楊 韜，歐陽創(chuàng)，周永泉

（1.上海天馬再生能源有限公司，上海 201603；2.上海市環(huán)境工程設(shè)計科學(xué)研究院有限公司 上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計院有限公司，上海 200232）

引言

當(dāng)前經(jīng)濟、人口的快速發(fā)展增長以及城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市生活垃圾產(chǎn)生量快速增長。根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)[1]顯示，我國城市生活垃圾產(chǎn)生量從2011 年的16 395.3 萬t 增至2020 年的23 511.7 萬t，同比增長43.4%。垃圾清運量的快速增長使得城市生活垃圾的管理也面臨著較大的壓力，我國大力提倡將焚燒作為處理生活垃圾的替代方法。統(tǒng)計數(shù)據(jù)[1]顯示，2020年我國垃圾焚燒處理占比為62%，相較于全國，上海市的垃圾焚燒處理占比更高達(dá)79%，垃圾焚燒處理顯然已經(jīng)成為我國最主要的垃圾處理方式。

當(dāng)前在垃圾焚燒的研究中，主要為不同垃圾處理方式的對比或垃圾焚燒工藝環(huán)節(jié)的問題，但是垃圾焚燒處理過程是復(fù)雜且污染物排放的種類繁多。因此，對生活垃圾焚燒處理工藝的環(huán)境影響開展研究是十分必要的。生命周期評價（Life Cycle Assessment，LCA）是一種先進(jìn)的環(huán)境評價及管理方法，用于評價特定產(chǎn)品或者生產(chǎn)過程在其整個生命周期中對環(huán)境所產(chǎn)生的影響。本文依據(jù)某生活垃圾焚燒發(fā)電廠為例進(jìn)行研究，利用生命周期評價方法對垃圾焚燒處理的過程進(jìn)行環(huán)境影響評價，以此了解垃圾焚燒處理的環(huán)境影響水平并判斷各階段造成環(huán)境影響的主要來源，為垃圾焚燒處理工藝的優(yōu)化改進(jìn)提供理論依據(jù)。

1 垃圾焚燒處理生命周期評價模型建立

本文旨在利用生命周期分析評價當(dāng)前上海市某生活垃圾焚燒發(fā)電廠的環(huán)境影響，根據(jù)ISO14000 標(biāo)準(zhǔn)，LCA 分析過程包括：目標(biāo)和范圍定義；清單分析；環(huán)境影響評價；結(jié)果解釋等4 個組成部分。

本文將通過Simapro 平臺進(jìn)行LCA 建模，對垃圾焚燒處理工藝的環(huán)境負(fù)荷進(jìn)行綜合評價，從而了解垃圾焚燒的環(huán)境影響以及尋求工藝改進(jìn)與優(yōu)化。研究邊界示意，如圖1 所示。針對垃圾焚燒處理整體工藝，不關(guān)注中間具體工藝環(huán)節(jié)，以整廠范圍為邊界，研究內(nèi)容主要包含三個部分，即上游原材料的消耗、垃圾焚燒處理過程中各類污染物質(zhì)的排放、下游電力輸出。本文的清單數(shù)據(jù)主要來源于上海某焚燒廠現(xiàn)場實測，部分?jǐn)?shù)據(jù)為經(jīng)驗數(shù)據(jù)，在建模中各項物料的輸入需要選定生命周期商業(yè)評價軟件SimaPro 9.0 版本Ecoinvent 3.5 數(shù)據(jù)庫中的背景數(shù)據(jù)，功能單位選定為處理1t 垃圾。

圖1 垃圾焚燒處理的LCA 邊界

根據(jù)ISO 14044 標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境影響評價（Life Cycle Impact Analysis，LCIA）有四個階段：分類、表征、標(biāo)準(zhǔn)化和加權(quán)。進(jìn)行生命周期環(huán)境影響分析，首先要進(jìn)行分類，其目的在于識別每種潛在造成危害的物質(zhì)。特征化過程是對各種物質(zhì)引起的環(huán)境影響的定量表征。通過將排放的污染物乘以相應(yīng)的潛值轉(zhuǎn)換因子，得到其相應(yīng)的環(huán)境影響潛值（EIP）。所使用的生命周期評價方法為EDIP 2003 方法。由表1 所示，EDIP 2003 方法在中間點階段總共定義了19 種不同的影響類別。其次對于每個基線指標(biāo)，計算標(biāo)準(zhǔn)化分?jǐn)?shù)以供參考。通過對標(biāo)準(zhǔn)化環(huán)境影響潛值進(jìn)行加權(quán)，可獲得總環(huán)境影響潛值（TEIP）的單一評分指標(biāo)。

表1 EDIP 2003 方法的影響類別、標(biāo)準(zhǔn)化因子和權(quán)重因子

2 環(huán)境影響分析

本文采用EDIP2003 方法，對垃圾焚燒工藝進(jìn)行了環(huán)境影響潛值的對比，其中間點環(huán)境影響潛值分析結(jié)果如表2 所示。將上述結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化之后進(jìn)行加權(quán)，獲得垃圾焚燒處理工藝的環(huán)境影響如圖2 所示。

