电子废弃物，俗称“电子垃圾”，是指电子电器产品生产过程中产生的废弃物以及被废弃不再使用的电子电器设备^[1].随着电子产品更新换代速度加快，我国产生大量的电子废弃物.这些电子废弃物成分复杂，有毒化学物质含量较多，如表 1^[2]所列.如果直接填埋或者焚烧，其中重金属会对土壤或水质造成污染，有机物经过焚烧，释放出像二噁英、呋喃等有害气体，对自然环境和人体造成危害.此外，电子废弃物中含有大量的金属和塑料，这些金属元素种类丰富，品位高，极具回收价值.随着全球资源短缺，二次资源的回收利用逐渐成为关注的焦点.电子废弃物，作为重要的“城市矿山”，也越发受到人们的关注.目前，已有许多学者对电子废弃物资源化、无害化处理进行研究^[3-5].

中国电子电器设备生产量、需求量较大，据《中国统计年鉴》，2013年，国内家用电冰箱、空调、洗衣机、电视机和个人电脑生产量分别为9 340.6万台、14 332.9万台、7 201.9万台、14 027万台和72 916.6万台.这些电子电器产品在达到使用寿命后，会产生大量的电子废弃物.此外，我国也是电子废弃物进口的主要地区之一，大量的电子废弃物通过各种渠道转运到中国.我国电子废弃物产生数量正进入一个快速增长的阶段，但我国电子废弃物管理体系还不够完善，大量的电子废弃物尚未建立有效的回收体系和利用方法.

对电子废弃物预测估算方法主要有市场供给模型、市场供给A模型、斯坦福模型、卡内基·梅隆模型、时间梯度模型、“估计”模型^[6].目前，有研究者对不同国家的电子废弃物产生量进行估测，如印度^[7]、苏格兰^[8]、美国^[9]、智利^[10]、韩国^[11]、越南^[12]和荷兰^[13].刘小丽等^[14]选用斯坦福模型，对我国2000~2010年，5类家用电器年度废弃量进行估算；梁晓辉等^[15]选用卡内基·梅隆模型预测5种家用电器产品的废弃量.此外，也有研究者对我国不同省份的电子废弃物生产量进行研究，张相锋等^[16]采用基于百户家庭家电拥有率的保有量系数法和关键系数法，对2015年河南省主要废弃电器电子产品产生量和回收量进行分析预测；张克勇^[17]分别采用市场供给A模型和斯坦福模型，对山西省电子废弃物产生量进行估测.同时，有研究者对北京、广州、上海、南京等城市电子废弃物产生量进行研究^[18-21].然而，在这些现有研究中，仍存在一些问题：第1，简单的假设家用电器的寿命，对预测结果影响较大；第2，现有的大多数有关我国电子废弃物产生量的研究，预测年限较短；此外，目前还尚未有针对我国电子废弃物的有价成分的量化分析研究.我国是一个资源消耗大国，随着矿产资源的枯竭，从电子废弃物中提取回收有价金属，实现资源循环利用，具有重要的意义.本研究的目的是对家用电器废弃物产生量以及有价金属量进行分析计算，为加强电子废弃物的管理提供数据支持.

1 研究对象和方法 1.1 废家用电器产生量估测

家用电器物质流向图如图 1^[22]所示.

选用更适于我国国情的“市场供给模型”估测家用电器废弃物产生量.通过产品销售量和产品寿命对家用电器废弃物产生量进行估算.计算式如式（1）^[23]所示：

${G_t} = \sum\limits_{i = 1} {\left\{ {{P_{t - i}} \cdot {f_t}\left( i \right)} \right\}} $

(1)

式（1）中：G_t为t年国内电子废弃物产生量，P_t-i为（t-i）年国内销售量，f_t（i）为寿命分布函数.国内销售量可通过国内生产量、进口量与出口量的差值算得，5种家用电器的国内生产量、进口量与出口量的数据可从中国统计年鉴^[24]和信息产业年鉴^[25]中获得.

f_t（i）可通过威布尔分布累加函数获得，如式（2）、式（3）所示^[23].

