生命周期視角下的水性涂料環(huán)境污染評(píng)價(jià)研究

傳統(tǒng)的溶劑涂料在生產(chǎn)和使用過(guò)程中釋放的有機(jī)蒸發(fā)物質(zhì)（voc）對(duì)人類(lèi)健康有顯著影響。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),控制VOC排放的力度越來(lái)越大,使涂料的研制和發(fā)展方向越來(lái)越向著尋求VOC不斷降低的方向發(fā)展。因此,水性涂料代表了低污染涂料未來(lái)發(fā)展的主要方向。生命周期評(píng)價(jià)(Lifecycleassessment,簡(jiǎn)稱(chēng)LCA)已日益成為企業(yè)進(jìn)行清潔生產(chǎn)的依據(jù),以及對(duì)產(chǎn)品的環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行管理和產(chǎn)品的環(huán)境友好型進(jìn)行設(shè)計(jì)的重要工具。目前,生命周期評(píng)價(jià)的研究已經(jīng)在多類(lèi)產(chǎn)品中進(jìn)行。但是,對(duì)于水性涂料產(chǎn)品進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)目前還很少。本文選取水性涂料作為研究對(duì)象,利用LCA方法對(duì)其進(jìn)行在原材料生產(chǎn)、產(chǎn)品加工制造和運(yùn)輸過(guò)程引起的環(huán)境影響進(jìn)行定量評(píng)價(jià),為進(jìn)一步改進(jìn)水性涂料產(chǎn)品的環(huán)境行為提供依據(jù)。1研究結(jié)果與分析ISO14040系列標(biāo)準(zhǔn)中制定的LCA評(píng)價(jià)方法的技術(shù)框架:(1)確定LCA的目標(biāo)、全生命周期范圍和系統(tǒng)邊界等。(2)進(jìn)行清單分析。確定每一流程輸入(原材料、能源等)和輸出(向空氣、水、土壤中的排放和固體廢物)的數(shù)量,形成全生命周期清單表。(3)進(jìn)行環(huán)境影響評(píng)價(jià)。對(duì)清單數(shù)據(jù)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。(4)結(jié)果解釋。將清單分析和影響評(píng)價(jià)的結(jié)果結(jié)合在一起,使清單分析結(jié)果與確定的目標(biāo)和范圍相一致,從而得出相應(yīng)的結(jié)論和建議。使用四川大學(xué)開(kāi)發(fā)的生命周期分析軟件eBalance處理該產(chǎn)品各流程階段中物耗、能耗和向環(huán)境排放污染物的數(shù)據(jù)。該方法將環(huán)境影響歸結(jié)為10類(lèi),分別為非生物資源損耗潛值、水資源消耗、全球變暖效應(yīng)、酸化效應(yīng)、化學(xué)需氧量(COD)、富營(yíng)養(yǎng)化效應(yīng)、可吸入無(wú)機(jī)物、固體廢物、累計(jì)能源消耗、初級(jí)能源消耗,通過(guò)軟件計(jì)算得到各項(xiàng)環(huán)境影響數(shù)值。所建立的生命周期基礎(chǔ)模型中包括的數(shù)據(jù)來(lái)源有兩種:企業(yè)調(diào)研獲得的數(shù)據(jù)和生命周期分析軟件中包含的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的數(shù)據(jù)。其中企業(yè)調(diào)研獲得的數(shù)據(jù)有:醋酸乙烯酯乳液、鈦白粉、成膜助劑、乙烯、醋酸乙烯酯、異丁醛的用量和運(yùn)輸數(shù)據(jù);生命周期分析軟件中包含的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)提供的數(shù)據(jù)有:天然氣、氮?dú)狻㈦娏?、公路運(yùn)輸、鈦精礦、原煤、原油、硫酸。2表面活性劑的生命周期分析2.1研究目標(biāo)分析所研究的水性涂料生命周期過(guò)程的能流與物流,從而評(píng)價(jià)水性涂料主要環(huán)境影響因素以尋求工藝改善機(jī)會(huì)。2.2材料來(lái)源和資源消耗計(jì)算生命周期評(píng)價(jià)研究中最重要的步驟是系統(tǒng)邊界的確定。為了保證研究結(jié)果的有效性,研究中必須包括產(chǎn)品生命周期過(guò)程中的主要工藝過(guò)程,對(duì)其能源、資源消耗以及環(huán)境排放進(jìn)行系統(tǒng)分析。對(duì)所確定的系統(tǒng)邊界內(nèi)的主要工藝過(guò)程相關(guān)的原材料獲取,生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行追溯分析。主要分析資源的消耗,如煤、石油、天然氣,各種金屬或非金屬資源;以及對(duì)大氣、水體的排放和固體廢棄物。本研究范圍主要包括三個(gè)階段:原材料制造、產(chǎn)品制造和產(chǎn)品運(yùn)輸。由于產(chǎn)品使用和廢棄階段的環(huán)境影響相對(duì)較小而為包括在研究范圍之內(nèi)。因此,本研究選取的水性涂料生命周期階段邊界始于原料運(yùn)送至水性涂料廠,止于水性涂料運(yùn)送到一級(jí)經(jīng)銷(xiāo)商。具體涵蓋的水性涂料產(chǎn)品的生命周期包括以下幾個(gè)部分,見(jiàn)圖1:(1)水性涂料產(chǎn)品的生產(chǎn)(2)能源生產(chǎn)(3)化學(xué)品的生產(chǎn)(4)水性涂料運(yùn)輸?shù)揭患?jí)經(jīng)銷(xiāo)商注:不包括基礎(chǔ)設(shè)施及生產(chǎn)廠房的建設(shè)所造成的環(huán)境影響。2.3清單分析本研究選取水性涂料功能單位為1000kg水性涂料。