CN113655177A - 一种餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法：确定餐厨垃圾两相厌氧处理的系统边界；收集基础数据并设定功能单位，进而列出餐厨垃圾生命周期清单；对环境因子进行分类，选取环境影响类型，量化评价餐厨垃圾两相厌氧处理过程的环境影响；对每一个环境影响类型中的环境因子进行特征化、标准化计算，当量因子及基准值选取参考CML‑IA中的数据；对标准化后的环境影响潜值赋予一个权重值，不同的权重值表明环境影响类型的重要程度，加权求和得出总环境影响潜值，定量评价餐厨垃圾两相厌氧处理的环境影响。本发明为餐厨垃圾的二次污染防控、资源化、减量化、无害化处理提供科学依据。
Description
技术领域
本发明属于餐厨垃圾厌氧处理和生命周期评价技术领域，尤其涉及一种餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法。
背景技术
随着国民经济的提高和人民生活水平的改善，城镇生活垃圾中餐厨垃圾的产量呈一个上升趋势。2015年中国的餐厨垃圾产量约为9110万吨，日均产量为25万吨，而餐厨垃圾的实际处理能力不超过1.4万吨/日。餐厨垃圾具有高含水率、热值低、有机含量高、易变质、生物降解性好、危害性与资源化并存的特点。餐厨垃圾应及时处理，否则会发生腐败，产生臭味，滋生大量蚊蝇，导致疾病的传播，增加污染物的排放量。自首部技术规范——《餐厨垃圾处理技术规范》(CJJ 18-2012)发表以来，新型餐厨垃圾处理技术不断出现。传统的处理方式(填埋、焚烧)因其热值低和含水率高而不适合采用。根据目前的研究状况，运用较多的处理技术主要是厌氧和好氧的生物处理方法，其中厌氧处理经济效益好、过程容易控制、资源化程度高、技术比较成熟而被广泛采用。餐厨垃圾两相厌氧处理技术更是具备酸化反应速度快、甲烷产率高、负荷高等优点。
生命周期评价软件(LCA)是一个全面的环境管理工具，包括从原材料获取到最终处理、物质、能源的输入与输出以及相应环境排放物的识别和量化，有效评估潜在环境影响。对餐厨垃圾两相厌氧处理进行生命周期评价可以得到完整的环境影响类型及各个环境影响类型不同过程的环境影响潜值，定量评价两相厌氧处理技术的环境影响，为餐厨垃圾两相厌氧处理工艺的优化和改进提供指导。
发明内容
针对餐厨垃圾两相厌氧处理过程经济及环境效应不明确的技术问题，本发明的目的是提供一种餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法。本发明的评价方法以ISO140提供的生命周期评价技术框架为依据，采用过程清单分析方法对餐厨垃圾生命周期环境因子进行识别与汇编，可以直观地观察系统中的资源利用与污染物排放，量化评价处理过程的环境影响，为改善环境质量、节约资源提供有效指导意见。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，包括以下步骤：
第一步，确定餐厨垃圾两相厌氧处理的系统边界；
所述第一步中确定餐厨垃圾两相厌氧处理的系统边界主要包括三个方面：原材料、能量输入；两相厌氧处理；废水、废气、废渣输出；
第二步，收集基础数据并设定功能单位，进而列出餐厨垃圾生命周期清单；
第三步，环境因子进行分类，选取环境影响类型，量化评价餐厨垃圾两相厌氧处理过程的环境影响；对每一个环境影响类型中的环境因子进行特征化、标准化计算，当量因子及基准值选取参考CML-IA中的数据；
第四步，对标准化后的环境影响潜值赋予一个权重值，不同的权重值表明环境影响类型的重要程度，加权求和得出总环境影响潜值，定量评价餐厨垃圾两相厌氧处理的环境影响。
所述第二步中，获取基础数据，选取功能单位为处理处置1kg餐厨垃圾，将所有单元过程的清单数据进行分类汇总，得到餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期清单列表。
所述第三步中，将生命周期清单数据输入SimaPro 9.0软件分析选出环境影响类型，对比分析关键环节对环境的贡献，正值表示环境负担，负值表示环境效益。
所述环境影响类型选自金属矿石、矿物、空气、土地占用、不可再生能源的非生物耗竭、化石燃料非生物耗竭、全球气候变暖、臭氧层消耗、人体毒性、淡水水生生态毒性、海洋水生生态毒性、陆地生态毒性、光化学氧化、酸化、富营养化。
所述第三步中，确保生命周期清单计算方法的完整性，定量计算生命周期清单上游阶段和下游阶段中存在的环境因子。
所述上游阶段主要包括原料、能源和辅料的使用和运输阶段；下游阶段主要包括各种能量回收利用，如热电联产阶段。
所述第三步中，生命周期清单数据包括物质、资源消耗、运输与能量利用所体现出的环境影响，其涉及的生命周期环境因子g累积量表达式为：
bT，F，g＝∑aT，ibi，g
式中：bT,F,g是处理处置1kg餐厨垃圾环境因子g的累积量，单位kg；aT,i是原料、能源、辅料在生命周期单元环节i体现的环境因子积累量，单位kg；bi,g是下游过程体现的环境因子在生命周期单元环节i中的积累量，单位kg。
