夏光華 左建林

（景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西景德鎮(zhèn)333403）

景德鎮(zhèn)日用陶瓷生產(chǎn)的生命周期評(píng)價(jià)（LCA）初探

夏光華 左建林

（景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西景德鎮(zhèn)333403）

對(duì)不同裝飾工藝過程的日用陶瓷進(jìn)行輸出輸入的清單分析以及相應(yīng)生命周期各階段環(huán)境影響潛值的統(tǒng)計(jì)計(jì)算與分析，結(jié)果表明，景德鎮(zhèn)地區(qū)日用陶瓷生產(chǎn)產(chǎn)生的環(huán)境影響潛值為釉上彩0.259，釉中彩0.287，釉下彩0.229。日用陶瓷生產(chǎn)的生命周期評(píng)價(jià)(LCA)作為一種有效定量分析工具可為該類產(chǎn)品實(shí)施ISO14000認(rèn)證提供有效的技術(shù)支持。

日用陶瓷生產(chǎn)，生命周期評(píng)價(jià)(LCA)，釉上，釉中，釉下

1 前言

我國(guó)是傳統(tǒng)日用陶瓷生產(chǎn)大國(guó)。然而，傳統(tǒng)日用陶瓷生產(chǎn)工藝具有資源和能源消耗大、對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染等特點(diǎn)，涉及到多種生產(chǎn)加工過程。按生命周期各階段的能源、資源消耗和污染物排放進(jìn)行比較分析，可以系統(tǒng)地認(rèn)識(shí)各工藝過程環(huán)境負(fù)荷及能源、資源消耗，從而為日用陶瓷生態(tài)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供幫助。本文遵循ISO14040-14043系列標(biāo)準(zhǔn)[1-4]，擬對(duì)景德鎮(zhèn)地區(qū)不同裝飾工藝的日用陶瓷生產(chǎn)進(jìn)行較為系統(tǒng)地LCA評(píng)價(jià)。

2 研究對(duì)象與功能單位

研究對(duì)象為三種不同彩飾的陶瓷產(chǎn)品，因?yàn)槿沼锰沾芍破钒囱b飾工藝劃分：釉上彩、釉中彩和釉下彩。釉上彩陶瓷以釉面貼花為代表，是當(dāng)今市場(chǎng)上的大眾產(chǎn)品；釉中彩是通過彩烤使花色滲入釉層內(nèi)的一類陶瓷，是國(guó)內(nèi)外陶瓷行業(yè)公認(rèn)的高檔日用瓷。它具有裝飾顏色品種豐富和高光澤、無鉛鎘溶出危害等特點(diǎn)；而釉下彩陶瓷是指釉層下的花色裝飾，以中國(guó)景德鎮(zhèn)青花瓷為代表，還有藍(lán)花、五彩等，具有釉面晶瑩潤(rùn)澤、白里泛青、高雅玉潔和無鉛鎘溶出危害等優(yōu)點(diǎn)。

功能單位采用1噸日用陶瓷產(chǎn)品。

3 研究目標(biāo)與系統(tǒng)邊界

研究目標(biāo)是通過分析景德鎮(zhèn)地區(qū)日用陶瓷生產(chǎn)不同生命周期階段的資源消耗與環(huán)境排放，建立我國(guó)日用陶瓷生產(chǎn)生命周期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，辨識(shí)現(xiàn)有陶瓷生產(chǎn)工藝各過程對(duì)環(huán)境影響的相對(duì)大小，找出影響環(huán)境現(xiàn)狀的主要干擾因子，尋求改善生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的措施，并提供開展清潔生產(chǎn)的機(jī)會(huì)與途徑，為進(jìn)一步開展、實(shí)施ISO14000標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)支持。

本研究根據(jù) ISO14041標(biāo)準(zhǔn)[2]，結(jié)合研究目標(biāo)及我國(guó)陶瓷工業(yè)普遍采用的工藝流程，確定了系統(tǒng)邊界,主要包括配料、成型、燒成和彩烤生產(chǎn)過程（見圖1）。范圍界定在直接采用標(biāo)準(zhǔn)化原料和直接廢物排放，不考慮原料加工、輔助材料制造等過程。坯體干燥以窯體余熱為主要熱源。燃料為焦化煤氣，不考慮其制備過程。

傳統(tǒng)日用陶瓷生產(chǎn)多使用天然礦物原料，由于其直接來自自然界，經(jīng)過漫長(zhǎng)的演變過程，其組成及存在形式與周圍環(huán)境達(dá)到了最佳的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定，以此制成的制品廢棄后，與周圍環(huán)境也會(huì)有較好的親和性，不會(huì)對(duì)水系和土壤造成污染。另外，還由于陶瓷制品使用壽命長(zhǎng)，相對(duì)環(huán)境負(fù)荷小，對(duì)人體不會(huì)產(chǎn)生直接危害，無二次污染，因而暫不考慮其最終的廢棄處置。

