郭學(xué)益,張婧熙,嚴(yán) 康,田慶華*(.中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 40083；2.中國(guó)有色金屬工業(yè)清潔冶金工程研究中心,湖南 長(zhǎng)沙 40083)

中國(guó)廢舊電腦產(chǎn)生量及其金屬存量分析研究

郭學(xué)益1,2,張婧熙1,嚴(yán) 康1,田慶華1,2*(1.中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410083；2.中國(guó)有色金屬工業(yè)清潔冶金工程研究中心,湖南 長(zhǎng)沙 410083)

本研究基于對(duì)全國(guó)電腦消費(fèi)者的調(diào)研,采用Logistic模型對(duì)我國(guó)電腦的銷(xiāo)售量和平均保有量進(jìn)行了預(yù)測(cè),采用群體平衡模型估算了我國(guó)廢舊電腦的產(chǎn)生量,采用質(zhì)量守恒原理對(duì)廢舊電腦中賦存的有價(jià)金屬的量做了預(yù)測(cè)分析.結(jié)果表明,到 2030年,我國(guó)廢舊電腦的產(chǎn)生量約為368百萬(wàn)臺(tái),其中金的存量約為157.74t、銀的存量約為478.12t、鈀的存量約為46.72t,銅的存量約為10.91萬(wàn)t.

廢舊電腦；產(chǎn)生量；金屬資源；存量；Logistic模型

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和生產(chǎn)效率的提高,電腦的性能愈來(lái)愈趨于網(wǎng)絡(luò)化、微型化和智能化,電腦已成為更新速度快、使用壽命不斷縮短的一類(lèi)電子產(chǎn)品,因此我國(guó)廢舊電腦的產(chǎn)生量正急劇增加.據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,廢舊電腦中含有大量銅、鐵、鉛、錫、鎳、銻等有價(jià)金屬以及金、銀、鈀、鉑等稀貴金屬[1-2].但同時(shí)廢舊電腦中也含有大量鎳、鎘、鈹、梯、砷、鉛、溴化阻燃劑等有毒有害物質(zhì),若不能得到合理的處理處置,將會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重的影響[3-4].我國(guó)已超過(guò)美國(guó)成為世界最大的電子垃圾制造國(guó),而隨著我國(guó)城市化和人口密度的不斷增加,我國(guó)的生態(tài)環(huán)境將愈發(fā)脆弱[5].因此對(duì)廢舊電腦中有價(jià)金屬的綜合回收不僅能夠提高二次資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、提高資源的利用效率、解決部分資源壓力,更能夠減輕廢舊電腦對(duì)環(huán)境的污染以及對(duì)人體健康的傷害[6].

基于以上因素,我們迫切需要一種有效的、可定量化分析的工具來(lái)鑒別廢舊電腦的產(chǎn)生量,從而在廢舊電腦的回收處理和資源化再利用等方面取得最大的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益,而對(duì)廢舊電腦產(chǎn)生量的估算和對(duì)其中有價(jià)金屬存量的估算可以很好地解決上述難題[7].目前世界上有多種用于電子廢棄物產(chǎn)生量估算的數(shù)學(xué)模型,國(guó)內(nèi)使用較多的估算模型有市場(chǎng)供給模型[7]、市場(chǎng)供給A模型[8]、卡內(nèi)基梅隆模型[9]、斯坦福模型[10]、時(shí)間梯度模型[11]和 IER模型等.2016年,Huabo Duan等人[12]基于文獻(xiàn)調(diào)研、ZDC和太平洋電腦網(wǎng)的數(shù)據(jù),采用Sales Obsolescence模型和Monte Carlo模型預(yù)測(cè)了我國(guó)9種典型電子廢棄物的廢棄量,并計(jì)算了其中線(xiàn)路板和鋰離子電池的金屬賦存量;2016年,Zeng等[13]基于專(zhuān)家訪(fǎng)問(wèn)及文獻(xiàn)調(diào)研的數(shù)據(jù),采用物質(zhì)流分析模型和時(shí)間梯度模型,預(yù)測(cè)了我國(guó)14種典型電子廢棄物的產(chǎn)生量及其中部分金屬賦存量;2016年,Song等[14]采用斯坦福模型和Gompertz曲線(xiàn)模型預(yù)測(cè)了我國(guó)廢舊打印機(jī)的產(chǎn)生量;李博等[15]、Oguchi等[16]、Lin[17]、張默等[18]分別采用不同的分析預(yù)測(cè)模型,選擇性的預(yù)測(cè)了電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī)和空調(diào)的產(chǎn)生量.Zeng等[19]、童昕等[20]、林逢春等[21]通過(guò)分析廢舊電子電器產(chǎn)品的處理情況提出了許多有助于未來(lái)電子廢物管理和處置的政策及建議.

