PVC窗框回收的生命周期分析

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文翻譯班 級(jí) 12熱能與動(dòng)力工程二班 姓 名 楊柳依 學(xué) 號(hào) 201230251099 指導(dǎo)教師 廖艷芬 填表日期 2016.3.10 中文譯名PVC窗框回收的生命周期分析外文原文名Life cycle assessment of recycling PVC window frames外文原文版出處Resources, Conservation and Recycling 71 (2013) 40 47譯 文：關(guān)鍵詞：環(huán)境影響、LCA、材料回收、PVC回收、PVC窗戶摘要：本文研究了PVC窗框回收的生命周期影響。后工業(yè)用途和后消費(fèi)用途的廢料都可以用于生產(chǎn)白色和非白色的碎片

2、和粉末。結(jié)果顯示，相較于使用純凈PVC樹脂，使用從廢舊窗框回收的PVC有明顯的環(huán)保效果。由于回收金屬的不同，回收后消費(fèi)用廢料比回收后工業(yè)用途的廢料更加節(jié)約。例如，回收利用后消費(fèi)用廢棄塑料代替純凈PVC可以減少2tCO2 eq/t PVC，而回收利用后工業(yè)用廢料只能節(jié)約1.8t?；厥盏慕Y(jié)果對(duì)運(yùn)輸距離和有效荷載非常敏感。例如，當(dāng)運(yùn)輸距離從100km增加到500km，并且有效荷載因子從0.7降低至0.2時(shí)，非白色的PVC碎片的全球變暖潛能（GWP）會(huì)增至原來的1.7倍。回收金屬不同會(huì)影響環(huán)保效果。純鋁回收PVC比回收鋁節(jié)約54倍的CO2 。正文：1、介紹 聚氯乙烯（PVC）是世界上第三大熱塑性塑料，

3、2011年年生產(chǎn)量約3600萬噸（Leadbitter，2012），其中約550萬噸在歐洲被消費(fèi)（Plastics Europe，2011）。PVC可以與許多添加劑結(jié)合，應(yīng)用于非常廣泛的領(lǐng)域，從堅(jiān)硬的塑料到可靈活應(yīng)用的材料等。它的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)抗性使它適合建筑領(lǐng)域，所以PVC主要用于窗框、管道、絕緣電纜以及地板（Plastics Europe，2011）。然而最近幾年，PVC對(duì)環(huán)境和健康的影響開始被重視起來，很大程度上是由于在制造過程中使用重金屬和鄰苯二甲酸鹽而且在焚燒PVC廢棄物時(shí)排放二噁英（Leadbitter，2002；Everard，2008；Azapagic，2011）。因此，九十年

4、代以來全球已有超過60個(gè)PVC的生命周期分析來分析不同PVC產(chǎn)品對(duì)環(huán)境和健康的影響。最近的例子有Paulsen（2003）、EC（2004）Baitz et al（2005）、USGBC（2007）、Bidoli 和Wittlinger（2010）、Plastics Europe（2010）、Carolin et al（2011）以及CCaLC（2011）的LCA研究。 本文關(guān)注的是窗框，研究了窗框回收的生命周期對(duì)環(huán)境的影響。全球每年約消費(fèi)300萬噸PVC用于制作窗框，相當(dāng)于全球PVC產(chǎn)量的8%（Leadbitter，2012）。從60年代開始共有約4億噸PVC被消費(fèi)，其中一般被用于生產(chǎn)窗框等

5、物品，這說明有大量的廢舊PVC可以被循環(huán)利用，可以明顯減少PVC窗框?qū)Νh(huán)境的影響。歐洲PVC工業(yè)也可以證實(shí)這種潛能，它們回收了大約100kt后商業(yè)用的PVC窗框。在英國，2008年包括窗戶在內(nèi)有42730噸消費(fèi)過的廢舊PVC被回收。直到2011年，在歐洲回收窗框（以及其他不規(guī)則的PVC廢料）會(huì)得到PVC制造產(chǎn)業(yè)發(fā)起的Recovinly的資助，它會(huì)支付經(jīng)濟(jì)獎(jiǎng)勵(lì)給收集和回收廢舊PVC的公司。從2012年開始，Recovinyl轉(zhuǎn)移了對(duì)回收的關(guān)注，開始通過引導(dǎo)創(chuàng)造市場(chǎng)推動(dòng)力和增加對(duì)回收PVC的需求來鼓勵(lì)對(duì)回收的PVC再次利用。 一些對(duì)PVC窗框的LCA研究主要針對(duì)含鋁PVC和含木材PVC的比較（例如

