廢打印機(jī)回收處置的生命周期評(píng)價(jià)

阮久莉，郭玉文 ，喬琦

中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

隨著信息化時(shí)代的來(lái)臨，打印機(jī)作為計(jì)算機(jī)最基本的外部輸出設(shè)備，正逐漸融入到我們工作、生活的各個(gè)角落。我國(guó)是名副其實(shí)的辦公設(shè)備和辦公耗材生產(chǎn)大國(guó)，打印機(jī)社會(huì)保有量巨大，根據(jù)預(yù)測(cè)我國(guó)每年打印機(jī)報(bào)廢量達(dá)數(shù)千萬(wàn)臺(tái)［1］，已成為我國(guó)電子廢物的重要組成部分。

廢打印機(jī)同其他電子廢物一樣，含有鉛、鎘、汞、六價(jià)鉻等重金屬和多溴聯(lián)苯、多溴二苯醚等持久性有機(jī)污染物［2］，如果處理不當(dāng)，容易進(jìn)入環(huán)境中，對(duì)地下水、土壤和大氣等造成嚴(yán)重污染，威脅人類健康;廢打印機(jī)還含大量的金屬、塑料等，分布在電路板、殼體框架以及零部件中，仍具有很高的資源化價(jià)值［3］。目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)出臺(tái)很多電子廢物相關(guān)政策法規(guī)，廢打印機(jī)的回收處理遵循電子廢物相關(guān)管理政策。2012年我國(guó)頒布的《廢棄電器電子產(chǎn)品處理基金征收使用管理辦法》中明確將廢電腦、電視、冰箱、洗衣機(jī)、空調(diào)5 類電子廢物納入處理補(bǔ)貼目錄中，但未涵蓋廢打印機(jī)，因此目前多數(shù)電子廢物相關(guān)處理企業(yè)尚未開(kāi)展廢打印機(jī)的規(guī)范化回收處理。

國(guó)內(nèi)外在廢打印機(jī)對(duì)環(huán)境影響的評(píng)價(jià)研究方面仍鮮有報(bào)道，僅幾篇關(guān)于廢打印機(jī)墨盒的相關(guān)研究，如Ruan J. J.等［4］研究了通過(guò)機(jī)械破碎分選回收廢打印機(jī)墨盒中的塑料、金屬等成分，從而實(shí)現(xiàn)墨盒的環(huán)境友好回收;W. Kerr 等［5］通過(guò)案例研究了復(fù)印機(jī)再制造過(guò)程的生態(tài)效率，評(píng)估了再制造帶來(lái)的環(huán)境效益，從而為未來(lái)復(fù)印機(jī)的生態(tài)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù);英國(guó)再制造再利用研究中心(Centre for Remanufacturing and Reuse in UK)［6］對(duì)比研究了打印機(jī)墨盒再制造和新生產(chǎn)的碳足跡，發(fā)現(xiàn)墨盒再制造可大量減少二氧化碳的產(chǎn)生，帶來(lái)積極的環(huán)境效益。為了更好地評(píng)估廢打印機(jī)回收處置帶來(lái)的環(huán)境影響，迫切需要從生命周期的角度全面分析廢打印機(jī)回收處置的資源與環(huán)境效應(yīng)，為電子廢物處理企業(yè)和國(guó)家相關(guān)管理部門提供科學(xué)依據(jù)。

打印機(jī)種類包括激光打印機(jī)、噴墨打印機(jī)、針式打印機(jī)、熱敏打印機(jī)以及打印復(fù)印一體機(jī)等多種類型，筆者選取廢打印復(fù)印一體機(jī)為研究對(duì)象，采用生命周期評(píng)價(jià)(LCA)法，對(duì)廢打印機(jī)在回收階段和處置階段的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)未來(lái)廢打印機(jī)的環(huán)境監(jiān)管提出對(duì)策和建議。