所述第三步中，对量化后的各种环境因子进行分类得到各种环境影响类型，采用当量因子的方法对每一种环境影响类型进行特征化计算，得到带有量纲的特征化环境影响潜值，为进行不同环境影响类型之间的比较，通常对特征化环境影响潜值标准化处理去除量纲的影响，表达式为：
式中：M(j)是j环境影响类型的特征化环境影响潜值；n是j环境影响类型中环境因子数目；D(j)i是j环境影响类型中i环境因子的当量系数；Ei是j环境影响类型中环境因子i的排放量，单位kg。
如全球气候变暖，当量因子CO2，表达式：
式中：GWP是指全球气温变暖特征化环境影响潜值，单位kg CO2eq/kg；n是指生命周期中排放的温室气体的数目；δi是指生命周期中第i温室气体的当量系数；DGWP是指每生产一个功能单位第i温室气体排放量，单位kg。
Nj＝Mj/Sj
式中：Nj为标准化环境影响潜值；j表示各环境影响类型；Mj为各环境影响类型的特征化结果；Sj为CML-IA方法中各环境影响类型标准化基值。
所述第四步中，总环境影响负荷主要依据各环境影响类型的标准化结果与CML-IA方法中各环境影响类型的权重因子决定；表达式为：
∑WFj＝∑Wj×Nj
式中：WFj各环境影响类型总的环境影响负荷；j表示各环境影响类型；Wj为CML-IA方法中不同环境影响类型的权重因子；Nj为各环境影响类型标准化后的环境影响潜值。
由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果：
本发明从餐厨垃圾两相厌氧处理技术的整个处理过程出发，以降低环境影响和资源消耗为目的，对餐厨垃圾两相厌氧处理技术进行生命周期评价。
本发明的餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法是一种客观、全面、科学的评价方法，可以定量表征两相厌氧处理餐厨垃圾过程的环境影响和资源消耗，为优化餐厨垃圾两相厌氧处理工艺与餐厨垃圾处理过程的污染预防提供科学依据。
本发明在生命周期评价中，基于文献调研、现场实测、借鉴现有数据库及部分经验数据进行评价，最终结果具有客观性和全面性。
本发明建立餐厨垃圾两相厌氧处理系统边界、生命周期清单，进行环境影响评价，更加客观详细地分析餐厨垃圾处理过程的环境影响与能源消耗，为餐厨垃圾的二次污染防控、资源化、减量化、无害化处理提供科学依据。
附图说明
图1是实施例1中餐厨垃圾生命周期系统边界示意图。
图2是餐厨垃圾两相厌氧处理不同环境影响类型的过程贡献示意图。
图3是对比例中餐厨垃圾两相厌氧处理工艺流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
一种餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，包括以下步骤：
第一步，确定餐厨垃圾两相厌氧处理的系统边界。
所述第一步中确定餐厨垃圾两相厌氧处理的系统边界主要包括三个方面：原材料、能量输入；两相厌氧处理；废水、废气、废渣输出，具体是：经过源头分类收集的餐厨垃圾运输到上海市某垃圾处理厂，其成分主要包括食物垃圾、少量的纸类、竹木、织物、塑料、金属。在处理厂中依次经过分选、磁选、生物质分离等预处理，筛除惰性垃圾、金属和纸类，进入串联的水解酸化罐与产甲烷罐使得产酸菌与产甲烷菌各自在最佳环境条件下生长，然后进行厌氧发酵，最后进行沼气净化与热电联产工艺获得电能与热能。产生的沼渣运输垃圾填埋场，沼液进入污水处理厂，整个环节中产生的废气进行后续处置。如图1所示，图1是餐厨垃圾生命周期系统边界示意图。
第二步，收集基础数据并设定功能单位，进而列出餐厨垃圾生命周期清单；
所述第二步中，通过文献调研、现场实测、基于数据库获取基础数据主要包括能源和材料的输入、产品及废物的输出、环境排放。选取功能单位为处理处置1kg餐厨垃圾，将所有单元过程的清单数据进行分类汇总，得到餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期清单列表，如表1所示：
表1两相厌氧处理的清单数据(每个功能单位)
表1主要是收集整理上海市某垃圾处理厂餐厨垃圾两相厌氧处理的数据，对基础数据进行完善并开展后续的生命周期评价。表中的数据格式主要是依据生命周期评价软件要求获取，主要包括物质、资源的输入与输出、排放到大气中的影响因子、排放到水中的影响因子三大部分。电和热是负值表示向外界输出可利用的电和热。
第三步，环境因子进行分类，选取11种环境影响类型，量化评价餐厨垃圾两相厌氧处理过程的环境影响；对每一个环境影响类型中的环境因子进行特征化、标准化计算，当量因子及基准值选取参考计算方法CML-IA中的数据，如表2、表3所示。
将生命周期清单数据输入SimaPro 9.0软件(软件厂家为PRéConsultants bv(荷兰))，对11种环境影响类型进行分析评价，包括金属矿石、矿物、空气、土地占用、不可再生能源等的非生物耗竭、化石燃料非生物耗竭、全球气候变暖、臭氧层消耗、人体毒性、淡水水生生态毒性、海洋水生生态毒性、陆地生态毒性、光化学氧化、酸化、富营养化；对比分析关键环节对环境的贡献，为工艺后续的优化和改进提供科学依据；得到的数据如表4和表5所示，表中正值表示环境负担，负值表示环境效益。
