生命周期评价在污水处理方面的应用 4页

中国资源综合利用Vo1．28，No．3。工作研究ChinaResourcesComprehensiveUtilization2O1O年3月生命周期评价在污水处理方面的应用刘志勇(北京市工程咨询公司，北京100031)摘要：探索生命周期评价在污水处理方面的应用．提出了污水厂最大的环境影响在酸化．主要来源是能源消耗，同时提出了要降低污水厂环境影响，就需要从减少建筑材料生产能耗和降低运营期能耗着手，并提出了其他改进建议。关键词：生命周期评价；污水处理；环境影响中图分类号：X820．6文献标识码：A文章编号：1008—9500(2010)03—0054—04LifeCycleAnalysisinEnvironmentalImpactAssessment0nWastewaterTreatmentPlantLiuZhiyong(BeijingMunicipalEngineeringConsultingCorporation，Beijing100031，China)Abstract：ThispaperresearchestheLCAonthewastewatertreatment，andtheconclusionsshowtheacidificationisthebiggestenvironmentalimpactofwastewatertreatmentplant．BecauseacidificationismainlyduetothedischargeofNOxandSOz，whicharemainlygeneratedintheenergyproductionproces~thispaperhassuggestedtheimprovementmethods，suchasthecleanenergyapplication，andSOon．Keywords：lifecycleanalysis；wastewatertreatment；environmentalimpact在2009年底的哥本哈根会议上。我国政府提能源的消耗、产品使用过程以及报废后的环境影出．到2020年中国单位GDP二氧化碳排放将比响。2005年下降40％～45％的目标。新的目标需要新的排放管理对于控制局部的工业点源污染是有环境管理手段，生命周期评价不仅能解决区域性环效的，这已被工业发达国家的实践所证明。但这一境问题。还能从从全球化的角度评价项目的环境影方法对解决全球性、区域性问题却显得无能为力。响。不仅能解决实际环境影响，更关注环境影响潜过程管理(清洁生产)是环境管理方式的一大进步，力，扩大生命周期评价的应用范围意义重大。已经从被动的末端治理，转向积极的污染预防，是20世纪80年代全球环境污染排放增长减缓的重1环境管理手段的历史沿革要手段。过程管理主要关注于产品的生产过程，而环境管理手段一般可分为3个具有代表性的没有考虑与产品相关的其它环节，如产品的使用，阶段，即排放管理，过程管理和产品管理。其中，排废弃处理等。过程管理也没有将节约资源和降低能放管理的典型手段就是传统工业三废的末端治理，耗作为管理的重点，无法满足可持续发展模式的要其目标主要是削减污染物排放，或者对排放的废弃求。物进行无害化处理。过程管理的典型手段是清洁生环境影响评价(Environmenta1ImpactAssessment，产．此时已经不再局限于末端治理，而是从生产过EIA)关注特定时间、特定地点和特定受体的实际环程就将环境管理植入生产过程中，力图通过工艺控境影响。生命周期评价关注的是环境影响潜力，没制、技术进步、制度创新等手段在生产过程削减污有特定的时间、地点和受影响对象。目前，国内外已染物的排放，而不再等到末端治理。生命周期评价经开展了大量的生命周期评价案例研究，内容涉及关注的是全过程的管理，即从原材料的使用、资源白杨能量发电和利用传统化石燃料发电的对比⋯，收稿日期：2010～02—05作者简介：刘志勇(1977一)，男，河南潢川人，硕士研究生，工程师，从事基础设施及环境投资咨询。-54——\n第3期刘志勇：生命周期评价在污水处理方面的应用。工作研究岩石粉碎机[引，硅酸盐水泥[3等。但是，作为环境保析。其中物耗主要包括钢材、水泥和标砖等建筑材护公益性基础设施之一的污水处理厂．其环境影响料消耗．能耗主要由各种材料生产能耗、建筑施工评价关注的仍然是废气、废水、固废、恶臭和噪声等直接能耗、材料运输能耗三部分组成，污染物排放几大方面的环境影响，污水处理工艺的选择上也通主要来源于施工过程、材料生产和能源生产。常只关注去除效率和运行成本等几个方面，不能全2．2．2运营阶段面反映污水处理项目生命周期内的环境影响。因在处理设施的运行阶段中材料的消耗数量很此．探索生命周期评价这一方法应用到污水处理项小，可忽略不计。