城市固体废弃物管理（MSWM）国内外研究综述——基于生命周期评价方法

高晓龙，戴铁军

（北京工业大学循环经济研究院，北京100124）

近年来，固体废弃物对环境产生的影响受到了广泛的关注，随着社会意识的提高，城市管理者们认识到垃圾围城将制约着城市的进一步发展。相对稀缺的资源以及堆积如山的固体废弃物促使很多国家建立了减少固体废弃物产生的法令，并提出回收目标，以期减少固体废弃物对环境的影响。生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）是评价城市固体废弃物管理（Municipal Solid Waste Management，MSWM）的有效方法[1]。

生命周期评价（LCA）始于20世纪70年代以后，源于美国开展的针对包装品的分析和评价，随后国际环境毒理学与化学学会（SETAC）以及国际标准化组织（ISO）分别对LCA的定义和技术框架作出了规定。生命周期评价是对一种产品或服务系统的整个生命周期物质、能源的输入、输出以及潜在的环境影响进行定量分析的过程，分4个阶段：目标确定、清单分析、影响评价和生命周期解释[2]。大量的学术研究通过分析系统各阶段的排放对城市固体废弃物管理（MSWM）进行研究，同时，生命周期评价软件、数据库的开发使分析更规范。

参考ISO140402006对国内外的相关文献进行分析比较，了解固体废弃物管理系统生命周期评价的研究现状，此前Wrap，Bjorklund，Finnveden解决了一些系统的边界问题[2]。

1 研究方法

国际标准化组织（ISO）通过与国际电工委员会（IEC）以及其他组织、政府的合作，完成了对生命周期评价（LCA）的标准更新，其框架包括研究领域和规模、功能单位、环境影响评价分析,以及数据、软件等[3]。基于标准对国内外研究进行对比分析，了解研究现状和存在的问题，并提出改进的建议。

1.1 研究领域和规模

现有的大多数研究是基于区域、城市层面，欧洲、北美的研究比较早，现在亚洲、南美洲的研究比较多：Finnveden等考虑了瑞典的废弃物处理[2]；Chaya，Gheewa利用生命周期评价对一家私人废弃物处理厂进行了分析[4]；Aye，Widjaya选定了印度尼西亚雅加达传统市场产生的废弃物[5]；胡志锋等对广州的生活垃圾处理工艺（卫生填埋、焚烧处理和综合处理方式）进行了分析[6]；徐成等以四川省广汉市为例，研究认为综合处理固体废弃物在环境效益和经济效益方面都优于焚烧、简单填埋和卫生填埋[7]；R·J·Hong以上海浦东新区为例，在传统处理工艺的基础上，引入了生物和机械处理（BMT）技术作为固体废弃物的预处理，采用情景分析法，得到新技术有助于减轻环境影响和综合管理系统的改善[8]；Mendes对巴西圣保罗市城市固体废弃物的焚烧、填埋产生的环境影响进行了比较，提出填埋相对焚烧对环境的影响更大[9]。

地区的差异在研究中是很明显的，关键是根据本地区的资源禀赋、地理条件，合理界定研究区域和研究目的，为收集数据、分析环境影响界定范围。

1.2 功能单位（Functional Units）

功能单位的选择是基于系统有很多功能，为实现输入、输出以及环境影响的量化，有必要根据研究目标做出规定[3]。对城市固体废弃物管理进行生命周期评价，要根据处理固体废弃物的量对收集到的数据，如对电力、燃料的消耗，废水、废气、废渣的排放量，以及生化学指标（COD，CH4，CO2，SO2，NH3等）进行整理，确保所有数据是在共同的标准上进行对比，之后的分类、特征化才能够准确量化分析的结果。标准中要求功能单位透明，并加以描述。

Julian对20篇经过同行审议的文献对比发现，仅仅有11篇对功能单位进行了清晰界定，不少研究者认为功能单位是显而易见，无需表述的。功能单位包括的数据也有差异，包含交通工具排放的较多，而很少包含生产的能源输入以及资本、基础设施的投入。另外相当比例的研究中对时间范围未加以界定[2]。

1.3 系统边界

生命周期评价是通过设定产品系统模型，对物理系统主要物质流进行描述。系统边界限定目标系统所要研究的过程单元，进出过程单元的物质、能源作为基本的研究对象，不过，物理系统物质流的选择是基于研究目的和范围，假设条件、数据和成本限制以及取舍标准也需要给予说明。

标准指出，在确定生命周期的目标和范围组建时，省略生命周期过程单元、输入输出物质流的决定都应清楚地阐述，并说明理由。城市固体废弃物管理的生命周期一般包括：（1）收集；（2）运输到分拣中心；（3）分选；（4）运输到处理厂；（5）处理阶段，包括综合利用、生物处理、焚烧和填埋等工艺。

很多城市固体废弃物生命周期评价的研究包括前面的5个阶段，但也有只是着重某一个阶段的。胡志峰等在对广州市的处理工艺进行评价时，界定了最终的处理阶段[6]；Tan，Khoo在研究中只研究新加坡地理范围内的废弃物管理系统，而因此忽略了将废弃物输出海外循环利用而获得的净环境收益；Schmelev，Powell考虑到空间尺度的环境排放量和受影响地区的生态敏感性[2]；龚大国等对城市固体废弃物从产生到处置各个阶段（收集、清运、中转、回收再利用和最终处理）物质和能量利用及相应的环境排放进行识别和量化，其中对各阶段车辆和设备能耗的量化是从未有过的[10]。