由目前國(guó)內(nèi)電子廢棄物產(chǎn)生量的研究可知,研究主要采用市場(chǎng)供給模型、市場(chǎng)供給A模型、時(shí)間梯度模型進(jìn)行估算,電子產(chǎn)品的使用壽命、總重量、各部件金屬含量及分布情況等研究所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)多來(lái)自于文獻(xiàn),研究多側(cè)重于電子廢棄物的管理與政策等方面,對(duì)其中包含的有價(jià)金屬信息及其資源效應(yīng)關(guān)注較少.因此,基于對(duì)全國(guó)電腦消費(fèi)者使用行為的問(wèn)卷調(diào)查以及國(guó)內(nèi)某電子廢棄物資源化利用公司的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,本研究采用 Logistic模型對(duì)我國(guó)電腦的銷(xiāo)售量和平均保有量進(jìn)行預(yù)測(cè),并采用群體平衡模型估算了我國(guó)廢舊電腦的產(chǎn)生量,同時(shí)基于質(zhì)量守恒原理對(duì)廢舊電腦中賦存的有價(jià)金屬的量做了預(yù)測(cè)分析,為電子廢棄物的資源化回收利用提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

1 研究方法

對(duì)于電腦保有量和廢舊電腦產(chǎn)生量的預(yù)測(cè)是進(jìn)行有價(jià)金屬預(yù)測(cè)和回收網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的基礎(chǔ)和前提[22].產(chǎn)品消費(fèi)的增長(zhǎng)可以根據(jù)“經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)理論”分為4個(gè)階段:初級(jí)階段、快速增長(zhǎng)階段、飽和階段以及下降階段(即當(dāng)產(chǎn)品變得過(guò)時(shí)、不再銷(xiāo)售或被另一種產(chǎn)品取代時(shí))[23].某種產(chǎn)品平均保有量的增長(zhǎng)曲線(xiàn),若不考慮其下降階段,將呈現(xiàn)一個(gè)“S”形.S型的演變曲線(xiàn)能夠清楚的描述整個(gè)過(guò)程,同時(shí)展示整個(gè)過(guò)程中的典型特征,如增長(zhǎng)能力、拐點(diǎn)和飽和點(diǎn)等[24].因此本文使用 Yang和Williams提出的Logistic函數(shù)模型進(jìn)行預(yù)測(cè)[25].

1.1 電腦銷(xiāo)售量的計(jì)算方法

國(guó)內(nèi)電腦的生產(chǎn)量、進(jìn)口量和出口量是 3個(gè)很重要的參數(shù).國(guó)內(nèi)電腦銷(xiāo)售量可由公式(1)計(jì)算得到:

式中:P(t)表示第t年內(nèi)電腦的國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售量.

1.2 電腦社會(huì)保有量計(jì)算方法

本文采用Logistic函數(shù)模型對(duì)全國(guó)電腦的保有量進(jìn)行預(yù)測(cè),具體預(yù)測(cè)公式如下:

式中:Nau(t)和 Nar(t)分別為城鎮(zhèn)和農(nóng)村每百戶(hù)居民電腦擁有量的預(yù)測(cè)量;Nmax_u和Nmax_r分別為城鎮(zhèn)和農(nóng)村每百戶(hù)居民電腦平均擁有量的最大值,t0表示Logistic回歸線(xiàn)起點(diǎn)年份;Au和Ar分別等于-exp{Bu(t1/2-t0)}和-exp{Br(t1/2-t0)},其中 t1/2為當(dāng)保有量達(dá)到最大平均擁有量的二分之一時(shí)的年份;Bu和Br分別表示城鎮(zhèn)和農(nóng)村電腦擁有量的增長(zhǎng)速度,是分別由2000年到2014年的Nau(t)和 Nar(t)計(jì)算得到;N(t)為第 t年內(nèi)全國(guó)總的電腦保有量;Hu(t)和Hr(t)分別表示第 t年內(nèi)的城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民百戶(hù)家庭的數(shù)量,可以通過(guò)城鎮(zhèn)和農(nóng)村的人口數(shù)分別除以城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民家庭大小得到.在這些參數(shù)中,Au、Ar、Bu和Br都是基于過(guò)去城鎮(zhèn)和農(nóng)村電腦平均擁有量的發(fā)展趨勢(shì),通過(guò)Logistic回歸而得到.