运行阶段的能源消耗包括废水处目，用于评价其潜在的环境影响是非常必要。理过程所需的电力和运输车辆所需的燃油。运行阶段大气污染物排放源自三个方面：废水处理的氧化2生命周期评价在污水处理上的应用过程、电厂发电的过程和运送污泥和人员车辆的燃生命周期评价的技术框架主要由四个相互关油燃烧。水污染排放可根据处理后出水的水质分析联的部分组成：目标定义和范围界定、清单分析、影结果，计算出污水处理厂运营阶段所排放的水污染响评价和改进评价。以北京市某污水处理厂为例．具物。固体废物排放主要包括污泥和栅渣，其数据可体说明生命周期评价在污水处理环境影响评价方面根据处理设施的实测记录进行统计估算。的应用。该污水处理厂采用的是CASS工艺，日处理2．2_3报废阶段生活污水1万m，其运营阶段暂定为20年。污水厂的拆除通常是指把原有废水处理厂地2．1目标定义和范围确定下0．9米以上的设施全部拆除，然后恢复现场。因系统边界是生命周期评价模型中最关键的部此，考虑到可以用泥土作为填充材料，因此本阶段分之一。按照从宏观到微观的层次．主要考虑的边暂不考虑物耗的影响。拆除阶段的能耗主要是与进界包括经济和环境系统之间的边界，作为研究对象行拆除作业的机器设备有关，主要包括拆除作业能的产品系统与其它产品系统之间的边界，相关的与耗和覆土、填充材料运输能耗两部分。本阶段的污不相关的工艺之间的边界。其主要任务是选择适当染物主要是拆除过程剩余的固体废物，为简化过的研究范围，即确定系统边界系统，边界明确以后。程，清单分析的结果如表1。就可以确定物质流、能量流和废物流数据收集的范2．3影响分析围。本项目系统边界确定为污水处理厂厂区范围，抗识别清单分析中相对重要的环境交换因子．同时进一步将本项目划分为建设施工阶段、生产运并对其潜在影响进行评估．说明各种环境交换因子营阶段和报废拆除阶段进行环境影响分析，以确定的相对重要性及对环境影响贡献大小，就是影响分最大的环境影响及其产生的阶段，便于改进评价。析。一般来说，从保护目标出发可分为资源耗竭、人2．2清单分析类健康影响和生态影响三大类。生态影响大类下又本阶段需要对系统边界内研究对象生命周期各包含全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、光化学烟雾和富个阶段的所有投人和所有产出，即从整个生命周期营养化等。从发生作用的空间尺度来看．有全球性中消耗的原材料、能源及排放到环境中的固体废弃影响(如全球变暖)、区域性影响(如酸雨)和局地性物、大气污染物、水质污染物等，根据物质平衡和能影响(如固体废弃物)。量平衡进行定量化的调查。本阶段需要大量的工艺2_3．1影响分类与数据特征化数据，尤其在连续的工艺流程之间，要特别避免重复影响分类就是将清单分析的结果划分到影响计算和漏算。清单分析的结果常常列为一种清单表类型的过程。有了清单分析中所有污染物的排放的形式，来具体说明生命周期清查的重要信息。量，计算环境影响潜值就是确定每种环境影响类别本项目施工阶段、运营阶段和报废阶段的清单的参照物以及其他污染物对于参照物的当量因子。分析分别如下：例如通常对全球变暖采用CO作为参照物，将各类2．2．1施工阶段环境影响因子转换为CO：标准当量。依据污水厂的设计资料和相关统计资料。可对环境干扰因子的计算过程：以甲烷为例进行计施工阶段物质消耗、能源消耗和污染物排放进行分算说明，甲烷既造成全球变暖，又产生光化学氧化．一55—\n。工作研究中国资源综合利用第3期表1某污水厂的环境污染物影响排放汇总表kg简化起见，可以将甲烷的实际排放量对等分配，也表4环境影响标准化结果＼＼影响就是说一半的甲烷产生“全球变暖”的影响，一半的类别甲烷产生“光化学氧化”的影响。据此，可计算污水厂阶段＼变暖全毒篷性氧化化集养化＼生命周期各阶段的环境影响潜值结果，见表2。施工阶段7．65E+02l_02E+038．76E+037．39E+044．05E一02表2环境影响潜值结果kg参照物当置运行阶段2．72E+033．25E+032．72E+042．36E+053．54E+03＼影响拆除阶段5．50E+011．32E+021．10E+039．54E+030．00E+00＼类别生命周期3．54E+034．40E+033．71E+043．19E+053．54E+03阶段＼变暖全毒篷性氧化化囊养化＼2_3_3量化评价施工阶段5．98E+068．90E+067．01E+043．88E+069．20E一01运行阶段2．13E+072．85E+072．18E+051．24E+078．03E+04量化评价就是确定不同影响类型的贡献大小拆除阶段4．30E+051．15E+068．81E+035．02E+050．00E+00即定权重，以便能得到一个数字化的可供比较的单生命周期2．77E+073．85E+072．96E+051．68E+078．03E+04一指标，简单地说就是确定权重因子。