生产管理知识_平板玻璃生产的生命周期评价研究论文

北京工业大学 硕士学位论文 平板玻璃生产的生命周期评价研究 姓名：陈文娟 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：聂祚仁 20070401 摘要 摘要 本文给出了适合我国平板玻璃工业的生命周期评价方法体系，并且采用该方 法体系对我国2 0 0 2 年和2 0 0 4 年的平板玻璃工业、具有代表性的某浮法玻璃生产 线及其各工序和典型的富氧含量为2 3 和3 0 的设计浮法生产线的熔制工序进 行了生命周期评价。 该方法体系是以国际标准I S 0 1 4 0 4 0 - 1 4 0 4 3 和国家标准G B T 2 4 0 4 0 - 2 4 0 4 3 为 依据，根据我国平板玻璃工业目前的环境影响现状，结合当量模型、层次分析法 和U m b e r t o 等软件而构建的。评价结果显示，2 0 0 2 年与2 0 0 4 年我国平板玻璃工 业对环境造成的损害最严重的是酸化效应，酸性气体主要来源是平板玻璃制造过 程和原料开采与能源生产过程：2 0 0 4 年的环境负荷总量比2 0 0 2 年有所增加，同 时单位重箱的环境负荷总量增加了2 7 ；浮法玻璃生产消耗最多的能源是原油， 排放量最大的污染物是C 0 2 ；浮法线的环境损害比全国平均水平低4 1 5 ，浮法 线较其他工艺的最明显的优势在于酸化效应、光化学烟雾和温室效应的降低，值 得关注的是浮法线的不可再生资源损耗；浮法线各工序中对环境影响最严重的是 熔制阶段，在熔制阶段对环境损害最严重的影响类型是温室效应；2 3 和3 0 富 氧燃烧浮法线较空气助燃浮法线熔制工序的环境影响减轻的比例分别为8 2 和 1 1 ；2 3 与3 0 富氧燃烧的环境损害热点同空气助燃相同，温室效应的比例最 大。 平板玻璃工业总体环境状况的研究可以作为我国平板玻璃工业节能降耗、发 展循环经济的理论参考依据，本论文指出了浮法线的环境损害热点与对环境影响 最严重的工序，同时得到了两种富氧含量的浮法线熔制工序的环境影响改善潜 力，为浮法玻璃工艺者指出了环境压力所在与改进方向。 关键词生命周期评价；平板玻璃工业；浮法工艺；富氧；熔制工序 A B S T R A C T A B S T R A C T L i f ec y c l ea s s e s s l n e n tm e t h o ds y s t e mo ff l a tg l a s si n d u s t r yi nC h i n aw a ss t u d i e d i nt h ep a p e rf i r s t T h e nt h ee n v i r o n m e n tl o a do fd o m e s t i cr e p r e s e n t a t i v ef l o a t 羽嬲s p r o d u c t i o nl i n ea n di t sp r o c e s s e sa n dm e l t i n gp r o c e s so ft y p i c a lo x y g e n - e n r i c h e d d e s i g n a b l ef l o a t 西a 船p r o d u c t i o nl i n e 、i t h2 3p e r c e n ta n d3 0p e r c e n to x y g e nc o n t e n t W a Sa n a l y s e du s i n gt h em e t h o ds y s t e m A c c o r d i n g t oI S 0 1 4 0 4 0 1 4 0 4 3a n d G B T 2 4 0 4 0 - 2 4 0 4 3 ，c o m b i n i n gw i t h e q u i v a l e n c ym o d e l ，a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sa n dU m b e r t os o f t w a r e ，a n dt h e e n v i r o n m e n tp o l l u t i o na c t u a l i t yo ff l a tg l a s si n d u s t r yi nC h i n a , t h em e t h o ds y s t e mw a g e s t a b l i s h e d T h ea n a l y s i sr e s u l t ss h o w e dt h a tt h em o s ts e r i o u si m p a c tc a t e g o r yo ft h e f l a tg l a s si n d u s t r yi n2 0 0 2a n d2 0 0 4i nC h i n aW a sa c i d i f i c a t i o np o t e n t i a l ，t h em a i n 8 0 1 1 r C 圮8o ft h ea c i d i f i