...经理张海孝介绍生命周期评价研究进展-HOPE 创新院主办产品生命周...
刘秋虹 漆露 杨禅宇
[摘 要]城市排水系统生命周期评价是通过对排水系统从原材料加工生产、建设运营至报废拆除阶段全生命周期过程内产生的所有环境影响进行量化评价，为排水管网的升级与完善制定理论依据与数据支撑。本文介绍了生命周期评价理论，并总结了目前国内对于排水系统生命周期研究现状，以促进排水系统生命周期评价研究的进一步完善和拓展。
[关键词]城市排水系统；生命周期；环境影响评价
中图分类号：TU82 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）27-0177-02
1 引言
随着全球经济不断发展，人口急剧增长，环境污染问题也日益突出，重点关注环境问题已成为各国的共识。在二十一世纪，淡水资源不断消耗，将不可避免地导致全球水资源危机 [1]。根据联合国目前数据显示，缺水问题已经影响到全世界人口的40% [2]。因此，在相关决策过程中引入更加严格的环境标准，来提高行业的可持续发展至关重要。
城市排水系统是城市市政基础设施建筑的重要组成部分，承担着雨污水收集、运输及处理的重要任务，关系到水环境安全、城市景观及防洪排涝等问题[3]。传统上排水系统的选择主要考虑经济和技术方面的要求[4]。但是，排水系统也是高耗能产业之一[5]。随着气候变化、能源危机等一系列国际环境问题的产生，排水系统也越来越重视自身的可持续发展。选择排水系统的考虑因素也变得更加复杂，除了在考虑经济和技术的基础上，排水系统建设运营及拆除产生的环境影响也应纳入考虑之中。排水系统因其自身对雨污水处理达标排放作用，对环境贡献良多。但排水系统从建设、运行和拆除过程中都不可避免产生资源和能源的消耗及排放等一系列问题，因此采用生命周期评价能够量化排水系统环境排放值，识别环境影响严重阶段，并为改造升级提供数据支撑。
2 生命周期评价理论研究
2.1 生命周期评价的主要特点[6]
（1）定量化。生命周期评价在物质清单、环境影响类型和综合指标都是定量化过程，清单物质收集需要具体数字，通过数学建模，得出环境影响类型贡献值。
（2）系统化。生命周期评价过程是一个整体的系统，涵盖了全部生命周期阶段，从原材料生产加工到报废拆除阶段都包含在内，并且能够分析各种资源环境问题，其评价对象不仅仅是产品本身，而是产品对全球环境的影响。
（3）标准性。国际标准化组织于1997年6月颁布了ISO14040标准，标准化了生命周期评价的原则和方法。国内也陆续颁布了GB24040系列标准，从政策上规范了生命周期评价过程。
（4）普适性。生命周期评价应用广泛，可以用于技术研究、产品开发、生产管理、供应链管理、市场宣传与销售等方面，还可以为政策制定、市场机制等决策提供支持。
2.2 生命周期评价的技术框架
最早提出生命周期评价概念框架的是SETAC于1993年提出，该框架主要包括目标与范围定义、清单分析、生命周期影响评价和改进分析。国际标准化组织ISO于1997年颁布ISO14040标准，在SETAC框架上做了一些改动，将改进分析换成生命周期解释，成为LCA进入ISO14000环境管理的一个国际标准[7-8]。
（1）目标与范围确定
根据项目研究的理由、应用意图以及决策者所需要的信息，确定评价的目标，并根据这个目标制定研究范围，包括评价系统的定义、系统边界的确定、系统功能及功能单位的确定、系统假设条件以及有关数据要求和限制条件等，这是生命周期评价的第一步，也是最重要的一步，它将直接影响到后面的清单分析、环境影响评价和结果解释每个过程。
（2）清单分析
