我国废弃液晶显示器产生量预测及管理策略分析

庄绪宁，宋小龙，白建峰，张承龙，吴雯杰，苑文仪，王景伟

上海第二工业大学，上海电子废弃物资源化产学研合作开发中心，上海 201209

随着液晶显示相关技术的快速发展，液晶显示器(LCD)已取代传统的阴极射线管成为显示器市场的宠儿，被广泛用于各类显示设备中，其市场占有率及出货量逐年增长。以大面积薄膜晶体管LCD 为例，2011年全球LCD 面板的出货量高达70 280 万片［1］，市场规模巨大。中国自20 世纪90年代末进入LCD 产业，经过10 多年的发展，已成为全球最大的LCD 生产和销售区域。

随着LCD 的广泛应用及使用寿命的结束，预计未来我国每年将报废数以万台的LCD，产生大量的废弃LCD。废弃LCD 中含有种类繁多的有机物及汞、镉、铬、镍、铅、钼等金属类有毒有害物，如处理不当会引起严重的环境污染问题，影响人类健康;同时废弃LCD 中亦含有玻璃、塑料及稀有金属铟等再生资源，具有较高的回收利用价值［2-3］。因此，针对废弃LCD 的有效管理与处理问题已成为当前电子废弃物资源化与无害化研究的重要内容。

目前，我国还没有废弃LCD 实际产生量的相关数据，也没有LCD 废弃量的预测数据，因此亟需对LCD 的废弃量进行科学预测，准确掌握当前及未来的LCD 废弃量及其变化动态规律，为我国废弃LCD的管理工作提供数据参考，为有效管理、处理工作规划及处理技术的研究提供科学依据。

LCD 在电器电子产品中应用范围广、产品种类繁多，难以实现对各类产品的统一预测，而台式电脑LCD、笔记本电脑、液晶电视作为最常见的LCD 产品是废弃LCD 的主要来源。因此，笔者选择台式电脑LCD、笔记本电脑、液晶电视三大类电子产品作为LCD 废弃量预测对象，根据各类产品历年的国内销售量对其销售量进行预测，采用Carnegie Mellon 预测模型对我国2014—2020年的LCD 废弃量进行预测，以期为废弃LCD 的有效管理与处理提供数据支持。

1 研究方法与数据

1.1 预测模型

1.1.1 销售量预测模型

灰色模型(GM 模型)是将观测到的数据序列视为随时间变化的灰色量和一个灰色过程，通过累加生成和累减生成，逐步使灰色量白化，从而建立相应于微分方程解的模型并作出预测［4］。灰色预测模型常用GM(m，n)来表达，其中m 为微分方程的阶数，n 为变量类型的个数。GM(1，1)表示一阶一变量的灰微分方程模型，是最常用的一种灰色动态预测模型，其建模原理如下。

设{x(0)(1)，x(0)(2)，…，x(0)(n)}是所要预测样本的原始数列，对该原始数列作一阶累加生成处理，即:

{x(1)(1)，x(1)(2)，…，x(1)(n)}构成一个新数列，对新数列可近似用如下微分方程描述:

利用最小二乘法估计参数α、u 为:

其中，Ym为列向量Ym=［x(0)(2)，x(0)(3)，…，x(0)(m)］T，B 为构造数据矩阵。

式(4)所对应的时间响应函数为:

式(5)即数列预测的基础式，对一次累加生成数列的预测值进行还原，得到:

根据式(6)即可对原始数列进行拟合和预测，此为全数据预测模型。

1.1.2 废弃量预测模型

目前国际上有7 种较为常用的电子废弃物预测模型［5］，其中Carnegie Mellon 模型在电脑废弃量预测中具有显著优势，可用于电脑废弃量的准确预测。Carnegie Mellon 模型最初是由Carnegie Mellon 大学的Green Design Initiative 在1991年预测电脑废弃物产量时提出的，后根据1997年电脑实际废弃量进行了修正［6］。2007年，张默等［7］将Carnegie Mellon 模型应用于电视机废弃量的预测，结果显示其同样适用于电视机废弃量的预测。鉴于Carnegie Mellon 模型在电脑废弃量预测中的显著优势及在电视机废弃量预测中的成功应用，同时考虑到该研究的预测对象主要为电脑(台式电脑、笔记本电脑)和电视机，采用Carnegie Mellon 模型对我国未来废弃LCD 的产生量进行预测。其分析流程如图1 所示。

