羅方玲 韋保仁

(蘇州科技學院環(huán)境科學與工程學院，江蘇蘇州，215009)

生態(tài)效益 (Eco-efficiency)的概念，最早由世界企業(yè)可持續(xù)發(fā)展委員會 (WBCSD)提出［1-2］，其目標是在減少資源使用和對環(huán)境沖擊的同時，將產(chǎn)品附加值或獲利增加到最大。生態(tài)效益的核心理念是“以少生多 (Producing more from less)”，即降低對自然環(huán)境的影響、減少資源使用量以及增加產(chǎn)品和服務(wù)的價值。瑞士學者Stephan Schmidheiny在1992年的著作《改變經(jīng)營之道》中指出，處于可持續(xù)發(fā)展挑戰(zhàn)的企業(yè)通過使環(huán)境績效和經(jīng)濟績效的同時改善，仍能掌握商機和優(yōu)勢，并獲取利潤。生態(tài)效益并不是不強調(diào)利潤目標，只是這個目標的達成是通過“以少生多”和提高資源生產(chǎn)力為主要途徑。生態(tài)效益改變了過去企業(yè)視環(huán)保為企業(yè)經(jīng)營的一種威脅 (增加其成本)的觀念，將環(huán)保視為促使企業(yè)革新、使其更符合經(jīng)濟效益和獲得市場認同的一個動力。追求生態(tài)效益的企業(yè)，由于持續(xù)地減少污染和資源的消耗，通過生產(chǎn)和提供成本更低、更環(huán)保的產(chǎn)品與服務(wù)，提高了產(chǎn)品的附加值，企業(yè)在創(chuàng)造經(jīng)濟價值的同時，也能兼顧生態(tài)平衡。因此，生態(tài)效益可以作為一個衡量企業(yè)經(jīng)濟和環(huán)境綜合效益的有效指標，追求生態(tài)效益在一定程度上能提高企業(yè)競爭力。

目前生態(tài)效益概念的定義在我國尚缺乏一致性，多數(shù)學者選擇能源消耗強度和環(huán)境排放強度或碳足跡［3-4］來進行研究，即僅強調(diào)對環(huán)境的影響。有關(guān)研究則僅限生態(tài)效益向經(jīng)濟效益的轉(zhuǎn)換［5］。而WBCSD提出的生態(tài)效益評價在我國還處于起步階段，研究也多限于其理論與方法的探討［6-7］，少數(shù)學者［8-9］就其評價體系構(gòu)建與應(yīng)用進行了探索性研究。而國外學者們［10-12］則較早地提出了一些生態(tài)效益評估方法。

本課題將造紙廢水治理工藝系統(tǒng)看作一個特殊的產(chǎn)品進行研究，收集了蘇州某造紙企業(yè)新舊兩條廢水治理工藝生命周期過程中的有關(guān)數(shù)據(jù)，采用瑞典查爾模斯理工大學Steen教授描述的方法，即由生命周期費用 (LCC)與生命周期評價 (LCA)的比率來計量企業(yè)生態(tài)效益，結(jié)合LCC分析及LCA的技術(shù)方法，參照GUY SKANTZE等人［13-14］的實例應(yīng)用研究，應(yīng)用德國GaBi軟件，計算了該企業(yè)新舊兩條廢水治理工藝系統(tǒng)的生態(tài)效益，以期為其他企業(yè)、領(lǐng)域生態(tài)效益計算的技術(shù)路線和方法的制定提供參考，并提供一些可供參考的生態(tài)效益數(shù)據(jù)。本課題使用的GaBi軟件是一款由德國PE公司最新研發(fā)的支持LCA和LCC計算、碳足跡計算等多種環(huán)過程的應(yīng)用軟件，按生命周期流程輸入相應(yīng)的原料和能源數(shù)據(jù)清單，通過相應(yīng)的平衡表運算即可輸出并查看所需結(jié)果，如生命周期清單、碳排放、LCC等。

