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近年來(lái)，隨著我國(guó)環(huán)境保護(hù)事業(yè)逐漸推進(jìn)，環(huán)境保護(hù)理念逐步確立，生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的方向逐漸從污染治理轉(zhuǎn)向降低各類污染帶來(lái)的危害。生命周期評(píng)價(jià)(life cycle assessment，LCA)作為一種量化評(píng)估產(chǎn)品、過程、活動(dòng)、系統(tǒng)環(huán)境影響的管理工具，能夠客觀、全面、定量地評(píng)價(jià)污染物對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境的影響評(píng)價(jià)結(jié)果不僅可以服務(wù)于產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)，也能為行業(yè)環(huán)境管理指標(biāo)的制訂提供科學(xué)依據(jù)，已成為篩選和開發(fā)綠色產(chǎn)品、降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、減少污染對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境損害的重要工具。
根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織對(duì)LCA的技術(shù)框架定義，LCA由4個(gè)步驟組成，分別為目標(biāo)和范圍界定、清單分析(life cycle inventory，LCI)、影響評(píng)價(jià)(life cycle impact assessment，LCIA)和結(jié)果解釋，其中，LCIA是影響LCA結(jié)果最重要的部分，但長(zhǎng)期以來(lái)一直沒有統(tǒng)一的模型和方法.部分國(guó)家和地區(qū)基于本地特征形成了區(qū)域性的影響評(píng)價(jià)方法，這些方法根據(jù)其所定義的類型參數(shù)在環(huán)境機(jī)制效應(yīng)鏈中的位置可分為兩類:一類是中間影響類(midpoint impact category)，將LCI結(jié)果劃歸到其所關(guān)注的環(huán)境問題類別，如氣候變化、酸化等，此類型多以特征污染物當(dāng)量表征環(huán)境影響，如用二氧化碳當(dāng)量(CO２-eq表征氣候變化對(duì)環(huán)境的影響；另一類是終點(diǎn)影響類(endpoint impact category)，又稱終點(diǎn)損害類(damage category)，將LCI結(jié)果或中間影響類型劃歸到代表對(duì)最終保護(hù)領(lǐng)域損害的類別，如對(duì)人體健康損害、生態(tài)環(huán)境損害、資源耗竭等，終點(diǎn)損害類評(píng)價(jià)是在中間影響評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上結(jié)合對(duì)受體的損害程度開展的，側(cè)重于人類和社會(huì)關(guān)注的問題，更容易讓人們理解產(chǎn)品給人類造成的直接影響，而中間影響類評(píng)價(jià)多與環(huán)境現(xiàn)象相關(guān)。
在我國(guó)LCA研究雖然起步較晚，但在生態(tài)環(huán)境保護(hù)技術(shù)篩選、固體廢物管理、新能源環(huán)境管理等領(lǐng)域開展了大量研究，這些研究主要聚焦在LCA的應(yīng)用方面，對(duì)LCIA模型方法的研究較少。目前，僅有楊建新等在2000年建立了適用于我國(guó)的LCIA模型方法，但該方法屬于中間影響類型，且時(shí)間較早，基準(zhǔn)值已無(wú)法反映現(xiàn)階段實(shí)際情況。也有學(xué)者對(duì)單一行業(yè)(如造紙)或單一影響類別(如礦產(chǎn)資源)的LCIA模型進(jìn)行了本地化研究，但都未形成系統(tǒng)的LCIA模型。