Habuer等[26]預(yù)測(cè),到 2030年中國(guó)城鎮(zhèn)每百戶(hù)電腦擁有量的最高水平為 98.75臺(tái),中國(guó)農(nóng)村每百戶(hù)電腦擁有量的最高水平為50臺(tái). Dwivedy等[11]預(yù)測(cè),到 2030年美國(guó)每百戶(hù)電腦擁有量的最高水平為120臺(tái),最低水平為100臺(tái).由《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》[27]可知,2014年中國(guó)城鎮(zhèn)每百戶(hù)電腦的擁有量已達(dá)到98.46臺(tái).鑒于以上信息,本文假定中國(guó)城鎮(zhèn)每百戶(hù)電腦擁有量的極大值為 120臺(tái).隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)近年來(lái)的飛速發(fā)展,中國(guó)農(nóng)村電腦的普及率越來(lái)越高,而目前農(nóng)村電腦擁有量變化情況正處于上述“增長(zhǎng)理論”的初級(jí)階段或快速增長(zhǎng)階段,因此,本文假定到 2030年中國(guó)農(nóng)村每百戶(hù)電腦擁有量的極大值為80臺(tái).

1.3 電腦使用壽命分布分析方法

產(chǎn)品壽命分析通常有多種處理方法[28],本文采用應(yīng)用最多Weibull分布來(lái)對(duì)廢舊電腦的使用壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)[29],其基本公式為:

式中:F(t)為電腦使用第t年的累積廢棄率;α為范圍參數(shù),即Weibull壽命分布的特征參數(shù);β為形狀參數(shù);γ為位置參數(shù).在本研究中,由于位置參數(shù)對(duì)研究幾乎不產(chǎn)生影響,因此設(shè)γ=0,即:

在兩參數(shù)的情況下,平均值的計(jì)算公式如式(7)所示,其中Г為伽馬函數(shù):

1.4 廢舊電腦產(chǎn)生量預(yù)測(cè)方法

本研究采用群體平衡模型對(duì)廢舊電腦的產(chǎn)生量進(jìn)行估算,其產(chǎn)生量可以通過(guò)銷(xiāo)售量和壽命分布計(jì)算得來(lái),計(jì)算公式如下[30]:

式中:G(t)為第 t年廢舊電子電器產(chǎn)品的產(chǎn)生量,百萬(wàn)臺(tái);P(t-i)為第(t-i)年國(guó)內(nèi)的銷(xiāo)售量,百萬(wàn)臺(tái); f(i)表示壽命分布函數(shù).未來(lái)國(guó)內(nèi)銷(xiāo)售量 ?()Pt可以通過(guò)公式(9)預(yù)測(cè)得到,f(i)可通過(guò)Weibull分布函數(shù)計(jì)算得到,計(jì)算公式如式(10):

1.5 廢舊電腦中金屬存量預(yù)測(cè)方法

廢舊電腦的年產(chǎn)生重量可以通過(guò)公式(11)計(jì)算得到,廢舊電腦中金屬存量的估算可以由公式(12)得到:

式中:∑mk(t)為第t年元素 k的總重量,t;Wt為第t年廢舊電腦的總重量,t;w(t-i)為第(t-i)年廢舊電腦的平均重量,噸;Cj指組件j在廢舊電腦中的質(zhì)量百分比;xj,k指組件j中元素k的質(zhì)量百分比.

1.6 數(shù)據(jù)來(lái)源

表1 我國(guó)人口數(shù)量發(fā)展趨勢(shì)Table 1 Population trend in China

圖1 筆記本電腦及臺(tái)式電腦使用壽命分布Fig.1 Lifespan distribution of notebook and desktop computer

本研究中,電腦的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)量、進(jìn)口量和出口量的數(shù)據(jù)均來(lái)自于《中國(guó)海關(guān)統(tǒng)計(jì)年鑒》[31]和《中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》[32];2000～2014年中國(guó)人口數(shù)量、平均家庭戶(hù)規(guī)模以及城鎮(zhèn)和農(nóng)村每百戶(hù)居民電腦擁有量數(shù)據(jù)來(lái)自于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》[27].

隨著2016年1月1日全面二孩政策的推行,中國(guó)未來(lái)人口增長(zhǎng)趨勢(shì)將發(fā)生重大變化,因此作者采用孟令國(guó)等提出的中國(guó)人口結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)中的高生育率方案作為本文 2015～2030年人口數(shù)量的數(shù)據(jù)來(lái)源,具體人口發(fā)展趨勢(shì)如表1所示[33].