所述第三步中，确保生命周期清单计算方法的完整性，定量计算生命周期清单上游阶段和下游阶段中存在的环境因子。所述上游阶段主要包括原料、能源和辅料的使用和运输阶段；下游阶段主要包括各种能量回收利用，如热电联产阶段。
第三步中生命周期清单数据包括物质、资源消耗、运输与能量利用所体现出的环境影响，其涉及的生命周期环境因子g累积量表达式为：
bT，F，g＝∑aT，ibi，g
式中：bT,F,g是处理处置1kg餐厨垃圾环境因子g的累积量，单位kg；aT,i是原料、能源、辅料在生命周期单元环节i体现的环境因子积累量，单位kg；bi,g是下游过程体现的环境因子在生命周期单元环节i中的积累量，单位kg。
所述第三步中，对量化后的各种环境因子进行分类得到各种环境影响类型，采用当量因子的方法对每一种环境影响类型进行特征化计算，得到带有量纲的特征化环境影响潜值，为进行不同环境影响类型之间的比较，通常对特征化环境影响潜值标准化处理去除量纲的影响，表达式为：
式中：M(j)是j环境影响类型的特征化环境影响潜值；n是j环境影响类型中环境因子数目；D(j)i是j环境影响类型中i环境因子的当量系数；Ei是j环境影响类型中环境因子i的排放量，单位kg。
如全球气候变暖，当量因子CO2，表达式：
式中：GWP是指全球气温变暖特征化环境影响潜值，单位kgCO2eq/kg；n是指生命周期中排放的温室气体的数目；δi是指生命周期中i温室气体的当量系数；DGWP是指每生产一个功能单位i温室气体排放量，单位kg。
Nj＝Mj/Sj
式中：Nj为标准化环境影响潜值；j表示各环境影响类型；Mj为各环境影响类型的特征化结果；Sj为CML-IA方法中各环境影响类型标准化基值。
表2CML-IA计算方法中的当量系数
表中当量系数：如全球气候变暖，当量因子CO2，当量系数为1，其他影响因子的当量系数与之比较做相应的转化。
表3CML-IA计算方法中的标准化基值
表4标准化环境影响潜值
表5
表4与表5呈现了CML-IA计算方法中所有的环境影响类型，分析收集运输、电力输入、厌氧消化与沼气发电、产热五个环节对环境造成的影响。其中，电力输入、收集运输、厌氧消化环境影响潜值为正，表示环境负担；沼气产热与沼气发电环境影响潜值为负，表示环境效益；每种环境影响类型中所有环节的环境影响潜值总和为负值，表明利用沼气发电在很大程度上抵消了环境负担。
第四步，对标准化后的环境影响潜值赋予一个权重值，不同的权重值表明环境影响类型的重要程度，加权求和得出总环境影响潜值，定量评价餐厨垃圾两相厌氧处理的环境影响。如图2所示，图2是餐厨垃圾两相厌氧处理不同环境影响类型的过程贡献示意图。从图2中可以明显看出餐厨垃圾进行两相厌氧处理，各个环节对于每种环境影响类型的贡献占比。在海洋水生生态毒性方面，沼气发电在环境效益方面的共献占比为91.6％；非生物耗竭方面，收集运输、厌氧消化、电力输入在环境负担方面的共献占比分别为0.779％、5.11％、7.6％。
所述第四步中，总环境影响负荷主要依据各环境影响类型的标准化结果与CML-IA方法中各环境影响类型的权重因子决定；表达式为：
∑WFj＝∑Wj×Nj
式中：WFj各环境影响类型总的环境影响负荷；j表示各环境影响类型；Wj为CML-IA方法中不同环境影响类型的权重因子；Nj为各环境影响类型标准化后的环境影响潜值。
实施例2
一种餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，包括以下步骤：
第一步，确定餐厨垃圾两相厌氧处理的系统边界。
所述第一步中确定餐厨垃圾两相厌氧处理的系统边界主要包括三个方面：原材料、能量输入；两相厌氧处理；废水、废气、废渣输出，具体是：浙江省某大学城开展餐厨垃圾处理项目的研究案例，该项目收集的餐厨垃圾主要包含食物垃圾、少量砂砾、纸类等杂物。餐厨垃圾卸入接料斗，沥水进入储液罐，固体进行粗分拣与破碎筛分制浆沉砂，经过三相分离，处理后的餐厨垃圾进行厌氧发酵。餐厨垃圾两相厌氧处理系统分为垃圾收运、预处理及发酵、固液分离、沼气利用四个环节。固液分离产生的沼渣运输到填埋场，沼液运输到污水处理厂，整个过程产生的废气进行后续处置。
第二步，收集基础数据并设定功能单位，进而列出餐厨垃圾生命周期清单；
所述第二步中，收集各个环节的数据，选取功能单位为处理处置1kg餐厨垃圾，将所有单元过程的清单数据进行分类汇总，得到餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期清单列表，如表6所示：
表6两相厌氧处理的清单数据(每个功能单位)
表6中的数据主要是整合垃圾收运、预处理及发酵、固液分离、沼气利用4个环节中的数据，即收集处理环节中的能量、物质消耗、污染物的排放与可利用能量的相关数据。
第三步，环境因子进行分类，选取6个环境影响类型，量化评价餐厨垃圾两相厌氧处理过程的环境影响；对每一个环境影响类型中的环境因子进行特征化、标准化计算，当量因子及基准值选取参考计算方法CML-IA中的数据；