c a t i o ng a sw e r et h ep r o c e s so fg l a s sm a n u f a c t u r i n ga n dr a w m a t e r i a la n de n e r g yp r o d u c t i o n T h eg r o s se n v i r o n m e n tl o a dW a Si n c r e a s e di n2 0 0 4 c o m p a r e dw i t ht h a ti n2 0 0 2 t h ee n v i r o n m e n tl o a do ft h ew e i g h te a s eu n i tw a s i n c r e a s e db y2 7 p e r c e n t a tt h es a m et i m e I nt h ew h o l ep r o c e s so ff l o a tg l a S s p r o d u c t i o n , t h em a x i m u me n e r g yc o n s u m p t e dW a Sc r u d eo i l t h em a x i n l u n lp o l l u t a n t e m i s s i o nW a Sc a r b o nd i o x i d e T h ee n v i r o n m e n tl o a do ff l o a tg l a S sp r o d u c t i o nw a s l o w e rb y4 1 5p e r c e n tt h a nt h a to f t h ea v e r a g eo f t h ef l a tg l a s si n d u s t r yi nC h i n a T h e s u p e r i o r i t yo ff l o a tg l a s sp r o d u t i o nt e c h n i c sl i e di nt h ed “ r e a s eo fa c i d i f i c a t i o n p o t e n t i a l ，p h o t o c h e m i s t r yp o t e n t i a la n dg l o b a l w a r m i n gp o t e n t i a l ， w h e r e a st h e n o n - r e n e w a b l er e s o u r c e sd e p l e t i o np o t e n t i a lo f t h ef l o a tg l a s sp r o d u t i o nt e c h n i c sm u s t b ec o n c e r n e d I n 棚o ft h ep r o c e s s e so ft h ef l o a tg l a s sp r o d u c t i o nl i n e t h em e l t i n g p r o c e s sd a m a g e de n v i r o n m e n tm o s t , w h e r et h em o s ts e r i o u si m p a c tc a t e g o r yW a S g l o b a l w a r m i n gp o t e n t i a l E n v i r o n m e n tl o a do ff l o a tg l a S sp r o d u c t i o nl i n ew i t h2 3 p e r c e n ta n d3 0p e r c e n to x y g e n - e n r i c h e dc o m b u s t i o n - s u p p o r t i n gi nm e l t i n gp r o c e s s W a Sl o w e rb y8 2p e r c e n ta n d1 1p e r c e n tt h a nt h a tw i t l la i rc o m b u s t i o n - s u p p o r t i n g , r e s p e c t i v e l y T h ee n v i r o n m e n th o t s p o to ft h eo x y g e n - e n r i c h e df l o a tg l a s sp r o d u c t i o n l i n e sw a st h es a m ea st h el i n ew i t ha i rc o m b u s t i o n - s u p p o r t i n g , g l o b a l w a r m i n g p o t e n t i a lW a st h ef i r s t T h es t u d yo ft h eg r o s se n v i r o n m e n tl o a do