用于筆記本電腦、臺(tái)式電腦和全國(guó)電腦的Weibull壽命分布參數(shù)分析的數(shù)據(jù)均來(lái)自于問(wèn)卷調(diào)研.由于本次問(wèn)卷是針對(duì)全國(guó)電腦使用者設(shè)計(jì),覆蓋面積較廣,因此本研究采用網(wǎng)上發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷以及實(shí)地調(diào)研的方式來(lái)進(jìn)行,歷時(shí) 3個(gè)月,共回收有效問(wèn)卷1022份,調(diào)研數(shù)據(jù)如圖1所示.

表2 廢舊電腦各部件金屬含量Table 2 Metal content of components in obsolete computers

表3 筆記本電腦各部件重量組成(%)Table 3 Proportion of component in laptop computer (%)

表4 臺(tái)式電腦顯示器各部件重量組成(%)Table 4 Proportion of component in desktop computer display (%)

表5 臺(tái)式電腦主機(jī)各部件重量組成(%)Table 5 Proportion of component in desktop computer host (%)

廢舊電腦的重量組成以及各部件元素組成數(shù)據(jù)均來(lái)自于某電子廢棄物資源化公司的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,并取該公司一年內(nèi)拆解廢舊電腦的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的平均數(shù)作為本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).所得廢舊臺(tái)式電腦顯示器的平均重量為 13.80kg,廢舊臺(tái)式電腦主機(jī)的平均重量為 6.55kg,廢舊筆記本電腦的平均重量為 2.26kg.廢舊電腦中各部件的金屬含量如表 2所示,電腦顯示器的金屬含量由于顯示器的類(lèi)型與尺寸不同而取其平均值.筆記本電腦各部件的重量組成如表 3所示,臺(tái)式電腦顯示器各部件的重量組成如表 4所示,臺(tái)式電腦主機(jī)各部件重量組成如表5所示.

2 結(jié)果分析

電子產(chǎn)品的銷(xiāo)售量是預(yù)測(cè)廢舊電子產(chǎn)品總重量的前提.通過(guò)對(duì)銷(xiāo)售量的分析能更好地掌握電子產(chǎn)品使用年限、報(bào)廢比例等必要因素,并更為準(zhǔn)確地獲得各年廢舊電子產(chǎn)品產(chǎn)生量的預(yù)測(cè)結(jié)果,因此本文采用電子產(chǎn)品銷(xiāo)售量作為原始數(shù)據(jù).根據(jù)《中國(guó)電子工業(yè)年鑒》[34]和《中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》[32]的數(shù)據(jù),我們可以得到2000～2014年的國(guó)內(nèi)電腦的銷(xiāo)售情況,如表 6所示.

將已知的2000 ～ 2014年中國(guó)城鎮(zhèn)和農(nóng)村每百戶(hù)居民電腦擁有量數(shù)據(jù)、未來(lái)人口增長(zhǎng)趨勢(shì)以及平均家庭戶(hù)規(guī)模增長(zhǎng)趨勢(shì)帶入Logistic函數(shù)模型預(yù)測(cè),計(jì)算出2000～2030年中國(guó)城鎮(zhèn)和中國(guó)農(nóng)村電腦擁有量的發(fā)展趨勢(shì),分別如圖2和圖3所示.由圖可知,2016年我國(guó)城鎮(zhèn)和農(nóng)村每百戶(hù)電腦擁有量分別為98.77和52.95臺(tái).隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,未來(lái) 15a內(nèi)我國(guó)城鎮(zhèn)和農(nóng)村的電腦擁有量皆呈持續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì),但其平均增長(zhǎng)率較前 15a的平均增長(zhǎng)率都將放緩并趨于平穩(wěn),其中農(nóng)村電腦擁有量的增長(zhǎng)趨勢(shì)較城鎮(zhèn)更為明顯.

表6 中國(guó)電腦銷(xiāo)售量Table 6 Sales amount of domestic computers

圖2 中國(guó)城鎮(zhèn)每百戶(hù)電腦擁有量發(fā)展預(yù)測(cè)Fig.2 Trend analysis of average possession of computers per 100 urban households

由式(4)可知,全國(guó)電腦保有量為城鎮(zhèn)和農(nóng)村的家庭電腦平均擁有量分別乘以城鎮(zhèn)和農(nóng)村家庭數(shù)量的總和.由圖4可知,2015年全國(guó)每百戶(hù)電腦平均擁有量為72.04臺(tái),隨著時(shí)間的推移全國(guó)電腦擁有量持續(xù)增長(zhǎng),到2030年全國(guó)每百戶(hù)電腦平均擁有量為102.76臺(tái).由圖5可知,根據(jù)預(yù)測(cè)得到的全國(guó)每百戶(hù)電腦的平均擁有量,并結(jié)合我國(guó)未來(lái)15a的人口發(fā)展預(yù)測(cè)情況,到2030年全國(guó)電腦的擁有量為482.21百萬(wàn)臺(tái),且2025年后我國(guó)電腦的擁有量將達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定水平,為479百萬(wàn)臺(tái).

