环境材料学-第三章

第三章材料的环境影响评价3.1常见的环境指标及其表达方法第三章材料的环境影响评价衡量材料环境影响的定量指标能耗环境影响因子环境负荷单位单位服务的材料消耗生态指数生态因子第三章材料的环境影响评价能耗

20世纪90年代初，欧洲的一些旅行社为了推出绿色旅游和满足环保人士的度假需求，曾用能耗来表达旅游过程的环境影响。例如：对某条旅游线路，坐飞机的能耗是多少？坐火车的能耗是多少？自驾车能耗是多少？第三章材料的环境影响评价在材料的生产和使用过程中，也有用能耗指标来表示其对环境影响，如下表。材料钢铝水泥能耗31.836.7142.4一些材料生产过程的能耗比较MJ/t第三章材料的环境影响评价2.环境影响因子

EnvironmentalAffectFactor，EAF

EAF=【资源，能源，污染物，生物影响，区域性】把材料的生产和使用过程中原材料和能源的投入及废物的产出都考虑进去,这样比能耗指标更全面综合一些第三章材料的环境影响评价3.环境负荷单位

EnvironmentalLoadUnit，ELU主要由瑞典环境研究所完成的，现在在欧美较流行。由于单位材料的质量环境负荷单位是一种无量纲单位，在实际应用中如何换算某种材料的环境负荷单位并与其他材料的环境影响进行比较，目前没有完全为公众了解和接受。第三章材料的环境影响评价4.单位服务的材料消耗Materialsintensityperunitofervice,MIPS指在某一单位过程中的材料消耗量，可是生产过程或消费过程5.生态指数Eco-point

对某一过程或产品，根据其污染的产生量及其他环境作用的大小，综合计算出该产品或过程的生态指数，判断其环境影响程度。6.生态因子Eco-indicator，ECOI

一部分是材料的环境影响（EnvironmentalImpact,EI）包括资源、能源的消费，以及排放的废水、废气、废渣等污染物，以及其他环境影响。另一部分考虑材料的使用或服务性能（ServicePerformance，SP）包括材料的强度、韧性、热膨胀系数、电导率等指标。ECOI=EI/SP

第三章材料的环境影响评价3.2材料环境影响评价方法与标准

早期曾采用单因子方法来评价材料的环境影响。

20世纪90年代初，专家提出综合的评价方法

生命周期评价方法（LifeCycleAssessment,LCA）

已经成为世界通行的方法，是ISO14000标准系列之一。3.2.1LCA起源

LCA起源于20世纪60年代化学工程中应用的“物质-能量流平衡方法”。20世纪80年把“物质-能量流平衡”代引入到工业产品整个寿命周期分析中，以考察工艺过程中各个环节，即从原材料提取、制造、运输与分发、使用、循环回收，直至废弃的整个过程对环境的综合影响，这种方法后来被称为“从坟墓到摇篮”（FromCradletoGrave）的生命周期评价技术。

LCA作为正式的环境评价术语由国际环境毒理和化学学会（SocietyofEnvironmentalToxicologyandChemistry,SETAC）1990年提出，并给出了LCA定义和规范3.2.2LAC的定义LCA作为正式的环境评价术语是由SETAC和ISO推出的所谓生命周期评价技术（LCA）是一种评价某某一过程、产品或事件从原材料投入、加工制备、使用到废气的整个生态循环过程中环境负荷的定量方法。显然，对材料的生产和使用过程，采用LCA来评价其对环境的影响是全面和综合的。3.3LAC的技术框架及评价过程3.3.1LAC目标和范围定义需要定义的LCA评价目标主要包括界定评价对象、实施LCA评价的原因，以及评价结果的输出方式。功能单位是评价环境影响大小的度量单位。系统边界确定了哪些过程应该包括到LAC评价范围中。 数据是指在LCA评价过程中用到的所有定性和定量的数值或信息，这些数据可能来自测量到的环境数据，也可以是中间的处理结果。为保证LCA评价方法符合国际标准，评价结果客观或者可靠，在LCA评价过程结束后可以邀请第三方对结果进行审核。3.3.2编目分析根据评价的目标和范围定义，针对评价对象收集定量或定性的输入和输出数据，并对这些数据进行分类整理和计算的过程称为编目分析。即对产品整个寿命周期中消耗的原材料、能源以及固体废弃物、大气污染物、水体污染物等，根据物质平衡和能量平衡进行正确的调查并获取数据的过程。另外，LCA用户也可以直接从编目分析中得到结论。

木材料煤石油和天然气矿物资源金属矿产其他能源生态系统目标和范围定义温室气体效应酸雨有机挥发物质臭氧层破坏大气污染物水污染物废渣排放固体有害污染物光、声、电磁波污染物编目分析中通常含以下几个过程或步骤（1）系统和系统边界定义（2）系统内部流程（3）编目数据的收集与处理3.3.3环境影响评价目前，环境影响评价的方法有许多，但基本上都包含4个步骤：分类、表征、归化和评价。

分类分类是编目与环境损坏种类相联系并分组排列的过程，它是一个定性的、基于自然科学知识的过程。

表征不同编目种类造成同一种环境损害的程度不同。

归一化

该方法主要是环境因素的简化，用单因子表示最后的评价结果

评价为了从总体上概括某一系统对环境的影响，将各种因素及数据进行分类、表征、归一化处理后，最后进行环境影响评价。3.3.4评价结果解释经过20年的发展，作为一种有效的环境管理工具，LCA方法已经广泛地应用于生产、生活、社会、经济等各领域和活动中，评价这些活动对环境造成的影响，寻求改善环境的途径，在设计中为了减少环境污染提供最佳判断。3.4常用的LCA评价模型在LCA评价过程中，常需要使用到一定的数学模型和数学方法，简称为LCA评价模型。目前为止，关于LCA评价模型可分为精确方法和近似方法。前者有输入输出方法，后者有线性规划法、层次分析法等。