因此，該研究以我國(guó)為基準(zhǔn)區(qū)域，以2017年為基準(zhǔn)年，基于終點(diǎn)損害類評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建本地化的終點(diǎn)損害類生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型，將LCIA結(jié)果直接指向終點(diǎn)保護(hù)領(lǐng)域(人體健康、生態(tài)系統(tǒng)、資源)，以期補(bǔ)充完善我國(guó)LCIA理論方法，為提升LCA的科學(xué)合理性提供支撐。
現(xiàn)階段我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作中重點(diǎn)關(guān)注的污染物質(zhì)主要包括大氣污染物〔如二氧化硫(SO２)、氮氧化物(NOｘ)、顆粒物(PM)、揮發(fā)性有機(jī)物(VOCｓ)、氨(NH３)、溫室氣體等〕、水污染物〔總氮(TN)、總磷(TP、重金屬等〕、土壤污染物等，結(jié)合ISO 14044?環(huán)境管理生命周期評(píng)價(jià)要求與指南?相關(guān)理論，該研究選取致癌作用、細(xì)顆粒物形成、氣候變化、水資源消耗、光化學(xué)臭氧形成、生態(tài)毒性、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化、土地利用、礦產(chǎn)資源、化石燃料11種環(huán)境影響類別，通過核算污染物和資源、能源物質(zhì)的人均基準(zhǔn)值，構(gòu)建了適用于我國(guó)終點(diǎn)損害類生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)的模型框架(見圖１)，以便更好地解釋清單數(shù)據(jù)。
模型框架包括確定損害因子，核算排放量、產(chǎn)量，計(jì)算人均基準(zhǔn)值，加權(quán)評(píng)估，以及計(jì)算環(huán)境影響潛值５個(gè)步驟。通過歸類和損害分析，可將11種環(huán)境影響類別分別劃分到人體健康(致癌作用、細(xì)顆粒物形成、氣候變化、水資源消耗、光化學(xué)臭氧形成)、生態(tài)系統(tǒng)(氣候變化、水資源消耗、生態(tài)毒性、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化、光化學(xué)臭氧形成、土地利用)、資源(礦產(chǎn)資源、化石燃料)3種終點(diǎn)損害類別.考慮到數(shù)據(jù)的可獲取性和敏感性，該模型方法的基準(zhǔn)值核算主要針對(duì)大氣污染物和水污染物，土壤污染物暫時(shí)未考慮在核算邊界內(nèi)。
清單分析將污染物和資源、能源物質(zhì)對(duì)應(yīng)到各環(huán)境影響類別；損害分析則是通過損害因子測(cè)算各類污染物、資源、能源對(duì)終點(diǎn)保護(hù)領(lǐng)域(人體健康、生態(tài)系統(tǒng)、資源)的損害程度；標(biāo)準(zhǔn)化是將損害分析的結(jié)果分別除以人體健康、生態(tài)系統(tǒng)、資源的人均基準(zhǔn)值，去除量綱，實(shí)現(xiàn)可比性；最后，通過加權(quán)得到一個(gè)數(shù)值(即環(huán)境影響潛值)來(lái)表征污染物排放以及資源、能源消耗對(duì)環(huán)境影響的大小。
借鑒目前應(yīng)用較為廣泛的Eco-indicator99方法、ReCiPe評(píng)價(jià)方法，以第二次全國(guó)污染源普查中國(guó)家重點(diǎn)關(guān)注的污染物為主要研究對(duì)象，在此基礎(chǔ)上選取了與我國(guó)生產(chǎn)生活關(guān)聯(lián)較大、環(huán)境影響較突出的其他污染物，通過查閱IPCC研究報(bào)告、國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)確定各類污染物、資源、能源的損害因子，結(jié)果如表1~3所示。
