2材料的环境影响综合评价2.1材料的评价理论2.2材料的环境负荷计算2.3 减少材料环境负荷的措施2.4 材料的再生评价方法2.5 环境质量评价 2.1材料的评价理论 环境材料评价理论：传统材料评价理论： 环境负荷ELF={资源、能源、废弃物}新的评价理论材料生产、使用、废弃或再生∑资源∑能源产品∑废弃物投入产出 环境性功能性经济性图2.2 材料三角形框图 2.2材料的寿命全程评价 材料的寿命全程：指材料从自然资源的开采，加工成为材料，供人类使用后，又回到自然这样一个封闭的流动过程此过程被人们形象地描述成从摇篮到坟墓的过程能源采原料制造材料制造产品产品使用或消耗用后处理能源能源能源能源排放物排放物排放物再利用再生利用排放物 材料的寿命全程评价：Life Cycle Assessment或Life Cycle Analysis，简称LCA 某一单因素的综合评价：LCA-能耗 LCA-物耗（资源） LCA-废弃物 许多材料，从某一过程来看，是与环境相协调的，但其全程就不一定了，如塑料购物袋与纸购物袋。
因此，全程评价具有非常重要的现实意义 寿命全程评价内容：3I 1nventory analysis，也称编目分析Impact assessmentImprovement assessment 定量调查：对材料从“摇篮到坟墓”整个寿命周期各过程中消耗的原材料（天然资源）、能源以及排放的固态废弃物、大气污染物、水质污染物等的种类和大小进行登记列表的过程 分类项目获取原料制造加工运输消费再生处理处置合计能源消耗电力，kw.h重油，t轻油，t煤炭，t蒸汽，t┇ 资源消耗原油，t原木，t原矿，t辅料，t┇ 大气影响CO2，kgSO2，kgNOX，kg粉尘，kg┇ 水质影响COD，kgBOD，kgCr6+，kgCd，kg┇ 固体废物影响废料，kg废渣，kg有毒物，kg有害物，kg┇ 表2.1 LCA编目分析的编目表 环境负荷分析：利用定量调查所得数据，计算资源消耗总量、能源消耗总量、废弃物排放总量，并根据计算数据定量分析对人体健康、生态环境、自然环境的影响及其相互关系并根据环境负荷ELF={资源、能源、废弃物}采用某种评价方法计算确定ELF。
环境负荷的改善：应用定量调查数据和ELF数据探讨减少产品和工艺过程的环境负荷为了得出一个具体的评价结论，它是在前述步骤基础上针对各个具体过程，提出明确具体地减少环境损伤的建议 环境负荷（ELF）计算 ELF={资源、能源、废弃物}= f（R，E、P） ②将资源的市价作为权重资源的市价是资源价值的体现，价值是反映资源相对重要性的基础 资源消耗因子式中： Ai为各种资源消耗项，编目分析表2.1中获取； Bi为各种资源权重系数 Bi确定方法： ①等权重法，即B1=B2=B3=…=Bn=1认为每种资源的重要性相当，资源消耗量可采取直接相加的方法确定 例例：：某种材料生产过程消耗的资源量及资源的市价如表2.2所示，分别用等权重法和资源市价作为权重法计算资源消耗因子R值的大小表2.2 lkg某种材料生产过程消耗的资源量及其市价消耗的资源种类木炭硼砂水NaClBaCl2CaCl2Na2CO3消耗的资源数量，kg5.03.012039.38.6314.420.0所消耗的资源市价，元/kg 0.3710.00.801.252.903.502.50 能源消耗因子式中：Cj为各种能源消耗项，编目分析表中获取； Dj为各种能源权重系数。
能源有多种形式，如汽油、柴油、天然气、原煤、焦炭、电力、蒸汽等以气态形式存在的能源如天然气、煤气等，其消耗数量常用立方米（m3）度量；以液态和固态形式存在的能源如汽油、柴油、煤炭等，其消耗数量常用千克（kg）度量；消耗的电力常用度表示 如何将不同的能量度量单位归一？关键是选择权重系数Dj 一般，Dj确定方法：①利用发热量转换； ②利用标准煤的概念 所谓标准煤是指一种理想能源，定义每千克可发出29.308×106J的热量只要测出任何一种能源的单位发热量，就可利用标准煤进行换算 表2.3 常见能源的发热量和折算成标准煤的换算表能源名 单位发热量，J 换算成标准煤，kg标准煤kg29.308×1061原油kg41.869×1061.429汽油kg43.125×1061.471柴油kg46.055×1061.571天然气m338.980×1061.330焦炉气m318.003×1060.614原煤kg20.934×1060.714蒸汽kg3.768×1060.129电力度11.933×1060.404 例例：某种材料生产过程消耗的能源量如表2.4所示，分别用标准发热量和标准煤计算能源消耗因子E值的大小。
