环境材料-第二章解读

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1、第二章 环境材料的评价方法与标准,环境材料,本章要点,环境材料的判据 生命周期评价方法 其他评价方法 LCA评价模型与实例 LCA评价方法的局限性 环境材料性能数据库的建立,环境材料,一. 环境材料的判据,环境材料,一般性原则 (1) 质量判据（性能判据） 物质能否用于制造有用器件,是物质是否成为材料的一个 重要的技术判据;材料的质量是能否制造有用器件的先决 条件. 质量是材料的一个重要的技术判据,环境材料,内在质量: 材料的成分、组织、结构、宏观缺陷是否满足 或超过技术标准的要求 表面质量: 表面缺陷、表面粗糙度、尺寸公差等,环境材料,(2) 经济判据,材料的生产，必须进行成本分析和经济算，

2、 从而计算人类活动的经济成本，以最少的 投入得到最大的经济利益；对材料的生产 进行成本分析，从中可以找出降低成本的 环节，寻找改进措施。,环境材料,（3）资源判据,材料的生产和制备需消耗资源，由于地球资源有限，要求单位重量或单位产品的材料由最少的资源量构成或尽量多的由再生资源构成 利用资源判据大力开发材料再生循环设计技术，尽量减少资源消耗，延缓资源枯竭速度和进度；研究材料的分离技术，提高材料的再生循环能力,环境材料,（4）能源判据,为了降低成本或满足日益苛刻的的政府法令要 求，材料的生产和使用都需要考虑能耗问题 在材料的寿命周期循环中用最少的能耗获得最大 效益；用可再生能源、自然能等代替目前的

3、矿物 资源，减少污染物的排放，达到经济可持续发展,环境材料,（5）环境判据,以前，在环境评价工作中只注重生产的排污评 价工作，很少对项目中使用的材料，从开采、 加工、使用、废弃等过程进行评价 20世纪90年代提出生命周期评价法，将某一产 品从加工、使用到废弃过程中所有与环境有关 的环节都纳入评估范围，做出定量研究，并得 出结论。,环境材料,常见的环境指标及其表达方法,能源评价法 在材料生产过程中，单纯用所耗能源的多少 来衡量材料对环境的影响,环境材料,(2) 环境影响因子评价法 （EAF） 将生产某产品时对环境影响的各种因素给以综合考虑， EAF=F资源，能源，污染物，生物影响，区域作用,(3

4、) 环境负荷单位法（ELU） 每生产一个单位的产品（如1kg）时，它的EAF的大小,环境材料,一些材料的环境负荷单位,环境材料,(4) 生态指数 （EI） 对某一过程或产品,根据其污染物产生的量及其他环境作 用的大小,综合计算出该产品或过程的生态指数,判断其对 环境的影响程度 (5) 环境熵值（EQ） 综合考虑废弃物的排放量和废弃物在环境中的毒性行为,用 以评价各种生产对环境的影响,E: 每生产1kg期望产品的同时产生的废物量, E=废物量/产品质量 Q: 废物对环境的毒性,环境材料,(6) 生态因子法 （ECOI） 既考虑生产材料时对环境的影响(资源消耗,能源消耗,污染 物的排放及其引发的环

5、境效应),又考虑材料在使用过程中 的性能(强度、韧性、热膨胀性、 电导率、电极电位等力 学、物理和化学性能 ECOI=生产某产品时对环境的影响量/该产品使用性能的 综合量 (7) 生命周期评价法（LCA）,二. 生命周期评价方法,概念 生命周期评价方法(life cycle assessment, LCA) 定义(ISO): 汇总和评估一个产品(或服务)体系在整个寿命期 间的所有投入及产品对环境造成的和潜在的影响 方法,环境材料,ISO: International Organization for Standardization,国际标准化组织,环境材料,定义(SETAC): 评估产品过程或