在确定权重因2．3．2数据标准化子后。就可以得出系统生命周期内的各类环境影响每种环境影响类型的影响潜值都是以不同的值(无量纲)，从而确定生命周期内最大的环境影响，参照物为基础，其间的环境影响无法直接比较，因为改进评价奠定基础。采用1996年UNEP报告中此需要进行数据标准化。这就为各种影响类型的相的第二套权重因子，详见表5。经量化后的环境影对大小提供一个可比的标准。从而比较各种影响类响结果见表6。型的贡献大小。表5各影响类别的权重因子采用的是世界范围内的标准化指标，标准化参鬓类别萎变篓暖会毒葚性氧化酸化集养茬化考值和标准化后结果见表3和表4。表3世界1995标准化参考值权萤因子2．40E-013．90E-021．13E一013．90E-011．02E-012．2．4改进评价改进评价是识别、评价和选择减少系统环境影响或负荷的方案，确定和评价与减少能量和原材料使用有关的环境影响的机会，力图使每个功能单位的环境性能都能得到改善。-56-\n第3期刘志勇：生命周期评价在污水处理方面的应用。工作研究根据表6结果，从不同的环境影响类别来看，营期的酸化影响。造成酸化的环境交换因子主要是污水处理厂整个生命周期内环境影响以酸化为主，SO和NO，由于运营阶段污水处理本身并不产生约占总环境影响的95％，其他四类环境影响相对较SO：和NO，所以其排放主要是由能源生产和建材小。从建设阶段来看，其建设期、运营期和报废期环生产造成的。因此，在建设阶段要尽量使用绿色建境影响分别占23％、74％和3％。因此，要减少污水材，运营期要优先选择能耗较低的污水处理工艺。厂的环境影响，就是要减少酸化的影响，特别是运表6权重结果＼影响全球变暖人体毒性光化学氧化酸化富营养化合计阶＼施工阶段1．84E+023．98E+019．90E+022．88E+o44．13E一033．00E+04运行阶段6．53E+021．27E+023．07E+039．20E+043．61E+029．63E+04拆除阶段1．32E+015．15E+001．24E+023．72E+03O．O0E+003．86E+03生命周期8．50E+021．72E+024．19E+031．24E+053．61E+021-30E+05再生和清洁能源的使用，从而降低SO和NO的排3结论放量，间接降低污水厂的环境影响。(1)生命周期评价与其他工具(如环境影响评(2)在污水处理厂设计施工阶段，应优先选择价、风险评价等)一样，都可以为环境决策提供支绿色环保建筑材料。降低建筑材料生产过程能耗．持。不同的是，生命周期评价研究的是产品、工艺间接减少污水厂对环境的影响。或服务在整个生命周期过程中对环境的影响潜力。(3)在污水厂工艺选择方面，尽量利用自然高生命周期评价不能取代其他环境工具，但能够为具程，减少污水提升高度和次数，降低能耗：优先选择体的应用提供补充信息。大多数支持环境决策的运营能耗较低的工艺。如强化污水的自然净化过工具只处理一种目标．而生命周期评价则研究产品程，减少曝气或者尽量使用氧传输率比较高的曝气或产品功能的环境后效。生命周期评价不仅适用设备等于具体工业产品的环境影响评价，同样适用于评估参考文献环境保护项目(如污水处理等)的环境影响．不仅能1AngelantonioRafaschieri，MarioRapaccinil'Giampaolo识别区域性的环境影响。也可以识别全球性的环境Manfrida．LifeCycleAssessmentofelectricityproductionfrom影响。poplarenergycropscomparedwithconventionalfossilfuels[J]．(2)通过对污水处理厂生命周期分析。可得出EnergyConversion＆Management，1999，(40)：1477．1493．污水厂最主要的环境影响为酸化，且主要以运营期2AnneH．Landfield，VijiaKarra．Lifecycleassessmentofarock为主。这种环境影响主要由SO和NO的排放造crusher[J]~esourcesConservationandRecycling，2000，(28)：成，主要来源于建筑材料的生产和运营期间的能源207-217．消耗3刘顺妮，林宗寿，张小伟．硅酸盐水泥的生命周期评价方法初探[J]．中国环境科学，1998，18(4)：328-332．4建议(责任编辑／王博琼)(1)要降低污水处理厂的环境影响，需加大可。广而告之本刊启事本刊已被《中国期刊全文数据库》、《中国学术期刊综合评价数据库》、《中国核心期刊(遴选)数据库》、《中文科技期刊数据库》、《万方数据一数字化期刊群》收录，全文上网，作者稿酬已包括在内。如作者不同意文章上互联网，请在来稿中声明，本刊将作适当处理。《中国资源综合利用》杂志社一57—