成都市生活垃圾两种处理方式的生命周期环境影响评价

雷永佳，姚 景，赵 飞，李正山

（四川大学建筑与环境学院，四川 成都610065）

调查发现，国内对生活垃圾处理的研究主要集中在以下四个方面［1］：一是研究不同垃圾处理方式的优化选择；二是单独评价某种垃圾处理方式的环境效益；三是对某地的垃圾处理进行整体环境评价；四是探讨垃圾处理的主要进展。在这些研究中，主要采取的研究方法是生命周期评价（LCA）。

然而在国内对生活垃圾处理方式的生命周期评价分析中，大多存在如下不足［2］：①收集的数据不准确，因而无法保证所得出的结论是可信的；②建立的模型不完整，忽略了一些本应考虑的环节，比如在焚烧处理中，并未对焚烧发电对环境产生的正效应进行考虑，从而影响了结论的准确性；③环境影响考虑不全面，尤其是缺乏针对国家节能减排政策目标的分析，因而得出的综合环境影响潜力值可能会有偏差。

本文以成都市垃圾填埋和垃圾焚烧两种处理方式为研究对象，建立生活垃圾处理从收集、运输到填埋和焚烧的整个生命周期模型，通过收集数据得到完整的生命周期清单，并采用eBalance软件计算生活垃圾处理过程中的各项环境影响指标值，以评价生活垃圾处理的各种环境影响，同时对生命周期节能减排（ECER）综合指标各个过程及指标的贡献进行了分析，针对分析结果提出了生活垃圾处理的合理改进措施与建议。

1 成都市垃圾处理的生命周期清单分析

本文选择都位于成都市龙泉驿区洛带镇境内的垃圾填埋场和焚烧发电厂作为研究对象，通过收集两处的数据作为基础数据来进行生活垃圾处理的生命周期清单分析。

洛带镇距离成都市区约25km，垃圾填埋场总库容约3 209m3，总投资3亿多元，是城区生活垃圾的主要处理场所。而垃圾焚烧发电厂是在2007年底建成投入使用的，日处理能力为1 200t/d，每年发电约1.3亿kW·h，其中的1.1亿kW·h直接输入成都电网，至少满足了两万户居民家庭的基本用电。

本文以1t城市生活垃圾为功能单位，分析研究从垃圾产生到收集运输直至最终处理的整个生命周期过程对环境的影响，其LCA系统边界见图1。

图1 成都市生活垃圾处理的LCA系统边界Fig.1 LCA system boundaries of the household garbage in Chengdu City

本文生命周期清单分析中使用的数据主要有：成都市统计局和环卫局官方网站上公布的相关数据；相关文献数据的评估和计算；eBalance软件数据库数据。

1.1 垃圾收集运输过程中污染物的排放

本文研究所涉及的焚烧发电厂和卫生填埋场处于同一地区，均距离城区约25km，故垃圾填埋和垃圾焚烧两种处理方式在收集运输过程中所产生的污染物排放量是相同的。

假定成都市生活垃圾运输完全采用直接收运模式，即由密闭的压缩垃圾车直接将收集点上收集的生活垃圾运送至生活垃圾末端处置场所，因此运输过程中除了汽车尾气外，是不会产生其他污染物排放的。同时假定密闭压缩垃圾车为3t柴油卡车，其满载百公里的油耗按22L计算，由前文可知往返距离约为50km，计算可得生活垃圾运输过程中每吨垃圾耗柴油约为3.67L。由于eBalance软件数据库导入数据中柴油单位为kg，以0号柴油为例，密度为0.94kg/L，计算得到每吨垃圾消耗柴油约3.45kg，见表1。

表1 成都市垃圾运输平均油耗Table 1 Average fuel consumption of waste transportation in Chengdu City

1.2 垃圾填埋的生命周期清单分析

在垃圾填埋过程中，需要使用推土机、挖掘机、压实机等大型设备，而且为了防止渗滤液渗漏污染土壤和水体，还需要使用HDPE（高密度聚乙烯）等材料，每处理1t垃圾约需要HDPE为0.062 5m2，其能耗情况见表2［4］。由此推算得到垃圾填埋过程中的能耗为：每处理1t生活垃圾消耗柴油1.87L，消耗电力1.92kW·h。

表2 垃圾填埋涉及设备的能耗Table 2 Energy consumption of the equipment relating to landfill

此外，通过文献［5］调查和公式计算，得到在垃圾填埋步骤中向大气、水体和土壤中排放的污染物量，见表3。虽然采用了HDPE等材料防止渗滤液的渗漏，但因其排放量少，难以定量，且eBalance软件数据库里未录入，在其他文献中亦难以获取，故在此不做考虑。

1.3 垃圾焚烧的生命周期清单分析

在垃圾焚烧处理过程中，涉及到的主要能耗和物耗包括：点火以及炉渣装载机耗费的柴油，焚烧系统的耗电量，灰渣填埋过程中消耗的柴油、电力和HDPE。对于焚烧过程，每吨垃圾在焚烧过程中要消耗2.22L柴油和51.2kW·h电能，同时必须要考虑对焚烧垃圾所产生的电量，1t垃圾焚烧后大约可以产生215kW·h电量，因此垃圾焚烧过程的能耗为2.22L柴油和－163.8kW·h电量［6］。