清单分析包括为实现特定研究目的对所需数据的收集，它基本上是一份关于研究系统的输入和输出数据清单，是目前LCA体系中发展最为完善的一个部分，也是相对最耗费时间和人力物力的部分。清单数据包括产品整个生命周期，从原材料的提取加工、制造使用到报废处理的能源及资源的投入，以及各种环境负荷物质的排放数据。它包括实景数据和背景数据。实景（Foreground）数据是需要我们收集分析研究对象的加工制造、使用废弃的数据，背景（Background）数据一般为原料生命周期数据，包括这些材料加工制作时使用的电力、燃料等数据。实景数据通过我们根据实际产品工艺等因素调查收集，背景数据收集困难，一般采用国内外LCA软件中已开发的数据库。
（3）影响评价
生命周期影响评价是讲LCA得到的各种排放物对现实环境影响进行定量的评价，这是LCA最重要的一个阶段。大多数LCA专家并不会开发新的影响评估方法，而是在已经出版的方法中选择一种。根据ISO14042中描述的影响评价方法，必备要素为分类和特征化，选择性要素为归一化、加权、分组和权重，也就意味着每一个LCA至少包含分类和特征化。LCA的清单分析通常包含上百种不同的环境排放和资源开采参数，按照相关的影响类别参数，将这些清单数据分配到不同的影响类别中，如温室效应、酸化、人类健康等。特征化是反映一个LCI结果对影响类别的相对贡献。部分污染物的环境影响特征化因子是基于自然科学研究得到的结果，目前已在世界范围内得到了广泛应用。
（4）结果解释
結果解释是从前三个阶段的一个或几个得出结论，提出建议。这是最直观并且最实用的部分。在生命周期模型中，所有数据都会有一定的不确定程度，主要包括数据的不确定性、模型代表性的不确定性，模型不完整引起的不确定性，所以需要做大量的检查。为了观察最重要的环境影响，在进行LCA过程中，可以进行敏感性分析；理解结果不确定性的重要方法就是进行贡献分析，通过贡献分析可以确定哪些过程处于决定性地位。
3 生命周期评价在排水系统中的应用研究现状
虽然传统上LCA方法主要运用于产品和服务上，但近年来随着LCA方法与标准的完善，LCA的运用已经扩展到基础设施。上个世纪90年代，就有学者应用生命周期评价方法研究城镇排水系统环境影响问题[9]。到目前为止，国内学者对于排水系统的LCA研究多集中在污水处理单元上，也有部分学者对LID措施单元进行了生命周期评价，为了解排水系统源头控制措施对环境的影响奠定了科学基础，但对于排水管网系统的研究还停留在起步阶段。
目前国内对于排水系统的研究，主要聚焦于污水处理厂上，主要是对污水处理具体个体进行LCA评价。韩进光[10]对西安北石桥污水处理厂进行生命周期环境影响评价，结果表明北石桥污水DE型氧化沟工艺资源消耗大于典型活性污泥法工艺、而能耗和废弃物排放小于典型活性污泥法工艺。周凌[11]对阜阳市污水处理厂和大连马栏河污水处理厂进行分析，对比两者水处理工艺的环境影响情况，并提出了改进措施。赵晶晶[12]对哈尔滨市某污水厂采用EPA研究的计算方法和模型，最后经过AHM加权评估步骤获得该污水处理厂的生命周期综合影响值，并提出减量化建议。梁松[13]对呼兰城市污水处理厂进行生命周期评价，并从不同阶段的环境影响进行对比，分析不同生命周期阶段内环境影响的特点，提出相应印象因子的控制措施和减量化建议。也有学者针对常见工艺，进行运行阶段不同工艺耗能情况研究。刘丽[5]借助GaBi软件，对污水处理厂改造前A/O工艺和改造后A/A/O工艺运营阶段进行生命周期环境影响比较分析，得出改造后的A/A/O工艺优于改造前A/O工艺，并提出改善建议。孟祥凤[14]采用CML分析工具和Eco-invent数据库对A/A/O工艺和MBR工艺进行生命周期影响评价研究，并分析其各类影响贡献情况。杨帆[15]提出3种污水处理厂提标改造方案，并确定了各类环境影响贡献值，研究结果显示污水处理厂提标改造后环境影响量化值有所下降。
