【管理研究】中国典型社会源危险废物的资源潜力分析
危险废物对生态环境的危害具有长期性和潜伏性，不当的处置不仅浪费资源，而且污染土壤、大气和水等自然环境，会造成难以恢复的损害。我国将危险废物划分为工业危险废物、医疗废物及社会源危险废物，其中社会源危险废物包括废旧节能灯、温度计、血压计、药品、铅酸电池以及农药包装物等。由于产生源头复杂分散、种类繁多、个体产生数量小等原因被忽视，导致监督管理不到位、回收处理市场混乱，不利于行业发展和环境保护。
社会源危险废物中不仅含有不可忽视的危险性物质如汞、铅等，还蕴存大量的稀有金属、塑料和玻璃等再生资源，如能加以回收再利用，无疑是一类丰富的城市矿产。发达国家很早就高度重视社会源危险废物的潜在价值，研发了先进的提纯工艺和处置技术，并建立了相对完善的管理制度，实现了较高的回收再利用率。而国内在这方面起步较晚，现有研究多集中在处置技术的研究和对处置现状、相关对策等方面的定性研究，少有定量分析，难以引起相关部门足够的重视
目前，多数城市尚未将其纳入执法监管范围内，缺少相应的法律法规和激励机制，管理工作始终处于起步阶段，如北京、上海、天津、苏州等地虽曾先后举办过废旧节能灯和电池以旧换新的活动，但都是短期、偶尔性活动，尚未形成长期回收机制，多数市民仍将其混入普通垃圾处理，给环境安全埋下巨大隐患，也不利于“无废城市”理念落地和垃圾分类管理制度的建立。
为了促进社会的可持续发展，加强全社会对社会源危险废物的认识，已经刻不容缓。该文在界定社会源危险废物概念和建立物质代谢模型的基础上，对2016~2025年的典型社会源危险废物消费情况及报废趋势进行预测和模拟，分析典型社会源危险废物的资源潜力及再生利用价值，以期引起社会各界的重视并为当下社会源危险废物的管理实践提供参考。
社会源危险废物的概念界定与物质代谢模型 1、社会源危险废物的概念界定 危险废物是指列入国家危险废物名录或根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的固体废物；不排除具有危险特性、可能对环境或者人体健康造成有害影响、需要按照危险废物进行管理的固体废物。《国家危险废物名录》中将危险废物划分为50类,其中编号HW01-HW03主要为医疗废物，指医疗卫生机构在医疗、预防、保健以及其他相关活动中产生的具有直接或间接感染性、毒性及其它危害性的废物；HW04-HW50主要为工业危险废物，是指在工业生产活动中产生的危险废 物。社会源危险废物是指除医疗废物、工业危险废物外的危险废物,《名录》中并未给出具体定义及划分范围。由于社会源概念较为广泛，涵盖面广，通过对《名录》的进一步分析，该文对社会源危险废物的概念进行初步界定：在生产、销售、使用、维修以及其他相关活动中产生的需要或只能进行社会管理的危险废物，既包括无法进行行业管理的医疗废物和工业危险废物，如非特定行业生产、销售或使用等过程中产生的危险废物；也包括除医疗废物、工业危险废物外的危险废物,如居民生活、服务行业及行政办公等日常活动产生的危险废物。 2、社会源危险废物的物质代谢模型 社会源危险废物的物质代谢系统先后经历“输入子系统”、“代谢子系统”及“输出子系统”,不断循环完成代谢周期,如图 1 所示。 在输入子系统，原产品消费量Pij由生产量Dij、进口量Iij及出口量Eij组成, 表征产品进入“消费市场”开始物质代谢过程；原产品经使用后进入“报废环节”，记为Qij，由废旧产品产生的“再生资源”和“二手零件”(分别记为Rij和Sij)，经过加工可再次投入工业生产，“其它部分”是指不能再循环利用的物质(记为Wij)，“二手零件”虽然可以回收再利用，但最终会被拆解成“再生资源”；最后进入“处置环节”，产生的废物进行科学填埋或排放。本文在计算原产品潜在资源量时，重点关注再生资源量Rij，不单独考虑二手零件量Sij和其它部分Wij。
综合考虑市场规模、环境危害和资源化价值等因素，该文以典型的社会源危险废物废旧铅酸电池、废旧节能灯以及废旧电子产品和计算机中的线路板(以下简称线路板)进行分析。
1、消费量模型
1）数据来源
