废弃办公设备关键部件处理环境影响研究

谭全银,梁扬扬,董庆银,刘丽丽,李金惠(清华大学环境学院,北京 100084)

固体废物

废弃办公设备关键部件处理环境影响研究

谭全银,梁扬扬*,董庆银,刘丽丽,李金惠*(清华大学环境学院,北京 100084)

分析了废弃办公设备关键部件——硒鼓和墨盒的组成.采用层次分析法对硒鼓和墨盒现有处理处置技术进行评价,结果表明硒鼓和墨盒目前国内较为适宜的处理技术均为人工拆解法,评估过程中环境因素和经济效益的权重较高.研究还采用生命周期评价方法,对硒鼓和墨盒处理处置过程对环境的影响进行了评估.评价采用SimPro软件和Eco-indicator 99方法进行.评价结果显示硒鼓人工拆解的环境效益为535.2mP t高于该过程产生的环境影响(27.3mPt).环境效益主要来源于对硒鼓中塑料、金属和磁性材料的回收,以及墨粉焚烧过程中热量回收.硒鼓人工拆解过程和危险废物处理会对带来一定环境影响.墨盒人工拆解过程将带来271.0mPt的环境效益以及10.8mPt环境危害,其中环境效益是由塑料回收带来的.清洗用水、清洗试剂的使用等环节带来一定的环境影响.从人体健康、生态质量和资源保护3个指标来看,硒鼓人工拆解过程带来的环境效益,主要体现在减少对人体健康的威胁,比例约为68.4 %.墨盒人工拆解带来的环境效益,主要体现在对资源的保护,比例约为84.1 %.

废弃办公设备；硒鼓；墨盒；层次分析法；生命周期评价

2009年,我国发布了《废弃电器电子产品回收处理管理条例》(国务院令第551号,以下简称《条例》),率先在电器电子领域实行生产者责任延伸制度.配套《条例》的执行,我国还建立了关于废弃电器电子产品处理的目录制度、基金制度、行业规划制度、处理企业资格许可制度、信息管理制度等,为我国废弃电器电子产品管理工作提供法律法规及制度保障.自2012年7月《废弃电器电子产品处理目录》实施以来,经正规渠道回收处理的五大类废弃电子产品从最初的每年4000万台上升到2015年的7500万台[1].随着我国废弃电子产品产生量的不断增加,原有管理制度的日趋健全和完善,适时考虑将其他类废弃电气电子产品列入目录并进行管理势在必行.已有采用市场供给 A模型进行废弃办公设备报废量预测的研究结果表明,预计2015～2020年全国打印机报废量可从 4000万台左右增长到 5000万台左右,复印机报废量可从56万台左右增长到92万台左右,约为废弃打印机的 1.1%～2.2%左右[2],但单个复印机体积和重量约为打印机的5～8倍.废弃办公设备产生量已经接近或超过洗衣机、冰箱、空调等废弃量.经国务院批准,国家发展和改革委员会等部门发布了 2015 年第 5号公告,公布了《废弃电器电子产品处理目录(2014年版)》(以下简称 2014年版目录),调整扩大了目录范围,由过去的5类产品扩大到14类产品.其中废弃办公设备所包含的打印机、复印机和传真机3种设备,分别作为第7、8和9类废弃电器电子产品列入到2014年版目录中,标志着其正式列入《条例》的管理范畴.

国外从20世纪90年代开始已经开展废弃办公设备,尤其是硒鼓墨盒等耗材的回收处理工作[3],主要包括整机和硒鼓/墨盒的再制造,以及材料的再利用.据欧洲硒鼓和墨盒再制造协会数据显示,全球范围内约有10000家再制造商,超过65000从业人员,销售的硒鼓中约20%～30%为再制造产品[4].日本的《废旧小型电子产品等再资源化促进法》将打印机和其他打印装置(包括复印机)列入到小家电的对象制品中,规定对其产品中使用的金属等有用资源进行回收利用.其境内的富士施乐、佳能、柯尼卡美能达、精工爱普生等均进行硒鼓和墨盒的再制造及材料再利用[5-8].美国部分零售商设有回收亭专门回收墨粉盒、硒鼓等.施乐美国提供3种方式回收废弃设备,并且由施乐公司提供运费和回收费用.回收的产品部分通过再制造进行零部件再利用,不能再利用的部分进行材料回收.同时,其与Close the Loop 公司合作进行部件的回收和再利用,其中碳粉转化为黑 LC产品,作为塑料制造业的染色剂进行再利用;金属和塑料部分作为原材料用于生产新的产品和部件[9].根据施乐公司报告,平均 60%(体积)以上的回收硒鼓用于再制造,剩余部分回收材料.

