhǔn)煤排放量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以測算出平均每度電的清單分析結(jié)果（表1）。

表1 1kW·h電量的清單分析

將電量的清單分析結(jié)果代入到對蝦利用模式分析公式中，得出對蝦利用模式的最終清單分析結(jié)果（表2）。

表2 對蝦利用模式的清單分析

2.2 影響評價

根據(jù)ISO14042國際標(biāo)準(zhǔn)［9］和我國標(biāo)準(zhǔn)GB24042 -2002的規(guī)范和建議［10］，將生命周期影響評價分為分類、特征化和量化3個階段。

2016年，政府主管部門已經(jīng)開始對新能源汽車騙補進行核查。根據(jù)規(guī)定，凡2016年售出的車輛，運營滿3萬公里才可申領(lǐng)補貼，這個過程至少需要兩年半時間，這一政策直接導(dǎo)致新能源汽車相關(guān)企業(yè)普遍資金鏈緊張。

2.2.1 分類 分類是指將清單分析中的輸入和輸出數(shù)據(jù)歸到不同的環(huán)境影響類型的過程。對蝦利用過程中產(chǎn)生的環(huán)境影響類型如表3所示。

表3 蝦頭綜合利用模式中環(huán)境影響分類

2.2.2 特征化 特征化的目的是將每一個影響類目中的不同物質(zhì)轉(zhuǎn)化匯總成統(tǒng)一的單元。主要目的是選擇一種衡量影響的方式，透過特定評估工具的應(yīng)用，將不同的負荷或排放因子在各形態(tài)環(huán)境問題中的潛在影響加以分析，并量化成相同的形態(tài)或是同單位的大?。ū?）?？稍偕Y源消耗對環(huán)境影響不大，故忽略不計，資源消耗只計算不可再生資源消耗（ADP）。

表4 蝦頭綜合利用模式中各影響類型特征化結(jié)果

2.2.3 量化 量化是確定不同環(huán)境影響類型相對貢獻的大小或權(quán)重，以期得到總的環(huán)境影響水平的過程。經(jīng)特征化后，得到了單項影響參數(shù)的影響加總值，而量化是為了計算出對蝦利用模式的綜合環(huán)境影響指標(biāo)。在生命周期影響評價中，有不同的加權(quán)因子和加權(quán)方法，目前多采用多目標(biāo)決策分析技術(shù)，如層次分析法（AHP）來計算各影響參數(shù)的權(quán)重。本研究為避免人為因素對評價結(jié)果產(chǎn)生較大偏差，采用常用的等權(quán)重方法進行計算，即取各類型權(quán)重系數(shù)均為0.2（表5）。

2.3 結(jié)果解釋

a.從清單分析看出，該蝦頭綜合利用模式中的能源消耗比較大，其中以水資源消耗最大，應(yīng)通過改進工藝，選擇合理的加工方式降低水耗，實現(xiàn)工廠里水資源的綜合利用。

b.由環(huán)境影響評價可知，此類蝦頭綜合利用模式產(chǎn)生的固體廢棄物很少、富營養(yǎng)化程度低，主要潛在影響是溫室效應(yīng)。

2.4 經(jīng)濟性能初評

根據(jù)生命周期成本的組成，我們從原料階段、開發(fā)階段和廢棄物處理階段分別進行成本估算。

2.4.1 原料階段成本（C1） 原料成本主要包括各種原料購買、市場調(diào)研、可行性分析等。其中，蝦頭按1000元/t、酶按350元/kg計算，市場調(diào)研、可行性分析等占原料成本的0.3%～5%，我們?nèi)?%。則

C1=（1000×1+2×350）×（1+2%）=1734（元）

2.4.2 開發(fā)階段成本（C2） 開發(fā)成本主要包括能源消耗、設(shè)備折舊、產(chǎn)品的測試檢驗費及管理費等費用。參考行業(yè)特點，我們分別取這四類成本為銷售額的1%、5%、0.5%及11%。本生產(chǎn)模式得到兩種產(chǎn)品，其售價分別按照調(diào)味基料200元/kg、飼料添加劑1萬元/t計算，則銷售總額即銷售額（總產(chǎn)值），為兩種產(chǎn)品的產(chǎn)值之和，即91×200+0.259×10000= 20790元；C2=20790×（1%+5%+0.5%+11%）= 3638.25（元）