1 研究對象和邊界范圍

1.1 研究對象

以蘇州某造紙企業(yè)活性污泥處理系統(tǒng)為研究對象，計算并比較該企業(yè)新舊兩條廢水治理工藝的生態(tài)效益，定義的新工藝與舊工藝的區(qū)別為新工藝在廢水處理工藝前加入超濾系統(tǒng)。兩種工藝的各項數(shù)據(jù)來自現(xiàn)場調(diào)查，取各年平均值。

該企業(yè)處理的廢水包括:抄紙廢水和涂布廢水。主要廢水處理單元包括:超濾設(shè)備、加藥反應(yīng)池、一沉池、穩(wěn)流池、曝氣池和二沉池等。污泥處理單元包括:污泥混合池、儲泥池和污泥脫水等。該企業(yè)于2006年從芬蘭引入超濾系統(tǒng)，通過循環(huán)回用涂料廢水中的固體顏料，降低造紙生產(chǎn)對環(huán)境的污染，節(jié)約生產(chǎn)成本，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

圖1 造紙廢水處理工藝的系統(tǒng)邊界圖

1.2 研究范圍和功能單位

研究范圍定義為:蘇州某造紙企業(yè)廢水處理設(shè)施的建設(shè)階段，包括建筑材料的開采、生產(chǎn)和運輸;運行階段，包括藥品的生產(chǎn)、廢水處理、污泥處理與處置;廢水處理設(shè)施的拆除階段。研究的系統(tǒng)邊界如圖1所示。

由于企業(yè)技術(shù)的改進，在造紙和廢水處理過程中存在部分水的回用，本研究的功能單位定義為生產(chǎn)1 t銅版紙。

2 工藝系統(tǒng)清單分析

為了使本研究具有可比性，結(jié)合蘇州某造紙企業(yè)廢水處理工藝過程的特點，進行如下假設(shè):建筑原料的運輸采用10 t大卡車，壓縮比為2∶1，車輛的燃油類型均為柴油;能源輸入與污染物輸出只考慮生產(chǎn)性輸入與輸出，不計工作人員的辦公和生活能源輸入與污染物輸出。

2.1 施工建設(shè)階段

施工建設(shè)階段的碳排放為建筑原料的生產(chǎn)、運輸和建筑施工3個階段碳排放的總和。其中建筑材料的運輸和建筑施工階段為耗能耗電過程。由于處理技術(shù)的不斷發(fā)展，廢水量的增長以及出水排放要求的不斷提高，大部分廢水處理廠在15～20年內(nèi)需要某種程度的改造和更新。因此，施工建設(shè)階段的建筑材料消耗量按20年的運行期進行考慮，能耗問題也按20年運行期進行考慮。建筑材料運輸里程平均取20 km。

用于廢水處理廠建設(shè)的建筑材料主要包括:水泥、鋸材、鋼材、砂等，對建筑材料消耗量的研究結(jié)果以及超濾設(shè)備中主要材料不銹鋼和填料聚乙烯醇(PVC)的消耗。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查等的統(tǒng)計結(jié)果，施工建設(shè)階段主要原料輸入及運輸、建筑施工過程的電耗、能耗清單如表1所示。

表1 施工建設(shè)階段單位物耗、能耗

2.2 運行階段

運行階段包括藥品的生產(chǎn)和運輸、廢水處理、污泥的處理與處置。其中廢水經(jīng)處理達標后排入太湖，污泥經(jīng)處理與處置后外運。

運行中需投放的化學品包括:聚合氯化鋁(PAC)、聚丙烯酰胺 (PAM)、尿素和磷酸。其中PAC作為混凝劑并用于污泥脫水、PAM作為助凝劑投入加藥反應(yīng)池。尿素和磷酸作為營養(yǎng)物質(zhì)投入曝氣池，保證微生物的正常生長和繁殖。耗能設(shè)備包括:超濾設(shè)備、廢水泵、冷卻塔、曝氣機、污泥泵、加藥泵、攪拌機和壓濾機。其中功率較大的耗能設(shè)備為:曝氣機、超濾設(shè)備、污泥泵，分別占總能耗的32%、27%、20%。最終換算成統(tǒng)一的功能單位，得出上超濾前后的能耗分別為:7.56 kWh/t、9.56 kWh/t。