1 研究?jī)?nèi)容

以廢打印復(fù)印一體機(jī)回收和處置過(guò)程為研究對(duì)象，基于LCA 理論［7-8］，確定LCA 的目標(biāo)、生命周期范圍和系統(tǒng)邊界，進(jìn)行清單分析，確定系統(tǒng)輸入和輸出，然后進(jìn)行影響評(píng)價(jià)，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行解釋和說(shuō)明。

采用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和文獻(xiàn)查閱的方法獲取回收和處置階段的輸入、輸出數(shù)據(jù)，用SimaPro 7.1［8］軟件處理廢打印機(jī)回收和處置階段的物耗、能耗和環(huán)境外排量，得到相應(yīng)的環(huán)境影響潛值，選用 Eco-Indicator99(EI99)環(huán)境影響評(píng)價(jià)方法［9-10］進(jìn)行生命周期影響評(píng)價(jià)和結(jié)果解釋。

2 研究方法

2.1 功能單位和系統(tǒng)邊界界定

2.1.1 功能單位功能單位界定為5 臺(tái)廢打印機(jī)，每臺(tái)質(zhì)量約200 kg，總計(jì)1 t。

2.1.2 系統(tǒng)邊界廢打印機(jī)的生命周期系統(tǒng)邊界如圖1 所示。

圖1 廢打印機(jī)回收處置的生命周期系統(tǒng)邊界Fig.1 The system boundaries of recycling and disposal of waste printer

2.2 清單分析

廢打印機(jī)處置的生命周期清單數(shù)據(jù)主要通過(guò)企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、參考文獻(xiàn)和Eco-invent 商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取(表1)。材料回收數(shù)據(jù)包括鐵、鋁、銅等金屬材料的冶煉回收，橡膠的回收再生和塑料的造?；厥者^(guò)程等。主要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括能源系統(tǒng)數(shù)據(jù)和運(yùn)輸系統(tǒng)數(shù)據(jù)等。其中，運(yùn)輸距離以北京到蘇州的直線距離1 025 km 為依據(jù)。假設(shè)瓦楞紙箱可循環(huán)利用5 次，包裝木板可循環(huán)利用50 次。拆解分類后的物質(zhì)分為2 個(gè)部分:1)可回收再利用的塑料、金屬等;2)系統(tǒng)邊界內(nèi)不能處理的固體廢物，按常規(guī)處置方式處理。

表1 生命周期清單數(shù)據(jù)來(lái)源Table 1 Sources of life cycle inventory data

2.3 環(huán)境影響評(píng)價(jià)

選用較為常用的EI99 方法，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品各生命周期的環(huán)境負(fù)荷清單數(shù)據(jù)進(jìn)行特征化、標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化后得到對(duì)應(yīng)的環(huán)境影響值，單位為Pt［17］。利用SimaPro 軟件，根據(jù)已有的數(shù)據(jù)資料對(duì)廢棄打印復(fù)印一體機(jī)進(jìn)行了生命周期評(píng)價(jià)，結(jié)果如表2 和圖2 所示。由于計(jì)算結(jié)果顯示有機(jī)物對(duì)呼吸系統(tǒng)損壞、臭氧層破壞和輻射等3 個(gè)指標(biāo)的環(huán)境影響占整個(gè)生命周期的比例小于1%，因此表2 和圖2 未對(duì)這3 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行討論。

表2 廢打印機(jī)的生命周期影響評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)Table 2 Life cycle assessment data for waste printer Pt

圖2 廢打印機(jī)回收處置的環(huán)境影響分類評(píng)價(jià)Fig.2 Environmental impact categories of recycling and disposal of waste printer