2.4.3 廢棄物處理階段成本（C3） 本綜合利用工藝中，所用的原料本身就是蝦在加工過程中的固體廢棄物，按照該利用模式，產(chǎn)生的固體廢棄物很少，考慮對生產(chǎn)中的廢水、廢氣等的處理，此部分的成本取銷售額的0.5%。

則C3=20790×0.5%=103.9（元）2.4.4 成本估算（C） 按照定義，總成本C=C1+C2 +C3，則總成本C=1734+3638.25+103.9=5547.62（元）

3 結(jié)論

本文將LCA應(yīng)用于蝦頭加工工藝流程，考察蝦頭整個加工生命周期的原材料、能源消耗和污染物排放及經(jīng)濟效益，通過定量分析各種環(huán)境潛在影響，為企業(yè)決策者選擇對環(huán)境更有益的生產(chǎn)工藝和管理系統(tǒng)提供依據(jù)。按照生命周期評價方法，設(shè)計構(gòu)建了由4個步驟組成的評價體系對蝦頭綜合利用模式的特性進行評價。通過與其他蝦頭利用方式相比較［11-13］，結(jié)果顯示，該利用模式屬于清潔生產(chǎn)模式，產(chǎn)生的固體廢棄物很少、富營養(yǎng)化程度低，主要潛在影響是溫室效應(yīng)。通過從傳統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟入手，結(jié)合生命周期成本分析的理念并進行拓展表明，以1t蝦頭為原料的綜合利用中，包括原料成本、開發(fā)成本、廢棄物處理成本的總成本合計約為0.55萬元，得到兩種產(chǎn)品的總產(chǎn)值約為2.079萬元，該利用模式能實現(xiàn)較好的經(jīng)濟效益。

對對蝦利用模式的評價結(jié)果表明，蝦頭加工利用評價方法可以有效掌握蝦頭利用的整個過程的環(huán)境行為，確定其中優(yōu)化資源、節(jié)省能源和減少污染的關(guān)鍵步驟，為優(yōu)化利用模式提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

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Study on life cycle assessment（LCA）in shrimp head comprehensive utilization process model

YI Xiang-xi1，2，3，SUN Hui-li1，*，CHEN Hua1，2
（1.Key Laboratory of Marine Bio-resources Sustainable Utilization，South China Sea Institute of Oceanology，CAS，Guangdong Key Laboratory of Marine Material Medical，South China Sea Institute of Oceanology，CAS，Guangzhou 510301，China；2.Graduate University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China；3.Guangxi University of Traditional Chinese Medicine，Nanning 530001，China）

Life cycle assessmen（tLCA）was used in the evaluation of comprehensive utilization of proposed model of shrimp head.Environmental infection and economic performance were analyzed during this process of comprehensive utilization.Materials and methods：Environmental infection and economic performance of one usual comprehensive utilization model of shrimp head can be evaluated by LCA.The process of the comprehensive utilization of proposed model of shrimp head can be described as follows：firstly，the shrimp head was hydrolyzed by papain proteinase and flavourzyme and then the enzymatic hydrolysate can be obtained by centrifugation.The composite basic seasoning material can be gotten finally by vacuum concentrate.Asides，filter residue can be produced feed additives.Results and discussion：According to shrimp head processing and utilization of the technology industry development and trends，the evaluation system had four parts.The process of this utilization model of shrimp head belonged to cleaner production.Based on it，the main environmental impact was greenhouse effect.The study showed that the comprehensive utilization patterns could create greater added value，and the environmental impact could be smaller，so it was a good comprehensive utilization processing method.

life cycle assessment；shrimp head；comprehensive utilization；economical performance；environment infection

TS254.1

A

1002-0306（2010）12-0069-03

2009-12-11 *通訊聯(lián)系人

易湘茜（1981-），女，博士研究生，主要從事海洋生物高值化綠色利用研究。

國家“863”計劃資助項目（2007AA091602）；國家科技支撐計劃課題（2008BAD94B08）；粵港關(guān)鍵領(lǐng)域重點突破項目（2007498611）；中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向創(chuàng)新項目（KZCXZ-YW-209）。