图1 Carnegie Mellon 模型分析流程Fig.1 Flow diagram of the Carnegie Mellon Model

Carnegie Mellon 模型的特点是在分析消费者对电子废弃物处理行为的基础上，设定电子产品在成为废旧产品或面临淘汰时有再使用、循环利用、储存和最终废弃4 种不同的处理情景，并且赋予每种处理方式一定的比例，通过计算模拟出任意时刻废旧电子产品的再使用量、循环利用量、储存量和最终废弃量。其中，再使用是指电子产品被初始购买者淘汰后在未经大幅维修的情况下直接被其他使用者再使用的情况;循环利用是指废旧电子产品经拆解后将其中的某些零部件进行循环再利用;储存是指电子产品在淘汰后被初始购买者贮存起来;最终废弃是指经以上几种不同处理情景后无法再使用或循环再用的废旧电子产品将最终进入废物流以待处理。

1.2 数据收集

1.2.1 历史数据

2004—2011年台式电脑LCD、笔记本电脑、液晶电视的国内市场销售量和进口量数据如表1 所示［8-9］。将二者之和记为当年国内LCD 的实际销售量。

表1 2004—2011年台式电脑LCD、笔记本电脑、液晶电视的销售量［8-9］Table 1 Sales data of desktop computer LCD monitors，notebooks and LCD TVs in 2004-2011 万台

1.2.2 参数设定

不同类型的LCD 显示产品根据其使用功能的不同使用寿命也不同，根据张伟等［10］对台式电脑、笔记本电脑及电视机使用寿命信息的调查，设定台式电脑LCD、笔记本电脑和液晶电视的使用期限分别为5、4 和8年。根据梁晓辉等［11］对我国电脑、电视等电子产品的废弃情况分析及我国当前废旧电器的实际处理情况，设定LCD 电子产品经淘汰后进入再使用或储存阶段的期限为2年，经过再使用或储存阶段后仍有可能进入储存阶段的期限为1年;之后各类废旧电子产品进入再使用阶段的可能性很小，认为所有产品都将进入循环或废弃阶段。根据Liu 等［12］对北京市居民所做的废旧电器电子产品处理习惯的调查问卷结果，同时结合LCD 电子产品的实际使用特性，将台式电脑LCD、笔记本电脑、液晶电视的不同处理处置方式比例设定为LCD 电子产品经淘汰后，进入再使用和储存阶段的比例为65%和20%;由于当前中国的电子废弃物循环水平低于欧美发达国家［13］，因此设定进入循环利用阶段的比例为10%，剩余5%直接废弃。最初被消费者储存的废旧产品经2年储存期后大部分因失去使用价值而被废弃，废弃比例为90%，剩余10%进入循环利用阶段;被再使用的电子产品经2年使用期后将再次被储存、循环或废弃，其比例分别为20%，10%和70%，具体流程如图2 所示。

图2 电子产品废弃流向及比例Fig.2 Outflows and the proportion of waste electrical and electronic equipements

2 结果与讨论

2.1 销售量预测

采用灰色模型GM(1，1)对台式电脑LCD、笔记本电脑、液晶电视的未来销售量进行预测，结果如图3 所示。建模预测数据经后验差检验得后验差比(C)分别为0.17、0.28 和0.18，均远＜0.35，P ＞0.95，预测值离散度小，后验差精度好，属一级精度。

3 三大类LCD 显示类电子产品国内销售量现状及预测Fig.3 Domestic sales data and the prediction of three major LCD equipments