6、其活动给环境带来的负担的 客观方法.该方法通过识别和量化所用的能 量、原材料以及废弃物排放来评价与产品及 其行动有关的环境责任，从而得到这些能量 和材料应用以及排放物对环境的影响大小， 并对改善环境的各种方案做出评估。 优点： 环节概念清楚，将材料的生命过程作为一个整体进 行分类的研究,SETAC: The Society of Environmental Toxicology and Chemistry 国际环境毒理学和化学学会,LCA的评价方法 （1）目标范围的确定 设定评价的目标和范围并及时修订，是整个评价工作的起点。 目标：界定评价对象，实施LCA评价的原因，评价结 果的输出方式 范围

7、：评价功能单元定义、评价边界定义、系统的输入与输出分 配方法、环境影响评价的模型及解释方法、数据要求、审 核方法及评价报告的类型及其格式等。 数据：说明数据是如何得到的（实验得到或中间处理数据），数 据的精度、完整性、代表性,环境材料,环境材料,（2）清查分析 将环境负荷定量化，即对一个产品从生产、使用到废弃整个生命过程中所投入的所有原料和能源作为输入逐一列出，在这个过程中排出的所有影响环境的物质（包括副产品），作为输出逐一列出，对输入和输出进行以数据为基础的客观量化过程，该分析贯穿于产品的整个生命周期，即原材料的提取、加工、制造和使用、废弃物处 理等几个阶段。,环境材料,LCA编目示意图,环

8、境材料,注意的问题： a. 分配问题：当从系统中得到多个产品或某一回收过程中 同时处理来自多个系统的废弃物时，可从系统的物理、 化学过程出发，依据质量大小或是经济的考虑，重新进 行分配 b. 能源问题: 能源类型、转化效率 c. 数据问题:所用数据应取尽可能长的一段时间数据,环境材料,（3）影响分析评价 LCA的核心。根据清查分析后所提供的物料、能源消耗数据以及各种排放数据对产品所造成的环境影响进行评估，即采用定量调查所得的环境负荷数据定量分析对人体健康、生态环境、自然环境的影响及相互关系。 步骤：分类、表征、归一化、评价,环境材料,环境影响评价示意图,环境材料,COD(chemical ox

9、ygen demand,化学需氧量): 以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量 BOD(biochemical oxygen demand,生物需氧量): 在特定条件下，水中的有机物和无机物进行生物氧化时 所消耗溶解氧的质量浓度 TOC(total organic carbon,总有机碳) : 水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量 TON(total organic carbon,总有机氮) : 反映水中蛋白质、氨基酸、尿素等含氮有机物总量的一个 水质指标,环境材料,分类: 将编目与环境损害种类相联系并分组排列的过程,是一个定性 的过程.主要分3类,即资源消耗、人体健康影响、生态环境影

10、 响，再进一步细化。 表征: 对比分析和量化。用计算当量的方法来比较和量化,环境材料,常用表征指标,归一化: 量化处理。由于一种环境影响因素的计量单位都不相同， 为了实现量化，对编目分析和表征结果数据采用加权或分 级的方法处理，以简化评价结果 评价: 从总体上概括某一系统对环境的影响，比较和量化不同种类 的环境损害，并给出最后的定量结果。由于所用物理或数学 模型的不同，有时会出现不同的评价结果,环境材料,环境材料,关于评价中采用的数据: a. 资源消耗(R)指标 资源消耗单项指标( Pi) mi: 资源消耗量(kg资源/单位产品) ci: 资源年产量(亿t资源/年) Ri: 全国资源已探明量

11、(亿t) i: 资源种类 综合指标(QR) :i种资源的权重值,无量纲 n: 资源种类 Pi: i种资源消耗的单项指标,环境材料,b. 水污染指标( W) 单项污染指标 ( Pi, m3水/单位产品): 某产品生产造成的被污染水的体积 Ci: 污染物值( kg污染物/单位产品) Si: 国家标准值( mg污染物/ m3水) 综合指标 (Qw, m3水/单位产品): Wi: i种污染物的权重值,环境材料,c. 大气污染指标( A) 单项污染指标 ( Pi, m3大气/单位产品): 某产品生产造成的被污染大气的体积 Ci:污染物值( kg污染物/单位产品) Si: 国家标准值( mg污染物/ m3