根據(jù)調(diào)研獲取的水性涂料生產(chǎn)加工過(guò)程的物耗、能耗數(shù)據(jù)(以水性涂料功能單位計(jì))。2.3.1能源和資源消耗能源與資源消耗清單見(jiàn)表1。2.3.2環(huán)境排放水性涂料環(huán)境排放清單見(jiàn)表2。2.4影響評(píng)估利用生命周期分析軟件ebalance,對(duì)水性涂料進(jìn)行生命周期評(píng)價(jià)。2.4.1環(huán)境影響潛值的標(biāo)準(zhǔn)化(1)生命周期環(huán)境影響潛值分析。在建立模型和收集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,利用eBalance的環(huán)境影響計(jì)算功能得到水性涂料生命周期過(guò)程中污染物排放的影響潛值,如表3所示。(2)環(huán)境影響潛值的標(biāo)準(zhǔn)化。將產(chǎn)品的環(huán)境影響潛值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化主要有兩個(gè)目的:一是為了各種影響潛值提供一個(gè)可比較的標(biāo)準(zhǔn);二是為進(jìn)一步進(jìn)行評(píng)估提供依據(jù)。在本文中采用每年全社會(huì)資源消耗總量和環(huán)境潛在影響作為標(biāo)準(zhǔn)化的基準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算公式為:式中:R(j)——第j年的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn);P(j)——各種環(huán)境影響潛值或資源消耗。針對(duì)不同的影響類(lèi)型的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)R(j)不同,在實(shí)踐應(yīng)用上必須選擇同一時(shí)期的數(shù)據(jù),基準(zhǔn)的計(jì)算既關(guān)系到數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程,也影響到后面的評(píng)估過(guò)程。本文采用環(huán)境影響的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn),計(jì)算結(jié)果如表4所示。由表4可見(jiàn),水性涂料生命周期對(duì)環(huán)境的影響主要是:初級(jí)能源消耗、累計(jì)能源消耗、化學(xué)需氧量、非生物資源損耗潛值。2.4.2工藝和物理工藝由表5可見(jiàn),累計(jì)能源消耗、初級(jí)能源消耗主要產(chǎn)生在原油、天然氣和硫酸生產(chǎn)。酸化效應(yīng)、富營(yíng)養(yǎng)化效應(yīng)、可吸入無(wú)機(jī)物影響主要產(chǎn)生在原油、鈦白粉和硫酸生產(chǎn)。非生物資源損耗主要產(chǎn)生在原油和硫酸生產(chǎn)?；瘜W(xué)需氧量主要產(chǎn)生在硫酸生產(chǎn)。全球變暖效應(yīng)主要產(chǎn)生在原油和鈦白粉生產(chǎn)。固體廢物主要產(chǎn)生在鈦白粉、鈦精礦和原油生產(chǎn)。水資源消耗主要產(chǎn)生在鈦白粉和醋酸乙烯酯生產(chǎn)。由此可見(jiàn),在水性涂料的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中原油生產(chǎn)、鈦白粉生產(chǎn)、硫酸生產(chǎn)和醋酸乙烯酯生產(chǎn)是產(chǎn)生環(huán)境影響的主要環(huán)節(jié)。2.4.3全膜法水處理生產(chǎn)主要指標(biāo)從表6可見(jiàn),在生產(chǎn)水性涂料產(chǎn)品過(guò)程中,非生物資源消耗、酸化效應(yīng)、累計(jì)能源消耗、全球變暖效應(yīng)、初級(jí)能源消耗、可吸入無(wú)機(jī)物指標(biāo)是乳液生產(chǎn)最多,其次是鈦白粉生產(chǎn),最后是成膜助劑生產(chǎn)?；瘜W(xué)需氧量、富營(yíng)養(yǎng)化效應(yīng)、固體廢物、水資源消耗指標(biāo)是鈦白粉生產(chǎn)最多,其次是乳液生產(chǎn),最后是成膜助劑生產(chǎn)。因此,在水性涂料產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)中應(yīng)同時(shí)考慮乳液和粉料的配比。3水性涂料全生命周期過(guò)程的環(huán)境影響(1)生命周期評(píng)價(jià)作為一種定量分析工具對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和工藝診斷具有巨大潛力。本研究所開(kāi)發(fā)的水性涂料模型將有助于產(chǎn)品或工藝設(shè)計(jì)者識(shí)別與產(chǎn)品相關(guān)的環(huán)境行為,也將支持相關(guān)產(chǎn)品開(kāi)展生命周期評(píng)價(jià)研究。(2)研究結(jié)果表明,不可再生資源消耗是最重要的環(huán)境影響,其次是水資源消耗和固體廢物。在水性涂料的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中,原油生產(chǎn)、鈦白粉生產(chǎn)、硫酸生產(chǎn)和醋酸乙烯酯生產(chǎn)是產(chǎn)生環(huán)境影響的主要環(huán)節(jié)。在水性涂料的各主要原材料中,鈦白粉生產(chǎn)和乳液生產(chǎn)是產(chǎn)生環(huán)境影響的主要原材料。因此,在水性涂料產(chǎn)品的生態(tài)設(shè)計(jì)中應(yīng)同時(shí)考慮乳液和粉料的配比。(3)在對(duì)水性涂料生命周期評(píng)價(jià)過(guò)程中,存在一定的不足:a水性涂料全生命周期過(guò)程不完整,雖然水性涂料的使用和