目前我国专门从事废打印机回收拆解的企业较少,除富士施乐爱科制造(苏州)有限公司是专门拆解处理废打印机/复印机企业,另仅有北京、天津、上海和江苏省几家废弃电器电子产品企业具有废打印机/复印机的拆解处理线.具有废打印机复印机处理线的企业也多数只是进行简单拆解和再利用,将金属框架、塑料壳体和电路板等有价值材料出售.拆解方式主要为手工和单工位拆解,部分关键拆解产物进行深度资源化处理.

随着废弃办公设备的回收处理日益引起关注,部分学者对其所含部件或组分潜在环境影响和风险进行了分析评价. KOSEKI[10]对墨粉爆炸性进行了研究,降低处理设备周围的氧含量可以有效减低墨粉爆炸的风险.Salhofar等[11]的研究成果表明硒鼓墨盒的危害主要来源于苯系物(BTEX)和多环芳烃(PAHs).阮久莉等[12]对设备回收阶段和处置阶段的生命周期评价结果显示,废弃打印复印一体机处理处置阶段可获得积极的环境收益,同时推进塑料和金属再利用技术的研发可以促进相应环境收益的提高.但目前对于废弃办公设备尤其是硒鼓和墨盒等关键部件,在处理过程中的技术选择以及处理过程对环境的影响研究较少,并缺乏系统分析.

综上,本文对废弃办公设备中关键部件—硒鼓和墨盒的组成进行分析,并探究其中可能对环境和人体健康有害的物质;综述现有硒鼓和墨盒的处理处置技术,并采用层次分析法对各种技术进行评价,筛选目前较为适宜的处理处置技术;采用生命周期评价的方法对硒鼓和墨盒处理处置过程对环境的影响进行评估,为我国废弃办公设备回收处理实践和管理工作提供参考.

1 研究方法

采用的研究方法主要包括层次分析法和生命周期评价方法,对于目前废弃办公设备关键部件处理技术进行评估,筛选出较为适宜的处理技术;并基于评估和筛选结果,进一步对处理过程环境影响进行分析和评价.

1.1 处理技术评估—层次分析法

技术评估采用群决策的理论进行,美国著名运筹学家Saaty从实际应用出发提出一种定性与定量相结合的决策方法––层次分析法,为群决策问题的解决提供了有效的工具[13].利用层次分析法解决问题,关键的一步是建立准确的判断矩阵.由于每位专家(决策者)对判断对象了解程度的不同以及各自不同的偏好,由群体统一建立判断矩阵很难达成一致,为了解决此矛盾,先让每位专家各自建立一个判断矩阵,然后采用方法集结为群的决策结果.对于专家的决策结果集结的方法有两大类,一种是对判断矩阵的集结,另一种为对排序向量的集结,上述两种方法各有特点和优缺点,一般情况下采用第二种方法较为适宜.群体规模的大小对交互过程有着直接的影响,综合考虑决策的质量和意见一致性采用5人群决策.

如图 1所示为研究所建立的目标层次结构模型.该模型包含四个层次:第一层为总目标层;第二层为准则层,包括四个主要因素指标,即技术、经济、资源、环境;第三层为指标层,列出了各主要指标需要考虑的子指标,其中技术因素包括:技术适用性、技术先进性和技术可靠性;经济因素包括投资成本、运行维护费、经济效益;资源因素包括利用率和利用难度;环境因素包括废水、废渣和废气;第四层为备选方案,为硒鼓和墨盒目前的处理处置技术.

图1 硒鼓或墨盒处理技术层次结构模型Fig.1 Hierarchical structure model of toner cartridge and ink cartridge treatment technologies

硒鼓和墨盒处理技术的层次结构模型由 5位专家进行打分,构建出5组(每组15个)判断矩阵.采用加权几何平均群排序向量法对每位专家的计算结果进行集结,分别求出它们的排序向量,然后求出它们的加权几何平均群排序向量.各位专家的评价结果采用平均权重.

