生命周期评价(LCA)：面向可持续发展的城市生活垃圾资源化方法

生命周期评价（LCA）：面向可持续发展的城市生活垃圾资源化方法Life Cycle Assessment (LCA):
The Method in City Solid Waste Resource Recovery for Sustainable Development
李 智 鞠美庭 史聆聆 陈敏
（南开大学环境科学与工程学院，天津 300071）
LI Zhi JU Mei-ting SHI Ling-ling CHEN Min
（College of Environmental Science and Engineering, NanKai University, Tianjin 300071）
摘要：基于可持续发展的要求与环境管理的发展趋势，本文讨论生命周期评价的相关理论。

文中就生命周期评价的概念、关键要素、实施方法及运行模式等进行了有益的探讨，同时指出应将生命周期评价应用到到城市生活垃圾处理中。

关键词：城市生活垃圾资源化 可持续发展 生命周期评价
Abstract: With the need of the sustainable development and the development of environmental management, the paper puts forward to the theory of life cycle assessment, which discusses the conception, key elements, performance measures and implementation pattern of life cycle assessment conductively. At the same time, it is indicated to application the life cycle assessment to city solid waste resource recovery.
Key words:city solid waste resource recovery; sustainable development; life cycle assessment
一 LCA的产生与发展
生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）是评价一个产品系统生命周期整个阶段——从原材料的提取和加工，到产品生产、包装、市场营销、使用、再使用和产品维护，直至再循环和最终废物处置——的环境影响的工具。

生命周期评价是在十九世纪六十年代末和七十年代初提出的，从80年代末到现在，人们对产品全生命周期评价的兴趣逐渐增强，大量的复杂产品和系统需要被评价和分析。

九十年代后，世界各国的许多研究机构（如SETAC、丹麦技术大学的寿命周期研究中心LCC等）都建立了工作组继续从事有关LCA的方法研究，力图使那些不能操作或操作性差的各类指标易于操作。

现在已取得了一定的进展。

近几年，LCA在许多工业行业中取得了很大成果。

世界许多国家和国际组织将 LCA作为制定标志或标准的方法。

美国环境保护局颁布和执行“政府机构必须采购环境更优产品或服务”的指南，其中环境更优产品或服务的确定，就采用LCA方法。

欧洲的一些国家和公司分别开发了LCA 评估计算机软件和相关的数据库，如英国钢铁公司采用LCA方法对生产系统进行环境负荷评估，指导环境协调性改造，其它在轿车生产领域、清洁生产领域等也都得到一定程度的应用。

二 我国城市垃圾资源化的现状
1．城市生活垃圾的产出量。

随着社会经济的迅猛发展，人口的增长，人们生活水平的不断提高，我国城市生活垃圾产出量逐年在增长。

据有关资料统计，从20世纪80年代以来到世纪末，生活垃圾平均每年以8％～10％的速度递增。

少数城市如上海、北京等垃圾年增长率达13％～17％。

但由于我国人口密度不均匀，各地经济发展和生活水平差别较大，故生活垃圾的产出量差异也大。

2000年，我国城市生活垃圾产生量为1.18亿吨，预计到2005年将达到1.33亿吨，2010年和2015年将分别达到1.52亿吨和1.79亿吨，年增长率由目前的2.82％提高到3.28％。