由表2 可以看出，廢打印機(jī)回收處置后的環(huán)境影響潛值為-28.928 Pt。其中，金屬部件的回收利用產(chǎn)生的環(huán)境影響值為-10.037 Pt，塑料(ABS、PP、PE、PC、其他塑料等)的回收利用產(chǎn)生的環(huán)境影響值為-41.324 Pt，二者直接決定了廢打印機(jī)處置的LCA 評(píng)價(jià)結(jié)果，這與廢打印復(fù)印一體機(jī)的自身特性相符，因?yàn)閺U打印機(jī)金屬和塑料組分質(zhì)量比平均占到80%［18］左右，金屬和塑料的回收利用帶來(lái)的環(huán)境收益直接決定了廢打印機(jī)處置導(dǎo)致的環(huán)境影響。金屬的資源化再生尤其是鐵的回收利用可減少致癌、無(wú)機(jī)物對(duì)呼吸系統(tǒng)損害、生態(tài)毒性、礦產(chǎn)資源和化石能源消耗等5 種環(huán)境影響，未來(lái)廢打印機(jī)處理處置過(guò)程中提高金屬的分揀率和再生金屬的品位，可減少重金屬污染帶來(lái)的致癌和生態(tài)毒性，同時(shí)減少金屬冶煉過(guò)程中造成的無(wú)機(jī)物對(duì)呼吸系統(tǒng)損害、礦產(chǎn)資源和化石能源消耗，提高其對(duì)環(huán)境帶來(lái)的積極影響;塑料的再生造粒則極大地減少了生產(chǎn)塑料過(guò)程中帶來(lái)的無(wú)機(jī)物對(duì)呼吸系統(tǒng)損害、氣候變化和化石能源消耗，尤其是化石能源消耗，因此提高廢打印機(jī)塑料的分選率和改性造粒水平，促進(jìn)再生塑料的廣泛利用可進(jìn)一步減少使用新塑料消耗的化石能源。另外，加強(qiáng)對(duì)其他暫不能利用的塑料的資源化技術(shù)研發(fā)，也可減少因焚燒和填埋處置可能造成的氣候變化和致癌、生態(tài)毒性等環(huán)境影響［19-20］。

從表2 還可看出，運(yùn)輸和電耗帶來(lái)的負(fù)面環(huán)境影響較大，由于采取集中處置，全國(guó)各地收集的廢打印機(jī)需經(jīng)長(zhǎng)途運(yùn)輸至處置廠地，運(yùn)輸過(guò)程中的油耗及廢氣排放是產(chǎn)生的主要環(huán)境影響。在生命周期評(píng)價(jià)過(guò)程中，一般運(yùn)輸占總環(huán)境影響潛值的比例小于3%可視為對(duì)環(huán)境影響不明顯，文中運(yùn)輸占總環(huán)境影響潛值的5.5%，將運(yùn)輸距離縮短至545 km 以內(nèi)可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸對(duì)環(huán)境影響不明顯。因此在未來(lái)布局廢打印機(jī)回收體系時(shí)，應(yīng)合理規(guī)劃全國(guó)各回收點(diǎn)與處置地的距離，盡量控制在550 km 以內(nèi)，且運(yùn)輸車輛應(yīng)盡可能采用清潔燃料。

電耗的環(huán)境影響值達(dá)到15.900 Pt，是廢打印機(jī)回收處置過(guò)程中帶來(lái)負(fù)面影響的主要因素。廢打印機(jī)在拆解過(guò)程中需耗大量的電，因此發(fā)電過(guò)程中排放的二氧化硫等無(wú)機(jī)物是電耗帶來(lái)的最大環(huán)境影響，另外燃煤發(fā)電過(guò)程排放的空氣顆粒物中的金屬物質(zhì)產(chǎn)生的致癌性也是主要的環(huán)境影響。因此，在廢打印機(jī)機(jī)處置的過(guò)程中，應(yīng)采取規(guī)模化規(guī)范拆解方式，建立最佳可行性技術(shù)并提高電力的高效使用，以節(jié)約電力消耗，減小電耗帶來(lái)的負(fù)面環(huán)境影響。