6、：spindler and Engelmann，1999；Citherlet et al，2000；Asif et al，2002；EC，2004）。然而，還沒有LCA相關(guān)文獻(xiàn)研究PVC窗框回收的問題，這是近來對(duì)后工業(yè)用和后消費(fèi)用PVC窗框回收的研究關(guān)注的重點(diǎn)。據(jù)作者所知，這是首次關(guān)于此問題的研究。2、 PVC窗框回收過程的綜述 本章節(jié)描述了該研究中后工業(yè)用和后消費(fèi)用PVC窗框的回收過程。后工業(yè)用廢料包含制造過程中的下腳料和次品，后消費(fèi)用廢料代表了在使用過程結(jié)束后再次回收的廢料。兩種廢料都會(huì)使用同樣的回收設(shè)備進(jìn)行處理。 圖1表示的是回收處理過程。被運(yùn)送到回收設(shè)備處后，后消費(fèi)用框架首先被錘式粉碎

7、機(jī)粉碎，分離出其中的鋁和含鐵金屬。金屬被分離后送去回收。大片的后工業(yè)廢料需要被切碎（有些片材可能超過6米長）。之后廢料被手工分揀為白色和非白色的PVC。前期的后續(xù)處理程序包括：（1）PVC造粒成為碎片 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日（2）使用靜電分離裝置分離橡膠墊片（3）使用磁力分離裝置移除金屬（4）使用圖像識(shí)別系統(tǒng)移除其他彩色顆粒從金屬分離環(huán)節(jié)出來的廢料部分會(huì)返回到靜電分離環(huán)節(jié)以提高分離效率，剩下的送入垃圾場(chǎng)。靜電分離裝置中的粉末可以用于回收非白色PVC。非白色PVC的回收環(huán)節(jié)沒那么復(fù)雜，只包含造粒和移除金屬兩個(gè)環(huán)節(jié)（見圖1） 生產(chǎn)的PVC碎片可以用磨粉機(jī)磨成合適大小的粉末，可以與其他等級(jí)的PV

8、C混合或者適合特定型號(hào)的擠出機(jī)，因此可以擴(kuò)大回收的PVC的適用范圍。雖然白色和非白色碎片都可以磨成粉末，后者更加普遍而且在本文中被采用。由于有高品質(zhì)的規(guī)格要求，白色碎片可以被應(yīng)用于窗戶并且可以反復(fù)回收多次而不喪失性能。等級(jí)較低的非白色材料可被用于管道或者窗框中不可見的部分。3、方法、數(shù)據(jù)和設(shè)想 LCA是用于評(píng)價(jià)遵循ISO14040/44的窗框回收方法的環(huán)境影響的工具。研究的目的是評(píng)價(jià)后工業(yè)和后消費(fèi)用的回收PVC的環(huán)境影響。功能單位被定義為“1噸廢舊窗框中的回收PVC所產(chǎn)生的產(chǎn)品”。包含以下類型的回收PVC：（1）白色碎片，非白色碎片，回收的后工業(yè)廢舊窗框生產(chǎn)的非白色粉末（2）回收的后消費(fèi)用廢舊

9、窗框生產(chǎn)的白色碎片 系統(tǒng)的生命循環(huán)如圖1所示?？梢钥吹剑到y(tǒng)邊界是從搖籃到大門，包含廢物收集和運(yùn)輸?shù)交厥赵O(shè)備處，然后利用廢舊窗框生產(chǎn)PVC碎片和粉末。窗框上的玻璃被移除至其他地方（由于健康及安全的原因）因此不被包含在系統(tǒng)邊框內(nèi)。 這個(gè)研究是基于一個(gè)在英國的回收設(shè)備上的，該設(shè)備擁有年回收50000噸廢舊PVC窗框的能力。由于這里采用的機(jī)械回收過程與其他地方回收廢舊PVC窗框的方法相似，所以本次研究的發(fā)現(xiàn)和結(jié)論可以廣泛適用。 研究中使用的數(shù)據(jù)如表1所示。這些數(shù)據(jù)直接來源于回收公司。對(duì)于把廢舊PVC運(yùn)送到回收設(shè)備的運(yùn)輸過程，平均距離是160km，使用一輛22t的貨車，假定有效荷載因子為0.3。所有回