1.2 环境影响评价—生命周期评价

依据生命周期评价法,采用SimaPro软件,对废弃办公设备拆解得到的关键部件––硒鼓和墨盒,进行处理过程的环境影响评价.在确定评价目标、边界等信息之后,进行清单分析,采用的数据来源于实验室拆解试验以及文献资料等,具体评价方法为Eco-indicator 99生态指数法.其中:

1)评价目标和边界

研究的目标是分析、评价废弃办公设备拆解产生的硒鼓和墨盒在处理过程中所涉及的原料、能源等的投入,以及对环境中三废的排放等情况,不包括废弃办公设备的收集和运输过程,以及废弃办公设备的拆解过程.

2)功能单位

本研究选取的功能单位为1kg硒鼓或墨盒. 3)数据清单

处理废弃办公设备硒鼓或墨盒1000kg,其组成数据主要通过拆解实验和检测得出,部分参考文献中数据以及软件数据库中信息.

2 废弃办公设备关键部件处理技术

2.1 硒鼓和墨盒部件组成

硒鼓和墨盒分别是激光打印机(或多功能机)和喷墨打印机(或多功能机)的关键部件.

2.1.1 硒鼓 硒鼓主要由塑料盖、感光鼓、磁辊/显影辊、充电辊、刮板、螺丝、弹簧、销钉、芯片和塑料外壳(包括粉仓和废粉仓)等构成.其中约含有 40%左右的塑料,40%金属以及其他少量的橡胶、墨粉等,一般可以回收 97%左右的材料[14].具体构成比例见表1.

表1 硒鼓材料构成Table 1 The composition of toner cartridges

废弃硒鼓中一般会残余 10%～20%(质量分数)的墨粉,其主要是由有机聚合物、四氧化三铁和二氧化硅颗粒等混合而成[17-18].具体构成及比例见表2.

表2 墨粉构成[15,19-20]Table 2 The composition of toner[15,19-20]

由于墨粉是一种微细的粉末,粒子易带电起火燃烧,常规干法处理容易爆炸,增加了对其完全处理的危险和难度.炭黑被国际癌症研究机构分类为可能致癌物质.相关研究表明,有足够证据证明炭黑在动物实验中是有致癌性的,但是对人类是否存在致癌性证据尚不充分.同时该研究还证实,在使用产品过程中,不会发生明显的人体炭黑暴露情况[21].对废弃硒鼓残留墨粉的爆炸参数研究[20]结果指出,墨粉的爆炸压力较低但爆炸指数较高,易产生燃烧和爆炸;同时针对墨粉的粉尘层着火温度测试表明,在高于 400℃时不着火,说明墨粉不容易自燃.

2.1.2 墨盒 墨盒是喷墨打印机中用来存储打印墨水,并最终完成打印的部件.按照组成结构可分为一体式和分体式,一般由墨水仓、液压平衡器、能量发生器、墨滴通道(喷头)等四部分组成.墨盒的外壳一般由聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等塑料制成.墨水根据其溶剂进行分类,主要为水性墨和油性墨两种;按照色基进行分类,主要为染料型墨水和颜料型墨水,两种分类方法在实际应用中有交叉,目前喷墨打印机用商品化墨水大多数属于染料型墨水.

墨水的组成成分主要包括:溶剂、着色剂、表面活性剂、pH值调节剂和催干剂,以及消泡剂、分散剂等其他添加剂.溶剂作为墨水的主要载体,决定了墨水的性能.喷墨印刷墨水的溶剂常采用去离子水和水溶性有机溶剂的混合物.水溶性墨水具体构成见下表[22].

墨水在生产、使用和废弃阶段涉及的环境和人体健康影响主要源于其中所含有的有机溶剂.部分墨水使用的有机溶剂具有刺激性气味,不利于人体健康,甚至部分假冒墨水的有机溶剂中甲醇含量高达 16%.同时,墨盒废弃后,其处置阶段清洗环节还会产生大量带色废水,需进一步处理后才能排放[23].

表3 水溶性墨水成分构成Table 3 The composition of water-soluble ink

2.2 硒鼓处理技术

废弃硒鼓中具有潜在环境风险的物质为墨粉,处置不当会对环境造成一定的影响.目前,有关废弃硒鼓的回收还处于初期探索阶段,鲜有相关回收工艺的文献报道,有少量专利提出了废弃硒鼓回收处理系统和工艺,但均存在一定的缺陷和安全隐患.目前硒鼓拆解处理技术主要包括人工拆解、机械拆解和焚烧处理3种处理技术.