從圖2 可以看出，廢打印機(jī)機(jī)的回收處置對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的效應(yīng)在酸化/富營(yíng)養(yǎng)化和土地占用方面表現(xiàn)為負(fù)面效應(yīng)，主要是因?yàn)榛厥占斑\(yùn)輸過(guò)程中需要用到包裝木板及瓦楞紙箱，這些包裝物的原材料會(huì)占用大量土地，而電力生產(chǎn)過(guò)程中排放的二氧化硫會(huì)造成酸化效應(yīng)。因此，將廢打印機(jī)列入電子廢物回收處理目錄，開(kāi)展廢打印機(jī)的規(guī)范化回收，可減少無(wú)組織回收使用的包裝物，降低土地占用方面的負(fù)面效應(yīng);對(duì)回收來(lái)的廢打印機(jī)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?guī)拆解，可降低電耗，減少帶來(lái)的酸化/富營(yíng)養(yǎng)化效應(yīng)。在致癌、無(wú)機(jī)物對(duì)呼吸系統(tǒng)損害、氣候變化、生態(tài)毒性和化石能源等方面表現(xiàn)為積極的環(huán)境效應(yīng)，尤其是對(duì)化石能源消耗表現(xiàn)的積極影響最大，這是因?yàn)閺U打印機(jī)的回收處置過(guò)程中對(duì)塑料的再生利用極大地減少了塑料生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)化石能源的消耗。

3 敏感性分析

在確定了廢打印機(jī)回收處置對(duì)環(huán)境的影響類型及影響值后，分析不同要素對(duì)環(huán)境影響潛值變化的敏感性，如表3 所示。

表3 不同要素對(duì)環(huán)境影響潛值變化的敏感性分析Table 3 Sensitivity analysis of environmental impact values by different factors

從表3 可知，塑料對(duì)于廢打印機(jī)回收處置過(guò)程生命周期環(huán)境影響最為敏感，其次是電耗，再次之是金屬。因此對(duì)于廢打印機(jī)回收處置過(guò)程環(huán)境管理而言，提高廢舊塑料的分揀率，加強(qiáng)塑料改性造粒技術(shù)，促進(jìn)再生塑料的市場(chǎng)化應(yīng)用可顯著降低總體的環(huán)境影響潛值;通過(guò)正規(guī)途徑回收廢打印機(jī)并進(jìn)行規(guī)范化拆解，提高處置效率，降低電耗，會(huì)極大地減少帶來(lái)的負(fù)面環(huán)境影響;在金屬的回收再生過(guò)程中，提高金屬部件的再利用率以及金屬成分的回收率，也可在減少礦產(chǎn)資源消耗的同時(shí)降低環(huán)境污染。

4 環(huán)境管理建議

廢棄打印機(jī)的生命周期評(píng)價(jià)結(jié)果表明，打印機(jī)在報(bào)廢后經(jīng)過(guò)處理處置可以獲得積極的環(huán)境效應(yīng)，尤其是可以顯著減少化石能源的消耗。根據(jù)得到的生命周期影響評(píng)價(jià)和敏感性分析結(jié)果，對(duì)廢打印機(jī)回收處理過(guò)程的監(jiān)管提出以下建議:

(1)將廢打印機(jī)納入我國(guó)的電子廢物回收處理名錄，規(guī)范化回收和規(guī)模化正規(guī)拆解。

(2)積極推進(jìn)企業(yè)開(kāi)展綠色生態(tài)設(shè)計(jì)，履行生產(chǎn)者責(zé)任延伸制，實(shí)行產(chǎn)品全生命周期管理制，以利于后期廢打印機(jī)元器件再利用、金屬和塑料分選率及資源化效率的提高。

(3)加強(qiáng)對(duì)廢打印機(jī)金屬和塑料等的再利用技術(shù)的研發(fā)，建立廢打印機(jī)處理處置最佳可行性技術(shù)，提高塑料、金屬等的資源化技術(shù)水平并降低電耗。

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