10、收過程中產(chǎn)生的廢棄物都假定填埋處理，除了從后消費(fèi)用廢料中回收的金屬（對(duì)于金屬回收進(jìn)一步的假設(shè)和系統(tǒng)因子，見章節(jié)4.2）。假設(shè)將廢棄物運(yùn)送至填埋場(chǎng)的距離為20km。 LCA模型可以利用CCaLC（2011）建立。背景數(shù)據(jù)來源于CCaLC（2011）和Ecoinvent（2009）數(shù)據(jù)庫。CML2011方法可以用于估計(jì)環(huán)境影響。以研究回收后消費(fèi)用框架為例子和數(shù)據(jù)的CCaLc模型被認(rèn)為是可行的，見.uk/pvcsustainability.php.4、結(jié)果與討論 本章節(jié)首先列出了回收后工業(yè)用廢料的結(jié)果，之后是后消費(fèi)用廢料，最后一部分比較了廢料和純凈PVC。 4.

11、1、后工業(yè)用廢料中的PVC 后工業(yè)用廢料回收的環(huán)境影響如圖2所示，三種不同的PVC產(chǎn)品為白色碎片、非白色碎片和非白色粉末。結(jié)果與回收過程中使用的能量直接相關(guān)，所以平均而言，在所有類別中非白色碎片的產(chǎn)品環(huán)境影響最低而粉末的最高。粉末的影響比非白色碎片的影響高約30%。這很大程度上是由于粉碎碎片所需的額外的電能。白色粉末的影響只比粉末的影響略低一點(diǎn)（平均6%）：雖然白色碎片的產(chǎn)品不需要粉碎，其回收步驟比用于生產(chǎn)粉末的非白色碎片更復(fù)雜（見圖1） 對(duì)環(huán)境的影響主要來源于回收過程和將廢料運(yùn)輸?shù)交厥赵O(shè)備處的過程；廢料處理對(duì)總體影響不大。例如，對(duì)貢獻(xiàn)值的分析顯示在圖3上，它表明在對(duì)環(huán)境的影響上，回收過程平均

12、貢獻(xiàn)了67%，運(yùn)輸為32%，廢料處理只有不到1%。有一個(gè)例外是在水體富營養(yǎng)化方面廢料運(yùn)輸起主要作用（64%，由于NOx排放），其次是回收過程（35%）。另一個(gè)例外是臭氧層損耗，主要是由回收過程造成（99%），原因是在此過程中使用的電力的生命循環(huán)也包含在內(nèi)。相似的趨勢(shì)在另外兩種PVC產(chǎn)品中也可以體現(xiàn)。 鑒于運(yùn)輸在其中的重要貢獻(xiàn)，探討距離和貨車有效荷載的改變所帶來的影響是非常重要的。為達(dá)到這個(gè)目的我們考慮兩個(gè)代表性的影響：全球變暖潛能（GWP）和富營養(yǎng)化潛能（EP），前者是因?yàn)樗喈?dāng)于運(yùn)輸對(duì)總體影響的平均貢獻(xiàn)（33%），后者是因?yàn)檫\(yùn)輸對(duì)這一值得影響最大。非白色碎片也在此被考慮作為一個(gè)例子。 如圖4