2.2.1 人工拆解 人工拆解采用螺丝刀和钳子等工具,在密封或半密封状态拆解台上进行操作,避免拆解产生的墨粉扩散,拆解过程中工作人员进行必要的防护.主要的拆解过程为将硒鼓置于操作台上,撬开卡壳,之后用螺丝刀去除侧部螺丝钉,将硒鼓分为两部分;取出感光鼓、磁辊/显影辊等;拆除清洁刮刀,将废粉仓中的墨粉倒出,放置于专用的收集容器中;拆除充电辊、清洁刮刀,将粉仓中剩余墨粉倒出,放置于专用的收集容器中;将各零部件分类放置于专用容器中.人工拆解硒鼓可以很好的将各种材料进行分类,便于材料的回收利用.但拆解效率较低,墨粉去除不彻底,拆解过程中要注意墨粉的收集,面对日益增长的废弃硒鼓数量,人工拆解将逐渐不能满足拆解需求.

2.2.2 机械拆解 上海第二工业大学[16]开发了一套废弃硒鼓回收流水线,该生产线包括粉碎、除粉、磁选、高压气流清洗等工序,由输送机、粉碎机、磁选机、高压气流清洗机、脉冲袋式除尘器等主体设备组成,生产作业在密封状态下进行.可实现废旧硒鼓的自动化破碎和高效分离,在回收墨粉的同时分离回收了废旧硒鼓中的金属和非金属,达到废旧硒鼓资源化再生利用的目的.Ruan等[23]设计了一套机械处理线,用于回收处理硒鼓和墨盒,主要包括剪切工序、磁选分选和涡流静电分选.并与人工拆解分离效率进行了比较,结果显示此机械回收处理线能很好的回收废旧硒鼓.

机械破碎拆解采用多级破碎,并结合风选、磁选和涡流分选等分选技术,将硒鼓整体破碎,分选出塑料、金属、墨粉等不同的材料,效率高、墨粉去除得更彻底,机械化程度高,是以后发展的主流方向,但目前机械破碎拆解尚存在流程过长、能耗和成本高的问题,需要进一步的完善.

2.2.3 焚烧 部分公司回收得到的打印机复印机等,经拆解后产生的硒鼓需按照危险废物管理,交予有资质的危险废物处理企业通过焚烧进行安全处置.

2.2.4 无害化处理 废弃硒鼓中墨粉经安全收集后,需要对其进行无害化处理,主要包括再利用技术和热处理技术.

废弃墨粉的再生利用,包括制造再生墨粉及将墨粉作为添加剂制备其他产品两种途径.刘漫青等[24]探究了墨粉再生的可能性.废弃的墨粉经过筛分、干燥、分选等处理后,再按照传统工艺重新制造新品种的墨粉,结果显示再生的墨粉与原装墨粉质量相同.Ayers等[25],以及Yildirim 等[26]研究了从复印机回收到的废弃墨粉应用于生产沥青粘合剂和沥青混凝土的工艺技术.研究表明废弃墨粉可以作为沥青混合料的有益添加剂使用.

墨粉的热处理技术主要包括裂解处理和高温焚烧处理.董金庆等[27]开发了一种废弃墨粉资源化处理工艺,通过裂解反应使得废弃墨粉中的有机物转化为可燃液体成品油以及固态渣体,从而达到废弃墨粉的无害化处理并实现资源化.该技术于2001年开发研制并试运行,该方法虽然可行但生产成本远大于产品的价值,实际应用价值不大.Yordanova等[28]分析了不同种类墨粉的组成和热值,结果表明所有样品都具有较高的热值,适合进行能量回收.但研究同时还指出,由于墨粉的颗粒较小,需要采取相应的尾气处理措施.

2.3 墨盒处理技术

由于墨盒构成相对简单,可回收材料主要为塑料外壳,回收价值较低,针对其处理处置技术的研究较少.根据目前技术现状,主要可分为人工拆解法、机械拆解法以及焚烧处理法.

2.3.1 人工拆解 采用螺丝刀和老虎钳等工具,在拆解台上进行操作,拆解台有墨水收集装置,避免拆解过程中墨盒剩余墨水污染环境,拆解过程中工作人员进行必要的防护,包括口罩和手套等.拆解过程包括将墨盒置于实验台上,撬开盖子处的卡槽,取出残存墨汁的墨盒,摘除墨盒处的电路板等.用刀具切开墨盒盒体,将残存墨汁倾倒于特定容器中,将切开的墨盒体塑料外壳置于特定容器中,之后集中进行机械破碎回收利用塑料.此处人工拆解,指墨盒分离过程,得到的塑料外壳进一步回收利用,仍需要利用机械破碎.