将生命周期清单数据输入SimaPro 9.0软件(软件厂家为PRéConsultants bv(荷兰))对6种环境影响类型进行分析评价，包括非生物耗竭(化石燃料)、全球气候变暖、淡水水生生态毒性、光化学氧化、酸化、富营养化；对比分析关键环节对环境的贡献，为工艺后续的优化和改进提供科学依据；得到的数据如表7所示，表中正值表示环境负担，负值表示环境效益。
所述第三步中，确保生命周期清单计算方法的完整性，定量计算生命周期清单上游阶段和下游阶段中存在的环境因子。所述上游阶段主要包括原料、能源和辅料的使用和运输阶段；下游阶段主要包括各种能量回收利用，如热电联产阶段。
所述第三步中，生命周期清单数据包括物质、资源消耗、运输与能量利用所体现出的环境影响，其涉及的生命周期环境因子g累积量表达式为：
bT，F，g＝∑aT，ibi，g
式中：bT,F,g是处理处置1kg餐厨垃圾环境因子g的累积量，单位kg；aT,i是原料、能源、辅料在生命周期单元环节i体现的环境因子积累量，单位kg；bi,g是下游过程体现的环境因子在生命周期单元环节i中的积累量，单位kg。
所述第三步中，对量化后的各种环境因子进行分类得到各种环境影响类型，采用当量因子的方法对每一种环境影响类型进行特征化计算，得到带有量纲的特征化环境影响潜值，为进行不同环境影响类型之间的比较，通常对特征化环境影响潜值标准化处理去除量纲的影响，表达式为：
式中：M(j)是j环境影响类型的特征化环境影响潜值；n是j环境影响类型中环境因子数目；D(j)i是j环境影响类型中i环境因子的当量系数；Ei是j环境影响类型中环境因子i的排放量，单位kg。
如全球气候变暖，当量因子CO2，表达式：
式中：GWP是指全球气温变暖特征化环境影响潜值，单位kgCO2eq/kg；n是指生命周期中排放的温室气体的数目；δi是指生命周期中i温室气体的当量系数；DGWP是指每生产一个功能单位温室气体排放量，单位kg。
Nj＝Mj/Sj
式中：Nj为标准化环境影响潜值；j表示各环境影响类型；Mj为各环境影响类型的特征化结果；Sj为CML-IA方法中各环境影响类型标准化基值。
表7标准化环境影响潜值
从表7中数据可知，餐厨垃圾两相厌氧处理过程中，固液分离环节造成的环境影响类型较少，预处理及发酵与收集运输两个环节造成一定程度的环境负担，沼气发电与沼气产热两个环节产生一定程度的环境效益。收集运输环节的环境影响潜值较大，主要与运输距离、车辆类型、汽车尾气排放有关。
第四步，对标准化后的环境影响潜值赋予一个权重值，不同的权重值表明环境影响类型的重要程度，加权求和得出总环境影响潜值，定量评价餐厨垃圾两相厌氧处理的环境影响。
所述第四步中，总环境影响负荷主要依据各环境影响类型的标准化结果与CML-IA方法中各环境影响类型的权重因子决定；表达式为：
∑WFj＝∑Wj×Nj
式中：WFj各环境影响类型总的环境影响负荷；j表示各环境影响类型；Wj为CML-IA方法中不同环境影响类型的权重因子；Nj为各环境影响类型标准化后的环境影响潜值。
实施例3
一种餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，包括以下步骤：
第一步，确定餐厨垃圾两相厌氧处理的系统边界。所述第一步中确定餐厨垃圾两相厌氧处理的系统边界主要包括三个方面：原材料、能量输入；两相厌氧处理；废水、废气、废渣输出，具体是：苏州市某餐厨垃圾资源化处理试点-就地式厌氧设备，该项目涉及的餐厨垃圾主要来自当地餐饮店，成分主要包含食物垃圾、少量砂砾、纸类、塑料等杂物。该单位采用一种小规模的就地式两相厌氧处理设备，这种设备运行前需要人工分选出较大杂物，然后餐厨垃圾进入原料收集罐与分选程序，继而进入两相厌氧发酵罐与沼气储存罐最终进行沼气利用。餐厨垃圾两相厌氧处理系统分为预处理、厌氧消化、沼气利用三个环节，厌氧消化环节产生的沼渣运输到垃圾填埋场，沼液运输到污水处理厂，通过热电联产工艺达到沼气利用，整个处理过程中产生的废气进行后续处置。
第二步，收集基础数据并设定功能单位，进而列出餐厨垃圾生命周期清单；
所述第二步中，现场实测与查阅文献获取数据，收集各个环节的数据，选取功能单位为处理处置1kg餐厨垃圾，将所有单元过程的清单数据进行分类汇总，得到餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期清单列表，如表8所示：
表8两相厌氧处理的清单数据(每个功能单位)
表8中数据主要收集整理来自预处理、厌氧消化、沼气利用三个环节，即收集从原材料的获取到最终的处置整个生命周期中的物质消耗、能源得失和环境释放的数据。
第三步，环境因子进行分类，选取5种环境影响类型，量化评价餐厨垃圾两相厌氧处理过程的环境影响；对每一个环境影响类型中的环境因子进行特征化、标准化计算，当量因子及基准值选取参考计算方法CML-IA中的数据；