ft h ef l a tg l a S si n d u s t r yp r o v i d e d a c a d e m i cr e f e r e n c ef o re c o n o m i z i n ge n e r g ya n dc u r i n gr e s o u r c e sc o n s u m p t i d o w n ， I I l 北京工业大学工学硕士学位论文 d e v e l o p i n gc i r c u l a re c o n o m yo fd o m e s t i cf l a tg l a s si a d u s t r y T h i sp a p e rp o i n t e do u t t h ee n v i r o n m e n t h o t s p o t o ft h ef l o a t g l a s si n d u s t r y a n dt h em o s t e n v i r o n m e n t - d a m a g e dp r o c e s s ，a n d t h ei m p r o v e m e n td e g r e eo ft h ee n v i r o n m e n t i m p a c tp o t e n t i a lo ft w oC o n t e n t so x y g e n - e n r i c h e df l o a t 西蠲sp r o d u c t i o nl i n e T h e y c o u l db et h er e f e r e n c e sf o rt h ef l o a tg l a s sp r o d u c t i o nr e s e a r c h e r st od e s i g nt e c h n i c s f r o me n v i r o n m e n tp r o t e c t i o na n g l e K e y w o r d l s l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ( L c A ) ；f l a t a 辎i n d u s t r y ：f l o a t 酎a 豁p r o d u c t i o nt e c h n i c s ： o x y g e n - e n r i c h e d ；m e l t i n gp r o c e s s 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：醢量鳋日期：竺! z ：兰：翌 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 日期：丝! Z ：翌 第1 章绪论 第1 章绪论 迈入新的世纪，在我国经济飞速发展、文化异常繁荣与人民生活质量日益提 高的同时，一个越来越显著的问题摆在了人们的面前，这就是愈演愈烈的环境污 染与资源耗竭问题。材料产业是我国工业、经济发展的基础产业，同时也是环境 损害较为严重的产业，而作为三大传统无机非金属材料之一的平板玻璃，其生产 过程消耗大量不可再生资源、能源，同时排放大量污染物。 平板玻璃既是一种人们生活中不可或缺的产品，同时也是部分制造工业的原 材料。特别是近年来由于人们生活质量的提高，随之而来的房地产业、汽车业以 及电子信息产业的迅速发展，极大地拉动了对平板玻璃的需求，然而与此同时， 也造成了可观的环境损害。因此，定量研究平板玻璃整个生命周期过程中的环境 负荷问题，可作为我国平板玻璃工业可持续发展之路的参考依据。 1 1 研究背景 1 1 1 我国平板玻璃工业发展现状 “十五”期间，我国固定资产投资保持年均2 0 以上的高速增长，五年平板 玻璃产量累计增长1 7 亿重量箱。2 0 0 5 年我国平板玻璃产量达到4 1 4 亿重量箱， 同比增长1 8 1 【n ，连续十八年位居世界第一，我国平板玻璃近十年的产量如图 1 - 1 所示。玻璃深加工发展也很迅速，中空、安全、自洁净玻璃越来越广泛地被 应用，这在很大程度上也增加了对平板玻璃的需求。 我国平板玻璃的生产工艺主要为浮法生产工艺，自1 9 9 6 年以来，浮法玻璃 的比例在逐年提高，除此之外还有落后的垂直引上、小平拉等工艺。2 0 0 5 年， 我国浮法生产的总能力为3 1 9 亿重量箱，占平板玻璃的比例8 6 以上，优质浮 法比例占浮法总量的2 3 。我国的浮法工艺大多采用中国洛阳浮法工艺，同国外 先进的浮法工艺相比，无论是在技术上还是环保水平上都存在一定的差距。 1 1 2 我国平板玻璃工业的环境影响 1 1 2 1 资源与能源的消耗生产平板玻璃的原料同钢铁、水泥一样，都是从自然 界开采的矿物。这些矿物包括砂岩、长石、白云石、石灰石等，皆为不可再生资 北京工业大学工学硕士学位论文 图1 1 我国平板玻璃年产量 F i g 1 1T h ef l a tg l a s sy i e l do f C h i n ai nr e c e n tt e ny e a r s 源。