13、所示，非白色碎片的GWP在距離從100km增加到500km時(shí)增加了1.7倍（從64到107kgCO2 eq./t），而EP增至原來的三倍（從40到120kgCO2 eq./t）。因此，結(jié)果對(duì)于運(yùn)輸距離非常敏感，所以優(yōu)化收集物流是減少PVC回收的影響的決定性因素。 另外，由于廢料體積龐大，它可以顯著地影響卡車的有效荷載因數(shù)和因此能被運(yùn)輸?shù)膹U料數(shù)量（貨車的運(yùn)輸能力是受廢料的體積的約束而不是質(zhì)量）。同樣地，如果廢料在運(yùn)輸前能被粉碎成更細(xì)小的碎片，就能達(dá)到更高的有效荷載因數(shù)。 在0.1到0.7范圍內(nèi)的不同有效荷載因數(shù)的參數(shù)對(duì)非白色碎片的GWP和EP的影響如圖5所示。可以看到，有效荷載因子從0.3降到0

14、.1會(huì)使EP增加一倍，GWP增加為原來的1.5倍。相較于0.3的有效荷載因數(shù)，有效荷載因數(shù)為0.2將使GWP（和大多數(shù)其他影響）因素）增加10%并且EP將增加20%。另一方面，有效荷載因數(shù)從0.3增加至0.7可以使GWP減少1.4倍，EP減少1.8倍。相似的結(jié)果在其他環(huán)境類別中也可以發(fā)現(xiàn)。 因此，如這些分析所示，較長的運(yùn)輸距離和較低的有效荷載因數(shù)的聯(lián)合影響可以顯著提高PVC回收的影響因素。雖然只考慮了后工業(yè)廢料的例子，對(duì)于后消費(fèi)廢料也是相同的。然而，在下文的討論中，即使在更糟糕的情況下，這些影響因素仍比純PVC樹脂的低很多。在那之前，首先呈現(xiàn)的是后消費(fèi)廢料回收的結(jié)果。 4.2、后消費(fèi)用廢料 后

15、消費(fèi)用廢料制成的白色PVC碎片的環(huán)境影響如圖6所示。按照規(guī)則ISO14040/44，該系統(tǒng)已經(jīng)標(biāo)記了金屬回收，通過使用減去系統(tǒng)中初次或二次金屬影響的避免負(fù)擔(dān)法（對(duì)于避免負(fù)擔(dān)法的解釋，見e.g. Azapagic and Clift,1999）。在英國，由于幾乎100%的建設(shè)領(lǐng)域的鋼鐵都被回收和再利用，該系統(tǒng)可以被認(rèn)為使用的是二次利用鋼鐵。在英國大約75%的鋁會(huì)被回收，所以該系統(tǒng)可以被認(rèn)為使用的是75%的二次利用鋁和25%的初次用鋁的混合平均鋁。 如圖6所示，后消費(fèi)用廢料的白色碎片所有的環(huán)境影響都是負(fù)值（除了臭氧層消耗），表明了在無機(jī)資源和環(huán)境影響方面的節(jié)約。例如，從后消費(fèi)用窗框回收PVC，每回

16、收1tPVC可以節(jié)約相當(dāng)于1.18kg銻的無機(jī)資源（ADP），相當(dāng)于146kgCO2的GWP和相當(dāng)于334tDCB的的海洋生態(tài)毒性（MAETP）。這些節(jié)約很大程度上來自于金屬回收和不考慮替代純PVC帶來的節(jié)約，這個(gè)會(huì)在下一章節(jié)討論。不同于后工業(yè)用廢料，運(yùn)輸在后消費(fèi)用廢料回收中只占很少比重，因?yàn)橄噍^之下更多能量被用于回收環(huán)節(jié)，大多數(shù)用于粉碎機(jī)粉碎窗框時(shí)。 為了驗(yàn)證回收環(huán)節(jié)對(duì)于環(huán)境影響因素的影響，對(duì)于鋁有兩種進(jìn)一步的選擇：成分為100%的純鋁或者100%的二次回收鋁。實(shí)際的鋁的種類純的或者回收利用的在該系統(tǒng)（或者別的系統(tǒng)）中被替代的情況是由當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)狀況所決定的，包括供應(yīng)量，需求量和價(jià)格。對(duì)于鋼鐵