圖3 中國(guó)農(nóng)村每百戶(hù)電腦擁有量發(fā)展預(yù)測(cè)Fig.3 Trend analysis of average possession of computers per 100rural households

圖4 全國(guó)每百戶(hù)電腦擁有量發(fā)展趨勢(shì)Fig.4 Trend analysis of average possession of computers per 100households

產(chǎn)品壽命分布是研究電子廢棄物產(chǎn)生量必不可少的參數(shù)[35].用于筆記本電腦、臺(tái)式電腦和全國(guó)電腦壽命分布分析的調(diào)研數(shù)據(jù)如圖 1所示.由圖1可知,中國(guó)85.06%的筆記本電腦的使用年限在 5a以下,89.06%的臺(tái)式電腦的使用年限在6a以下,明顯低于筆記本電腦的設(shè)計(jì)使用年限 7～ 8a和臺(tái)式電腦的設(shè)計(jì)使用年限9 ～ 10a.

將圖1得到的數(shù)據(jù)代入Weibull分布函數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè),可得全國(guó)電腦的 Weibull壽命分布參數(shù),其中形狀參數(shù)b等于2.28,范圍參數(shù)α等于3.57,即全國(guó)電腦的Weibull壽命分布函數(shù)為:

圖5 全國(guó)電腦擁有量發(fā)展趨勢(shì)Fig.5 Trend analysis of possession amount of computers in China

由式(13)可得全國(guó)電腦的 Weibull壽命分布圖,如圖6所示.由圖可知,全國(guó)電腦的使用壽命為3 ～ 4a,且使用壽命在5a以?xún)?nèi)的電腦占到了全國(guó)電腦的88.39%.由表7可知,1993 ～ 2003年中國(guó)電腦平均使用壽命為3.50 ～ 5.20a,2003 ～ 2010年中國(guó)電腦平均使用壽命為 4.50a,且隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和人們生活水平的提高,電腦平均使用壽命在漸漸縮短.本研究中全國(guó)電腦的平均使用壽命為3.66a,符合電腦使用壽命的實(shí)際發(fā)展趨勢(shì).

圖6 我國(guó)電腦Weibull壽命分布Fig.6 Weibull lifespan distribution of computers in China

表7 中國(guó)電腦平均使用壽命比較Table 7 Comparison of average lifespan of computers inChina

將計(jì)算得到的2000 ～ 2014年我國(guó)電腦的銷(xiāo)售量代入式(9),可得到2015年中國(guó)廢舊電腦的產(chǎn)生量為 300.68萬(wàn)臺(tái).經(jīng)循環(huán)計(jì)算,可得到 2000 ～2030年我國(guó)電腦的銷(xiāo)售量(見(jiàn)圖7)和我國(guó)廢舊電腦的產(chǎn)生量(見(jiàn)圖8).由圖7可知,到2030年我國(guó)電腦的銷(xiāo)售量約為367百萬(wàn)臺(tái),自2025年開(kāi)始我國(guó)電腦的銷(xiāo)售量將在360百萬(wàn)臺(tái)左右波動(dòng).

由圖8可知,當(dāng)假設(shè)到2030年我國(guó)電腦平均擁有量為 102.76臺(tái)每百戶(hù)時(shí),我國(guó)廢舊電腦的產(chǎn)生量約為 368百萬(wàn)臺(tái).隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展,電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度加快,將對(duì)廢舊電腦的產(chǎn)生量造成不確定的影響.其中兩個(gè)顯著的變化是,智能手機(jī)功能性的提高對(duì)電腦產(chǎn)生了一定的代替作用,以及近年來(lái)平板電腦普及率的提高,在電腦市場(chǎng)的占有量逐漸提升,將使得廢舊電腦的類(lèi)別更為復(fù)雜,其產(chǎn)生量的預(yù)測(cè)更為困難.