2.3.2 机械拆解法 澳大利亚的封闭环技术有限公司[29]开发了一套用于喷墨墨盒回收墨的方法,并设计了相应装置,包括墨盒破碎装置、清洗平台和排放平台.主要步骤为破碎机将墨盒破碎成块,释放其中的墨水;之后在溶剂施加装置中加入与墨水相溶的溶剂,促进墨的释放;最后在分离机中将墨盒碎块与溶剂分离.爱普生[8]位于日本长野的一座废弃墨盒回收处理厂四王事业所(Ings Shinano),对回收来的废弃墨盒根据回收材料的不同将组件分为低、中、高三个等级.经过分类的墨盒通过装置去除芯片和墨盒盖,然后再对其余的墨盒组件进行下一步处理.墨盒盖经过机械筛选和清洗后进行粉碎,得到的聚丙烯(PP)材料在爱普生循环利用.惠普公司[30]对其生产的墨盒进行回收再利用的流程主要包括:回收来的墨盒分类后,进行拆解处理,分选得到塑料、金属和墨水等;之后进行破碎处理,得到的树脂材料与回收得到的水瓶塑料碎片一起再用于制造墨盒.

2.3.3 焚烧处理 部分公司回收到的打印机复印机等,经拆解得到塑料、金属等不同的材料后,分别进行销售或资源化利用.拆解产生的墨盒按照危险废物交予有资质的危险废物处理企业进行焚烧处理.

3 结果与讨论

3.1 硒鼓和墨盒处理技术评估

硒鼓的资源化处理技术主要涉及硒鼓的拆解处理和墨粉的处理处置两部分,其中硒鼓的拆解处理过程是硒鼓资源化处理的关键步骤,包括人工拆解,机械拆解和焚烧处理3种;墨盒的处理技术主要包括人工拆解、机械拆解和焚烧处理.采用层次分析法对废弃硒鼓和墨盒处理过程中的技术、经济、资源和环境表现进行评估,以筛选出目前我国最适宜废弃硒鼓和墨盒处理处置的技术.

采用层次分析法进行硒鼓和墨盒处理技术评估的结果显示:准则层中4个影响因素指标的权重次序依次为经济(0.4031)、环境(0.3271)、技术(0.1613)和资源(0.1085).说明经济因素和环境因素是技术方案选取时最为关键的指标,也是技术方案在推广过程中最需要关注的因素.同时,备选方案的技术因素和资源因素也应该在方案比选和推广中依次给予一定程度的考量.指标层中各子指标对总目标的权重结果显示:经济效益(0.1459)排在第一位,运行维护费(0.1307)和投资成本(0.1265)也应重点考虑,此外,技术方案选取时,环境因素中废渣(0.1136)、废气(0.1122)和废水(0.1013)等因素也是重要的参考标准.

硒鼓和墨盒最终技术方案对总体目标的影响权重如表4和表5所示.分析结果表明:硒鼓拆解处理技术中,人工拆解权重为0.4157,机械拆解权重为0.3774,焚烧处理技术权重为0.2149.结合当前国内废硒鼓处理产业发展实际情况,人工拆解处理技术是目前最适宜的硒鼓处理技术.至于硒鼓拆解产生的墨粉的处理方法,由于目前墨粉再利用技术尚不成熟,商业利用价值较低;且回收的墨粉各种型号和品牌混杂在一起,难以进行再利用,因此综合考虑,采用热处理中的焚烧处理法较为适宜.

墨盒拆解处理技术中,人工拆解法权重为0.3635,焚烧处理法和机械拆解法权重分别为0.3452和 0.2913.结合当前的处理产业发展实际情况,人工拆解法是目前最适用的墨盒处理技术.墨盒人工拆解法可以很好的分离墨盒中的芯片,去除残余的墨水,避免在壳体破碎过程中污染环境.此外,由评估结果可知,焚烧处理法和人工拆解法权重相差较少.墨盒中主要有价物质为树脂材料,价值较低,但其中含有的墨水在处理过程中需要进行收集,并对树脂材料进行清洗,造成经济成本上升,因此,焚烧处理法也可以作为适宜的处理方法.