由于中国统计局并未公开铅酸电池、节能灯和线路板的年消费量,本文根据《中国轻工业年鉴》、《中国海关统计年鉴》以及相 关文献和产业信息中2006~2015年原产品的生产量Dij与进口量Iij、出口量Eij的数据计算名义消费量Pij(不考虑库存)，即:
式中:i是原产品类型，分别表示铅酸电池、节能灯和线路板，j是年份。
2）灰色系统GM(1,1)模型
灰色预测方法对在一定范围内变化的、与时间序列有关的灰过程进行预测，由于其分析方法对于信息不完整或不完全的实际情况具有良好的适用性，在科研领域有着广阔的应用前景。该文选择灰色系统 GM(1,1)模型进行消费量预测。对原始观测进行数据处理后生成新的数列:
式中:a，b均为待定系数，可用最小二乘法求得：
该文利用距离较近的2008~2015年的数据预测我国2016~2025年铅酸电池、节能灯和线路板的消费量，根据公式(2)~(6)可以求得发展灰数a及内生控制灰数b，代入白化模型后可得i类型产品的累加序列
2、报废量模型
1）寿命分布模型 Weibull分布被广泛应用于机械、电子、电气等产品的寿命模拟，并能够在获取有效数据的情况下提供较准确的模式分析图表。铅酸电池、节能灯、线路板不可能同一时间报废, 而是分布在一定的寿命期之间，且在报废集中期达到高峰，其基本特征符合Weibull分布密度函数特点,，因此该文研究采用双参数Weibull分布表征产品的生命周期分布,即:
式中:β为形状参数(β>0),决定了Weibull 密度函数的形状;η为尺寸参数(η>0),表征函数图形峰值在横轴中的对应位置。
我国规定节能灯的标准寿命是6000h，实际平均使用寿命为8000h，按每天开灯8h左右计算，平均一 只节能灯可使用 2.5a。
铅酸电池具有大容量、高功率等优点，广泛应用在电力、邮电、交通等诸多领域, 其中电动自行车使用量最大。按照行业标准其寿命 应该是按照 70%标准容量的放电要达到350次，实际使用中甚至可超过600次，一次充电可行驶里程约100~150km，平均可使用 2a。
线路板作为电子元件主要应用在电子信息产业,包括电视机、电脑、电冰箱、手机、移动硬盘等。不同于铅酸电池和节能灯,其寿命主要受电子电器产品的寿命影响，根据《家用和类似用途电器的安全使用年限和再生利用通则》，设定常见家用电器的平均使用年限为5a。根据公式(10),可以分别计算出铅酸电池、节能灯和线路板的寿命分布函数，由此进一步计算出一定时间范围内的报废量和资源潜力。
2）报废量模型 基于产品的消费量和寿命分布密度函数，令t＝j-2006,设定在年份j,i 类型产品的报废量 Qij函数为:
3、潜在资源量模型
社会源危险废物经回收拆解后,主要回收潜在资源如塑料、玻璃和铜、铁、铝、金、银、锌、镍 等金属以及铅、汞、镉等危险性物质。结合各类型潜在资源比例,设定i类型社会源危险废物可产生主要潜在资源K种,各自比例分别为Cki,则在j年份由某种典型危险废物产生的K类型主要潜在资源量为:
结果分析
1、消费量预测
根据式(1)~(9),预测2016~2025年铅酸电池、节能灯和线路板的消费量并得出2006~2025年原产品消费量趋势曲线，如图2所示。
可以看出,2016~2025年铅酸电池和线路板消费量呈逐年快速增长的趋势，将伴随经济的快速发展逐渐成为人们生活中常见的“消费品”；节能灯的消费量呈下降趋势，这与我国当前LED灯的良好发展势头吻合，说明LED 照明产品在应用上已逐渐成熟,并开始逐步挤占传统照明市场的份额；根据测算，预计2025年铅酸电池消费量将超过4.97亿 kW·h,线路板将超过1.39亿m2, 是2015年的1~2倍；节能灯的消费量将超过5.46亿 支，整体仍处在较高的消费水平。
2、报废量预测
根据式(10)~(11)，可得出2006~2015年典型社会源危险废物的产生量趋势曲线,如图 3 所示.
随着原产品的持续消费,2016~2025年铅酸电池、线路板的 报废量分别以平均 9.28%、5.23%的速度增长,预计2025年中国将产生废旧铅酸电池4.16亿kW·h,废旧线路板1.09亿m2;由于LED灯的逐步替代,节能灯的报废量在2013年达到峰值15.94亿支,随后以平均7.22%的速度下降,预计2025年将产生6.34亿支废旧节能灯,其蕴含的资源量仍是资源利用和环境保护不可忽视的重要部分.