以我國(guó)為基準(zhǔn)區(qū)域，2017年為基準(zhǔn)年，通過排放因子法、物料衡算法、模型構(gòu)建法、外推法、文獻(xiàn)分析法等核算各環(huán)境影響類別對(duì)應(yīng)的污染物的排放總量、資源產(chǎn)量，其中，水中砷(As)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、汞(Hg)、鉛(Pb)的排放量、用水量以及耕地等土地利用面積數(shù)據(jù)來(lái)自?中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2018?；大氣中SO２、NOｘ、PM，水中TN、TP排放數(shù)據(jù)來(lái)自?第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)?；大氣中CO２、CH４、N２O、HFC、CFｓ、SF６排放總量來(lái)自Climate Watch；大氣中As、Cd、Cr、Ni、NH３、VOCｓ排放量主要通過核算獲得；鋁(Al)、鋅(Zn)、銅(Cu)、鉛(Pb)、鎳(Ni)、錫(Sn)、汞(Hg)產(chǎn)量來(lái)自中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)；生鐵產(chǎn)量來(lái)自國(guó)家統(tǒng)計(jì)局；錳(Mn)、鉬(Mo)產(chǎn)量主要來(lái)自文獻(xiàn)；化石燃料(煤炭、原油、天然氣)產(chǎn)量來(lái)自自然資源部?中國(guó)礦產(chǎn)資源報(bào)告2018?。
大氣中As、Cd、Cr和Ni具有難生物降解、危害程度大、周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，主要在致癌方面對(duì)人體健康產(chǎn)生較大影響，其主要來(lái)源為煤和石油燃燒.燃煤過程中As、Cd、Cr、Ni排放量和燃石油過程中Ni排放量通過燃料量、燃料中重金屬的平均含量、燃料燃燒時(shí)重金屬的釋放比例、煙氣凈化設(shè)施對(duì)重金屬的去除率進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式:
燃石油過程中As、Cd、Cr排放量直接通過排放系數(shù)計(jì)算，計(jì)算公式:
式中:Ｅｉ為2017年煤(石油)燃燒過程中大氣重金屬ｉ的排放量，t;A為2017年煤(石油)消耗量，t;Ci為煤(石油)中重金屬ｉ的含量，ug∕ｇ;αｉ為燃燒時(shí)重金屬ｉ的釋放比例，％;Pi為煙氣凈化設(shè)施對(duì)重金屬ｉ的去除率，％;μ為石油燃燒過程中重金屬的排放系數(shù)，ｇ∕ｔ.
2017年中國(guó)能源消費(fèi)總量為449000×104t(以標(biāo)煤計(jì))，煤炭占能源消費(fèi)總量的比重為60.4%,石油占能源消費(fèi)總量的比重為18.8%,煤炭和石油折標(biāo)準(zhǔn)煤參考系數(shù)分別為０.7143、1.4286千克標(biāo)準(zhǔn)煤/千克。我國(guó)燃煤方式90％以上為煤粉爐，重金屬主要通過除塵和脫硫設(shè)施協(xié)同去除，因此以煤粉爐燃燒時(shí)重金屬的釋放比例以及電除塵、濕法脫硫技術(shù)的重金屬協(xié)同去除率作為核算值，煤中重金屬的含量、釋放比例、去除率以及石油中重金屬排放系數(shù)均見表４，石油中Ni的釋放比例、去除率參考煤中Ni的釋放比例、去除率。
綜上，核算出2017年我國(guó)大氣中As、Cd、Cr、Ni的排放量分別為８337.39、51.43、465.59、597.46t。
VOCs排放源主要包括工業(yè)源、農(nóng)業(yè)源、生活源和移動(dòng)源，其中，工業(yè)源、生活源、移動(dòng)源排放量由?第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)?獲取，農(nóng)業(yè)源需要核算.農(nóng)業(yè)源主要包括農(nóng)藥使用和秸稈露天焚燒，其中農(nóng)藥使用的VOCs排放量計(jì)算公式:
式中:Ep為2017年農(nóng)藥使用導(dǎo)致的VOCs排放量，104t;Qp為2017年農(nóng)藥使用量，104t；λ為農(nóng)藥使用的VOCs排放系數(shù)，ｇ∕ｋｇ.
