日用陶瓷实施清洁生产技术评价
摘要：清洁生产是一个系统工程，是对生产全过程以及产品的整个生命周期采取污染预防的综合措施。采用LCA的 方法 对日用陶瓷生产过程进行全面 分析 与评价，并提出了实施清洁生产的途径。
关键词：清洁生产 生命周期评价 日用陶瓷生产
The assessment of performing clean-up production in the household porcelain
Abstract: The cleaner production is a systematic project and synthetical measure of
adopting pollution prevention in the whole production process and the whole life cycle of products. It suggests to analyze and to evaluate production process using LCA , and to provide the implementing way of cleaner production.
Key words cleaner production; life cycle assessment; household porcelain production
清洁生产是一项实现 经济 与环境协调持续 发展 的战略。因此，“清洁”是相对于现有生产工艺、产品和能源而言的，是渐进和革新的结合。实现清洁生产也就是实现污染预防。
评价一项清洁生产技术，就需要对工艺、产品、能源进行整个生命周期的资源消耗和环境 影响 分析。而整个生命周期包括从地球中获得原材料、原材料加工、产品生产、包装、消费、回用及最终处置等阶段，这就是生命周期评价(Life Cycle Assessment, 简称LCA)的核心思想。对 企业 生产过程进行LCA不仅打破了传统的“末端治理模式”，注重从生产的全过程寻找使污染最小化的途径，还可以优化清洁生产技术，帮助企业分析生产过程的资源和环境影响[2--4]。
众所周知，传统陶瓷的生产具有资源和能源消耗大，环境污染严重的特点。现阶段，我国传统陶瓷 工业 仍以大量消耗资源及能源的粗放经营为特征，这大大制约了陶瓷工业的进一步发展。故推行清洁生产，加强管理是陶瓷工业转为 现代 化生产，实现可持续发展的根本要求。
1. 生命周期的主要阶段
1.1 原材料的获取
陶瓷原料是地球表面含量丰富的硅酸盐类物质，所以被称为高克拉克值材料。从宏观上看，资源分布广泛，陶瓷工业的发展几乎不受资源的制约。但是，由于现阶段陶瓷原材料落后的生产方式，致使天然原料的开采、分选对环境的污染主要集中在土地、植被的破坏，水土流失、淘洗分选过程的水污染和散乱废弃的尾矿渣。当务之急，建立标准化原料专业生产基地是实现陶瓷现代生产的基本要求，也是加强源头治理、实行生产全过程控制的一个方面。因此， 目前 原材料的获取尚未达到清洁生产的要求。
1.2 日用陶瓷的生产工艺过程
本阶段包括原料的制备、成型加工、高温烧成和成品的彩饰、烤花及制品的包装、运送销售整个过程(见图1)。
1.3 日用陶瓷生产过程废弃物的处置
在日用陶瓷生产过程中原料制备工艺主要产生工业废水，造成水污染，急需处理，并提高生产用水的效率和循环利用;成型加工产生的边角料、废泥坯全部返回上道工序再处理利用。石膏模具废料大多被回收处理利用;烧成阶段产生的废瓷、窑具废料大多作为熟料回收再利用。
1.4 产品的使用和最终处置
传统日用陶瓷生产多使用天然矿物原料，由于其直接来自 自然 界，经过漫长的演变过程，其组成及存在形式与周围环境达到了最佳的协调与稳定，以此制成的制品废弃后，与周围环境也会有较好的亲和性，不会对水系和土壤造成污染。另外，还由于陶瓷制品使用寿命长，相对环境负荷小，对人体不会产生直接危害，无二次污染，因而暂不考虑其最终的废弃处置。
2. 影响分析与评价
2.1 目标界定与 研究 对象
本研究的目的是通过对日用陶瓷生产过程的环境影响分析，实现陶瓷的清洁生产。根据我国现有陶瓷生产的实际，确定了原料制备、成型加工、烧成和彩烤四个主要生产过程(见图2)。
范围界定在直接采用标准化的原料，坯体干燥以窑炉余热为主要热源，不考虑原材料的开采，辅助材料生产等过程。燃料为焦化煤气。