12、大气) 综合指标 (QA, m3大气/单位产品): Wi: i种污染物的权重值,环境材料,d. 固体废物污染指标( S) 单项污染指标 ( Pi) mi:产生的固体废物量( kg废物/单位产品) Mi: 产品的质量(kg) 综合指标 (Qs): Wi: i种固体废物的权重值,环境材料,e.土壤污染指标 单项污染指标 ( Pi): Ci: 污染物实测值 Si: 评价标准 综合指标 (Q): Wi: 污染物i的权重值,环境材料,（4）改善评价 LCA的最终目标。通过确定产品的环境负荷,比较产品的环境性能优劣,可对产品进行重新设计,不断完善和改进,以得到对环境影响最小程度的方案.,The ISO 1

13、4040 Framework (97) ISO 14040框架(97),环境材料,环境材料,三. 其他评价方法,经济性指标化(Life circle costing assessment, LCCA) 材料经济性: 寿命周期内总的资金耗费. LCCA: 与产品或工业行为整个寿命周期相关的所有内部资金耗费及外 部资金耗费的总和. 内部资金耗费: 生产者承担的费用.分常规(直接)耗费和可能(非直接)耗费 外部资金耗费: 社会承担的费用 材料经济性指标: 通过LCCA方法求出材料寿命周期内总的内部资金耗费 来确定,环境材料,寿命周期资金耗费构成,环境材料的研究方法评估(LCD) 环境材料评价方法的综

14、合利用过程,并以各指标评价方法为基本工具. 有定性和定量两种方法.,环境材料,环境材料,定性LCD评估,a. 检查清单法 材料选择、环境评估标准、配件选择评估标准、产品 和工艺设计指导等。 优点: 易于更新和维护，易于理解和使用. 缺点: 只能给出较为原始的评估，不能给出产品设计 中不同问题的相对重要性,环境材料,b. 评估矩阵法 适用于各种设计决策之间的折中和平衡。 需创建一个矩阵图，行代表各种设计目标， 列代表设计特征，其中的元素代表设计目 标的满足程度。 定性功能设计法：采用质量屋（houseofquality） 来描述消费需求和设计参数之间的关系。 能对产品进行定性评估，并通过给矩阵中

15、的每项 元素打分产生一个大概的环境影响评估。,环境材料,四.LCA评价模型与实例,（一）输入输出法 定义：LCA常用的一种定量方法.在评价过程中仅考虑系统的输 入和输出量,从而定量计算出该系统对环境所产生的影响. 输入量: 整个过程完成所需要的能源和资源的消耗量的定量数据。 输出量: 系统的有效产品、废弃物排放量对生态环境和人体健康 的影响等定量数据,优点：处理简单，计算不复杂，各种环境影响的指标定量且具 体，在LCA模型应用中发展比较成熟。 缺点： 输入输出的指标数据分类较细，不能对环境影响进行综合 评估。,环境材料,输入输出法框架图,实例1. 运用生命周期分析（LCA）评估和选择废水处理工

16、艺,环境材料,1.1 评价功能单元的确定 一个废水处理设施的功能单元指其处理规模，即废水处理能力。一个处理设施的费用和性能具有规模效应。因此，用LCA评估不同工艺设施时必须先确定处理规模的大小。以小型城镇废水处理设施为例,该设施的服务人口约1000人，旱流废水量平均200 m3/d。某区域为控制日益恶化的水环境，拟兴建一批这样规模的废水二级处理设施。,1 目标和范围的确定,1.2 待评价的工艺方案 备选方案有两个: (1)组合式活性污泥法:由两套钢制的矩形曝气池和两套钢制的二沉池成 (2)生物滤池处理系统:由一座竖流式初沉池、二座圆形的普通滴滤池(以炉 渣为填料)和一座竖流式二沉池组成。该方案各个池子采用钢板和混凝土混 合结构。污泥都采用浓缩、脱水后作农肥。,环境材料,1.3 界定地理和时间因素的范围 该类小型处理设施拟建设在邻近农村的居住区或小城镇。该区域位于平均气温大于10 的地区，可以方便地提供小片的土地供建设用。 1.4 数据来源及统计性质 开展LCA所需数据可以向地方性和全国性设计和施工