在平板玻璃已成为世界最大生产国的我国，人均矿产资源占有量仅为世界平 均水平的I 2 ，这势必给我国不可再生资源的保护带来沉重的压力。2 0 0 4 年，我 国平板玻璃工业年消耗的硅质原料进一步增加，达到2 0 0 0 多万t ，纯碱约0 4 5 亿t 【2 】。从全球范围看，未来世界玻璃的需求量仍将保持一定的增长态势，这会 给我国带来更大的挑战。 平板玻璃行业在消耗大量资源的同时，也在消耗大量的能源。我国的平板玻 璃生产大多以重油作为燃料，重油是石油炼制过程中的产物闭，所以从某种意义 上讲它也是一种不可再生资源，我国人均能源的占有量更低，仅达到世界平均水 平的1 7 ，所以能耗问题是制约平板玻璃工业发展的重要问题。2 0 0 4 年我国平板 玻璃工业消耗的重油量达5 0 0 多万t t 4 1 ，2 0 0 5 年消耗的能源总量为9 5 7 万t 标煤。 表1 1 给出了我国平板玻璃行业2 0 0 0 - - 2 0 0 4 年的能源消耗情况。 表1 - 12 0 0 0 - - 2 0 0 4 年我国平板玻璃行业能源消耗 T a b l e1 - 1T h ee n e r g yc o n s u m p t i o no f f l a tg l a s si n d u s t r yo f C h i n af r o m2 0 0 0t o2 0 0 4 第l 章绪论 1 1 2 2 污染物排放平板玻璃行业的污染主要包括废气的排放和噪声污染，其中 以废气污染最为严重。重油的燃烧造成大量C 0 2 ，S O x 和N O x 的排放，这些气 体是造成温室效应、酸化效应和光化学烟雾的主要成分。另外，在配合料的熔制 过程中，也会产生N O x 和S O x 等有害气体，对环境及人类造成危害。因此，定 量评价平板玻璃工业的环境影响状况就尤为重要，而生命周期评价( L i f ec y c l e a s s e s s m e n t , L C A ) 正是目前进行此项研究应用最为广泛的方法，鉴于此本文采用 L C A 方法来评价我国平板玻璃工业的环境影响状况。 1 1 3L C A 方法及其应用状况 1 1 3 1L C A 方法简介生命周期评价( L i f e c y c l ea s s e s s m e n t , L C A ) 方法最早追溯 至2 0 世纪6 0 年代【5 】，当时人们意识到资源和能源的有限，从保护原材料和能源 的角度出发，以各种方法计算资源和能源的供应和消耗情况。1 9 6 9 年美国可口 可乐公司委托美国中西研究所对不同包装材料的总体环境影响进行研究，这种正 式的分析方法便是L C A 方法的起源和基础。2 0 世纪8 0 年代中期之后，L C A 的 发展进入高潮，临界值法和环境优先级方法( E P S ) 被发展起来。进入2 0 世纪 9 0 年代，是L C A 方法显著发展及逐步走向标准化的阶段，国际标准化组织在 I S 0 1 4 0 0 0 系列标准中为L C A 保留了1 0 个标准号，即I S 0 1 4 0 4 0 1 4 0 4 9 ，成为 I S 0 1 4 0 0 0 系列标准中产品评价标准的核心和确定环境标志及产品环境标准的基 础。 根据1 9 9 7 年发布的I S 0 1 4 0 4 0 标准网，生命周期评价是对一个产品系统的生 命周期中输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价。这里的产品系统是通过物 质和能量联系起来，具有一种或多种特定功能的单元过程的集合。在L C A 标准 中，“产品”既可指一般制造业的产品系统，也可以指服务业提供的服务系统。 生命周期是指产品系统中前后衔接的一系列阶段，从原材料的获取或自然资源的 生成，直至最终处置。 该标准定义的L C A 的技术框架包含目的与范围的确定、清单分析、影响评 价和结果解释四个组成部分。其中，目的与范围的确定、清单分析和结果解释这 三个部分发展相对比较完善。图1 - 2 所示为1 9 9 7 年I S 0 1 4 0 4 0 标准定义的技术框 架。 北京工业大学工学硕士学位论文 生命周期评价 k 、 V 产品开发 目标和范围匕= 结 If 果 产品评价 编目分析k 二! 。 解 k 未来预测 、 影响评价 二! 释 工艺优化 图1 - 2I S 0 1 4 0 4 0 技术框架 F i g 1 - 2T h et e c h n i q u ef r a m e w o r ko f l S 0 1 4 0 4 0 1 1 3 2L C A 方法应用状况在日本，绝大多数的知名企业都要对其生产或产品 进行生命周期评价。在中国，清洁生产审核机构如雨后春笋，应运而生，而进行 清洁生产审核所依据的最基本的思想就是生命周期的思想。当今世界，我们可以 看到，从事L C A 研究的队伍在不断发展壮大。从国内外生命周期评价案例来看， L C A 应用的行业遍及冶金、建材、交通、电力、食品、造纸和水处理【7 1 6 1 等等。 总结起来，L C A 方法应用的领域可分为以下三个方面【1 1 ”。 ( 1 ) 工业企业部门L C A 起源于企业内部，也最先在企业部门得到广泛的 应用。