国内对于排水管网及LID措施的生命周期评价研究较为少见。芦琳[9]对雨水花园与渗透铺装+渗透管/井系统进行全过程生命周期环境影响评价与生命周期成本—效益分析，结果表明雨水花园环境影响评价结果由于渗透铺装+渗透管/井，而就投资回收期而言，渗透铺装+渗透管/井由于雨水花园。建娜[16]分析了截流式合流制排水系统、截流式分流制排水系统和LID 完全分流制排水系统3种排水系统的全过程生命周期评价，结果显示为溢流处理-截流式合流制排水系统产生的环境影响最大，而LID完全分流制排水系统为最优选择。
4 结束语
现阶段，环境治理和可持续化发展已经成为文明城市建设的重要课题。按照国家相关规定，建设各类项目时，要进行生命周期环境影响评价，分析其对环境影响，对于影响生态环境的项目，要进行优化和改进，减少其对生态环境的危害，实现节能环保运行[17]。城市排水系统建设和运行，对环境有一定的影响，做好生命周期环境影响评价，分析其建设和运行对环境的贡献值，明确排水基础设施建设对环境造成的影响，进而优化排水系统建设方案，保证系统运行效果的发挥。
参考文献
[1] Shiklomanov， I.A. Comprehensive assessment of the freshwater resources of the world： assessment of water resources and water availability in the world [M]. UNESCO， 1997.
[2] http：//news.163.com/15/0524/11/AQCK4J0C00014AEE.html
[3] 程永前， 宋乾武， 张玥，等. 排水管网规划评价指标体系构建及分形维数应用[J]. 环境科学研究， 2011， 24（4）：446-451.
[4] Alexandre Bontona ， Christian Boucharda ，Benoit Barbeau. Comparative life cycle assessment of water treatment plants. Desalination[J]. Desalination， 2012， 284（4） ：42-54.
[5] 刘丽. 基于LCA的AAO与AO污水处理工艺比较[D]. 大连理工大学， 2015.
[6] Mark Goedkoop， Michiel Oele， Jorrit Leijting， et al. Introduction to LCA with SimaPro[R].2013.
[7] 邓南圣. 生命周期评价[M]. 化学工业出版社， 2003.
[8] International Standards Organization G. ISO14040 Environmental management- Life Cycle
Assessment-Principles and Framework[S]. 2006.
[9] 芦琳. 两种典型城市雨水LID技术生命周期评价研究[D]. 北京建筑大学， 2013.
[10] 韩进光， 郑承军， 王毅. 西安市北石桥污水处理工程生命周期评价研究[J]. 给水排水， 2009， 35（s1）：214-217.
[11] 周凌. 城市污水處理厂环境效益的生命周期分析[D]. 重庆大学， 2006.
[12] 赵晶晶. 城市污水处理厂生命周期评价体系构建[D]. 哈尔滨工业大学， 2008.
[13] 梁松. 基于LCA的城市污水处理厂环境影响负荷研究[D]. 哈尔滨工业大学， 2012.
[14] 孟祥凤. A/A/O和MBR污水处理工艺的生命周期评价与比较[D]. 哈尔滨工业大学， 2011. [15] 杨帆. 重庆市城市污水处理厂升级改造的环境影响评价[D]. 重庆大学， 2014.
[16] 建娜. 城镇排水系统的生命周期环境影响评价研究[D]. 重庆大学， 2015.
[17] 何强， 李果， 艾海男，等. 重庆主城排水系统安全与城市面源污染控制技术研究与综合示范[J]. 给水排水， 2013， 1（1）：9-12.