将生命周期清单数据输入SimaPro9.0软件(软件厂家为PRéConsultantsbv(荷兰))对5种环境影响类型进行分析评价，包括全球气候变暖、人体毒性、光化学氧化、酸化、富营养化；对比分析关键环节对环境的贡献，为工艺后续的优化和改进提供科学依据；得到的数据如表9所示，表中正值表示环境负担，负值表示环境效益。
所述第三步中，确保生命周期清单计算方法的完整性，定量计算生命周期清单上游阶段和下游阶段中存在的环境因子。所述上游阶段主要包括原料、能源和辅料的使用和运输阶段；下游阶段主要包括各种能量回收利用，如热电联产阶段。
所述第三步中，生命周期清单数据包括物质、资源消耗、运输与能量利用所体现出的环境影响，其涉及的生命周期环境因子g累积量表达式为：
bT，F，g＝∑aT，ibi，g
式中：bT,F,g是处理处置1kg餐厨垃圾环境因子g的累积量，单位kg；aT,i是原料、能源、辅料在生命周期单元环节i体现的环境因子积累量，单位kg；bi,g是下游过程体现的环境因子在生命周期单元环节i中的积累量，单位kg。
所述第三步中，对量化后的各种环境因子进行分类得到各种环境影响类型，采用当量因子的方法对每一种环境影响类型进行特征化计算，得到带有量纲的特征化环境影响潜值，为进行不同环境影响类型之间的比较，通常对特征化环境影响潜值标准化处理去除量纲的影响，表达式为：
式中：M(j)是j环境影响类型的特征化环境影响潜值；n是j环境影响类型中环境因子数目；D(j)i是j环境影响类型中i环境因子的当量系数；Ei是j环境影响类型中环境因子i的排放量，单位kg。
如全球气候变暖，当量因子CO2，表达式：
式中：GWP是指全球气温变暖特征化环境影响潜值，单位kgCO2eq/kg；n是指生命周期中排放的温室气体的数目；δi是指生命周期中i温室气体的当量系数；DGWP是指每生产一个功能单位i温室气体排放量，单位kg。
Nj＝Mj/Sj
式中：Nj为标准化环境影响潜值；j表示各环境影响类型；Mj为各环境影响类型的特征化结果；Sj为CML-IA方法中各环境影响类型标准化基值。
表9标准化环境影响潜值
表9中数据表明，全球气温变暖中所有环节的环境影响潜值总和最大，为6.96E-15，电力输入是主要的贡献过程。沼气利用的环境影响潜值为负值，部分抵消餐厨垃圾两相厌氧处理过程中物质消耗、能量消耗、污染物排放造成的环境影响。该项目不包括收集运输环节，所以避免了由运输造成的环境负担。
第四步，对标准化后的环境影响潜值赋予一个权重值，不同的权重值表明环境影响类型的重要程度，加权求和得出总环境影响潜值，定量评价餐厨垃圾两相厌氧处理的环境影响。
所述第四步中，总环境影响负荷主要依据各环境影响类型的标准化结果与CML-IA方法中各环境影响类型的权重因子决定；表达式为：
∑WFj＝∑Wj×Nj式中：WFj各环境影响类型总的环境影响负荷；j表示各环境影响类型；Wj为CML-IA方法中不同环境影响类型的权重因子；Nj为各环境影响类型标准化后的环境影响潜值。
对比例1
广东省某餐厨垃圾处理厂运营阶段环境影响评价，包括以下步骤：
第一步，选取评价范围、等级与评价标准。建设用地为广东省某市的餐厨垃圾处理场地，占地面积约为33000.5m2，日处理规模为300t餐厨垃圾。根据国家环保总局《环境影响评价技术导则》中的相关规定，选取本次的评价范围如下：(1)地表水环境：主要针对项目水污染源进行核算；(2)地下水环境：项目所在区域地下水上游200米至下游200米范围；(3)大气环境：以本目标为中心，直径5000m的圆形区域范围；(4)声环境：项目区周边外延200m的区域范围；(5)生态环境：以项目所在地块为主。
1.大气评价等级与标准
等级：根据《环境影响评价技术导则大气环境》中的规定，选择烟尘为主要污染物，计算其最大地面浓度占标率Pi：
Pi＝Ci/Coi*100％
式中：Pi为第i个污染物的最大地面浓度占标率，％；Ci为采用估算模式计算出的第i个污染物的最大地面浓度，mg/m3；Coi为第i个污染物的环境空气质量标准mg/m3。
表10大气环境影响评价等级评判表
| 评价工作等级 | 评价工作分级判据 |
| 一级 | P<sub>max</sub>≥80％，D<sub>10％</sub>≥5km |
| 二级 | 其他 |
| 三级 | P<sub>max</sub>＜10％或D<sub>10％</sub>＜污染源距厂界最近距离 |
标准：执行《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中的二级标准。
2.水环境评价等级与标准
地表水环境等级划分：餐厨垃圾处理厂最终的废水排放量为200-800m3/d，污水水质简单，依据广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)选取本项目的水环境影响评价工作等级为三级。
标准：《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)
地下水环境等级划分：本项目在运营期间可能导致地下水水质污染，项目所在区域地下水环境敏感程度为“不敏感”，项目的污水排放量≤1000m3/d，污水水质简单，做三级评价。
标准：《地下水质量标准》(GB/T 14848-93)