研究对象为三种不同装饰的陶瓷产品，因为日用陶瓷制品按装饰工艺划分：釉上彩、釉中彩和釉下彩。釉上彩陶瓷以釉面贴花为代表，是市场上大众产品;釉中彩是通过彩烤使花色渗入釉层内的一类陶瓷，是公认的高档日用陶瓷;釉下彩陶瓷是指在层下的花面装饰。以 中国 青花瓷为代表。其中釉上彩瓷存在着花色易剥落、铅、镉出溶危害等 问题 ，而后二者产品不存在上述缺陷，并可作为微波炉用瓷。
2.2 生产过程的输出输入清单
根据上述目标界定，对日用陶瓷生产各过程的资源、能源消耗和污染物排放进行相关数据的收集与处理，分析结果如表1所示。
数据主要来源于《日用陶瓷工业手册》，景德镇陶瓷工业设计研究院的《工厂设计技术报告》内部资料;其次为公开发表的 文献 资料，企业生产运行实测数据，环保部门的监测报告和相关研究的文献等[5，6]。
从表1中可以看出，在能源消耗方面，釉中彩瓷最大，釉上彩次之，釉下彩最小。对于生产过程中产生的固体废物(废泥、废品、废辅助料)，尽管数量较大，基本都可回收再用，因而它们在生产过程中的环境影响可忽略不计。
表1 生产1吨陶瓷产品的清单分析结果
Table 1 Life cycle inventory of production of household porcelain
|
环境要素 |
污染因子 |
原料 |
成型 |
烧成 |
釉上 |
总计 |
釉中 |
总计 |
釉下 |
总计 |
|
原材料消耗 |
瓷石t/t |
0.9756 |
- |
- |
- |
0.9756 |
- |
0.976 |
- |
0.9756 |
|
高岭t/t |
0.4151 |
- |
- |
- |
0.4151 |
- |
0.4151 |
- |
0.4151 |
|
|
长石t/t |
0.1115 |
- |
- |
0.1115 |
- |
0.1115 |
- |
0.1115 |
||
|
石英t/t |
0.0491 |
- |
- |
- |
0.0491 |
- |
0.0491 |
- |
0.0491 |
|
|
其他t/t |
0.0268 |
- |
- |
- |
0.0268 |
- |
0.0268 |
- |
0.0268 |
|
|
水t/t |
19 |
7 |
3 |
29 |
- |
29 |
- |
29 |
||
|
能源消耗 |
煤气Bm/3t |
- |
- |
2500 |
320 |
2820 |
629 |
3129 |
- |
2500 |
|
耗电 度/t |
220 |
200 |
190 |
60 |
670 |
134 |
744 |
- |
610 |
|
|
大气污染 |
CO2 Kg/t |
- |
- |
2404.8 |
307.8 |
2712.6 |
605 |
3009.8 |
- |
2404.8 |
|
SO2 Kg/t |
- |
- |
2.28 |
0.29 |
2.57 |
0.58 |
2.86 |
- |
2.28 |
|
|
NOx Kg/t |
- |
- |
3.86 |
0.49 |
4.35 |
0.97 |
4.83 |
- |
3.86 |
|
|
铅Kg/t |
- |
- |
- |
0.007 |
0.007 |
0.009 |
0.009 |
- |
- |
|
|
镉Kg/t |
- |
- |
- |
0.018 |
0.018 |
0.03 |
0.03 |
- |
- |
|
|
CO Kg/t |
- |
- |
0.013 |
- |
0.013 |
- |
0.013 |
- |
0.013 |
|
|
烟尘Kg/t |
- |
- |
0.41 |
0.052 |
0.462 |
0.102 |
0.512 |
- |
0.41 |
|
|
粉尘Kg/t |
0.29 |
- |
- |
0.29 |
- |
0.29 |
- |
0.29 |
||
|
水污染 |
NO3— g/t |
13.47 |
9.163 |
- |
- |
22.633 |
- |
22.633 |
- |
22.633 |
|
石油类g/t |
22.576 |
- |
- |
- |
22.576 |
- |
22.576 |
- |
22.576 |
|
|
氟化物g/t |
4.565 |