17、的成分沒有其他的多余選項(xiàng)，因?yàn)閹缀?00%的鋼鐵回收率。顯示在圖7的結(jié)果表明，不考慮成分，所有的影響因素仍然都是負(fù)值（除了臭氧層消耗，像前文一樣）。毫不意外的是，最多的節(jié)約發(fā)生在當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)主要是純鋁時(shí)而最少的是當(dāng)系統(tǒng)使用二次回收鋁時(shí)。舉例來說，前者相較于后者可以節(jié)約超過54倍的CO2和超過800倍的DCB（對(duì)于MAETP）。 4.3回收再利用的PVC和純PVC的比較 圖8顯示的是本文中評(píng)價(jià)的回收PVC白色碎片的環(huán)境影響因素和純PVC樹脂的影響因素的比較。純PVC的數(shù)據(jù)來源于Plastics Europe（2010）。選擇回收的白色碎片與純PVC作比較是因?yàn)樗母咂焚|(zhì)特性與純PVC樹脂比較接近。

18、如圖表所示，相較于純PVC樹脂，回收的PVC節(jié)約了大量的無機(jī)材料和環(huán)境影響因素。例如，后工業(yè)廢料中的PVC在環(huán)境影響方面比純PVC樹脂平均低85倍，生態(tài)毒性減少的最多，范圍從海水（MAETP)的56倍到淡水毒性（FAETP）的465倍。消耗性無機(jī)資源（ADP）減少了36倍（從225到0.62kgSb eq./t），GWP減少20倍（從1910到100kgCO2 eq./tPVC）。 對(duì)于后消費(fèi)用廢料，如果系統(tǒng)中不是回收金屬，環(huán)境影響因素平均減少34倍。節(jié)約量最大的依然是生態(tài)毒性。在系統(tǒng)中，節(jié)約量比后工業(yè)廢料大得多，因?yàn)樗械挠绊懸蛩囟际秦?fù)值。例如，GWP從1910kg降至146kgCO2 eq

19、./tPVC，因此相當(dāng)于每噸PVC節(jié)約了2056tCO2。在歐洲這一層面，基于最近廢舊PVC窗框100kt/yr的回收率，這等價(jià)于每年節(jié)約了約200ktCO2（假設(shè)用回收PVC代替純PVC）。 后消費(fèi)用PVC相較于后工業(yè)用PVC是一個(gè)更好的選擇，在考慮金屬回收時(shí)；不考慮金屬回收和相關(guān)因素，后工業(yè)用PVC碎片是更好的選擇，因?yàn)榛厥者^程需要的能量更少。 然而，需要標(biāo)明的是，這些純PVC和回收PVC的比較并不完全在一個(gè)可比的基礎(chǔ)上，這是由于兩個(gè)原因： 1）回收PVC含有一些添加劑而純PVC是無添加劑的；這意味著如果回收PVC包含的添加劑被加入到純PVC中，它的影響因素的數(shù)值會(huì)增加。由于缺少數(shù)據(jù)，該方

20、面未被納入研究范圍。 2）回收PVC的結(jié)果是基于英國背景的數(shù)據(jù)而純PVC樹脂是歐洲平均數(shù)據(jù)，其中，由于能量混合方面的高影響因素值，相較于后者，前者會(huì)導(dǎo)致更高的影響因素?cái)?shù)值。數(shù)據(jù)的不相符在臭氧層消耗（ODP）方面很明顯，純PVC比回收PVC更低。這可能意味著如果在比較中使用相同的背景數(shù)據(jù)，回收PVC的影響因素?cái)?shù)值的節(jié)約量會(huì)比現(xiàn)在討論的更高。5、總結(jié) 本次研究的結(jié)果表明通過使用回收PVC代替純PVC制作窗框可以明顯減少環(huán)境影響?？紤]金屬回收時(shí)，最明顯的節(jié)約量來自回收后消費(fèi)用廢料。例如，用后消費(fèi)用廢料代替純PVC，每噸PVC可以節(jié)約2056kgCO2。據(jù)估計(jì)，全球每年約消費(fèi)3MtPVC用于制作窗框，約200Mt窗框正在使用中，潛在的GHG排放和其他影響因素的節(jié)約量非常可觀?；诒疚闹械慕Y(jié)果，在歐洲每年回收100kt窗框有相當(dāng)于節(jié)約200ktCO2的潛能。