主要应用情况包括产品系统的生态辨识与诊断、产品生命周期影响评价与 比较、产品改进效果的评价、生态产品设计与新产品开发、循环回收管理及工艺 设计和清洁生产审计六个方面。 ( 2 ) 政府环境管理部门和国际组织由于L C A 已经涉及社会生产的各个方 面，运用L C A 思想可以了解产业结构与社会环境问题间的关系，也可寻找到产 品各生命过程在社会产品中的合理布置。具体来讲，包括制定环境政策与建立环 境产品标准、实施生态标志计划、优化政府的能源、运输和废物管理方案和向公 众提供有关产品和原材料的资源信息以及国际环境管理体系的建立五个方面。 ( 3 ) 消费者组织产品的生产是以产品的销售实现其价值的。消费者会排 斥那些存在环境污染问题的产品或企业，促进其环境改善。而L C A 分析可帮助 发展中国家建立生态产品基准和改进生态消费基准，通过利用清洁生产技术保持 进入国际市场的通道，从而促进社会的可持续消费和可持续发展。 第l 章绪论 1 2 选题依据 1 2 1 国外研究现状 虽然L C A 方法在众多领域都得以应用，但是在玻璃行业似乎是个例外，目 前在国内外很少见到有关这方面的研究报道。1 9 9 8 年，日本、荷兰、瑞典、瑞 士和德国分别利用各种环境影响评价模型来计算生产一吨玻璃造成的环境影响 值。其方法是采用选定的模型，分别计算出在本国条件下生产一吨玻璃和一吨钢 铁的环境负荷值，将生产一吨钢铁的环境影响值作为单位1 ，将生产一吨玻璃的 环境负荷值与之作比较，得出一比值，以便各国之问进行比较。其计算结果如表 1 - 2 瑚。然而，不同的国家对环境保护要求的侧重点根据本国的具体情况而异， 因此，在权重系数的选取方面，就有很大的差异。比如在欧洲，较之温室效应而 言更令人担忧的是因臭氧层破坏而引起的皮肤癌问题，其次是农药问题，所以欧 洲优先考虑的是臭氧层和农药的处理对策。日本则由于酸雨的影响尚不明显，因 此酸雨的权重系数是按1 0 计算的。 表l - 2 玻璃环境负荷与钢铁环境负荷值之比 T a b l e1 - 2T h ee n v i r o n m e n tl o a dp r o p o r t i o nb e t w e e ng l a s sa n ds t e e l 1 2 2 国内研究现状 在建材方面，目前我国对水泥的生命周期评价研究较多，北京大学郭玉泉【1 9 】 利用物质流分析、生命周期评价和层次分析的方法，在企业和行业尺度上对北京 市水泥生产和使用过程中的物能代谢进行研究，为北京地区生态水泥的研究提供 了参考依据。刘顺妮【2 0 】采用生命周期评价的方法对水泥混凝土体系进行研究。 清华大学的龚志起、张智慧1 2 l 】运用生命周期评价方法研究水泥生命周期中的物化 环境状况。然而对平板玻璃生产的生命周期评价，目前只见过一篇报道。青海大 学孙军强等圈运用生命周期方法研究平板玻璃的物化环境状况，采用国内某浮法 玻璃集团的数据，主要考虑平板玻璃原料开采、生产、运输造成的直接环境影响 和能源生产造成的间接环境影响。但是其选择的这条浮法玻璃生产线的能耗比全 国平均能耗要高出一倍多，并不能作为我国浮法生产线的代表，同时对我国平板 玻璃工业环境负荷的平均水平以及采用先进的工艺后的环境影响并未加以研究。 北京工业大学工学硕士学位论文 而且，环境影响评价方法不清晰，清单分析中的污染物排放数据来源并不明确， 没有给出一个透明的计算方法。 1 2 3 研究意义 如前所述，平板玻璃工业是一个以消耗大量不可再生资源、能源和排放大量 危害环境健康的污染物为代价的行业。在经济全球化的今天，环境问题也已经成 为全球普遍关注的热点问题之一。鉴于此，如何改善高污染行业的环境状况就成 为环保工作者努力的方向。对于平板玻璃工业也是如此。因此，指出平板玻璃生 产的环境损害热点，定量研究我国平板玻璃工业的整体环境负荷状况以及先进工 艺的改进潜力可以为平板玻璃工业的环保工作者提供理论依据与指导，同时该研 究也是我国平板玻璃工业开展清洁生产与发展循环经济的技术基础，并且填3 1 “ 7 我国平板玻璃工业环境负荷研究的空白。 1 3 课题来源 本课题研究是在国家九五8 6 3 计划项目( 材料的环境协调性评价研究) 基础 之上，依托十五8 6 3 计划项目( 材料环境协调性评价技术及其应用) 和北京市科 技项目( 环境材料评价体系研究) ，将生命周期评价方法引入我国平板玻璃生产 行业，一方面针对平板玻璃生产的工艺与工序问题进行评价研究，另一方面强调 生命周期评价在我国平板玻璃工业中的实际应用。 1 4 本课题研究内容 本课题的研究内容是在探寻准确的数据获得2 0 0 2 年、2 0 0 4 年我国平板玻璃 工业的生命周期清单( 包括资源与能源消耗量及污染物排放量) 的基础之上，通 过特征化、归一化和加权计算出单一环境影响负荷值；选择一条能够代表国内浮 法玻璃生产平均水平的浮法生产线，应用调研数据，同样采用生命周期评价的方 法进行各工序和整个浮法线的环境负荷的评价；对选取的浮法线工艺进行替换， 将空气助燃方式改为富氧助燃方式，氧气的比例分别为2 3 和3 0 ，对该设计 的浮法线的熔制工序进行生命周期评价，得到环境影响的量化指标；从评价结果 分析我国平板玻璃工业环境负荷的变化特点及其来源，指出浮法工艺的环境损害 热点及工序，并且给出富氧燃烧浮法工艺熔制工序在理论上的环境改善潜力。 