表4 硒鼓处理各技术选项的权重和排名Table 4 The weight and ranking of toner cartridges treatment technologies

表5 墨盒处理各技术选项的权重和排名Table 5 The weight and ranking of ink cartridgestreatment technologies

3.2 硒鼓和墨盒处理过程环境影响评价

根据上述评估结果,国内目前最适宜的硒鼓和墨盒处理技术均为人工拆解处理法.采用Simapro软件和Eco-indicator 99方法对废弃办公设备中硒鼓和墨盒处理过程潜在的环境影响和环境效益进行评价.硒鼓拆解处理过程包括硒鼓的拆解过程和墨粉的焚烧处理过程.拆解产生的包装纸、有机隔膜等作为废物处理,评价过程中具体数据、来源以及假设情况如表6所示;墨盒拆解处理过程包括墨盒的拆解和清洗,其中墨盒中残余墨水假设为 10%,试验用清洗试剂在数据库中不可得,评价过程中采用有机溶剂丙酮数据进行替代.评价过程中具体数据、来源以及假设情况如表7所示.

表6 硒鼓处理评价过程中数据来源及假设Table 6 The data sources and assumptions in the assessment of toner cartridges treatment

表7 墨盒处理评价过程中数据及其来源假设Table 7 The data sources and assumptions in the assessment of ink cartridges treatment

硒鼓处理过程环境影响评价结果如图 2所示.其中,硒鼓人工拆解处理过程环境影响为27.3mPt,环境效益为 535.2mPt,整体来看硒鼓拆解和处理过程可带来较大的环境效益.环境效益主要体现在对硒鼓中塑料、金属和磁性材料的回收,以及墨粉焚烧过程中热量回收.其中磁性材料的回收占总环境效益的 41.6%;其次为金属回收带来的环境效益(38.6%),金属回收中主要是铝的回收带来的环境效益较大;塑料回收带来的环境效益为整体的19%左右.同时,硒鼓人工拆解过程和危险废物处理对环境带来一定影响,这其中最主要的是人工拆解,占环境影响的95%左右,人工拆解需要一定的占地等因素是对环境造成影响的主要原因.

从人体健康、生态质量和资源保护3个指标来看,硒鼓拆解处理过程带来的环境效益,主要体现在减少对人体健康的威胁,比例约为 68.4%,其次是对资源的保护(30%),最后为对生态系统质量的保护方面,为1.6%左右.

由评价过程知,硒鼓的材料构成对环境效益有较大影响,改变初始参数设置,按照表1中样品1构成进行计算,对结果进行敏感性分析发现:综合来看,材料构成的改变使总体环境效益降低了6.2%.其中带来环境效益最高的环节是金属铝的回收,占41.6%,其次为磁性材料回收;环境影响仍为人工拆解过程带来.磁性材料构成降低,是环境效益降低的主要原因.

墨盒处理过程环境影响评价结果如图 3所示.其中,墨盒人工拆解过程的环境影响是10.8mPt,环境效益为 271.0mPt,整体来看墨盒拆解处理过程将带来较大的环境效益.具体而言,环境效益是由塑料回收过程带来的.同时,墨盒清洗用水、试剂使用等因素以及外壳破碎过程耗电对环境造成一定的影响,其中用电占环境影响的65.5%;清洗试剂的使用对环境影响比例为34.4%.墨盒外壳在回收利用过程,破碎是必须的环节,如何降低清洗过程对环境造成的影响,使用环境无害的清洗试剂将是进一步研究的方向.

图2 废弃硒鼓处理过程对环境的影响Fig.2 Environmental impacts of waste toner cartridges treatment process

图3 废弃墨盒处理过程对环境的影响Fig.3 Environmental impacts of waste ink cartridges treatment process

从人体健康、生态质量和资源保护3个指标来看,墨盒拆解处理过程带来的环境效益,主要体现在对资源的保护,比例约为 84.1%,其次是减少对人体健康的威胁(15.4%),最后为对生态系统质量的保护方面,为0.4%左右.

改变墨盒构成数据,对结果进行敏感性分析发现:墨盒塑料构成由90%降低为80%,总体环境效益降低了 7.4%,对环境影响较小.由于墨盒回收过程的环境效益主要来源于对材料的回收,塑料构成的降低直接导致了环境效益下降,但对于清洗剂和用水影响较小,因此造成的环境影响变化不大.

