基于Site-specific LCA的造纸废水处理的环境负荷与方法优化研究

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工业废水是造成环境污染,特别是水污染的重要原因,其处理亦伴随着一定的环境影响。生命周期评价(Life Cycle Assessment,缩写LCA)是一种切实可行的环境负荷研究方法,可有效地分析工业废水处理过程中产生的环境负荷。在已有的基于LCA的工业废水处理环境负荷研究中,研究对象大多为实验室阶段的工艺装置,所采用的LCA方法多数为“地方泛化”方法,即可被用于世界各地与各行各业的LCA方法。然而,只有依托于实际运行中的工业废水处理厂,且能够充分考虑到工业废水处理所具备的强烈的地方特性(保护地方水体),相关的LCA分析才能得出更具有现实指导意义的评估结果和优化策略。因此,本文采用基于地方特性而开发出的LCA方法(又称Site-specific LCA),以黑龙江省某造纸厂污水处理站为研究对象,进行造纸厂污水处理站环境负荷研究。本研究首先选取了酸化、富营养化、生态毒性、人体毒性、非生物资源消耗、臭氧损耗、化石资源消耗和气候变化共8个环境目录,对研究对象运行一年所产生的环境负荷进行了特征化计算(采用CML法)。研究结果表明:因电耗而产生的环境影响在8个环境目录下均为最大值。其中,在酸化环境目录下,电耗占83.73%;在富营养化目录下,电耗占94.77%;在水体生态毒性目录下,电耗占93.37%;在人体毒性目录下,电耗占87.43%;在非生物资源消耗目录下,电耗占81.97%;在化石资源消耗目录下,电耗占76.25%;在气候变化目录下,电耗占84.80%;在臭氧损耗环境目录下,电耗占43.64%。基于Site-specific LCA方法中专门为中国背景而开发的标准化因子和加权方法,针对上述所得的特征化结果,本研究进行了地方化的表量。研究结果表明:基于Site-specific LCA方法所得结果,能够更全面地反映出工业废水对地方环境造成的影响。主要原因在于,水污染物(以COD为主)的贡献度,在Site-specific LCA方法所得结果中占比为54.85%-95.42%,均高于在国际通用LCA方法所得结果中的占比(10.62%-25.54%)。本研究进一步采用了基于Site-specific LCA方法所开发出的地方化生态效率分析手段,分析了研究对象在以当前的标准运行时,具有较高的生态效率(高于其他场景50%),表明基于Site-specific LCA所得结果进行工艺的优化设计是可行的。通过分析优化后的LCA结果,当前的污泥焚烧处理将产生严重的环境危害,因此优化污泥处理方案为污泥63.7%用于农业堆肥和37.3%用于沼气发酵,生产的沼气(0.11 m~3沼气/m~3处理水)可转化为0.68 kWh/m~3的电能,足以满足污水处理站的全部用电需求。
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