表3 垃圾填埋中污染物的排放量（kg/t垃圾）Table 3 Pollutant emissions of the landfill（kg/t waste）

垃圾焚烧后的残渣产量为每吨垃圾198kg，需运至填埋厂填埋，其填埋过程向大气、土壤和水体中排放的污染物量可参照垃圾填埋生命周期清单分析过程。

此外，根据相关文献［7—9］的数据，整理后可以得到垃圾焚烧和填埋处理中的污染物排放量，见表4。

表4 垃圾焚烧和填埋处理中污染物的排放量（kg/t垃圾）Table 4 Pollutant emissions of the two garbage treatment methods（kg/t waste）

2 成都市生活垃圾两种处理方式的生命周期环境影响评价

参考相关文献［10—12］，本文采用由亿科环境科技有限公司（IKE）研发、具有自主知识产权的通用生命周期评价分析软件eBalance来进行成都市生活垃圾两种处理方式的生命周期环境影响评价。

本文选择的与生活垃圾处理关系密切的环境影响评价指标包括：初级能源消耗（PED）、不可再生资源消耗（CADP）、温室效应（GWP）、酸化效应（AP）、富营养化（EP）、化学需氧量（COD）、氨氮（NH3－N）、氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）。

2.1 特征化指标的计算

采用eBalance软件对成都市两种垃圾处理方式的环境影响评价指标进行归一化处理，得到各环境影响特征化指标的计算结果见表5。

表5 两种垃圾处理方法生命周期环境影响特征化指标Table 5 Life cycle characteristic indexes of the two garbage treatment methods

由表5可以看出：各单项环境影响评价指标归一化结果中，除了全球变暖潜值和氮氧化物排放量两项指标外，垃圾焚烧处理方式的环境影响都远小于垃圾填埋；此外，由于将垃圾焚烧发电量通过扩展系统边界方法在上游耗电量以负值体现，所以垃圾焚烧处理中的一些环境影响指标计算值为负，表现出对环境的正效益。两种垃圾处理方式各清单过程对特征化指标的贡献值见图2和图3。

图2 垃圾填埋处理中各清单过程对特征化指标的贡献值Fig.2 Contribution values of each inventory process in the landfill to characteristic indexes

图3 垃圾焚烧处理中各清单过程特征化指标的贡献值Fig.3 Contribution values of each inventory process in the incineration to characteristic indexes

由图2和图3可以看出：在垃圾填埋处理过程中，对AP、EP、GWP、NOx、SO2几个环境影响指标贡献最大的均在填埋阶段，其他指标则是柴油生产阶段的排放，因此减少整个处理过程中柴油的使用对于减少其环境影响具有至关重要的作用；而在垃圾焚烧处理中，由于焚烧发电对一些环境影响产生了正效应，因此如何扩大焚烧发电的效率，提高这种正效应，是急需重点考虑的问题。

2.2 生命周期ECER综合指标的计算

采用eBalance软件对两种垃圾处理方式进行生命周期ECER综合指标的计算，其计算结果见表6。

表6 两种垃圾处理方式的ECER综合指标计算结果Table 6 ECER comprehensive evaluation results of the two methods of garbage treatment

对比表5和表6可以看出：虽然在特征化指标的比较中，垃圾填埋处理方式的大多数环境影响指标值要大于垃圾焚烧，但针对综合指标，垃圾填埋却要小一些，这是因为在国家节能减排规划中对于温室效应和氮氧化物的考量较重。

2.3 过程清单数据对ECER综合指标的敏感度分析

进行敏感度分析的目的是为了找出对LCA结果影响最大的关键清单数据和原始数据，从而提出相应的改进方案。敏感度分析的数学定义为：当函数的自变量变化单位百分比时，函数值也会相应变化一个百分比，两个百分比的比值就是函数值对此自变量的敏感度。在LCA中，各单元过程的清单数据及其原始数据就是自变量，LCA结果就是函数值。

本文采用eBalance软件自带的敏感度计算功能，利用最初建立的生命周期模型直接计算垃圾填埋和垃圾焚烧处理中各清单数据对ECER综合指标的敏感度，并提出了可能的改进方案，见表7和表8。

表7 垃圾填埋处理中各清单数据对ECER综合指标的敏感度分析Table 7 Sensitivity analysis of the landfill inventory data to ECER indexes

表8 垃圾焚烧处理中各清单数据对ECER综合指标的敏感度分析Table 8 Sensitivity analysis of incineration inventory data to ECER indexes

3 结 论

通过对成都市生活垃圾两种处理方法的生命周期进行环境影响评价得到如下结论：

（1）两种处理方法的污染物排放均以气体排放为主，其中垃圾填埋处理方式所排放的气体主要以CO2和CH4为主，而垃圾焚烧处理方式所排放的气体主要以CO2为主；垃圾填埋气体排放主要发生在填埋过程中，垃圾焚烧处理气体排放主要发生在焚烧过程中，因此对生活垃圾进行治理时要把重点放在空气污染上，尤其是要考虑如何减少填埋和焚烧过程中CO2和CH4的排放。

（2）从环境影响评价结果看，各单项环境影响指标归一化结果中，除了全球变暖潜值和氮氧化物排放量这两项指标外，垃圾焚烧处理方式的环境影响都远小于垃圾填埋，甚至垃圾焚烧处理还对某些环境影响产生了正效应。

（3）生命周期节能减排（ECER）综合指标计算结果显示，垃圾填埋处理方式要优于垃圾焚烧，这主要是由于在国家节能减排要求中，对全球变暖和氮氧化物的要求较高。

（4）在各清单数据对ECER综合指标的敏感度分析中发现，柴油对环境影响的贡献值较大，因此采用清洁能源替代柴油对于减少ECER综合指标值具有重要作用。

［1］代洪利.我国城市生活垃圾现状分析［J］.活力，2010（2）：136－136.

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