3.噪声环境评价等级与标准
等级：本项目参照执行声环境质量3类标准，项目运营期间噪声增加值在3dB(A)以下，对环境敏感点的声环境影响不大，受影响人口的变化不大，按照三级评价进行工作。
标准：《声环境质量标准》(GB3096-2008)。
4.生态环境评价等级与标准
等级：项目总占地面积为33000.5m2，小于20km2，位于生态控制线之内，项目区域内无珍稀动植物，场地为大量裸露地表，依据《环境影响评价技术导则生态影响》(HJ 19-2011),生态环境评价工作分级的规定，按三级评价进行工作。
污染物排放标准：《水污染物排放限值》(DB44/26-2001)第二时段，一级标准；
《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)
《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)三类标准；
第二步，运营期工程分析。收集可行性研究资料和其他有关技术资料，整理整个过程消耗的主要原辅材料与能源，根据餐厨垃圾两相厌氧处理工艺流程选取排污环节和主要的污染物。餐厨垃圾主要来自大型酒店、餐厅、食堂，餐厨垃圾处理厂日处理量为300t/d，地沟油处理量为50t/d，可利用的资源沼气产量为22000m3/d，制成的生物柴油为25t/d。
表11原辅材料与能源消耗表
根据工艺比选，本项目采用两相厌氧消化作为主体工艺技术，主处理工艺部分的设计将执行并符合《生活垃圾处理设施运营规范》(SZJG43-2012)，工艺流程图如图3所示。
餐厨垃圾预处理系统：餐厨垃圾经过收运车收集运输到卸料大厅，与接收斗对接，接收斗具有滤液功能，滤液收集；渣浆进行破碎分选，去除玻璃瓶、塑料瓶等杂物；分选具有热水喷淋装置，可以将杂物表面的油脂与浆料洗下；除砂主要去除细小无机杂质，剩下的渣浆经过湿热水解得到固体油脂与渣浆，渣浆压滤，液体进入均质池，固体进入储料罐进行后续滤渣处理，粗油脂运输到生物柴油厂加工。
厌氧发酵系统：本项目中厌氧发酵采用两相厌氧发酵装置，主要利用中温厌氧菌，保证水解酸化与产甲烷化在两个反应器中运行。在进入厌氧消化系统前，预处理后的餐厨垃圾先进入水解酸化罐进行pH的调节，整个厌氧消化主是利用微生物把有机物转化成沼气、CO2、水等，并排出沼液、沼渣。
沼气净化与热电联产系统：本项目中的沼气成分主要分为：甲烷含量60％、CO2含量30％、H2S含量0.3％、惰性气体约为9.7％。因为硫化氢会发生腐蚀损坏设备，因此会对沼气进行脱硫处理，通过计算，脱硫处理后沼气中的硫化氢含量不超过0.02％，符合排放标准。处理后的沼气进行热电联产得到可以回收利用的电和热。
生物柴油制备系统：本项目中的生物柴油是利用餐厨垃圾中的粗油脂为原料，通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。本工艺采用两步法反应，即先进行酸性催化预酯反应，再进行碱性催化酯交换反应。本项目的主要产品生物柴油量设计规模为25t/d。
沼渣脱水系统：经过厌氧消化后的残余物，具有很高的浓度，不及时处理会造成二次污染，因此需要进行固液分离，沼液溢流进入沼液储存罐，经过脱水处理的沼渣运往焚烧厂或者填埋场处理，收集沼液进入废水处理系统。
表12运营期主要污染物产生和排放情况表
表中的设备噪声产生的噪声值取自所有设备产生噪声的平均值，经过隔声处理，设备的产出噪声均值为64.1dB(A)。本项目垃圾运输车辆将产生较大的噪声，一般车辆5m处噪声源强为80dB(A)。
第三步，运营期环境影响预测与评价。通过上述分析，对餐厨垃圾处理厂产生的废水、废气、废渣影响进行环境预测，考虑环境对污染影响的承载能力。依据评价标准，严格控制污染物的排放。
1.地表水与地下水环境影响评价
选择合适的水质模型进行水环境预测，本项目符合点源污染的特征，利用物料平衡法的模型进行环境预测。本项目产生废水共480t/d,本项目废水在自建废水处理站处理，达到广东省地方标准《水污染排放限制》(DB44/26-2001)第二时段的一级标准后，采用专用管道排放到河流。
2.大气环境影响评价
臭气影响预测：
(1)预测及评价因子：重点对生产过程工艺废气可能产生的环境影响进行预测，选择氨、硫化氢、甲硫醇作为预测及评价因子。
(2)预测模式：根据《环境影响评价导则-大气环境》(HJ2.2-2008)，三级评价可不进行大气环境预测工作，直接以估算模式的结果作为预测与分析依据。
3.臭气影响评价-防护距离：
(1)大气环境防护距离计算
根据环境保护部环境工程评估中心的大气环境防护距离标准计算程序，可计算出本项目面源的大气环境防护距离结果为“无超标点”。根据计算结果，氨的卫生防护距离为50m，硫化氢的卫生防护距离为50m，甲硫醇的卫生防护距离为200m。根据卫生防护距离规定，最后计算出的防护距离为200m。
(2)相关规范的防护距离要求
关于餐厨垃圾处理工程，目前没有相应的规范或标准对其提出防护距离的限制，只能参照生活垃圾填埋场的防护距离要求。
4.锅炉废气影响评价：