6.86 |
- |
- |
11.425 |
- |
11.425 |
- |
11.425 |
|
|
SS g/t |
64740 |
24080 |
- |
- |
88820 |
- |
88820 |
- |
88820 |
|
|
COD g/t |
372.17 |
439.46 |
- |
- |
811.63 |
- |
811.63 |
- |
811.63 |
|
|
BOD5 g/t |
73.787 |
119.77 |
- |
- |
193.557 |
- |
193.557 |
- |
193.557 |
|
|
固体废物 |
磁性废料t/t |
0.00675 |
- |
- |
- |
0.00675 |
- |
0.00675 |
- |
0.00675 |
|
废棚板 匣钵t/t |
- |
- |
0.34 |
- |
0.34 |
- |
0.34 |
- |
0.34 |
|
|
废石膏t/t |
- |
0.17 |
0 |
- |
0.17 |
- |
0.17 |
- |
0.17 |
|
|
废瓷t/t |
- |
- |
0.07 |
- |
0.07 |
- |
0.07 |
- |
0.07 |
|
|
其它 |
噪声dB |
90 |
- |
90 |
- |
- |
- |
- |
- |
- |
|
铅出溶量ug/ml |
- |
- |
- |
<5 |
- |
- |
- |
- |
- |
|
|
镉出溶量ug/ml |
- |
- |
- |
<0.5 |
- |
- |
- |
- |
- |
2.3 环境影响分析
遵循ISO14040系列标准[7—9]，日用陶瓷生产的环境影响类型可分为全球变暖效应、酸化、富营养化，烟灰尘和固体废弃物五种。并且，为了进一步确定和分析生产过程的环境影响及对生命周期各阶段的主要贡献，我们对釉上彩、釉中彩和釉下彩陶瓷生产各过程的环境影响类型进行贡献分析，以确定具有最大贡献的环境干扰因子或工艺过程。从表二中不难看出，在陶瓷生产中环境干扰因子对环境影响类型的贡献率有很大差异。在全球变暖、酸化和富营养化影响中主要的干扰因子为CO2、SO2、NOx，表明陶瓷生产中气体污染物排放对环境影响最大，且主要集中在烧成和烤花生产过程中。这也正是釉下彩瓷制品环境影响相对最低的根本原因。
3. 实行清洁生产的改进评价与措施
通过采用LCA思想对陶瓷生产过程进行环境 影响 分析 与评价，我们认为日用陶瓷实施清洁生产的关键在于做到以下几点：
(1) 采用高效少废的生产技术和工艺，建立原材料生产专业工厂，实现原料标准化供给，使用无毒无害的原料，从而减少生产过程中资源的浪费，降低环境污染。
加强生产过程的控制，提高生产过程的原辅助料循环利用，实现物耗最小化，废物的资源化、减量化，促进陶瓷生产技术创新。由于陶瓷生产废水主要来自原料制备过程，其中悬浮物SS显著偏高，因此可以设立陶瓷废水处理设施，做到废水的回收再用，实现废水的零排放。
表2 陶瓷生命周期阶段的类型参数结果的百分比组成
Table 2 Proportion of life cycle impact category indication at
different stages
|
釉上 |
影响类型 |
环境干扰因子 |
原料 % |
成型 % |
烧成 % |
烤花 % |
总量 % |
|
全球变暖 |
CO2 |
- |
- |
88.7 |
11.3 |
99.99904 |
|
|
CO |
- |
- |
0.000958 |
- |
0.000958 |
||
|
合计 |
- |
- |
88.7 |
11.3 |
100 |
||
|
酸化 |
SO2 |
- |
- |
40.6 |
5.16 |
45.8 |
|
|
NOx |
- |
- |
48.1 |
6.11 |
54.2 |
||
|
合计 |
- |
- |
88.7 |
11.3 |
100 |
||
|
富营养化 |
NOx |
- |
- |
85.7 |
10.9 |
96.6 |
|
|
COD |
1.41 |
1.66 |
- |
- |
3.07 |
||
|
NO3— |
0.221 |
0.151 |
- |
- |
0.372 |
||
|
合计 |
1.629 |