2．我国目前城市垃圾处理状况
我国现阶段比较合理的垃圾处理利用措施，可概括为回收、卫生填埋、热化学处理、生物学处理、生
产垃圾燃料等几种。

垃圾卫生填埋是当前广泛应用的城市垃圾处理方法，世界各国采用填埋法处置废弃物的比例很大。

卫生填埋是一种防止污染的填埋方法，填埋过程废物与土层交替进行填埋，又叫作夹层填埋。

在垃圾填埋过程中，由于压实、降雨和微生物的分解作用，会从垃圾层渗出高浓度有机肥水——渗滤液，如果填埋渗滤液不慎外泄，会对地下水造成严重污染。

垃圾焚烧发电已成为国外发达国家处理城市垃圾，回收资源的一种主要方式。

在一些国家和地区，城市垃圾已成为一种重要的能源，垃圾焚烧炉成为发电厂锅炉群体设备之一，产出主蒸汽入母管，统一入系统供汽轮机发电。

深圳市于1985年从日本三菱重工业公司成套引进两台处理能力为150t/d的垃圾焚烧炉。

1985年11月破土动工，1988年6月试生产成功，同年11月1日正式投产，成为我国第一座现代化垃圾焚烧厂，带动着我国垃圾焚烧的发展。

垃圾焚烧法的优点是垃圾中的病原体被彻底消灭；焚烧后的灰渣约占原体积的5％，因此减容效果好；而且产生的热量可发电或过热。

垃圾自燃的条件是垃圾的热值大于3.3MJ/kg，否则需借助辅助燃料进行焚烧。

工业发达国家的垃圾热值多在4.2MJ/kg以上，焚烧工艺一般采用自燃方式。

我国城市垃圾中可燃物量还不大，产生的热值一般均不足3.3 MJ/kg，难以自燃，采用辅助燃料进行燃烧，既耗能又不经济。

生化处理法是将生活垃圾保存在厌氧的条件下和微生物细菌发生作用，有机废弃物首先被分解为一系列可溶性分子态物质，如氢气、二氧化碳和各种酸，最后被分解为以甲烷为主，并含少量一氧化碳和硫化氢的可燃气体。

它的优点是:投资少，是厨房废弃物能源化利用的有效方法。

它的缺点是:处理速度慢，自动化程度低，发酵过程中所释放的有害物质对水源有一定污染。

我国的沼气就是利用的这一原理。

堆肥是我国目前处理垃圾采用较多的方法。

粪便和垃圾的有机物与灰土是理想的堆肥原料，既可以达到废弃物无害化处理的目的，又可以生产优质有机肥料。

垃圾堆肥法是采用高温堆肥发酵工艺，是在有控制的条件下利用微生物对垃圾中的有机物进行生物化学分解，使其变成一种具有良好稳定性的腐殖土状物质的全过程。

单独采用垃圾堆肥，因有机物少，肥效不大，若混合采用粪便与垃圾堆肥为好。

三在固体废弃物资源化中引入LCA的必要性
1．垃圾造成环境污染严重
垃圾总量在不断地增长，无害化处理率达不到20%，我国总的二次资源利用率只相当于世界总体水平的28.0%，不仅造成资源的巨大浪费，而且严重地污染环境，主要表现为：
（1）污染环境。

大量的固体废弃物的堆积使环境受到了严重污染，大量生活垃圾露天堆放的场区，臭气冲天，蚊蝇滋生，在此过程中，垃圾发生了一系列生化反应，有大量的甲烷、氨、甲硫醇、硫化物等污染物向大气释放,造成大气污染。

垃圾随意抛入水体，使许多河流成为“污水明渠”或被“垃圾掩埋的河流”，垃圾在堆放过程中，某些有机物极难分解，而在雨水淋滤下，垃圾中另一些有机物、重金属和病源微生物随渗滤液流入地表或渗入地下水，构成了有机物、重金属和病源微生物三位一体的污染源，主要表现为有机物污染、地下水硬度升高和病源微生物的传播。

（2）破坏生态。

由于生活垃圾一部分是煤灰，如果施入土壤后，易使农作物减产。

另外，城市生活垃圾量的不断增加，使城市边缘的低洼地及湖塘都被占用，农、渔业面积减少，河道淤塞，排涝能力下降。

（3）传播疾病。

垃圾、粪便中的有机物，不加处理就排入环境中，不仅易于腐败变质，散发臭气，而且是病菌、蚊蝇、老鼠的孽生地和繁殖场，可通过土壤、空气、地下水、生物等进入食物链，传播疾病，威胁人类健康。

2．LCA为城市生活垃圾资源化提供了解决方法
根据我国现行生活垃圾处理方式的弊端及先进国家和地区的实践经验，走生态环境效益——经济效益——社会效益协调发展的道路，在生态效益优先、环境效益优先的前提下体现无害化、资源化、减量化原则，实行生活垃圾的分类收运和分类处置，在满足系统整体性的同时提倡源头分类。