2017年全國(guó)農(nóng)藥使用量為165.51×104t，中國(guó)農(nóng)藥施用過程VOCs排放因子為368~482g∕kg，該文按平均值(452g∕kg)計(jì)，核算出2017年我國(guó)農(nóng)藥使用的VOCs排放量為70.34×104t。
式中:Es為2017年秸稈露天燃燒導(dǎo)致的VOCs排放量，104t;Pm為農(nóng)作物ｍ產(chǎn)量，104t;Ｎｍ為農(nóng)作物ｍ草谷比(秸稈干物質(zhì)量與作物產(chǎn)量比值)；Ｒ為秸稈露天燃燒比例，取20％;η為燃燒率，?。?9;φ為排放系數(shù)，ｇ∕ｋｇ。
根據(jù)2017年我國(guó)各類農(nóng)作物產(chǎn)量占比情況，可將我國(guó)農(nóng)作物分為稻谷、小麥、玉米和其他作物(豆類、薯類、棉花、油料、煙葉等)，各類農(nóng)作物2017年產(chǎn)量、草谷比和秸稈干物的VOCs排放系數(shù)見表５。其他作物VOCs排放量按其秸稈干物質(zhì)量占比外推，核算出2017年我國(guó)秸稈露天焚燒的VOCs排放量為156.38×104t。
綜上，核算出2017年我國(guó)大氣中VOCs的排放量為1244.17×104ｔ。
NH3的來(lái)源主要為畜禽養(yǎng)殖、氮肥與合成氨生產(chǎn)、氮肥施用和人類糞便４種。采用排放因子法核算排放量，各活動(dòng)水平數(shù)據(jù)及排放因子見表６。
由此核算出2017年我國(guó)大氣中ＮＨ３的排放量為1246.99×104ｔ。
各類污染物2017年排放量、資源產(chǎn)量、土地用地面積見圖２.由圖２可見:2017年在大氣污染物中，常規(guī)污染物NOｘ、NH３、PM排放量較大，重金屬中排放量較大的為As和Ni；水污染物中，常規(guī)污染物TP、TN排放量分別為３１.54×104和304.14×104t，重金屬中Cd排放量最大.水中重金屬排放量均大于大氣中重金屬排放量.此外，2017年CO２、CH４、N２O、HFC、CFｓ、SF６排放總量為114.1×108t(以CO2-eq計(jì))，煤、原油、天然氣產(chǎn)量以及用水量分別為34.5×108t、1.9×108t、1474.2×108m3、6043.4×08m3
2017年我國(guó)人口為139008×104人，各環(huán)境影響類別的人均基準(zhǔn)值計(jì)算公式:
式中:bn為環(huán)境影響類型n對(duì)應(yīng)的人均基準(zhǔn)值，n分別為致癌作用、細(xì)顆粒物形成、氣候變化、水資源消耗、光化學(xué)臭氧形成、生態(tài)毒性、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化、土地利用、礦產(chǎn)資源、化石燃料；ani為環(huán)境影響類別n對(duì)應(yīng)的污染物(資源或能源)i在2017年的排放量(或產(chǎn)量)；pni為環(huán)境影響類別n對(duì)應(yīng)的污染物(資源或能源)i對(duì)應(yīng)的損害因子；r為2017年中國(guó)人口數(shù)據(jù)。人均基準(zhǔn)值核算結(jié)果如表７所示。
2017年我國(guó)人體健康、生態(tài)系統(tǒng)和資源人均基準(zhǔn)值分別為0.019DALY、６.08×10-5species、2467.42MJ。其中，在人體健康損害方面，細(xì)顆粒物形成的人均負(fù)載最大；在生態(tài)系統(tǒng)損害方面，氣候變化和土地利用的人均負(fù)載較大；在資源耗竭方面，化石燃料的人均負(fù)載最大。
基于損害因子和人均基準(zhǔn)值，按一定的權(quán)重比例對(duì)影響類別進(jìn)行加權(quán)分析，構(gòu)建終點(diǎn)損害類生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型方法，計(jì)算環(huán)境影響潛值，計(jì)算公式:
式中:Ｅ為環(huán)境影響潛值；ai為污染物(資源、能源)ｉ的排放量(消耗量)；pi為污染物(資源、能源)ｉ對(duì)應(yīng)的損害因子；bn為終點(diǎn)傷害類別ｎ對(duì)應(yīng)的人均基準(zhǔn)值；wn為終點(diǎn)傷害類別ｎ對(duì)應(yīng)的權(quán)重。
模型可以將不同污染物、資源能源消耗類型對(duì)應(yīng)到各自的環(huán)境影響類別，并通過標(biāo)準(zhǔn)化、加權(quán)的形式，最終通過一個(gè)單一數(shù)值來(lái)表征環(huán)境影響.不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)單一產(chǎn)品體系內(nèi)部的比較，識(shí)別環(huán)境影響較大的環(huán)節(jié)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同產(chǎn)品系統(tǒng)間的相互比較，通過優(yōu)勝劣汰推動(dòng)企業(yè)開展綠色設(shè)計(jì)、降低環(huán)境影響。