4 輸出輸入清單

根據(jù)上述邊界劃分，將景德鎮(zhèn)日用陶瓷生產(chǎn)的生命周期各階段進(jìn)一步細(xì)化為相對(duì)獨(dú)立的過程單元，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計(jì)。

數(shù)據(jù)主要來源于《日用陶瓷工業(yè)手冊(cè)》，景德鎮(zhèn)陶瓷工業(yè)設(shè)計(jì)研究院的《工廠設(shè)計(jì)技術(shù)報(bào)告》資料；其次為發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)資料，企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，環(huán)保部門的監(jiān)測(cè)報(bào)告和相關(guān)研究的文獻(xiàn)等[5-7]。

景德鎮(zhèn)日用陶瓷生產(chǎn)生命周期各階段資源、能源消耗和污染物排放清單分析計(jì)算結(jié)果如表1所示。

5 生命周期影響評(píng)價(jià)

根據(jù)清單分析結(jié)果，遵循ISO14042標(biāo)準(zhǔn)，將日用陶瓷生產(chǎn)的環(huán)境影響類型分為全球變暖、酸化、富營(yíng)養(yǎng)化、煙灰塵和固體廢棄物五種[8]，前三種分別以CO2、SO2和NO3-為參照物。根據(jù)各環(huán)境干擾因子與參照物之間的當(dāng)量關(guān)系[9]，計(jì)算出每種影響類型的環(huán)境影響潛值，然后對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和賦值，得到賦權(quán)后環(huán)境影響潛值，其中的標(biāo)準(zhǔn)化基準(zhǔn)和賦權(quán)評(píng)估中權(quán)重大小的確定采用楊建新等《中國(guó)產(chǎn)品生命周期影響評(píng)價(jià)模型》中的計(jì)算結(jié)果[10-12]。

影響評(píng)價(jià)的結(jié)果表明（見表2）：不同裝飾工藝生產(chǎn)的日用陶瓷總的環(huán)境影響潛值分別為釉上彩0.47、釉中彩0.52、釉下彩0.41。同時(shí)從圖2也可看出，無論何種環(huán)境影響類型，釉上和釉中彩瓷的潛值均高于釉下彩的，以釉下彩的環(huán)境影響潛值最小，可促進(jìn)其綠色產(chǎn)品化；釉上彩居中，但它在使用過程中存在鉛鎘溶出危害，且不宜作為微波爐用瓷；我們發(fā)現(xiàn)，作為高檔日用瓷的釉中彩瓷的潛值最高，而這點(diǎn)一直未被人們所認(rèn)識(shí)。

6 生命周期解釋

6.1 資源與能源消耗

陶瓷原料是地殼中含量豐富的硅、鋁、鈣、鎂等元素的氧化物、碳化物、氮化物，屬于高克拉克指數(shù)材料。從宏觀上看，資源地域分布廣，幾乎不受制約。因此，資源消耗不會(huì)約束陶瓷工業(yè)的發(fā)展。

日用陶瓷各個(gè)階段都要消耗一定的能源。從表1中可知，釉中彩陶瓷能耗最大，釉上次之，釉下最小。本研究中采用的能源為清潔氣體燃料，從而大大減少了各種污染物排放，提高了熱效率。

表1景德鎮(zhèn)生產(chǎn)1噸陶瓷的生命周期清單Tab.1 Life cycle inventory for producing 1 ton of household porcelain

6.2 生命周期各階段重大問題的確定

為了進(jìn)一步確定和分析生產(chǎn)過程的環(huán)境影響及對(duì)生命周期各階段的主要貢獻(xiàn)，對(duì)釉上彩、釉中彩和釉下彩陶瓷生命周期各階段的環(huán)境影響類型進(jìn)行貢獻(xiàn)分析，以確定具有最大貢獻(xiàn)的環(huán)境干擾因子或過程[4]。通過數(shù)據(jù)分析，在日用陶瓷生產(chǎn)中環(huán)境干擾因子對(duì)環(huán)境影響類型的貢獻(xiàn)率有很大差異。在全球變暖、酸化和富營(yíng)養(yǎng)化影響中主要的干擾因子分別為CO2，SO2、NOx，表明陶瓷生產(chǎn)中氣體污染排放物相對(duì)而言對(duì)環(huán)境影響最大，這也正是陶瓷清潔生產(chǎn)中要求使用清潔氣體燃料的緣故。對(duì)環(huán)境的污染主要集中在燒成和彩烤過程中，這也正是釉下彩瓷環(huán)境影響潛值最小