運行階段的藥品用量、能源消耗量及最終污染物排放量的數(shù)據(jù)均來自該企業(yè)的廢水年報，如表2所示。其中Ciba 5540為陰離子型PAM，用于廢水;陽離子型PAM(CPAM)用于污泥脫水。

表2 企業(yè)造紙廢水處理化學品用量 t/t紙

需使用的化學品PAC、PAM、尿素和磷酸為次級資源，電為次級能源，在其生產(chǎn)、加工和運輸過程中均會對環(huán)境產(chǎn)生影響，這些次級資源和能源在生產(chǎn)、加工和運輸過程中對環(huán)境產(chǎn)生的影響，也應(yīng)納入評價之中。

GaBi軟件具有較為完整的數(shù)據(jù)庫，可將輸入的資源和能源轉(zhuǎn)化為初級數(shù)據(jù)。該軟件中已有PAC、尿素、磷酸、電的數(shù)據(jù)清單，PAM的清單需自己創(chuàng)建。其中生產(chǎn)1 t PAM的資源、能源消耗及污染物排放清單，利用了李好管等人［15-17］的研究成果。因GaBi軟件數(shù)據(jù)庫中沒有PAM的清單，計算輸入時需創(chuàng)建上游物質(zhì)鏈接，直至清單中的物質(zhì)在軟件中都能找到。

2.3 拆除階段

拆除階段只考慮廢水處理設(shè)備的拆除過程，不包括拆除后建筑垃圾的處理與處置。拆除階段為耗能耗電過程，其能源消耗主要與進行拆除作業(yè)的機器設(shè)備有關(guān)。根據(jù)有關(guān)文獻［18］，拆除階段能耗按建設(shè)能耗的90%計算。拆除階段能耗清單見表3。

表3 拆除階段能耗及建筑垃圾清單

3 生態(tài)效益的計算

WBCSD提出的量化生態(tài)效益理念的通式為:生式中分子和分母根據(jù)實際情況可有多種不同的具體表示方式。本課題選取公式 (1)進行計算。

公式 (1)由Steen等人［10］提出，式中LCC為生命周期費用，作為產(chǎn)品或服務(wù)價值的表征量。目前國際上對LCC還沒有一個統(tǒng)一的定義，但通過歸納國內(nèi)外有關(guān)研究的成果，全生命周期主要包括設(shè)備、項目或系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、制造、購置、安裝、運行、維修、改造、更新直至報廢的全過程，因此LCC包括設(shè)備、項目或系統(tǒng)整個生命周期的所有費用，包括內(nèi)部性和外部性的。LCC可被視為消費者對產(chǎn)品或服務(wù)的支付意愿，某種程度上反映了產(chǎn)品或服務(wù)的價值。LCC計算所需要的數(shù)據(jù)主要來源于實地和市場調(diào)查。EDC是產(chǎn)品或服務(wù)的環(huán)境損害費用，評價指標包括溫室效應(yīng)、酸雨效應(yīng)、臭氧層破壞、光化學效應(yīng)、水體富營養(yǎng)化和非可再生能源儲備的消耗6大類。各項環(huán)境指標的數(shù)據(jù)來源于產(chǎn)品或服務(wù)的LCA。LCC［19］是一種評價產(chǎn)品、工藝過程或活動從原料采集和加工到生產(chǎn)、運輸、銷售、使用、回收、養(yǎng)護、循環(huán)利用和最終處理等整個生命周期系統(tǒng)有關(guān)的環(huán)境負荷的過程。COMSOLI等人［20］提出的LCA的基本技術(shù)框架，包括目標與范圍的定義、清單分析、影響評價和改善評價。LCC和LCA結(jié)果均由GaBi軟件計算獲得。

3.1 生命周期費用LCC

本研究系統(tǒng)的LCC包括:建材的購買和運輸;施工階段的能耗和人工費用;運行階段藥品的投入和能耗以及拆除階段的能耗費用。此過程所有價格清單數(shù)據(jù)均來自市場調(diào)查，非精確數(shù)據(jù)。