第2 章评价方法体系构建 第2 章评价方法体系构建 2 1 评价方法框架研究 L C A 方法的框架体系是在研究过程中逐步发展起来的，最初的阶段并未形 成评价方法框架体系。1 9 9 3 年，环境毒理与环境化学学会( s E l A C ) 首次提出 生命周期评价概念框架，为以后的研究指明了方向。1 9 9 7 年6 月，国际标准化 组织颁布了I S 0 1 4 0 4 0 ( 环境管理一生命周期评价原则和框架) 标准，在原来S E T A C 框架的基础上做了一些改动，成为指导企业界进入I S 0 1 4 0 0 0 环境管理的一个国 际标准圆。 2 1 1S E l A C 框架体系 S E T A C 将生命周期评价定义为f 1 7 】：通过确定和量化与评估对象相关的能源 消耗、物质消耗和废弃物排放，来评估某一产品、过程或事件的环境负荷；定量 评价由于这些能源、物质消耗和废弃物排放所造成的环境影响；辨别和评估改善 环境( 表现) 的机会。评价过程应包括该产品、过程或事件的寿命全过程，包括 原材料的提取与加工、制造、运输和销售、使用、再使用、维持、循环回收，直 到最终的废弃。 ， 2 1 2I S 0 1 4 0 4 0 标准框架体系 I S 0 1 4 0 4 0 标准框架对S E T A C 框架的重要改进是去掉了改善评价阶段，因为 I S O 认为，改善是开展L C A 的目的，而不是它本身的一个必须阶段，同时增加 了生命周期解释环节，对前三个互相联系的步骤进行解释，而且这种解释是双向 的，需要不断调整。另外，I S 0 1 4 0 4 0 标准框架更加细化了L C A 的步骤，更有利 于指导开展生命周期评价的研究与应用。 I S 0 1 4 0 4 0 标准框架体系认为：L c A 是一种用于评估与产品有关的环境因 素及其潜在环境影响的技术，做法是编制产品系统中有关输入与输出的清单、评 价与这些输入输出相关的潜在环境影响和解释与研究目的相关的清单分析和环 境评价结果。t 窑) L C A 研究贯穿于产品生命全过程( 即从摇篮到坟墓) 从获 取原材料、生产、使用直至最终处置的环境因素和潜在影响，需要考虑的环境影 响类型包括资源利用、人体健康和生态后果。L c A 能用于帮助识别改进产品 北京工业大学工学硕士学位论文 生命周期各个阶段中环境因素的机会、产业及政府或非政府组织中的决策( 如战 略规划、确定优先项、对产品或过程的设计或再设计) 、选择有关的环境表现行 为参数和营销( 如环境声明、生态标志计划或产品环境宣言) 。 2 1 2 1 目的与范围的确定研究的目的与范围的重要性在于它决定为何要进行 某项生命周期评价( 包括其对结果的应用意图) ，并表述所要研究的系统和数据 类型。研究的目的、范围和应用意图涉及到研究的地域广度、时间跨度和所需数 据的质量等因素，它们将影响研究的方向和深度。 L C A 研究目的中须明确陈述其应用意图，开展该项研究的理由以及它的使 用对象，即研究结果的接受者或预期交流对象。L C A 的研究范围应该根据需要 达到的既定目标来确定，应妥善规定研究范围，以保证研究的广度、深度和详尽 程度与之相符，并足以适应所确定的研究目的“7 1 。 2 1 2 2 清单分析目的与范围的确定为开展L C A 研究提供了一个初步计划，生 命周期清单分析( L c I ) 则涉及到数据的收集和计算程序，是对所研究产品系统 整个生命周期中输入和输出进行汇编和量化的阶段，即收集产品系统中定量或定 性的输入输出数据，计算并量化的过程。 生命周期清单分析的主要步骤包括数据收集的准备、计算程序和物流能流以 及排放物的分配。其中计算程序又包括数据确认、数据和单元过程的关联、数据 与功能单位的关联和数据的合并、系统边界的修改和数据缺口的处理五个组成部 分。 2 1 2 3 影响评价在I S 0 1 4 0 4 0 标准有关L C A 的四个步骤中，目的与范围的确定 和清单分析是发展较成熟的两个步骤，争议最大的环节是影响评价，因此，本章 就重点讨论影响评价这个步骤的方法的选择与运用，故将其单独列为一节来讨 论，具体的研究探讨见2 2 。 2 1 2 4 结果解释生命周期解释是L C A 中一个非常重要的阶段，它是一个系统 的过程，用来识别、判定、检查和评估来自于产品系统L C I 和( 或) L C I A 结果 的信息，并对此加以表述，以满足研究目的与范围所规定的应用要求，是形成结 论、建议和决策的基础。 生命周期解释阶段的要素包括对重大问题的识别、评估和结论、建议及报告。 其中，重大问题可分为清单数据类型( 如能源、排放物和废物等) 、影响类型( 如 资源消耗、温室效应等) 和生命周期各阶段( 如运输、能源生产等单元过程或过 第2 章评价方法体系构建 程组) 对L C I 或L C I A 结果的主要贡献；评估又包括完整性、敏感性和一致性检 查。完整性检查是确保解释所需的所有信息和数据已经获得，并且是完整的。敏 感性检查是通过确定最终结果和结论是否受到数据、分配方法或类型参数结果的 计算等的不确定性的影响，来评价其可靠性。一致性检查的目的是确认假定、方 法和数据是否与目的和范围的要求相一致。 