圖8 我國(guó)廢舊電腦產(chǎn)生量發(fā)展趨勢(shì)Fig.8 Trend analysis of generation amount of obsolete computers in China

將在某電子廢棄物資源化企業(yè)調(diào)研得到的數(shù)據(jù)代入式(11)和式(12),計(jì)算得到2000～2030年廢舊電腦中典型貴金屬存量如圖9所示,2015年產(chǎn)生的廢舊電腦中金的賦存量達(dá)到 130t,銀的賦存量達(dá)到392t,隨著廢舊電腦產(chǎn)生量的逐年增加,廢舊電腦中的有價(jià)金屬賦存量將保持一定的增長(zhǎng)速度.到 2030年廢舊電腦中將產(chǎn)生約 157.74t的金、478.12t的銀以及 46.72t的鈀,若按國(guó)內(nèi)2016年6月金的價(jià)格263.16元/g、銀的價(jià)格3.48元/g 計(jì)算,僅廢舊電腦中金和銀的收益就能分別達(dá)到415億元和16.6億元.

圖9 廢舊電腦中典型貴金屬存量Fig.9 The stock quantities of typical precious metals in obsolete computers

2000 ～ 2030年廢舊電腦中典型金屬的存量由圖 10可知,2015年廢舊電腦中典型金屬銅、錫、鉛的存量分別為8.97、0.46和0.40萬(wàn)t.隨著報(bào)廢量的增加,廢舊電腦中的金屬開(kāi)采潛力在未來(lái) 15a將呈穩(wěn)定的增長(zhǎng)趨勢(shì),但由于廢舊電腦所含金屬中錫和鉛所占份額較小,其開(kāi)采潛力在未來(lái)15a內(nèi)的增長(zhǎng)將不明顯,到2030年廢舊電腦中銅的存量將達(dá)到10.91萬(wàn)t、鉛的存量將達(dá)到0.56萬(wàn)t、錫的存量將達(dá)到0.49萬(wàn)t.由圖11可知,到2030年廢舊電腦中塑料的存量將達(dá)到76.36萬(wàn)t.

圖10 廢舊電腦中典型金屬存量Fig.10 The stock quantities of typical metals in obsolete computers

圖11 廢舊電腦中塑料存量Fig.11 The stock quantities of plastic in obsolete computers

3 結(jié)論

3.1 由對(duì)全國(guó)電腦消費(fèi)者的調(diào)研結(jié)果可知,我國(guó) 85.06%的筆記本電腦的使用年限在 5a以下,89.06%的臺(tái)式電腦的使用年限在 6a以下.采用Weibull壽命分布模型預(yù)測(cè)到2030年全國(guó)電腦的平均使用壽命為3.66a.

3.2 在Logistics模型的基礎(chǔ)上,對(duì)我國(guó)電腦的平均擁有量、產(chǎn)生量、銷(xiāo)售量及報(bào)廢量進(jìn)行預(yù)測(cè),到2030年全國(guó)的電腦平均擁有量約為102.76臺(tái)每百戶(hù),全國(guó)電腦擁有量約為479百萬(wàn)臺(tái).當(dāng)不考慮不確定性因素時(shí),預(yù)測(cè)得到2030年全國(guó)電腦的銷(xiāo)售量約為367百萬(wàn)臺(tái),全國(guó)電腦的報(bào)廢量約為368百萬(wàn)臺(tái).

3.3 到 2030年廢舊電腦中將產(chǎn)生約 157.74t金、478.12t 銀以及46.72t 鈀的典型貴金屬,廢舊電腦中銅的存量約為10.91萬(wàn)t、鉛的存量約為0.56萬(wàn)t、錫的存量約為0.49萬(wàn)t、塑料的存量約為76.36萬(wàn)t.

[1]陳和祥,秦玉芳,曾明敏,等.我國(guó)電子廢棄物處理產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與前景探討 [J]. 中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè), 2011,(2):37-39.

[2]Oguchi M, Murakami S, Sakanakura H, et al. A preliminary categorization of end-of-life electrical and electronic equipment as secondary metal resources [J]. Waste Management, 2011,31: 2150-2160.

[3]洪 梅,宋博宇,丁 瓊,等.生命周期評(píng)價(jià)在電子廢棄物管理中的應(yīng)用前景 [J]. 科技導(dǎo)報(bào), 2012,30(33):62-67.

[4]The Basel Action Network. Exporting harm: The high-tech trashing of Asia [R]. Seattle, WA: Basel Action network, 2002.

[5]Li J H, Zeng X L, Chen M J, et al. "Control-Alt-Delete": Rebooting Solutions for the E-Waste Problem [J]. Environmental Science & Technology, 2015,49(12):7095-108.