為了更好地比較各環(huán)境影響類型的相對(duì)重要性，筆者所在課題組采用層次分析法對(duì)權(quán)重進(jìn)行了問卷調(diào)研，結(jié)果發(fā)現(xiàn)人體健康、生態(tài)環(huán)境、資源的權(quán)重分別為60％、25％、15％。從問卷調(diào)研所得權(quán)重來(lái)看，雖然在人體健康方面的人均基準(zhǔn)值較大，可能會(huì)導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果中人體健康的環(huán)境影響較低，但通過權(quán)重加權(quán)后，對(duì)這一結(jié)果進(jìn)行了很好的修正，說明現(xiàn)階段大眾更希望生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)是減少污染物對(duì)人體健康的影響。
該研究模型參數(shù)信息的不確定性主要來(lái)自排放因子和活動(dòng)水平數(shù)據(jù).活動(dòng)水平數(shù)據(jù)主要來(lái)自各類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、公報(bào)或文獻(xiàn)，部分污染物(如VOCs、NH3)排放因子早于筆者研究基準(zhǔn)年，存在一定的不確定性.核算大氣中重金屬排放量直接采用了煤粉爐(占比90％以上)燃燒時(shí)重金屬的釋放比例，以及使用電除塵、濕法脫硫技術(shù)對(duì)重金屬協(xié)同去除率作為核算因子，雖然目前多數(shù)地區(qū)在全面推進(jìn)超低排放改造，但覆蓋率未達(dá)100％，核算結(jié)果偏低.此外，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)地位的差異，各國(guó)規(guī)避環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和衛(wèi)生保健機(jī)制不同，不同群體間和個(gè)體間暴露于環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)中的概率不同，發(fā)展中國(guó)家25％的死亡歸因于環(huán)境因素，但發(fā)達(dá)國(guó)家僅為17％，即環(huán)境污染對(duì)發(fā)展中國(guó)家影響較大，該研究通過國(guó)外的Eco-indicator99和ReCiPe2016方法，確定中國(guó)各污染物排放和資源能源消耗對(duì)終點(diǎn)損害類別的損害因子存在一定的不確定性。
ａ)基于終點(diǎn)損害模型方法，構(gòu)建了適用于我國(guó)的終點(diǎn)損害類生命周期環(huán)境影響評(píng)價(jià)模型，將生命周期評(píng)價(jià)的結(jié)果直接指向終點(diǎn)保護(hù)領(lǐng)域。
ｂ)根據(jù)現(xiàn)階段我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)，篩選了11個(gè)環(huán)境影響類別，對(duì)應(yīng)３個(gè)終點(diǎn)損害類別，分別是人體健康(致癌作用、細(xì)顆粒物形成、氣候變化、水資源消耗、光化學(xué)臭氧形成)、生態(tài)系統(tǒng)(氣候變化、水資源消耗、生態(tài)毒性、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化、光化學(xué)臭氧形成、土地利用)和資源(礦產(chǎn)資源、化石燃料)。
ｃ)以我國(guó)為基準(zhǔn)區(qū)域、以2017年為基準(zhǔn)年，對(duì)人體健康、生態(tài)環(huán)境和資源的人均基準(zhǔn)值進(jìn)行了核算，分別為0.019ＤＡＬＹ、6.08×10-5species、2467.42MJ。在人體健康損害方面，細(xì)顆粒物形成的人均負(fù)載最大，在生態(tài)系統(tǒng)損害方面，氣候變化和土地利用的人均負(fù)載最大，在資源耗竭方面，化石燃料的人均負(fù)載最大。
ｄ)由于數(shù)據(jù)獲取性和敏感性等原因，本模型及基準(zhǔn)值核算暫未將土壤污染物納入到核算邊界內(nèi)，后續(xù)將在這方面進(jìn)一步開展研究，以期對(duì)模型進(jìn)行進(jìn)一步完善。