的根本原因。

表2三種日用陶瓷的生命周期影響評(píng)價(jià)Tab.2 Life cycle impact assessment for three kinds of household porcelain

7 結(jié)論

（1）通過對(duì)景德鎮(zhèn)地區(qū)日用陶瓷生產(chǎn)的生命周期評(píng)價(jià)得出以下結(jié)論：

從環(huán)境影響的角度，生命周期評(píng)價(jià)可作為一種定量分析工具促進(jìn)陶瓷生態(tài)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝過程與環(huán)境相協(xié)調(diào)發(fā)展。

（2）生命周期影響評(píng)價(jià)結(jié)果表明，景德鎮(zhèn)地區(qū)日用陶瓷生產(chǎn)總的環(huán)境影響潛值分別為釉中彩0.52、釉上彩0.47、釉下彩0.41。與環(huán)境影響密切相關(guān)的工藝過程為燒成與彩烤，改進(jìn)措施為降低能耗；降低廢水排放，強(qiáng)化資源再利用。

（3）對(duì)不同工藝技術(shù)的比較研究，釉下彩比釉中彩更具環(huán)境的優(yōu)越性，釉中彩的焦點(diǎn)在于能耗偏大。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，作為高檔日用瓷，釉下彩（尤為中國(guó)青花瓷）從社會(huì)經(jīng)濟(jì)及可持續(xù)發(fā)展角度更具綜合實(shí)力，理應(yīng)發(fā)揚(yáng)光大，并且它還較好地符合ISO14000標(biāo)準(zhǔn)，這是本次研究的最大成果。通過建立并運(yùn)行ISO14000環(huán)境管理體系將有助于我國(guó)釉下彩瓷的國(guó)際化，減少非關(guān)稅貿(mào)易壁壘，提高中國(guó)陶瓷產(chǎn)品的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

（4）對(duì)不同工藝過程的環(huán)境影響類型比較，生產(chǎn)過程的固體廢棄物最大，但其基本上在生產(chǎn)中被循環(huán)再利用。廢水的排放量為18t/t瓷,其中SS顯著偏高，因而建議生產(chǎn)中循環(huán)使用。相對(duì)而言，溫室氣體排放量較大，產(chǎn)生的全球變暖影響潛值釉中彩0.287、釉上彩0.259、釉下彩0.229。

1 GB/T.24040-1999,ISO14040.環(huán)境管理-生命周期評(píng)價(jià)-原則與框架

2 GB/T.24041-2000,ISO14041.環(huán)境管理-生命周期評(píng)價(jià)-目的與范圍的確定和清單分析

3 GB/T.24042-2002,ISO14042.環(huán)境管理-生命周期評(píng)價(jià)-生命周期影響評(píng)價(jià)

4 GB/T.24043-2002,ISO14043.環(huán)境管理-生命周期評(píng)價(jià)-生命周期解釋

5楊物華.陶瓷工廠設(shè)計(jì)參考.南京：南京大學(xué)出版社,1993

6黃浪歡等.陶瓷窯爐NOX的污染與防治.中國(guó)陶瓷,2000,(6): 23～25

7尹奇德等.陶瓷清潔生產(chǎn)研究.陶瓷.2001,(5):36～39

8楊建新.生命周期環(huán)境影響類型分類研究.上海環(huán)境科學(xué), 1999,18(6)

9 Wenzel H,Hauschild M,Alting L.Environment Assessment of Products.London:Chapman&Hall,1997

10楊建新等.中國(guó)產(chǎn)品生命周期影響評(píng)價(jià)方法研究.環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2001,21(2)

11 Nielsen P H and Yang J X.Chinese normalization references and weighting factors-according to the EDIP impact assessment method. Department of Manufacturing Engineering,Technical University of Denmark,KPD 19-99

12 http://ipt.dtu.dk/employ/pn.htm

Abstract

This paper illustrates the inventory analysis of the household ceramic output and input in different decorating processes,and the environmental impact potential at each stage of their life cycle is calculated and explained.The results show:the environmental impact of overglaze,inglaze,and underglaze decoration is 0.287,0.259 and 0.229,respectively. LCA of household porcelain production is an effective tool for quantitatively evaluating the ecological design of a product.

Keywords household porcelain production,life cycle assessment,overglaze,inglaze,underglaze

LIFE CYCLE ASSESSMENT OF HOUSEHOLD PORCELAIN PRODUCTION

Xia Guanghua Zuo Jianlin
（School of Materials Science and Engineering,Jingdezhen Ceramic Institute,Jingdezhen Jiangxi 333403,China）

TQ174.73

A

1000-2278（2010）04-0617-06

2010-06-29

國(guó)家自然科學(xué)基金資助（編號(hào)：50562002）

夏光華，E-mail:xiagh6565@163.com