由图3 可以看出，未来几年内我国台式电脑LCD、笔记本电脑及液晶电视的国内销售量都将呈持续快速增长趋势。其中液晶电视的增长速率最快，其国内销售量年均增长率保持在约40.0%，至2020年其国内销售量预计将达67 049.2 万台;其次是笔记本电脑，其国内销售量年均增长率维持在约39.8%，至2020年销售量将达53 288.8 万台;相较于液晶电视和笔记本电脑，台式电脑LCD 的国内销售量增长相对平缓，保持较为平稳的增长态势，年均增长率基本维持在23.5%，至2020年台式电脑LCD 的销售量将达33 684.3 万台。

液晶电视、笔记本电脑、台式电脑LCD 国内销售量的持续增长与电子信息技术的快速发展以及我国居民收入的进一步提高有着密切关系。随着液晶显示技术的不断发展和进步，液晶电视已取代阴极射线管电视机成为家用电器的重要组成部分，且随着阴极射线管电视机的逐步报废，液晶电视的销售量呈快速增长;笔记本电脑作为便携式办公设备，在未来仍将保持稳定快速的增长;台式电脑LCD 的个人消费量虽不如液晶电视和笔记本电脑高，但作为传统办公设备其需求量仍将保持稳定的增长。

2.2 废弃量预测

为保证废弃量预测数据的时效性和准确性，仅对2014—2020年的三大类电子产品中LCD 淘汰量、再使用量、循环量、储存量及废弃量进行了预测(表2 ～表4)。由表2 ～表4 可以看出，2014年三大类LCD 电子产品的淘汰总量为6 614.8 万台，其中台式电脑LCD 的淘汰量为3 475.8 万台，笔记本电脑为2 568.9万台，液晶电视为570.1 万台。随时间的推移(2015—2020年)，三大类电子产品的淘汰量与废弃量均呈整体增长趋势，淘汰量与废弃量的年均增长率台式电脑LCD 为22.4%和40.2%，笔记本电脑为33.1%和22.2%，液晶电视为42.5%和62.5%。由此可以看出，未来几年内液晶电视的淘汰量与废弃量增长速率最快，至2020年液晶电视的淘汰量与废弃量将分别为2014年的8.0 倍和41.1倍，达4 539.6 万台和2 418.9万台。其主要是由于液晶电视的销售量正处于快速增长状态，因而，其淘汰量也将在未来几年内快速增长。

表2 台式电脑LCD 淘汰量、再使用量、循环量、储存量及废弃量预测Table 2 The prediction amount of obsolete desktop computer LCDs and its outflows for reuse，recycling，storage and landfill 万台

表3 笔记本电脑淘汰量、再使用量、循环量、储存量及废弃量预测Table 3 The prediction amount of obsolete notebooks and its outflows for reuse，recycling，storage and landfill 万台

表4 液晶电视淘汰量、再使用量、循环量、储存量及废弃量预测Table 4 The prediction amount of obsolete LCD TVs and its outflows for reuse，recycling，storage and landfill 万台

图4 为三大类电子产品2014—2020年的累计淘汰量及不同处理方式数据。

图4 2014—2020年三大类LCD 电子产品的累计淘汰量与各种方式的处理量Fig.4 The accumulated obsolete amount and its outflows for reuse，recycling，storage and landfill of three major LCD equipment in 2014-2020

由图4 可以看出，预计2014—2020年三大类产品的LCD 累计淘汰量规模巨大，将达108 915.3 万台，其中用于再使用和循环利用的废旧产品达70 794.9万和16 922.1万台，被用户储存的废旧产品为30 051.3 万台，最终废弃待处理量为51 589.1 万台。在LCD 废旧产品中，台式电脑LCD所占比例最大，其淘汰量和废弃量分别占总量的43.4%和49.1%;其次为笔记本电脑，其淘汰量和废弃量分别占总量的41.5%和37.6%;液晶电视的废弃量最少，其淘汰量和废弃量比例为15.1% 和13.3%。因此，预计6年内的废弃LCD 问题将以台式电脑LCD 的处理为主，笔记本电脑次之，液晶电视相对较少。

