環(huán)境材料學 第三章

第三章材料的環(huán)境影響評價3.1常見的環(huán)境指標及其表達方法第三章材料的環(huán)境影響評價衡量材料環(huán)境影響的定量指標能耗環(huán)境影響因子環(huán)境負荷單位單位服務(wù)的材料消耗生態(tài)指數(shù)生態(tài)因子第三章材料的環(huán)境影響評價能耗

20世紀90年代初，歐洲的一些旅行社為了推出綠色旅游和滿足環(huán)保人士的度假需求，曾用能耗來表達旅游過程的環(huán)境影響。例如：對某條旅游線路，坐飛機的能耗是多少？坐火車的能耗是多少？自駕車能耗是多少？第三章材料的環(huán)境影響評價在材料的生產(chǎn)和使用過程中，也有用能耗指標來表示其對環(huán)境影響，如下表。材料鋼鋁水泥能耗31.836.7142.4一些材料生產(chǎn)過程的能耗比較MJ/t第三章材料的環(huán)境影響評價2.環(huán)境影響因子

EnvironmentalAffectFactor，EAF

EAF=【資源，能源，污染物，生物影響，區(qū)域性】把材料的生產(chǎn)和使用過程中原材料和能源的投入及廢物的產(chǎn)出都考慮進去,這樣比能耗指標更全面綜合一些第三章材料的環(huán)境影響評價3.環(huán)境負荷單位

EnvironmentalLoadUnit，ELU主要由瑞典環(huán)境研究所完成的，現(xiàn)在在歐美較流行。由于單位材料的質(zhì)量環(huán)境負荷單位是一種無量綱單位，在實際應(yīng)用中如何換算某種材料的環(huán)境負荷單位并與其他材料的環(huán)境影響進行比較，目前沒有完全為公眾了解和接受。第三章材料的環(huán)境影響評價4.單位服務(wù)的材料消耗Materialsintensityperunitofervice,MIPS指在某一單位過程中的材料消耗量，可是生產(chǎn)過程或消費過程5.生態(tài)指數(shù)Eco-point

對某一過程或產(chǎn)品，根據(jù)其污染的產(chǎn)生量及其他環(huán)境作用的大小，綜合計算出該產(chǎn)品或過程的生態(tài)指數(shù)，判斷其環(huán)境影響程度。6.生態(tài)因子Eco-indicator，ECOI

一部分是材料的環(huán)境影響（EnvironmentalImpact,EI）包括資源、能源的消費，以及排放的廢水、廢氣、廢渣等污染物，以及其他環(huán)境影響。另一部分考慮材料的使用或服務(wù)性能（ServicePerformance，SP）包括材料的強度、韌性、熱膨脹系數(shù)、電導率等指標。ECOI=EI/SP

第三章材料的環(huán)境影響評價3.2材料環(huán)境影響評價方法與標準

早期曾采用單因子方法來評價材料的環(huán)境影響。

20世紀90年代初，專家提出綜合的評價方法

生命周期評價方法（LifeCycleAssessment,LCA）

已經(jīng)成為世界通行的方法，是ISO14000標準系列之一。3.2.1LCA起源

LCA起源于20世紀60年代化學工程中應(yīng)用的“物質(zhì)-能量流平衡方法”。20世紀80年把“物質(zhì)-能量流平衡”代引入到工業(yè)產(chǎn)品整個壽命周期分析中，以考察工藝過程中各個環(huán)節(jié)，即從原材料提取、制造、運輸與分發(fā)、使用、循環(huán)回收，直至廢棄的整個過程對環(huán)境的綜合影響，這種方法后來被稱為“從墳?zāi)沟綋u籃”（FromCradletoGrave）的生命周期評價技術(shù)。

LCA作為正式的環(huán)境評價術(shù)語由國際環(huán)境毒理和化學學會（SocietyofEnvironmentalToxicologyandChemistry,SETAC）1990年提出，并給出了LCA定義和規(guī)范3.2.2LAC的定義LCA作為正式的環(huán)境評價術(shù)語是由SETAC和ISO推出的所謂生命周期評價技術(shù)（LCA）是一種評價某某一過程、產(chǎn)品或事件從原材料投入、加工制備、使用到廢氣的整個生態(tài)循環(huán)過程中環(huán)境負荷的定量方法。顯然，對材料的生產(chǎn)和使用過程，采用LCA來評價其對環(huán)境的影響是全面和綜合的。3.3LAC的技術(shù)框架及評價過程3.3.1LAC目標和范圍定義需要定義的LCA評價目標主要包括界定評價對象、實施LCA評價的原因，以及評價結(jié)果的輸出方式。功能單位是評價環(huán)境影響大小的度量單位。系統(tǒng)邊界確定了哪些過程應(yīng)該包括到LAC評價范圍中。 數(shù)據(jù)是指在LCA評價過程中用到的所有定性和定量的數(shù)值或信息，這些數(shù)據(jù)可能來自測量到的環(huán)境數(shù)據(jù)，也可以是中間的處理結(jié)果。為保證LCA評價方法符合國際標準，評價結(jié)果客觀或者可靠，在LCA評價過程結(jié)束后可以邀請第三方對結(jié)果進行審核。3.3.2編目分析根據(jù)評價的目標和范圍定義，針對評價對象收集定量或定性的輸入和輸出數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行分類整理和計算的過程稱為編目分析。即對產(chǎn)品整個壽命周期中消耗的原材料、能源以及固體廢棄物、大氣污染物、水體污染物等，根據(jù)物質(zhì)平衡和能量平衡進行正確的調(diào)查并獲取數(shù)據(jù)的過程。另外，LCA用戶也可以直接從編目分析中得到結(jié)論。