1.81 |
85.7 |
10.9 |
100 |
||
|
釉中 |
全球变暖 |
CO2 |
- |
- |
79.9 |
20.1 |
99.99914 |
|
CO |
- |
- |
0.000864 |
0 |
0.000864 |
||
|
合计 |
- |
- |
79.9 |
20.1 |
100 |
||
|
酸化 |
SO2 |
- |
- |
36.5 |
9.29 |
45.8 |
|
|
NOx |
- |
- |
43.3 |
10.9 |
54.1 |
||
|
合计 |
- |
- |
79.8 |
20.2 |
100 |
||
|
富营养化 |
NOx |
- |
- |
77.4 |
19.5 |
96.9 |
|
|
COD |
1.27 |
1.50 |
- |
- |
2.77 |
||
|
NO3— |
0.200 |
0.136 |
- |
- |
0.336 |
||
|
合计 |
1.472 |
1.64 |
77.4 |
19.5 |
100 |
||
|
釉下 |
全球变暖 |
CO2 |
- |
- |
99.99892 |
- |
99.99892 |
|
CO |
- |
- |
0.00108 |
- |
0.00108 |
||
|
合计 |
- |
- |
100 |
- |
100 |
||
|
酸化 |
SO2 |
- |
- |
45.8 |
- |
45.8 |
|
|
NOx |
- |
- |
54.2 |
- |
54.2 |
||
|
合计 |
- |
- |
100 |
- |
100 |
||
|
富营养化 |
NOx |
- |
- |
96.1 |
- |
96.1 |
|
|
COD |
1.58 |
1.86 |
- |
- |
3.44 |
||
|
NO3— |
0.249 |
0 |
0.418 |
||||
|
合计 |
1.83 |
2.03 |
96.1 |
- |
100 |
(2)采用清洁能源和节约能源。作为能耗
比较高的陶瓷行业，要尽量采用洁净的气体燃料，还必须对引起大气污染的 工业 窑炉进行技术改造，选择节能型设备，采用先进的燃烧技术和烟尘处理技术，提高燃烧效率，降低全球变暖效应影响，减少SO2、NOx污染物排放。因为在对陶瓷生产过程环境影响分析评价中，已知烧成与彩烤工艺过程的环境影响最大。
(3)以ISO14000认证创立管理新模式。通过对用于同一目的三种陶瓷产品生命周期各阶段的环境影响分析，显示釉下彩瓷比釉上、釉中彩瓷更具环境的优越性，并且，作为高档日用瓷，釉下彩瓷(尤为 中国 青花瓷)从 社会 经济 及可持续 发展 角度更具综合实力。随着我国加入WTO，作为轻工类的日用陶瓷迎来了更多的机会与挑战。只有实行清洁生产，生产绿色陶瓷产品，才能推动我国日用陶瓷产品的国际化，减少非关税贸易壁垒，提高我国陶瓷产品的国际市场竞争力。
参考 文献 ：
[1] 朱慎林,赵毅红，周中平等. 清洁生产导论. 北京：化学工业出版社，2001
[2] 张 彤,赵庆祥，林哲等. 生命周期评价与清洁生产. 城市环境与城市生态，1995，8(4);32—37
[3] 石晓枫. 生命周期评价在 企业 清洁生产中的 应用 . 环境导报，1999，(5);23—25
[4] 孙启宏. 生命周期评价在清洁生产中的应用前景. 环境 科学 研究 ，2002，15(4);4—7
[5] 杨物华. 陶瓷工厂设计参考. 南京：南京大学出版社，1993.
[6] 杨物华. 陶瓷工厂设计概论. 南京：南京大学出版社，1993.
[7] GB/T.24041-2000,ISO14041. 环境管理-生命周期评价-目的与范围的确定和清单分析.
[8] GB/T.24042-2002,ISO14042. 环境管理-生命周期评价-生命周期影响评价.
[9] GB/T.24043-2002,ISO14043. 环境管理-生命周期评价-生命周期解释.
[10] 尹奇德,曾光明,夏清. 陶瓷清洁生产研究. 陶瓷2001，(5);36—39
[11] 沈帅冰 陶瓷生产过程中污染物的成因与防治. 现代 技术陶瓷，2003，95(1);26—30
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