3 管理策略分析

由预测数据可以看出，2015—2020年我国国内LCD 的废弃量巨大，加之国外废弃LCD 产品的大量流入，废弃LCD 的规模将更大。面对规模如此庞大的废弃LCD，需制定科学有效的管理策略以应对其回收处理问题。目前我国已出台一系列针对废弃LCD 回收处理的管理措施，如2006年8月14日，我国开始实施的《废弃家用电器与电子产品污染防治技术政策》规定表面积＞100 cm2的LCD 及气体放电灯泡应进行单独拆除，分类收集;2010年4月1日开始实施的《废弃电器电子产品处理污染控制技术规范》中明确规定应分开收集废弃LCD，拆解废弃LCD 时应预先完整取出背光模组，不得破坏荧光灯管，在未解决废弃LCD 的再生利用前，可先对废弃LCD 显示屏进行封存或焚烧;2013年12月，国家发展和改革委员会资源节约和环境保护司在向社会公开征求对《废弃电器电子产品处理目录调整重点(征求意见稿)》的意见中已将含有超过100 cm2以上的液晶显示屏纳入电子产品处理目录［14］。针对废弃LCD 的无害化与资源化处理技术，国内各高等院校及科研院所也已开展了大量的研发工作以应对废弃LCD 的处理与处置［15-21］。

这些管理措施的出台与技术研发工作的开展为我国应对废弃LCD 回收处理问题提供了良好基础，但废弃LCD 的回收处理仍存在诸多问题。主要体现在:1)缺乏合理有效的回收管理体系，目前大量的废弃LCD 仍随同其他家用电器一起流入小摊小贩手中，进入非正规处理渠道;2)废弃LCD 的循环利用潜力尚待挖掘，废弃LCD 的处理仍以简单拆解为主，关键部位的深度资源化与无害化处理技术十分缺乏，导致拆解所得废弃LCD 面板只能在仓库中堆积存放，亟需有效处理技术来实现资源再生与有毒有害物的分离处置。

针对上述存在问题，后续需着重加强回收管理体系建设与产业化关键技术研发:1)回收管理体系建设方面可通过完善立法来明确生产者与使用者对废弃电子产品的回收责任，明确监管部门及各责任主体的权责，加大执法力度，加强监管与宣传，组建智能化信息管理服务平台;多渠道构建电子废弃物的全过程监管体系，引导电子废弃物向正规回收处理渠道转移;2)高效产业化技术研发与推进需重点在废弃LCD 高效自动化机械拆解技术与装备研发，LCD 面板液晶分离去除及无害化处理，面板玻璃的深度资源化等方面形成技术突破与集成，切实推进废弃LCD 面板处理的产业化发展。只有建立起科学有效的回收管理体系，研发形成高效、清洁的产业化处理技术，才能有效应对废弃LCD 的回收处理问题，在实现废弃LCD 资源化的同时保护好人类赖以生存的自然生态环境。

4 结语

通过对台式电脑LCD、笔记本电脑和液晶电视三大类LCD 电子产品的销售量预测分析知，采用灰色模型GM(1，1)对LCD 产品销售量进行预测具有较高准确度，模型精度为一级。

Carnegie Mellon 模型对LCD 废弃情况的预测结果显示，2014—2020年我国LCD 的淘汰数量规模巨大，累计将达108 915.3 万台，其中70 794.9 万和16 922.1万台将被再使用和循环利用，30 051.3 万台将被用户继续储存，最终废弃待处理量约为51 589.1万台。根据不同类型LCD 产品在总淘汰量与废弃量中的比例关系可推测，在未来几年内我国的废弃LCD 处理问题将以台式电脑LCD 为主，笔记本电脑次之，液晶电视最少。由于当前我国缺少废弃LCD 产生量方面的统计数据，预测结果无法与历史统计数据进行比较、修正，因此后续需以实际废弃量数据对各项预测参数进行修正调整，以获得更为准确的预测结果，为有效管理与科学决策提供依据。

为更有效地应对日益严峻的废弃LCD 回收处理问题，需加强回收管理体系建设，构建形成多渠道的电子废弃物全过程监管体系，引导电子废弃物向正规回收处理渠道转移;另一方面，需强化高效产业化技术研发，推动关键处理技术突破，形成高效、清洁的产业化处理技术，为废弃LCD 回收处理问题的解决提供坚实的技术支撑。

［1］NPD DisplaySearch.Panel price erosion and tablet panel demand impact TFT LCD market dynamics，2012［DB/OL］.［2014-04-10］.http://www. displaysearch. com/pdf/120221_panel_price_erosion_and_tablet_panel_demand_impact_tft_lcd_market_dynamics.pdf.