本项目锅炉使用甲烷作为燃料。根据《三废处理工程技术手册(废水卷)》，沼气中硫化氢的体积含量一般占0.005％-0.01％。本项目中的甲烷在热电联产前经过脱硫处理，燃烧产生的污染物很少，一般不会对大气造成严重危害。
5.声环境影响评价
(1)噪声预测模式
预测采用点声源随传播距离增加而衰减的公式进行计算。多点源声压级的计算模式：
Leq＝10log(∑100Li)
式中：Leq为预测点的总等效声级，dB(A)；Li为第i个声源对预测点的声级影响，dB(A)。
(2)评价标准
厂界噪声执行《工业企业厂界环境噪声排放标准》(GB12348-2008)3类标准。即昼间65dB(A)，夜间55dB(A)。
6.固体废物环境影响评价
(1)消化后泥饼
厌氧消化后的泥饼进入处理场处理，或进行其他途径的综合利用，对周边环境不会产生明显影响。
(2)垃圾预处理分选资源性废物
垃圾预处理分选出的废金属、废塑料、废纸张属于资源性废物，经回收利用后对周边环境没有影响。
(3)生活垃圾
生活垃圾经市政环卫部门收集处理后，对周边环境没有影响。
(4)餐厨垃圾
餐厨垃圾可由本项目生物质处理系统自行处理，对周边环境没有影响。
采用生命周期评价技术方案，与对比例相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)生命周期评价更注重排放的污染物对环境造成的影响，并且依据评价结果可以了解关键影响环节与污染物。而对运营期餐厨垃圾处理厂进行环境影响评价，整个评价过程主要是通过标准、规范约束污染物的排放。
(2)进行生命周期评价，数据来源除了现场实时监测、文献、相关部门提供，还采用完备的基础数据库，量化结果具有一定的客观性。而对运营期餐厨垃圾处理厂进行环境影响评价，数据来源有限。
(3)生命周期评价划定系统边界，对关键工艺进行评价，具有针对性。而对运营期餐厨垃圾处理厂进行环境影响评价，评价的范围较广泛，没有突出重点。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (10)
1.一种餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，确定餐厨垃圾两相厌氧处理的系统边界；
所述第一步中确定餐厨垃圾两相厌氧处理的系统边界主要包括三个方面：原材料、能量输入；两相厌氧处理；废水、废气、废渣输出；
第二步，收集基础数据并设定功能单位，进而列出餐厨垃圾生命周期清单；
第三步，环境因子进行分类，选取环境影响类型，量化评价餐厨垃圾两相厌氧处理过程的环境影响；对每一个环境影响类型中的环境因子进行特征化、标准化计算，当量因子及基准值选取参考CML-IA中的数据；
第四步，对标准化后的环境影响潜值赋予一个权重值，不同的权重值表明环境影响类型的重要程度，加权求和得出总环境影响潜值，定量评价餐厨垃圾两相厌氧处理的环境影响。
2.根据权利要求1所述的餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，其特征在于，所述第二步中，获取基础数据，选取功能单位为处理处置1kg餐厨垃圾，将所有单元过程的清单数据进行分类汇总，得到餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期清单列表。
3.根据权利要求1所述的餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，其特征在于，所述第三步中，将生命周期清单数据输入SimaPro 9.0软件分析选出环境影响类型，对比分析关键环节对环境的贡献，正值表示环境负担，负值表示环境效益。
4.根据权利要求3所述的餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，其特征在于，所述环境影响类型选自金属矿石、矿物、空气、土地占用、不可再生能源的非生物耗竭、化石燃料非生物耗竭、全球气候变暖、臭氧层消耗、人体毒性、淡水水生生态毒性、海洋水生生态毒性、陆地生态毒性、光化学氧化、酸化、富营养化。
5.根据权利要求3所述的餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，其特征在于，所述第三步中，确保生命周期清单计算方法的完整性，定量计算生命周期清单上游阶段和下游阶段中存在的环境因子。
6.根据权利要求5所述的餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，其特征在于，所述上游阶段主要包括原料、能源和辅料的使用和运输阶段；下游阶段主要包括各种能量回收利用。
7.根据权利要求3所述的餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，其特征在于，所述第三步中，生命周期清单数据包括物质、资源消耗、运输与能量利用所体现出的环境影响，其涉及的生命周期环境因子g累积量表达式为：
式中：