本论文研究中的生命周期解释阶段包括重大问题的识别、完整性检查、敏感 性检查和结论与建议。 。 2 2 影响评价模型及方法的确定 生命周期影响评价( L C I A ) 的目的是对产品系统清单分析( L C I ) 的结果进 行评价，以便更好地理解这些结果的环境意义。在L C I A 阶段，对选定的环境问 题( 即影响类型) 建立模型，并利用类型参数( 用来反映各影响类型中的累积总 量或资源消耗，表征潜在环境影响) 来精简和解释L C I 结果，此外，L C I A 还为 生命周期解释阶段做准备。 一 根据I S 0 1 4 0 4 2 的规定 2 4 1 ，生命周期影响评价阶段的一般程序由几个将清单 结果转换为指标结果的必备要素组成，这些必备要素包括影响类型、类型参数和 特征化模型的选择、分类和特征化。此外，还有指标结果的归一化、分组或加权， 以及数据质量分析等可选要素。 因此，根据I S 0 1 4 0 4 2 的规定，结合玻璃行业环境影响的特点，本论文中选 择的可选要素包括归一化和加权。由于平板玻璃整个生命周期中的环境影响类型 并不复杂，因此对分组不予考虑；并且在生命周期解释阶段进行了相应的数据质 量分析。 2 2 1 影响类型的选择 对大多数L C A 研究，通常选择现有的影响类型、类型参数和特征化模型。 在L C A 研究中，对任何有关影响类型、类型参数和特征化模型的选择，均应指 明对有关信息的引用。环境影响类型的选择既可以与传统类型相一致，如温室效 应、酸化效应、资源消耗等，也可以由决策者根据实际需要用代表性的特殊问题 来确定影响类型，而在I S 0 1 4 0 4 2 标准中，仅仅给出了环境影响类型的一般原则， 并没有给出具体的分类方案。目前，国际上也没有统一的影响类型分类方法。 E c o I n d i c a t o r9 9 1 2 5 1 方法中将影响类型分为矿产资源减少、化石资源减少、区 北京工业大学工学硕士学位论文 域动植物物种影响、本地动植物物种影响、酸雨和土壤酸化、环境毒素积累、气 候变化引起疾病、臭氧层破坏、辐射致癌、呼吸道感染和导致癌症l l 类；S E T A C 于1 9 9 3 年提出的分类方案至今仍为大部分L C A 研究所遵循，该方案主要考虑资 源耗竭、人类健康和生态系统健康，分为资源耗竭、环境污染及生态系统退化三 大类，在每一大类中又分为一些具体影响类型嗍；在S E T A C 分类方案的基础上， 根据I S 0 1 4 0 4 2 的原则，丹麦技术大学提出了一个新的分类方法( E D I P ) 口刀，将 影响类型分为全球和区域环境影响以及当地环境影响，其中，全球和区域环境影 响又分为气候变化、臭氧层破坏、酸化、富营养化和光化学烟雾，当地环境影响 又分为急性生态水体毒性、持续性性生态水体毒性、持续性土壤生态毒性、毒性 气体、毒性水域、毒性土壤和固体废弃物；我国中科院生态环境研究中心在研究 我国汽车生命周期评价方面的研究中，针对我国的实际情况，将影响类型分为不 可更新资源消耗、全球变暖、臭氧层损耗、可更新资源消耗、酸化、水体富营养 化、光化学臭氧合成、固体废弃物、危险废弃物和烟尘及灰尘1 0 类；根据美国 环保总局( E P A ) 的研究闭，将通常采用的环境影响类型归纳为全球变暖、臭氧 层破坏、酸化效应、光化学烟雾、富营养化、陆生生态毒性、水生生态毒性、人 类健康损害、资源消耗、土地使用和水资源利用l l 类。 本论文中依据目前国际上采用较多而且易于实现的C M L 的分类方法，结合 玻璃生命周期中的环境影响特点，将环境影响类型分为温室效应( G w e ) 、酸化 效应( A P ) 、光化学烟雾( P O C P ) 、人体健康损害( H T ) 和不可再生资源损害( A D P ) 五类。 2 2 2 分类 分类是将L C I 结果划归到影响类型中以便能够更清晰地显现与该结果相关 的环境问题，它是一个基于自然科学的过程。在分类的过程中，需要考虑两种情 况，一是L C I 结果仅涉及一种影响类型时的归类，二是L C l 结果涉及不止一种 影响类型时对它们的识别，包括对并联机制的区分( 例如将S 0 2 分配到人体健康 损害和酸化效应两种影响类型) 和在串联机制间进行分配( 例如将N O x 划归到 光化学烟雾和酸化两种影响类型) ，即通常所讲的清单结果的分配问题。 根据上述规范，本论文中的清单结果的影响类型分类结果如表2 1 所示。从 表2 1 可以看到，S 0 2 和N O x 涉及多种影响类型，而且对环境的损害机制各不相 同，因此需要将其在各影响类型之间进行分配。S 0 2 在A P 和H T 之间为并联机 1 0 第2 章评价方法体系构建 表2 - l 环境影响类型分类 T a b l e2 - 1C l a s s i f i c a t i o no f e n v i r o m - n e n ti m p a c tc a t e g o r i e s 影响类型清单结果 G W P A P P o C P H T A D P C 0 2 、C H S t h 、S t h 、N O x N O x ，C O S 0 2 、N O x 、P b 、粉尘 原煤、原油、天然气、各矿物原料 制，作简化处理，取分配系数为0 5 ；N O x 在A P 和P O C P 之间为串联机制，而 这两种影响类型和H T 之间均为并联机制，因此这三种影响类型之间的分配系数 也取0 5 。 