3、潜在资源量预测
参照常见原产品的平均重量,假定铅酸电池、 节能灯和线路板的平均重量为28.5kg/kW·h、300g/ 支、4kg/m2,根据式(12)~(13)拟合预测，2006~2025年中国废旧铅酸电池、废旧节能灯和废旧线路板的K类型资源产生量和潜在资源总量趋势曲线如图 4 所示.
根据测算，预计2025年中国3种典型社会源危险废物产生的主要潜在资源总量达1247.31万t，其中废旧铅酸电池约为1184.56万t，包括电解液130.30万t、隔膜213.22万t、铅膏473.82万t、板栅284.29万t、塑料 82.92万t，可共提取出铅355.37万t;废旧荧光灯可产生的潜在资源总量约为19.01万t，包括铝2566.77t、钨836.58t、荧光粉4449.06t、汞19.01t、玻璃18.01万t、树脂1197.82t、镍304.21t、 铜684.47t；废旧线路板可产生潜在资源总量约为43.74万t，包括塑料13.12万t、铜11.73万t、金43.74t、银1443.50t、铁2.32万t、铝2.06万t、锌4330.49t、锑262.45t、镍2056.89t、氯7611.16t、陶瓷 10.50万t、其他2.45万t 等。
由此可见，社会源危险废物具有巨大的资源潜力，亟需加强对此类再生资源管理的重视。
资源价值分析
从环境保护角度，如果不能合理的处置社会源危险废物，将其混入生活垃圾进行填埋或焚烧，其分解出的危险性物质如汞、氯、铅、镍等重金属会随着渗滤液进入地下水而污染环境并损害人体健康。与其它固体废弃物相比，社会源危险废物造成的环境污染具有持久性、隐蔽性等特点。
研究表明，铅的性质稳定，可经过消化道、呼吸道进入人体。如果人体血液中的铅含量超过100µg/dL，可能会对多个器官系统包括神经、消化、肾脏等产生危害，甚至会导致人的死亡。一支节能灯中含有约5mg 的汞，一旦破碎，瞬时可使周围空气汞浓度超标百倍，若渗入地下水就会污染大约180t水，所产生的甲基汞在水生食物链中高度生物累积，对公众健康构成巨大挑战。
因此，如何合理管理社会源危险废物，减少危险性物质的排放，保护人类健康和环境免受其带来的风险成为亟需解决的问题。
从资源再生利用角度看，社会源危险废物具有高附加值，能带来显著的经济和社会效益。铅酸电池的再生率可高达96%，再生铅的生产和原生铅相比，可节省近40%的成本，若是再生铅总量达到铅总量的50%以上，我国铅需求的理论年限可延长一倍左右；废旧荧光灯中的铝、钨、锡等是宝贵的二次资源，玻璃的回收不仅可以节约原材料如碱、硼砂、 红丹等紧缺物质，还可以作为废料掺入粘土陶瓷，能显著提高抗弯强度，荧光粉中含有钇、铕、铈、铽、 镝等稀土元素，有助于保持中国稀土资源的优势；废旧线路板中的金属品位相当于普通矿物中金属品位的几十倍甚至上百倍，是有待于开发的重要金属资源，基板中的纤维强化热固树脂，除了焚烧回收热值,还可以作为粉末用于涂料、铺路材料。
近几年的研究表明非金属物料作为填充材料制备聚合物基复合材料可发挥其资源化价值，广泛应用在代木、 代钢、代塑、代瓷制品等领域。由此可见，增强对社会源危险废物的重视，对于实现可持续发展具有重要意义。
主要结论
2016~2025年期间铅酸电池和线路板的消费量都保持较快的增速，节能灯的消费量虽有下降，但仍具有不可忽视的资源潜力，预计2025年中国将消费铅酸电池4.97亿kW·h，节能灯5.46亿支，线路板1.39 亿m。
随着原产品的持续消费，报废产品的处置问题日趋严重。预计2025年中国将产生废旧铅酸电池4.16 亿kW·h，废旧节能灯6.34亿支，废旧线路板1.09亿m2。
社会源危险废物经回收拆解后，可实现大量高价值资源的循环再利用。预计2025年中国典型社会源危险废物将产生潜在资源总量为1247.31万t,包括贵金属：金43.74t、银1443.50t；具有环境危害性的重金属:铅355.37万t、汞19.01t、镍2361.10t、锑262.45t 等；其它可回收资源:塑料96.16万t、玻璃18.01万t、荧光粉 4449.06t、陶瓷10.50万t等。
社会源危险废物既是宝贵的”第二资源”,又具 有潜在危害性.增强对社会源危险废物的重视,建立相应治理机制,有助于实现经济、社会、环境共赢的 局面.
转自《中国环境科学 》作者 刘光富 田婷婷 刘嫣然