是处理处置1kg餐厨垃圾环境因子g的累积量，单位kg；aT，i是原料、能源、辅料在生命周期单元环节i体现的环境因子积累量，单位kg；bi，g是下游过程体现的环境因子在生命周期单元环节i中的积累量，单位kg。
8.根据权利要求3所述的餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，其特征在于，所述第三步中，对量化后的各种环境因子进行分类得到各种环境影响类型，采用当量因子的方法对每一种环境影响类型进行特征化计算，得到带有量纲的特征化环境影响潜值，为进行不同环境影响类型之间的比较，通常对特征化环境影响潜值标准化处理去除量纲的影响，表达式为：
式中：M(j)是j环境影响类型的特征化环境影响潜值；n是j环境影响类型中环境因子数目；D(j)i是j环境影响类型中i环境因子的当量系数；Ei是j环境影响类型中环境因子i的排放量，单位kg。
9.根据权利要求1所述的餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，其特征在于，如全球气候变暖，当量因子CO2，表达式：
式中：GWP是指全球气温变暖特征化环境影响潜值，单位kgCO2eq/kg；n是指生命周期中排放的温室气体的数目；δi是指生命周期中i温室气体的当量系数；DGWP是指每生产一个功能单位i温室气体排放量，单位kg；
Nj＝Mj/Sj
式中：Nj为标准化环境影响潜值；j表示各环境影响类型；Mj为各环境影响类型的特征化结果；Sj为CML-IA方法中各环境影响类型标准化基值。
10.根据权利要求1所述的餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法，其特征在于，所述第四步中，总环境影响负荷主要依据各环境影响类型的标准化结果与CML-IA方法中各环境影响类型的权重因子决定；表达式为：
∑WFj＝∑Wj×Nj
式中：WFj各环境影响类型总的环境影响负荷；j表示各环境影响类型；Wj为CML-IA方法中不同环境影响类型的权重因子；Nj为各环境影响类型标准化后的环境影响潜值。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202110930459.1A CN113655177A (zh) | 2021-08-13 | 2021-08-13 | 一种餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法 |
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|---|---|---|---|
| CN202110930459.1A CN113655177A (zh) | 2021-08-13 | 2021-08-13 | 一种餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法 |
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| CN113655177A true CN113655177A (zh) | 2021-11-16 |
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ID=78479861
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| CN202110930459.1A Pending CN113655177A (zh) | 2021-08-13 | 2021-08-13 | 一种餐厨垃圾两相厌氧处理的生命周期评价方法 |
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Citations (4)
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| CN104899673A (zh) * | 2015-04-02 | 2015-09-09 | 北京师范大学 | 一种生命周期分析和层次分析的产品环境影响评价方法 |
| CN109740833A (zh) * | 2018-11-07 | 2019-05-10 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | 一种稀土钢生命周期环境影响评价方法 |
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| CN112328854A (zh) * | 2020-09-04 | 2021-02-05 | 天津大学 | 基于生命周期分析的钢铁企业废气减排环境影响评价方法 |
-
2021
- 2021-08-13 CN CN202110930459.1A patent/CN113655177A/zh active Pending
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