1.4 生命周期影响评价（LCIA）

生命周期影响评价的环境影响评价阶段，利用清单分析的结果评估潜在的环境影响。此阶段通过对数据的分类、特征化，试图实现影响的量化，这样才具有可比性，为生命周期解释阶段提供支撑。影响评价对某一情景的定量评价会涉及到影响的验证或权重，这受价值取向的影响。尽管影响评价相对清单分析对决策者更有用，却受主观因素影响较大，且很困难。所以很多研究仅仅进行到清单分析阶段。龚大国等的研究止步在清单分析阶段；胡志峰等经加权，得到了卫生填埋、焚烧处理以及综合处理方式的总的环境影响潜值；Ozeler D等针对安卡拉5种城市固体废弃物的管理方法的情景分析只做了清单分析，通过对数据分析比较管理方法对环境某一方面的影响程度[11]；R·J·Hong等对浦东传统处理方式与经生物和机械处理后的方法进行对比评价，也得出了总环境影响潜值[8]；但他们对影响类型的权重是不同的，全球变暖、酸化、富营养化以及光化学臭氧合成等权重的大小，影响总环境影响潜质的大小。

1.5 LCA相关软件、数据库的开发

生命周期评价所需要的数据种类繁多且数据处理量大，因此，相关软件及数据库系统的开发与应用成为迫切需求。国外已形成多种较为成熟的评价软件和数据库，我国由于研究起步较晚，至今没有成熟的生命周期评价软件系统为生命周期实践者提供支持。

现有的LCA软件有美国环保局决策支持工具、IWM-1，IWM-2，Simapro，WISARD，ORWARE，EASEWASTE 以及 ISWM。Aye，Widjaya，Buttol等在文献中清楚地表明其选择的LCA模型[2]。Ozeler D等在对安卡拉MSWM分析时采用IWM-1模型[11]；胡刚在其博士论文中引入多属性效用理论，建立了基于生命周期3E评价的MSWM决策分析方法和模型，并对重庆市主城区MSWM进行了分析[12]；龚先政，聂祚仁，左铁镛等调研了典型材料生产的环境复合数据，开展了中国材料数据库（SinoCenter）的研究，建立了中国材料生命周期分析数据库平台[13]。

1.6 数据的类型和来源

对环境影响的直接衡量是不可获得的，所以学者会利用年鉴、科技文献或者通用的排放系数资料库等获得数据去测算排放量。多数研究需要收集的数据同所要研究的废弃物和流量有关，LCA所需要的输入量的全部数据清单很难获得。研究发现，通常情况下，通过排放数据去估算城市固体废弃物管理系统的环境排放比通过废弃物处理厂直接测量更常用。Chaya，Gheewala从焚烧处理厂获得直接数据[4]；Arena等使用的数据包括部分填埋厂的直接测量数据、还没有投入运营的焚烧厂的设计数据以及意大利其他区域焚烧厂的数据[2]。数据来源和研究区域的地理差异很明显。Aye，Widjaya使用澳大利亚的排放数据对印度尼西亚进行 LCA[5]；一些学者，像 Di Maria，Fantozzi在研究中却没有提及数据的来源[14]。

2 分析对比

鉴于研究采用的方法、模型以及数据获取途径的不同，所获得结论也会不同。龚大国等比较分析了焚烧和综合处理模式，综合处理方式在温室气体、酸性气体以及富营养物方面明显优于焚烧处理模式[13]，胡志峰等对广州市MSW 3种处理工艺的分析获得的结论一致，焚烧处理优于卫生填埋，综合处理优于焚烧处理[6]；而Ozeler D，Yetis U利用LCA对土耳其安卡拉市的5种MSWW系统就SW（non-hazardous）、GWP、AP（Acidification Potential）、EP（Eutrophication Potential）、HTP（Human Toxicity Potential）、NESEP（Non-renewable Energy Sources Exhausting Potential）等指标进行分析后，认为“源头减量+收集+运输+填埋”管理方案是对环境影响最小的[11]；Mara Regina Mendes等在对巴西圣保罗市的5种不同方案进行LCA，通过GWP，AP，NE等指标的衡量得到，焚烧以及对灰烬进行填埋的方案对环境影响最小，而焚烧之后利用灰烬生产建筑材料会导致更高的环境影响[9]。

3 结论

通过国内外文献对比分析，不难发现以下一些问题。

（1）没有准确、相关和可得的数据输入，即使最好的模型也没用。虽然MSWM中的很多技术过程（如焚烧、填埋）可以获得数据，不过收集和分类系统的成本和负荷数据还不容易获得。在很多国家，特别是发展中国家，分类收集和分类系统还处于规划阶段，因此不可能获得其准确的运作数据。数据的不可获得性势必影响研究的准确性。

（2）LCA软件、数据库现在已有不少开发，但由于地理位置、资源禀赋的差异，研究的结果也会存在差异，因此研究区域应因地制宜选择适合本地区的MSWM，减少对环境的影响。

（3）目前选择LCA对区域的MSWM进行分析，但仍存在不规范问题，缺乏透明性。功能单位、系统边界、权重等在应用中存在不少的争议，这还需要国际组织、团体在LCA标准制定中做更详尽地努力。

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