[6]郭學(xué)益,田慶華.有色金屬資源循環(huán)理論與方法 [M]. 長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社, 2008.

[7]尹建鋒.廢棄手機(jī)資源化的生命周期評(píng)價(jià) [D]. 天津:南開(kāi)大學(xué), 2014.

[8]周全法.國(guó)內(nèi)外電子廢棄物處置現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].江蘇理工學(xué)院學(xué)報(bào), 2006,12(2):4-9.

[9]劉小麗,楊建新,王如松.中國(guó)主要電子廢物產(chǎn)生量估算 [J]. 中國(guó)人口·資源與環(huán)境, 2005,15(5):113-117.

[10]Wikinson S, Duffy N, Crowe M. Environmental Protection Agency of Ireland, Waste from electric and electronic equipment in Ireland [Z]. A Status Report, Ireland, 2001:68-81.

[11]劉枚蓮,鐘海玲,王媛媛.基于GM(1,1)——斯坦福估算模型的電子廢棄量預(yù)測(cè)研究 [J]. 中國(guó)市場(chǎng), 2015,(12):95-98.

[12]Duan H B, Hu J K, Tan Q Y, et al. Systematic characterization of generation and management of e-waste in China [J]. Environmental Science and Pollution Research, 2016,23:1929-1943.

[13]Zeng X L, Gong R Y, Chen W Q, et al. Uncovering the Recycling Potential of “New” WEEE in China [J]. Environment Science and Technology, 2016,50(3):1347—1358.

[14]Song Q B, Li J H, Liu L L, et al. Measuring the generation and management status of waste office equipment in China: a case study of waste printers [J]. Journal of Cleaner Production, 2016,112(5):4461-4468.

[15]李 博,楊建新,呂 彬,等.中國(guó)廢舊手機(jī)產(chǎn)生量時(shí)空分布研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2015,35(12):4095-4101.

[16]Oguchi M, Kameya T, Yagi S, et al. Product flow analysis of various consumer durables in Japan [J]. Resources, Conservation and Recycling, 2008,52(3):463-480.

[17]Lin C. A model using home appliance ownership data to evaluate recycling Policy performance [J]. Resources, Conservationand Recycling, 2008,52:1328—1332.

[18]張 默,石 磊.我國(guó)彩色電視機(jī)廢棄量預(yù)測(cè)模型對(duì)比 [J]. 環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展, 2007,(5):53-54.

[19]Zeng X L, Duan H B, Wang F, et al. Examining environmental management of e-waste: China's experience and lessons [J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2016:1-7.

[20]童 昕,蔡一帆,顏 琳.基于“家電以舊換新”回收數(shù)據(jù)評(píng)估電子廢物產(chǎn)生量估算方法 [J]. 生態(tài)經(jīng)濟(jì)(中文版), 2013,(7):38-42.

[21]林逢春,王 玨.中國(guó)廢舊電腦產(chǎn)生量預(yù)測(cè)及對(duì)策研究 [J]. 上海環(huán)境科學(xué), 2003,22(7):479-482.

[22]李 博,楊建新,呂 彬,等.廢棄電器電子產(chǎn)品產(chǎn)生量估算:方法綜述與選擇策略 [J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015,35(24):1-9.

[23]江曉健,劉靜欣,嚴(yán) 康,等.中國(guó)電子廢棄物產(chǎn)生量預(yù)測(cè)及金屬積存量特征分析 [J]. 有色金屬科學(xué)與工程, 2016,7(5):104-109.

[24]Gloria Jarne F V. "S-shaped" Economic Dynamics. The Logistic and Gompertz curves generalized [J]. Electronic Journal of Evolutionary Modeling & Economic Dynamics, 2012.

[25]Yang Y, Williams E. Logistic Model-Based Forecast of Sales and Generation of Obsolete Computers in the US [J]. Technological Forecasting and Social Change, 2009,(8):1105-1114.

[26]Habuer, Nakatani J, Moriguchi Y. Time-series product and substance flow analyses of end-of-life electrical and electronic equipment in China [J]. Waste Management, 2014,34(2):489-497.

[27]中華人民共和國(guó)統(tǒng)計(jì)局.中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒 [M]. 北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2001-2015.

[28]Parajuly K, Habib K, Liu G. Waste electrical and electronic equipment (WEEE) in Denmark: Flows, quantities andmanagement [J]. Resources, Conservation and Recycling, 2016.

[29]Zhang L F, Xie M, Tang L C. Bias correction for the least squares estimator of Weibull shape parameter with complete and censored data [J]. Reliability Engineering & System Safety, 2006,91(8): 930-939.