［2］郭玉文，刘景洋，乔琦，等.废薄膜晶体管液晶显示器处理与管理［J］.环境工程技术学报，2011，1(2):168-172.

［3］庄绪宁，贺文智，李光明，等.废液晶显示屏的环境风险与资源化策略［J］.环境污染与防治，2010，32(5):97-99.

［4］陈树德. 用Excel 求解灰色系统问题［J］. 彭城职业大学学报，2001，16(3):96-102.

［5］WILKINSON S，DUFFY N，CROWE M，et al. Waste from electrical and electronic equipment in Ireland［R］. Washington DC:US Environmental Protection Agency，2001.

［6］MATTHEWS H S，MCMICHAEL F C，HENDRICKSON C T，et al. Disposition and end-of-life options for personal computers［R］.Green Design Initiative Technical Report，Pittsburgh，PA:Carnegie Mellon University，1997.

［7］张默，石磊.中国彩电废弃量预测模型对比［J］. 环境与可持续发展，2007(5):53-54.

［8］信息产业部经济体制改革与经济运行司.中国电子信息产业统计年鉴［M］.北京:电子工业出版社出版，2004-2012.

［9］搜狐IT 网.2004—2005年中国显示器市场研究年度报告:2005［DB/OL］.［2014-03-12］. http://it. sohu. com/20050331/n224957818. shtml.

［10］张伟，蒋洪强，王金南，等. 我国主要电子废弃物产生量预测及特征分析［J］.环境科学与技术，2013，36(6):195-199.

［11］梁晓辉，李光明，贺文智，等. 中国电子产品废弃量预测［J］.环境污染与防治，2009，31(7):82-91.

［12］LIU X B，MASARU T，YASUHIRO M. Generation amount prediction and material flow analysis of electronic waste:a case study in Beijing，China［J］. Waste Manage Res，2006，24:434-445.

［13］PERALTAG L，FONTANOS P M.E-waste issues and measures in the Philippines［J］.J Mater Cycles Waste，2006(8):34-39.

［14］中华人民共和国国家发展和改革委员会资源节约和环境保护司.国家发展改革委环资司向社会公开征求对《废弃电器电子产品处理目录调整重点(征求意见稿)》的意见［DB/OL］.［2014-02-24］. http://hzs. ndrc. gov. cn/newzwxx/201312/t20131225_572901. html.

［15］LU R X，MA E，XU Z M. Application of pyrolysis process to remove and recover liquid crystal and films from waste liquid crystal display glass［J］.J Hazard Materi，2012，243:311-318.

［16］WANG X Y，LU X B，ZHANG S T. Study on the waste liquid crystal display treatment:focus on the resource recovery［J］. J Hazard Materi，2013，244:342-347.

［17］MA E，XU Z M. Technological process and optimum design of organic materials vacuum pyrolysis and indium chlorinated separation from waste liquid crystal display panels［J］. J Hazard Materi，2013，263:610-617.

［18］LI J H，GAO S，DUAN H B，et al.Recovery of valuable materials from waste liquid crystal display panel［J］.Waste Manage，2009，29:2033-2039.

［19］梁继军.废液晶显示器热处理过程产物研究［D］. 重庆:西南交通大学，2009.

［20］郭玉文. 废液晶显示器处理关键技术研究［DB/OL］. (2011-10-08).http://www. craes. cn/c/cn/news/2010-07/19/news_1912.html.

［21］聂耳，罗兴章，郑正，等. 液晶显示器液晶处理与铟回收技术［J］.环境工程学报，2008，2(9):1251-1254.○