4 结论

随着2014年版目录的颁布实施,废弃办公设备正式列入《条例》的管理范畴,对于硒鼓和墨盒等关键部件处理处置技术的选择以及处理过程对环境的影响研究较少.硒鼓中含有 40%左右的塑料和40%左右的金属,可回收利用潜力大,目前主要处理技术包括人工拆解、机械拆解以及焚烧处理;墨盒主要构成材料为塑料,回收处理方法主要有人工拆解、机械拆解以及焚烧处理,回收处理过程应注意墨水的收集.采用层次分析法对硒鼓和墨盒的处理处置技术进行评估.结果显示国内目前较为适宜的硒鼓和墨盒处理技术为人工拆解法,人工拆解过程可以较好的收集残余的墨粉和墨水,避免其逸散或泄露对环境造成更大范围的污染.同时可以更好的分离各种材料,提高材料利用率;机械处理法,流程较长且需要针对不同型号开发不同拆卸装置,适用性较差.但机械处理法具有效率高等特点,是硒鼓和墨盒处理处置发展的方向.

采用生命周期评价方法对硒鼓和墨盒处理过程中对环境的影响进行评估,结果表明硒鼓和墨盒的人工拆解均可带来净环境效益.其中硒鼓拆解的环境效益和环境影响分别为535.2mP t和27.3mPt.环境效益主要体现在对硒鼓中塑料、金属和磁性材料的回收,以及墨粉焚烧过程中热量回收.墨盒拆解过程将带来271.0mPt的环境效益和10.8mPt环境危害.环境效益由塑料回收带来.从人体健康、生态质量和资源保护3个方面看,硒鼓人工拆解过程带来的环境效益,主要体现在减少对人体健康的威胁,比例约为 68.4%,对资源和对生态系统质量的保护分别为30%和1.6%.墨盒人工拆解带来的环境效益,主要体现在对资源的保护,比例约为 84.1%,减少对人体健康的威胁和对生态系统质量的保护方面分别为 15.4%和0.4%左右.

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Study on the environmental impact of waste office equipment critical component treatment.

TAN Quan-yin, LIANG Yang-yang*, DONG Qing-yin, LIU Li-li, LI Jin-hui*(School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China). China Environmental Science, 2017,37(7)：2646～2655

This paper analyzed the composition of toner cartridges and ink cartridges, which are the key components of the waste office equipment. Evaluations of the toner cartridges and ink cartridges treatment technologies were conducted by adopting Analytic Hierarchy Process (AHP), which included evaluation model construction, experts scoring, and evaluation. The results showed that manual dismantling was the most suitable technology for the waste treatment of toner cartridges and ink cartridges. Additionally, the environmental factor and economic benefit presented higher weights during the evaluation process. The environmental impact of the toner cartridges and ink cartridges disposal processes were assessed through the life cycle assessment (LCA) method, employing the SimPro software and Eco-indicator 99method. It was observed that an environmental benefit of 535.2mPt could be obtained during the manual dismantling process of toner cartridges, which was higher than their environmental impact (27.3mPt). The environmental benefits mainly came from the recycling of plastics, metals and magnetic materials in toner cartridges, and the heat recovery from toner incineration. The toner cartridge dismantling process and the disposal of hazardous waste generated, could have synergistic environmental impacts. Ink cartridge manual dismantling process resulted in environmental benefits of 271.0mPt and environmental impacts of 10.8mPt. Environmental benefits mainly came from plastics recycling. The environmental impacts were caused by the consumption of water and washing reagents for ink cartridges cleaning, and electricity for housing plastics crushing. From the point of view of these three indicators-human health, ecosystem quality and resources, the most significant environmental benefit brought by the toner cartridge manual dismantling process was due to reduction in the threats to human health by 68.4%. Meanwhile, the most significant environmental benefit by ink cartridges manual dismantling was 84.1% conservation resources.

waste office equipment；toner cartridges；ink cartridges；analytic hierarchy process；life circle assessment

X705

A

1000-6923(2017)07-2646-10

谭全银(1989-),男,贵州兴义人,助理研究员,博士,主要从事固体废物管理及资源化技术研究.

2016-12-06

港澳台科技合作专项(2014DFM90170)

* 责任作者, 梁扬扬, 工程师, liangyangyang@tsinghua.edu.cn; 李金惠, 教授, jinhui@tsinghua.edu.cn