${W_t}\left( y \right) = 1 - \exp \left[ { - {{\left\{ {\frac{y}{{{y_{av}}}}} \right\}}^b} \cdot \left\{ {\Gamma {{\left( {1 + \frac{1}{b}} \right)}^b}} \right\}} \right]$

(2)

${f_t}\left( i \right) = {W_t}\left( {i + 0.5} \right) - {W_t}\left( {i - 0.5} \right)$

(3)

式（2）、式（3）中：y为产品寿命，y_av为t年内平均寿命，b为表示偏差分布的威布尔分布参数，Γ为伽玛函数.

产品平均寿命y_av：Masahiro等^[26]采用多元回归分析方法研究得到一些耐用品的特征与平均寿命的关系，张伟等^[27]统计出主要电子产品使用寿命期，分析中，CRT电视机、空调、冰箱、洗衣机和电脑的参数y_av值分别为12、12.7、11.8、10.1和6.6.

威布尔分布函数参数b：电子耐用品参数b值在1.7~3.3之间^[28-29].在分析中，根据Masahiro等^[26]，CRT电视机、空调、冰箱、洗衣机和电脑的参数b值分别为3.1、2.2、2.8、2.8和2.6.

一般来说，产品消费的增长分为4个阶段：初期阶段，快速增长阶段、饱和阶段、下降阶段.如果阶段性的下降不考虑的话，产品消费的增长数量呈“S”曲线增长^[28].未来我国4大类家用电器（空调、洗衣机、电脑、电冰箱）的国内销售量呈先快速增加、后增长趋缓的发展趋势.研究是根据国内销售量数据（数据来源中国统计年鉴和信息工业报告），代入市场供给模型公式（1）计算得到的家用电器废弃量.但2016~2020年的销售数据是未知的，采用对2000~2015年家用电器销售量的增长规律进行分析，拟定增长率，预测2016~2020年的销售数据，我国电冰箱、洗衣机、空调器在“十三五”期间在3 %左右.台式电脑由于农村“电脑下乡”和企事业单位办公自动化需求，台式电脑“十三五”期间年均增长率在4 %左右^[27].

1.2 废家用电器模块分析

废家用电器模块组成和物质成分.主要对洗衣机、电脑、电冰箱、CRT电视机的模块组成和金属成分进行分析.家用电器被分解为不同模块，分别为钢材、铝材、铜材、线路板等，其中线路板模块由十几种元素组成，把不同模块中相同金属元素累加算得金属积存量.表 2^[30]所列为家用电器模块组成和平均重量，表 3^[28]所列为不同类型电路板中金属含量，计算CRT电视机废弃量时，需先统计出CRT电视机的市场销售量，CRT电视机的市场销售量为彩电销售总量与CRT电视机年销售份额乘积.数据来源主要来自中国统计年鉴^[24]和信息工业报告^[25].

模块分析时，选取在电子电器产品中应用较多的13种金属作为分析对象，按黑色金属（铁），轻金属（铝，锶，钡），重金属（铜，铅，锌，钴，锡，铋）和贵金属（金、银、钯）进行分类，家用电器废弃物的有价金属量按式（4）计算：

${m_i}\left( t \right) = \sum {{M_i}\left( t \right)} \cdot {C_i}$

(4)

式（4）中：m_i（t）为家用电器废弃物中有价金属量，M_i（t）为家用电器废弃物模块含有价金属部分重量，C_i为模块中有价金属含量.

家用电器废弃物模块的重量按式（5）计算获得：

${M_i}\left( t \right) = n\left( t \right) \cdot \bar M \cdot C$

(5)

式（5）中：n（t）为家用电器废弃物数量，M为家用电器废弃物平均重量，C为模块组成.