这是我国生活垃圾处理的最佳方法，也是在上述前提及原则下唯一可具操作性的方法。

将可持续发展理论引入生活垃圾处理系统，将处理的重心前移到垃圾源头（包括商品的生产流通和垃圾的收运环节），将被动的消纳处理调整为积极的资源化利用。

LCA就为这种思想提供了一个很好的解决方法。

一般而言，固体废弃物的资源化能够减少原材料的消耗以及能源的使用量，一般被认为是对环境有利的。

但物质的循环利用率与环境效益不是呈简单的线性相关关系，高的废弃物回收率意味着需要将可回收物质收集、运输集中在一起，过程中会耗去很多能量，其环境效益未必高。

因此，应综合考虑固体废弃物资源化的回收利用价值、再回收利用技术条件、回收利用的成本等综合因素，生命周期评价理论和方法为此提供了帮助。

目前在中国，废弃物资源化的水平还不高，已经造成重大的资源浪费和环境污染，推广LCA，可以促进废弃物的资源化和再利用，从而在一定程度上有助于循环经济的发展。

四 固体废弃物资源化的LCA内容和方法
1．LCA的内容
LCA的主要内容首先是辨识和量化整个生命周期阶段中能量和物质的消耗以及环境的释放，然后评价这些消耗和释放对环境的影响，最后辨识和评价减少这些影响的机会，生命周期评价注重研究系统在生态健康，人类健康和资源消耗领域内的环境影响。

固体废弃物资源化的生命周期评价是对固体废弃物资源化的整个过程，包括从固体废弃物的产生、废物收集回收、加工制造、流通使用及最终处理，物质能源输入输出以及相应环境排放物进行识别和量化，评估各个阶段物质、能源利用效率以及最终处理的环境影响。

固体废物整个生命周期循环图如图1所示。

图1 固体废物整个生命周期循环图
城市生活垃圾的生命周期评价为固体废弃物管理提供一种系统、整体研究的观点，将城市固体废物管理系统的所有操作活动（工艺过程）作为一个整体进行研究，从原材料获取、产品制造、废物产生到废物收集、回收利用、焚烧、堆肥、填埋等过程进行系统分析，与产品LCA有一定的区别。

运用生命周期评价方法，对城市生活垃圾全过程管理可分为以下两个阶段：一个是从产品设计到废物产生的阶段；另一个是废物产生到废物最终处置或资源化的阶段。

表1反映了城市垃圾LCA和产品LCA的主要区别。

表1 产品LCA与城市垃圾LCA的主要区别
2．LCA的技术方法
LCA的进行有着一套完整的技术体系，LCA的实施步骤分为目标和范围定义、清单分析、影响评价和改进过程，如图2
图2 LCA的过程
1997年ISO14040标准进一步把LCA实施步骤分为目标和范围定义、清单分析、影响评价和结果解析4个部分，如图3所示。

图3 LCA实施步骤
1) 确定LCA的目标和界定范围（Goals & Scoping）
确定目标和界定范围是生命周期分析的第一步，它对指导产品生命周期的各个阶段分析或评估具有重要的作用。

确定城市垃圾资源化LCA过程的研究范围就是明确边界内的环节，这是城市生活垃圾资源化系统清单分析的先决条件。

城市垃圾资源化的生命周期可分为纵向边界和横向边界。

所谓纵向边界是指来自自然界的资源经加工成的原材料，直到生产出合格的产品供人类使用之后，又回到自然边界这样一个循环流动过程。

横向边界是指纵向边界的每一子过程的横向拓展。

城市生活垃圾资源化过程中的主要原材料城市生活垃圾主要来自于人类的生产和生活过程，我们如将垃圾作为一种产品来看待，则其生产过程中的原料输入将会包括食物、纸张、玻璃等很多原料，在资源化过程中又会有能源和辅料输入，每一种原料的生产又需要大量的设备和原料的输入，这样由纵向边界和横向边界划定的LCA研究范围，实际上是一个非平衡的具有耗散结构的系统（Non-equilibrium Dissipative Structure）。

因此，城市生活垃圾资源化的LCA边界如图4
2) 清单分析（Inventory Analysis）
清单分析是LCA的核心和关键。

当生命周期分析的目标和范围确定以后，就可以模拟（对产品设计分析）或追踪（对产品性能评估）产品的整个生命周期，详细列出各个阶段的各种投入和产出清单，并进行分析，从而为下一阶段进行各种因素对目标性能的影响评价作准备。