2 2 3 特征化 特征化是对类型参数结果进行计算的过程，计算包括两个步骤，一是将清单 结果换算为同一单位，二是将转换后的L C I 结果进行合并，形成参数结果。第一 步的实现通常借助一定的特征化模型，特征化的结果是一个量化指标。明确地讲， 特征化就是将不同清单结果对同一影响类型的潜在影响，用某一特定的参数来表 达。 2 2 3 1 常用特征化模型描述目前国际上常用的特征化模型主要有：负荷评估模 型、当量评价模型、毒性和持续性及生物累积性评估模型、总体暴露效应模型和 点源暴霈效应模型。 负荷评估模型只是将清单分析的相关资料简单的罗列，也可能根据它们的潜 在影响加以分类，仅根据物理量大小来评价生命周期清单分析提供的数据。特征 化的方式为视各影响因子所造成的环境影响重要性相同，依据是否存在影响、环 境影响相对大小、或是“越少越好”等方式来表现。 当量评价模型是采用当量系数( 如l k g C H 4 相当于1 1 k g C 0 2 产生的全球交暖 潜力) 来汇总生命周期清单分析提供的数据，前提是汇总的当量系数能度量潜在 的环境影响。其原理是在质量相同的情况下，利用不同环境压力因子对同一种环 境影响类型的贡献量差异，以其中某一种压力因子为基准，把其影响潜力看作l ， 然后将等量的其他污染物与其做比较，这样可以得到各类压力因子相对于基准物 的环境影响潜力大小，即当量系数。最后可根据各压力因子间的当量关系，汇总 得到以基准物质为单位的环境影响潜力大小。 北京工业大学工学硕士学位论文 毒性和持续性及生物累积性评估模型以释放物的化学特性，如毒性、可燃性、 致癌性和生物富集等为基础来汇总生命周期清单分析数据，前提是这些标准能将 生命周期清单分析数据归一化，以测度潜在的环境影响。 总体暴露效应模型中，排放物的加和总是针对某些特殊物质的排放所导致的 暴露和效应作一般性的分析，来估计潜在的环境影响，有些时候也会加入对背景 浓度的考查。 点源暴露效应模型以点源相关区域或场所的影响信息为基础，针对某些特殊 物质的排放所导致的暴露和效应作特定位置的分析，来确定产品系统实际的影 响，在此模型中，排放物影响的加和必须考虑到特定位置的背景浓度。 2 2 3 2 特征化模型点评及选择上述五种模型中，负荷评估模型只是应用了“小 就是好”这样的原则，而不针对系统的输入和输出所造成的环境后果来加以分析， 这样并不符合进行影响评估的目的，事实上只是汇总了清单中的数据，而不去作 进一步的分析；毒性和持续性及生物累积性评估模型对尚未建立毒性资料的排放 物并不适用，目前此方法主要用于人体健康影响评估；总体暴露效应模型的缺点 是利用现有科学知识所确定的相应指标值，在准确性方面存在困难，并且随着科 学知识的累积和进步，模型中的环境影响效应值必须不断加以修正，而且并非所 有类别的环境影响都可得到一般性的暴露效应值；点源暴露效应模型，在众多不 同流程的L C A 分析中并不实际，而更适合用在环境影响评估中。当量评价模型 的优势在于它是建立在科学研究基础之上，同一种压力因子，无论其暴露途径、 暴露地点等条件如何不同，它所能产生的潜在环境影响都认为是一样的，因此其 结果不受时间和地理因素的影响。 综上所述，本论文采用当量模型来进行环境影响特征化的计算，计算公式如 式2 1 所示。 E P ( j ) = E E P ( j ) i = E Q ( j ) i X E F ( j ) i ( 2 1 ) 式中E P ( j ) 产品系统对第j 种潜在环境影响的类型参数； E P ( j ) 广一第i 种排放物质对第j 种潜在环境影响的类型参数； Q 广第i 种排放物质排放量； E F ( j ) 广第i 种排放物质对第j 种潜在环境影响的当量系数。 当量因子的确定因不同的影响类型而不同，如表2 - 2 所示。 第2 章评价方法体系构建 表2 - 2 各影响类型当量因子 T a b l e2 - 2T h ee q u i v a l e n c yf a c t o ro f i m p a c tc a t e g o r i e s 对G W P 、A P 、P O C P 和H T 的当量系数采用文献【2 5 】中的研究，对A D P 的 当量系数采用国际上应用最广泛的公式2 - 2 、2 - 3 来计算。 1 R i = 军A p 裔譬 c 2 之， JJ IJ u - 舰：鸟。堕( 2 - 3 ) ( 肋) 2 P f 矿 式中m r 不可再生资源i 的用量。 P 广不可再生资源i 的年开采量： P 。旷参照性不可再生资源的年开采量； R r 不可再生资源i 的年储量； R 心一参照性不可再生资源的年储量： 式中选择锑作为参照性不可再生资源。 2 2 4 归一化 归一化是L C I A 中的可选要素，其目的是更好地认识所研究的产品系统中每 个参数结果的相对大小，它有助于检查不一致性、提供和交流关于参数结果相对 重要性的信息和为其他步骤如分组、加权、生命周期解释等作准备。归一化过程 是通过一个选定的基准值作除数对参数结果进行转