2 结果与讨论 2.1 我国家用电器废弃物产生量

将相关统计数据代入式（1）~式（3），可得到家用电器废弃物产生量和CRT电视机废弃量，如图 2和图 3所示，2016~2020年中家用电器废弃物产生量是根据预测的国内销售数据计算得到，为了便于分析比较，与2000~2015年数据放置一起处理（在图 2、图 3中用竖直点画线分隔开）.从图 2可知，我国家用电器废弃物产生量将进入一个快速增长的阶段，尤其是空调和个人电脑废弃物产生量，据统计，2010年5种家用电器废弃总量为8 902万台，到2020年彩色电视机、洗衣机、空调、电冰箱、个人电脑的废弃量分别达到4 793万台、4 718万台、5 805万台、4 089万台、6 155万台；5种家用电器2020年总废弃量达到25 560万台，是2010年该数值的3倍；此外，2010~2020年，5种家用电器废弃产生量累计超过18亿台.

彩色电视机包括CRT电视机、平板电视机（PDP电视机、LCD电视机），平板电视机从2005年开始进入我国市场，并逐渐取代CRT电视机，到2015年，CRT电视机将完全被取代.从图 2可知2015年CRT电视机废弃量达到峰值2 900万台，但2016~2020年，CRT电视机废弃量仍较大，2020年该数值为1 950万台，2010~2020年，CRT电视机废弃量累计约4亿台.

2.2 家用电器废弃物中有价金属含量分析

在计算得到家用电器废弃量和CRT电视机废弃量的基础上，由式（4）、式（5）得到有价金属含量，如图 4所示.从图 4可知，在家用电器中应用最多的铁，铝和铜含量处于一个爆发式的增长阶段，2020年，洗衣机、空调、电冰箱、CRT电视机废弃物中，分别含铁344万t、铝34万t、铜68万t，2000~2020年，家用电器废弃物中累积含铁2 672万t、铝261万t、铜540万t.

锶、钡、铋的含量呈现一个先增加，后减少的趋势，2015年达到峰值；因为锶、钡主要用于CRT电视机中阴极射线管玻璃，铋用于印刷线路板，而随着技术革新，阴极射线管电视机被平板显示电视机取代，这些金属的用量也会相应减少.

其他重金属锡、铅、锌、铋含量都呈现增长趋势，家用电器废弃物中锡，铅，锌的含量相对较多.据估测，2020年，家用电器废弃量中锡、铅、锌的量分别为3 444 t、1 329 t、867 t，2000~2020年，其累加量分别为34 868 t、17 126 t、9 200 t，这些重金属具有持久性、毒性大、污染严重等特点，且成分复杂，如处置管理不当，会对人与自然环境造成严重的危害.

家用电器废弃物中贵金属回收极具经济价值，金呈现增长趋势，银、钯呈现先增长，后减少的趋势. 2020年家用电器废弃物中含金量超过2 t，含银量超过11 t.而2000~2020年家用电器废弃物中含金、银、钯累积量分别达到21 t、150 t、16 t；

3 结论

对2000~2020年我国家用电器废弃物及其有价金属产生量进行分析.通过以上估测结果，主要结论如下：

1）我国电视机、冰箱、空调、洗衣机、电脑等5种主要家用电器废弃量都进入一个快速增长的阶段.在2020年，5种主要家用电器废弃量预计将会是2010年该数值的3倍. 2010~2020年，5种废家用电器产生量累计超过18亿台.

2）虽然由于技术革新，产品更新换代，CRT电视机废弃量从2015年开始减少，但是废弃量仍非常大，2010~2020年，CRT电视机废弃量累计约4亿台.

3）家用电器废弃物的模块分析结果表明：在家用电器中应用最多的铁，铝和铜含量较大，处于一个快速的增长阶段，其他重金属锡、铅、锌、钴含量都呈现增长趋势；贵金属金呈现增长趋势，银、钯呈现先增长，后减少的趋势.

虽然只对几种主要家用电器废弃物及其有价金属产生量进行了估测，但是研究方法对其他电子电器产品同样适用.家用电器废弃物处理回收，不仅缓解了生态环境压力，而且应对解决资源短缺问题，也是一个很好的途径.这项研究对政府和企业的决策者在考虑电子废弃物的有效管理时，能够提供一定的数据支持.