典型的清单分析应对产品的原材料
制备、制造、包装、运输、使用和最终处理/回收再生等几个阶段的投入产出进行分析。

以卫生填埋、堆肥和焚烧为例，城市生活垃圾清单分析大致如表2和表3：
表2城市垃圾LCA的投入清单分析
表3城市垃圾LCA的产出清单分析
资料来源：陶华、陶加林, 生命周期评价在中国城市垃圾减量化的应用, 环境科学研究, 1998, 11(3)
3) 影响评价（Impact Assessment）
影响评价就是根据清单分析中的获得信息，定性或定量分析它们对目标的影响。

比如，对于环境影响，该步骤就是系统地鉴别、定性或定量分析产品或生产系统的投入/产出可能对生态系统、人体健康、自然资源的消耗等产生影响的过程，也就是用清单所获得的数据来评价产品生命周期各个阶段和总体的资源、能源消耗与污染物排放等对环境的影响。

城市生活垃圾资源化LCA的影响分析可根据清单分析结果，按生活垃圾的环境影响类型分成全球变暖、酸化和富营养化三种，并分别以CO2、SO2和NO3－为参照物，根据的各环境影响因子与参照物之间的当量关系，计算出每种影响类型的环境影响潜力，然后对其进行标准化和赋权,得到总环境影响潜力。

4) 改进分析（Improvement Analysis）
根据清单分析过程中获得的有关产品的各类数据以及影响评价中所获得的信息就可以找出产品的薄弱环节，有目的、有重点地改进创新，为生产更好的绿色产品提供依据和改进措施。

同时，专家咨询组也可根据这些信息制定关于该类产品的评价标准，为以后的评价工作提供一个可靠的基准。

五 结语
LCA试图在源头解决环境问题，而不是在环境问题产生后再去治理，这是环境保护战略的重要转变；在很多情况下，LCA是一种“减少就意味着最佳”的方法，改进后的方案能够更有效地减少污染，降低资源消耗，即可认为该方案是最佳的。

城市垃圾资源化的LCA其实是一个单产品生命周期评价问题，但影响该系统的因素很多，在对城市生活垃圾处理系统进行生命周期评价时，要结合实际，分析系统中存在的各种结构，仔细研究影响系统的各个因素，找出合适的方法。

由于垃圾处理资源化在我国是一新兴的产业，其中有很多的工艺过程仍在探索中，工艺参数也在积累过程中，在目前的情况下，对该系统采用定性分析较多，尤其是各因素对系统的影响。

生命周期评价的应用也刚刚起步，需要研究和积累的只是理论还很多。

参考资料
[1]王寿兵等．生命周期评价方法及其进展．上海环境科学，1998, 17(11)．
[2]贾洪明, 徐萍．浅谈生命周期评价与应用．新疆环境保护，2000, 22(4)．
[3]陶华、陶加林．生命周期评价在中国城市垃圾减量化的应用．环境科学研究, 1998, 11(3)
[4]黄莉, 周美华．生命周期评价研究．新疆环境保护，2003, 25(1)
[5]罗宇等．垃圾焚烧系统生命周期评价清单的分配方法．重庆大学学报, 2003, 26(3)
[6]杨卫国等．产品生命周期评价在固体废弃物管理中的应用．环境污染治理技术与设备, 2003, 4(3)
[7]李冰．城市生活垃圾处理现状与垃圾资源化．黑龙江环境通报, 2002, 26(3)
[8]于红艳．在固体废弃物资源化中引入生命周期评价（LCA）方法．中国资源综合利用, 2003, 09
[9] 孙启宏．作为清洁生产工具的生命周期评价：在中国的应用前景．中国清洁生产网
[10]孟宝峰．我国城市垃圾资源化处理技术的现状与发展趋势．再生资源研究, 2003, 05
[11]丁兆运．中国城市生活垃圾资源化研究．烟台师范学院学报, 2001, 17(2)
第一作者：李智（1978年－），男，四川平昌人，南开大学环境科学与工程学院硕士研究生，主要研究方向为环境规划与管理、环境影响评价。

联系方式：南开大学环境科学与工程学院，300071；
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