由圖2 所示，垃圾焚燒處理工藝的總環(huán)境影響潛值為0.013 6，其中上游由于原材料消耗所造成的正環(huán)境影響潛值為0.019 6，垃圾焚燒處理過程由各種污染物質(zhì)排放的正環(huán)境影響潛值為0.109，下游由電力輸出以替代化石燃料發(fā)電廠的負(fù)環(huán)境影響潛值為-0.115。由污染物排放造成的環(huán)境影響占到了正環(huán)境潛值的85%，成為最主要的環(huán)境影響來源。圖3 顯示了垃圾焚燒處理工藝最主要的五類環(huán)境影響類別，分別為：臭氧生成（人類）、臭氧生成（植被）、陸地富營養(yǎng)化、全球變暖（100 年）、水體富營養(yǎng)化（N）；其環(huán)境影響潛值分別為0.023 1、0.016 5、0.010 1、0.009 87、0.007 35，總計環(huán)境影響潛值為0.066 92。2020 年我國正式提出“雙碳”目標(biāo)。“雙碳”目標(biāo)的提出使我國堅定不移走生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳發(fā)展道路，積極推進(jìn)“雙碳”工作，因此由溫室氣體造成的全球變暖效應(yīng)在當(dāng)前形勢下顯得尤為重要。根據(jù)表2 的特征化結(jié)果顯示，焚燒處理1 t 垃圾產(chǎn)生的總?cè)蜃兣?00 年）影響為69.5 kgCO2-eq，其中由上游原材料消耗造成的間接碳排放和由焚燒過程中產(chǎn)生的直接碳排放分別為12.5 kg CO2-eq、135 kg CO2-eq。而電力輸出對全球變暖（100 年）具有較好的表現(xiàn)，原因是通過華東區(qū)域電網(wǎng)對外輸送電力以此提供由燃煤發(fā)電形成的等量供電，焚燒1 t 垃圾可以形成78 kg CO2-eq 的避免排放，因此其最終的凈排放僅為69.5 kg CO2-eq。

表2 環(huán)境影響分析（中間點環(huán)境影響潛值及標(biāo)準(zhǔn)化后加權(quán)終點值）

圖2 不同處理環(huán)節(jié)對環(huán)境影響的貢獻(xiàn)

圖3 主要的環(huán)境影響類別

雖然由原材料消耗以及焚燒處理過程造成的環(huán)境影響較高，但總環(huán)境影響僅為0.012 8，這主要是由于焚燒產(chǎn)生的熱能進(jìn)行回收利用發(fā)電，所發(fā)電力并入華東區(qū)域電網(wǎng)以替代燃煤發(fā)電所產(chǎn)生的電力，其電力輸出造成的間接環(huán)境影響潛值為-0.115，而對水體富營養(yǎng)化（P）的影響類別具有明顯的環(huán)境效益，其環(huán)境影響潛值為-0.057 4。由圖4 所示，在污染物排放造成的環(huán)境影響中NOx和CO2是造成環(huán)境影響最大的兩類物質(zhì)，CO2造成了0.009 49 的全球變暖（100 年），NOx造成了0.023 的臭氧生成（人類）、0.016 5 的臭氧生成（植被）、0.010 1 的陸地富營養(yǎng)化以及0.007 31的水體富營養(yǎng)化（N）。在污染物排放造成的總環(huán)境影響中，NOx的排放影響為80.2%，CO2排放影響為17.7%。而在原材料消耗中，由圖5 所示造成間接環(huán)境影響最大的藥劑為氫氧化鈉，其環(huán)境影響潛值為0.005 16，占原材料消耗總環(huán)境影響潛值的26.4%，該藥品使用在濕法脫酸塔中進(jìn)行濕法脫酸，從而降低SO2、HCl 和一定NOx的排放水平。原材料消耗中造成環(huán)境影響的五類物質(zhì)主要為氫氧化鈉、螯合劑、消石灰、活性炭以及柴油，除氫氧化鈉外其余占原材料消耗環(huán)境影響潛值的比例分別為19.6%、18.8%、13.5%、9.7%。

圖4 不污染物排放環(huán)境影響占比

圖5 不同原材料消耗環(huán)境影響占比

3 結(jié)論

本文針對垃圾焚燒處理工藝通過LCA 建模進(jìn)行了生命周期環(huán)境影響評價，以此判斷各階段造成的環(huán)境影響以及判斷各階段環(huán)境影響的主要原因，最終得出以下結(jié)論：

1）從全生命周期角度分析，在垃圾焚燒處理工藝中，正環(huán)境影響潛值主要是由上游原材料消耗以及垃圾焚燒處理過程中污染物排放所造成，但通過垃圾焚燒后的熱能回收發(fā)電，以此替代燃煤發(fā)電會大幅度降低垃圾焚燒所造成的環(huán)境影響。

2）在所有環(huán)境影響類別中，臭氧生成造成的環(huán)境影響最為顯著，其主要原因是由于NOx的排放，在原材料消耗造成間接的環(huán)境影響中，氫氧化鈉是最主要的影響因素，但該藥品使用目的是在濕法脫酸塔中進(jìn)行濕法脫酸。其次“雙碳”背景下，垃圾焚燒具有良好的碳減排效益，噸垃圾焚燒的碳排放僅為69.5 kg CO2-eq。

3）通過全生命周期環(huán)境影響分析可以為焚燒廠的低污染運行提供更加明確的升級改造途徑：如何進(jìn)一步降低NOx的排放以及提高能量回收效率。這對于降低垃圾焚燒處理工藝環(huán)境影響具有重要的指導(dǎo)意義。