3.4.1输入输出法这是一种最简单，也是最常用的LCA评价模型。输入参数输出方法能源有效产品废弃物废水资源温室效应污染程度材料生产或使用过程3.4.2线性规划法线性规划法是一种常用的系统分析方法，其原理是在一定约束条件下寻求目标函数的极值问题。例如，以下数学模型：

[Ai,j][Bi,j]=[Fi,j](i,j=1,2,…,n)式中：A-----环境影响的分类因子；

B-----各环境影响因子在系统各个阶段的环境影响数据

F-----该环境影响因子的环境影响评价结果

I,j-----系统各阶段序号3.4.3层次分析法层次分析法（analytichierarchyprocess,AHP）它是一种实用的多准则决策方法。第三章材料的环境影响评价3.5LCA应用举例1.建筑瓷砖的环境影响评价

我国是世界上最大的建材生产国。从资源的消耗到环境损害，建材行业一直是污染较严重的行业。为考察建材生产过程对环境的影响，用LCA方法评价了某建筑瓷砖生产过程对环境的影响。在LCA实施过程中，首先是目标定义。对该瓷砖生产过程的环境影响评价的目标定义为只考察其生产过程对环境的影响；范围界定在直接原料消耗和直接废物排放，不考虑原料的生产加工过程以及废水、废渣的再处理过程。3.5LCA应用举例加水配料球磨搅拌废水成形干燥烧成包装加热废渣废气某瓷砖生产工艺示意图

对该瓷砖产过程的环境影响LCA评价的编目分析，主要按资源和能源消耗、各种废弃物排放及其引起的直接环境影响进行数据分类、编目。在环境影响评价过程中采用了输入输出法模型，其中输入参数有能源和原料，输出参数包括产品、废水、废渣，以及由二氧化碳引起的全球温室效应。输入参数输出参数能源资源瓷砖废渣废水全球温室效应有钢渣生产瓷砖的工艺过程某瓷砖生产线的输入输出法评价模型

通过输入输出法计算，得到该瓷砖生产过程对环境的影响结果图，其中（a）为能源和资源消耗情况，（b）为对环境影响。能源和资源消耗量生产量和排放量某瓷砖生产过程的环境影响LCA评价结果2.聚氨酯防水涂料生产过程的环境影响评价

为研究有机涂料的生产和使用对环境影响，这里选取一个防水涂料生产的实例，用LCA方法进行环境影响评价。其目标定义为该防水涂料的生产过程对环境的影响，不考虑涂料的施工及使用对环境及人体健康的影响；范围定义在直接原料和直接废物排放以及其他因素对环境的直接影响，不考虑原料的生产加工过程及废水、废渣的再处理过程。

根据防水涂料生产工艺示意图，对该涂料的环境影响因素进行编目分析。主要按能源和能源消耗，各种废弃物排放及其引起的直接环境影响进行数据分类、编目。配料搅拌脱水调配反应包装废气废渣某防水涂料的生产工艺示意图

用输入输出法评价该环境的影响，其中输入参数有能源和原料，输出参数有涂料产品、废渣、有机挥发物、区域毒性水平以及由二氧化碳排放引起的全球温室效应。输入参数输出参数能源资源涂料产品废渣全球温室效应有机挥发物区域毒性水平聚氨酯防水涂料生产过程某防水涂料生产过程的输入输出法评价模型

根据输入输出数据计算得到该防水涂料对环境和人体健康的影响结果某防水涂料生产过程的环境影响LCA评价结果3.用层次分析法评价一般材料的环境影响

这里介绍用层次分析法评价铁、铝和高密度聚乙烯等三种常用材料在使用过程中的环境影响。前已介绍过层次分析法的基本原理。定义一个环境指数为LCA的评价目标。评价范围界定为材料的使用过程对环境的影响。环境指数=环境影响材料性能

将目标层、准则层及方案层构造完毕后，按照LCA原理，可以进行环境影响评价的编目分析S*=E*=式中：S*——材料性能指标E*——环境影响指标HEDP——高密度聚乙烯3.6LCA的局限性尽管LCA已在全球各个领域获得了广泛的应用，随着对LCA应用经验的丰富，人们逐渐发现LCA也存在一些不足，在应用范围、评价范围，甚至评价方法本身等方面还有一些局限性。1.应用范围的局限性归一化

该方法主要是环境因素的简化，用单因子表示最后的评价结果

评价为了从总体上概括某一系统对环境的影响，将各种因素及数据进行分类、表征、归一化处理后，最后进行环境影响评价。2.评价范围的局限性LCA的评价过程中有一个范围定义，在实践中这个范围定义往往使LCA的评价结果发生一些误差。LCA的评价范围一般包括事件、地域及风险范围等3.评价方法的局限性LCA的评价方法既包括了客观因素，也包括了一些主观成分。例如系统边界的确定、数据来源的选择、环境损害种类的选择、计算方法的选择，以及评价过程的选择等。无论评价的目标和范围定义如何，所有的LCA过程都包含了假设、价值判断和这种这样的主观因素。所以，对运用LCA评价得出的结论，需要给出完整的解释说明，以区别由实验测量得到的结果和机遇假设和判断得出的结论。3.7材料的环境性能数据库从LCA评价过程可知，用LC