木材料煤石油和天然氣礦物資源金屬礦產(chǎn)其他能源生態(tài)系統(tǒng)目標和范圍定義溫室氣體效應(yīng)酸雨有機揮發(fā)物質(zhì)臭氧層破壞大氣污染物水污染物廢渣排放固體有害污染物光、聲、電磁波污染物編目分析中通常含以下幾個過程或步驟（1）系統(tǒng)和系統(tǒng)邊界定義（2）系統(tǒng)內(nèi)部流程（3）編目數(shù)據(jù)的收集與處理3.3.3環(huán)境影響評價目前，環(huán)境影響評價的方法有許多，但基本上都包含4個步驟：分類、表征、歸化和評價。

分類分類是編目與環(huán)境損壞種類相聯(lián)系并分組排列的過程，它是一個定性的、基于自然科學知識的過程。

表征不同編目種類造成同一種環(huán)境損害的程度不同。

歸一化

該方法主要是環(huán)境因素的簡化，用單因子表示最后的評價結(jié)果

評價為了從總體上概括某一系統(tǒng)對環(huán)境的影響，將各種因素及數(shù)據(jù)進行分類、表征、歸一化處理后，最后進行環(huán)境影響評價。3.3.4評價結(jié)果解釋經(jīng)過20年的發(fā)展，作為一種有效的環(huán)境管理工具，LCA方法已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)、生活、社會、經(jīng)濟等各領(lǐng)域和活動中，評價這些活動對環(huán)境造成的影響，尋求改善環(huán)境的途徑，在設(shè)計中為了減少環(huán)境污染提供最佳判斷。3.4常用的LCA評價模型在LCA評價過程中，常需要使用到一定的數(shù)學模型和數(shù)學方法，簡稱為LCA評價模型。目前為止，關(guān)于LCA評價模型可分為精確方法和近似方法。前者有輸入輸出方法，后者有線性規(guī)劃法、層次分析法等。

3.4.1輸入輸出法這是一種最簡單，也是最常用的LCA評價模型。輸入?yún)?shù)輸出方法能源有效產(chǎn)品廢棄物廢水資源溫室效應(yīng)污染程度材料生產(chǎn)或使用過程3.4.2線性規(guī)劃法線性規(guī)劃法是一種常用的系統(tǒng)分析方法，其原理是在一定約束條件下尋求目標函數(shù)的極值問題。例如，以下數(shù)學模型：

[Ai,j][Bi,j]=[Fi,j](i,j=1,2,…,n)式中：A-----環(huán)境影響的分類因子；

B-----各環(huán)境影響因子在系統(tǒng)各個階段的環(huán)境影響數(shù)據(jù)

F-----該環(huán)境影響因子的環(huán)境影響評價結(jié)果

I,j-----系統(tǒng)各階段序號3.4.3層次分析法層次分析法（analytichierarchyprocess,AHP）它是一種實用的多準則決策方法。第三章材料的環(huán)境影響評價3.5LCA應(yīng)用舉例1.建筑瓷磚的環(huán)境影響評價

我國是世界上最大的建材生產(chǎn)國。從資源的消耗到環(huán)境損害，建材行業(yè)一直是污染較嚴重的行業(yè)。為考察建材生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響，用LCA方法評價了某建筑瓷磚生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響。在LCA實施過程中，首先是目標定義。對該瓷磚生產(chǎn)過程的環(huán)境影響評價的目標定義為只考察其生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響；范圍界定在直接原料消耗和直接廢物排放，不考慮原料的生產(chǎn)加工過程以及廢水、廢渣的再處理過程。3.5LCA應(yīng)用舉例加水配料球磨攪拌廢水成形干燥燒成包裝加熱廢渣廢氣某瓷磚生產(chǎn)工藝示意圖

對該瓷磚產(chǎn)過程的環(huán)境影響LCA評價的編目分析，主要按資源和能源消耗、各種廢棄物排放及其引起的直接環(huán)境影響進行數(shù)據(jù)分類、編目。在環(huán)境影響評價過程中采用了輸入輸出法模型，其中輸入?yún)?shù)有能源和原料，輸出參數(shù)包括產(chǎn)品、廢水、廢渣，以及由二氧化碳引起的全球溫室效應(yīng)。輸入?yún)?shù)輸出參數(shù)能源資源瓷磚廢渣廢水全球溫室效應(yīng)有鋼渣生產(chǎn)瓷磚的工藝過程某瓷磚生產(chǎn)線的輸入輸出法評價模型

通過輸入輸出法計算，得到該瓷磚生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響結(jié)果圖，其中（a）為能源和資源消耗情況，（b）為對環(huán)境影響。能源和資源消耗量生產(chǎn)量和排放量某瓷磚生產(chǎn)過程的環(huán)境影響LCA評價結(jié)果2.聚氨酯防水涂料生產(chǎn)過程的環(huán)境影響評價

為研究有機涂料的生產(chǎn)和使用對環(huán)境影響，這里選取一個防水涂料生產(chǎn)的實例，用LCA方法進行環(huán)境影響評價。其目標定義為該防水涂料的生產(chǎn)過程對環(huán)境的影響，不考慮涂料的施工及使用對環(huán)境及人體健康的影響；范圍定義在直接原料和直接廢物排放以及其他因素對環(huán)境的直接影響，不考慮原料的生產(chǎn)加工過程及廢水、廢渣的再處理過程。

根據(jù)防水涂料生產(chǎn)工藝示意圖，對該涂料的環(huán)境影響因素進行編目分析。主要按能源和能源消耗，各種廢棄物排放及其引起的直接環(huán)境影響進行數(shù)據(jù)分類、編目。配料攪拌脫水調(diào)配反應(yīng)包裝