運用GaBi軟件計算產(chǎn)品或服務(wù)的LCC，需先在plan菜單下按一定格式輸入其生命周期流程，然后在數(shù)據(jù)庫對象中輸入各項輸入輸出數(shù)據(jù)并做好對應(yīng)鏈接，最后通過平衡表運算輸出結(jié)果。進行LCC分析時，需輸入的數(shù)據(jù)為各項輸入、輸出、機器及人工市場價格。因所用軟件默認貨幣單位為歐元，將收集的以上數(shù)據(jù)預處理后乘以人民幣兌歐元的匯率輸入軟件計算得該造紙企業(yè)生產(chǎn)1 t銅版紙，上超濾前后新舊兩條廢水處理工藝的LCC分別為317歐元和236歐元。

3.2 環(huán)境損害費用EDC

本課題選用的LCA方法體系為CML 2001［21］。該方法是萊頓大學環(huán)境研究中心在2001年所發(fā)表的一種方法，考慮的影響分為3大類:材料和能源的消耗、污染和損害。CML 2001是GaBi軟件自帶的LCA評價方法體系之一。將收集的數(shù)據(jù)輸入軟件計算并根據(jù)各項指標單位環(huán)境負荷值［22］換算得該企業(yè)新舊兩條廢水處理工藝非可再生能源儲備的消耗及環(huán)境損害指標排放及費用分別如表4和表5所示。

由表4和表5知，上超濾前后新舊兩條廢水處理工藝的EDC分別為31.14歐元、17.76歐元。

表4 單位產(chǎn)品非可再生資源的消耗

表5 單位產(chǎn)品環(huán)境損害指標排放

3.3 生態(tài)效益

生態(tài)效益所以上超濾前后新舊兩條造紙廢水治理工藝的生態(tài)效益分別為:上超濾前90.18%，上超濾后92.47%。

4 結(jié)論

采用生命周期費用 (LCC)與生命周期評價(LCA)的比率 (LCC/LCA)計量企業(yè)生態(tài)效益，結(jié)合LCC分析及LCA的技術(shù)方法，參照GUY SKANTZE、Steen教授等的實例研究，應(yīng)用德國GaBi軟件，統(tǒng)計計算了蘇州某造紙企業(yè)引進超濾設(shè)備前后新舊兩條廢水處理工藝系統(tǒng)的生態(tài)效益。

4.1 上超濾設(shè)備前后兩條造紙廢水治理工藝的生態(tài)效益均高達90%以上，這說明相對于產(chǎn)生的價值來說，兩條工藝對環(huán)境產(chǎn)生的沖擊較小，有利于該企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。引進超濾設(shè)備后，新工藝的生態(tài)效益略高于舊工藝，表明超濾設(shè)備能降低系統(tǒng)單位價值量對環(huán)境的沖擊。

4.2 單獨分析比較兩條工藝對環(huán)境的負荷，上超濾后比上超濾前要小得多，上超濾后系統(tǒng)的環(huán)境損害費用 (EDC)從上超濾前的31.14歐元降到了17.76歐元。這是由于超濾設(shè)備可以回收廢水中的涂料，大量降低污泥產(chǎn)生的同時也減少了聚合氯化鋁 (PAC)的使用，降低廢水治理對環(huán)境的影響，減小環(huán)境負荷，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

4.3 從LCC分析結(jié)果看，上超濾后系統(tǒng)的LCC較上超濾前降低了。對工藝系統(tǒng)LCC的分析計入了外部性費用，即將系統(tǒng)在生命周期過程中環(huán)境負荷的外部不經(jīng)濟性內(nèi)部化了，降低部分實際是造成環(huán)境影響導致的外部不經(jīng)濟性，因此，上超濾后系統(tǒng)LCC的降低意味著系統(tǒng)潛在價值的增加。

綜合來看，超濾設(shè)備能增加造紙廢水治理工藝的潛在價值，同時降低工藝生命周期過程中對環(huán)境的沖擊，符合生態(tài)效益的目標，能更好地促進企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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