[30]Kim S, Oguchi M, Yoshida A, et al. Estimating the amount of WEEE generated in South Korea by using the population balance model [J]. Waste Management, 2013,33:474-483.

[31]中華人民共和國(guó)海關(guān)總署.中國(guó)海關(guān)統(tǒng)計(jì)年鑒 [M]. 北京:中國(guó)海關(guān)出版社, 2001-2015.

[32]工業(yè)和信息化部運(yùn)行監(jiān)測(cè)協(xié)調(diào)局.中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒[M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2001-2015.

[33]孟令國(guó),李超令,胡廣.基于 PDE模型的中國(guó)人口結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)研究[J]. 中國(guó)人口·資源與環(huán)境, 2014,24(2):132-141.

[34]中國(guó)電子工業(yè)年鑒編輯委員會(huì).中國(guó)電子工業(yè)年鑒 [M]. 北京:電子工業(yè)出版社, 2001-2003.

[35]Murakami S, Oguchi M, Tasakki T, et al. Lifespan of commodities, Part I The creation a database and its review [J]. Journal of Industrial Ecology, 2010,4:598-612.

[36]Yang Y, Williams E. Forecasting sales and generation of obsolete computers in the U.S[A]//IEEE International Symposium on Electronics and the Environment [C]. IEEE, 2008:1-6.

[37]Liu X B, Tanaka M, Matsui Y. Generation amount prediction and material flow analysis of electronic waste: a case study in Beijing, China [J]. Waste Management & Research the Journal of the International Solid Wastes & Public Cleansing Association Iswa, 2006,24(5):434-445.

[38]Zhang L, Yuan Z, Bi J, et al. Estimating future generation of obsolete household appliances in China [J]. Waste Management & Research the Journal of the International Solid Wastes & Public Cleansing Association Iswa, 2012,30(11):1160-1168.

《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》獲評(píng)“2014中國(guó)最具國(guó)際影響力學(xué)術(shù)期刊”

2014年12月,中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)主辦的《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》被評(píng)為“2014中國(guó)最具國(guó)際影響力學(xué)術(shù)期刊”.

“中國(guó)最具國(guó)際影響力學(xué)術(shù)期刊”是《中國(guó)學(xué)術(shù)期刊(光盤(pán)版)》電子雜志社有限公司、清華大學(xué)圖書(shū)館、中國(guó)學(xué)術(shù)國(guó)際評(píng)價(jià)研究中心對(duì)我國(guó)5600余種中外文學(xué)術(shù)期刊，根據(jù)總被引頻次、影響因子、被引半衰期等計(jì)算出的國(guó)際影響力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)CI進(jìn)行排序,遴選出的排名前5%的期刊.獲評(píng)“中國(guó)最具國(guó)際影響力學(xué)術(shù)期刊”的科技類(lèi)期刊共175種.

自2012年開(kāi)始此項(xiàng)評(píng)選以來(lái)，《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》已連續(xù)3年獲此殊榮.

《中國(guó)環(huán)境科學(xué)》編輯部

Analysis of the generation amount and the metal stock of obsolete computers in China.

GUO Xue-yi1,2, ZHANG Jing-xi1, YAN Kang1, TIAN Qing-hua1,2*(1.School of Metallurgy and Environment, Central South University, Changsha 410083, China；2.Cleaner Metallurgical Engineering Research Center, Nonferrous Metal Industry of China, Changsha 410083, China). China Environmental Science, 2017,37(9)：3464～3472

Study on the generation amount and the metal stock of obsolete computers is important for building a reasonable recycling system of waste. In this study, the average possession and sales of computers, the generation amount and the deposit of valuable metals in obsolete computers were predicted using logistic model, population balance model and material balance principle, respectively. The results indicated that the generation amount of obsolete computers in China was about 368 million units in 2030. The stock quantities of gold, silver and palladium contained in obsolete computers would reach 157.74, 478.12 and 46.72 tons, respectively. And the stock quantity of copper would reach 109.1 thousand tons.

obsolete computers；generation amount；metals sources；stock；Logistic model

X705

A

1000-6923(2017)09-3464-09

2016-12-29

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51604306);科技部國(guó)家國(guó)際合作專(zhuān)項(xiàng)(2014DFA90520)

* 責(zé)任作者, 副教授, qinghua@csu.edu.cn

郭學(xué)益(1966-),男,湖南長(zhǎng)沙人,教授,博士,主要研究方向?yàn)橛猩饘儋Y源循環(huán).發(fā)表論文120余篇.