表2.4 lkg某种材料生产过程消耗的能源量能源名称电力，kw．h轻油，kg乙炔，kg蒸汽，kg消耗量4.4180.030.090.013 废弃物排放因子式中：Ek为各种形态的废弃物排放量，编目分析表中获取； Fk为各种形态的废弃物的权重系数Fk确定方法： ①令Fk为某种废弃物的国际或国家排放标准的倒数，即 Fk=1／第k种废弃物的排放标准 ②加权系数法废弃物有气态、液态、固态之分，且其项目繁多，如有SO2、NOx、CO、Hg2+、Cr6+、尾矿、高炉渣等等，哪种污染物对环境污染大，加权系数就大 EkFk越大，则第k个指标对环境的影响越大；EkFk越小，则第k个指标对环境的影响越小一般认为：当EkFk=1时，第k个指标对环境的影响处于临界状态，排放的废弃物刚好能被环境完全稀释净化；当EkFk>1时，第k个指标对环境的影响超过环境标准，该指标越大，则其对环境的污染越大；当EkFk<1时，第k个指标对环境的影响低于环境标准，不对环境构成威胁 例例：某种材料生产过程排放的废弃物的种类和数量如表2.5所示，若权重系数Fk按废弃物的国际或国家排放标准的倒数确定，计算废弃物排放因子P值的大小。
表2.5 某种材料生产过程排放的废弃物及其排放标准废物SO2NOx飘尘Cr6+Pb油类COD废渣排放量，mg/m30.280.110.450.670.140.7515.00.3排放标准，mg/m30.250.150.250.500.100.5010.01.0 称为叠加型模型：认为各种资源、能源的消耗，废弃物的排放对环境的影响是等权重的加权型模型：认为各种资源、能源的消耗，废弃物的排放对环境的影响程度和结果是不同的，因而它们对环境的影响应该分别考虑其加权系数 表2.6废弃物排放因子的加权系数计算表序号要素评价因子人体健康稳定性可恢复性评分权值W加权系数Wk1 气态污染物飘尘++－2.01.160.0772SO2++－2.01.160.07703CO+－－1.00.580.0384NOx++－2.01.160.0775废气+－－1.00.580.0386 水体污染物Cd+++3.01.740.1167Hg+++3.01.740.1168Cr+++3.01.740.1169酚类+－－1.00.580.03810COD－－－00011油类－－+1.00.580.03812悬浮物+－－1.00.580.03813氰化物+++3.01.740.11614固体污染物无害固体－－－00015有害固体+++3.01.740.116小计26.015.081 例例：某种材料生产过程排放的废弃物的种类和数量如表2.5所示，用加权系数法计算废弃物排放因子P值的大小。
表2.5 某种材料生产过程排放的废弃物及其排放标准废物SO2NOx飘尘Cr6+Pb油类COD废渣排 放 量 ，mg/m30.280.110.450.670.140.7515.00.3排放标准，mg/m30.250.150.250.500.100.5010.01.0 环境负荷ELF计算：ELF={资源、能源、废弃物}= f（R，E、P）式中：CR、CE、CP为综合评价的权重系数 权重系数CR、CE、CP取值方法：（1）最将简便的方法是：令CR=CE=CPC=l，即等权重系数法；（2）采用专家评估法来确定，此法确定的CR=0.72 CE=1 CP=1.07 材料的环境负荷ELF也可用如下关系式计算得到： 式中：Ri、Ei分别为材料循环中第i个工序的原料输入和能源输入；Rmi、Emi分别为第i个工序排放物中可再生或再利用的材料和能源Pi为第i个工序的排放物；Wi为第i个工序排放物对生态环境的污染程度；L为材料的使用寿命。
习习题题：塑料的LCA评价分别用叠加型模型和加权型模型计算P，并分别用等权重法和专家评估法比较表中三种塑料ELF的大小表2.7 1kg塑料（HDPE、PP、EPS）的定量调查结果环境负荷单位HDPEPPEPS能耗（标准煤）kg16.9418.4732.68自然资源消耗：原油 水 其它kgkgg1.1629.504.701.2693.105.901.26510.4315.1大气污染物质：煤尘CO2SOxNOxHC其它gkggggg2.00.946.010.021.00.62.01.1011.010.013.00.75.41.91148.945.723.42.5水污染物质：BODCOD悬浮颗粒mgmgg1002002.1604001.912828734.1固体废弃物：淤渣 其它gg5.027.05.026.04.321.9 根据表2.8数据计算比较两种购物袋寿命全程的环境负荷大小表2.8 购物袋定量调查数据（单位：每1000个袋）环境负荷单位HDPE无漂白牛皮纸备注尺寸：长×宽×高 每个袋重量cmg27×13×496.8523×12×3921.0容量相同能耗kJ9930126000含回收的焚烧能资源消耗：主要材料 水kgkg原油7.0320.6木材43.32310辅助材料略 CO2SOxNOxHCkgggg28.1381314449.9126204 水污染物：BOD CODgg微量5.3650130 固体废弃物：灰 淤渣kgkg微量0.20.20.8 2.3减少材料环境负荷的措施 环境负荷ELF可用如下关系式计算得到： 通常所说的环境污染与式中表述的环境负荷并不等同。
零污染（Pi=0）不代表零环境负荷，即使生产中达到了理想状态的零污染排放，如果是低效地利用原材料和能源，仍会对环境施加很大的负荷 减少材料环境负荷的四种生产模式废弃物辅料符合环境标准生产过程无用有用原料投料产品，消费利用处理或处置排入环境循环利用回收利用综合利用生产后科学管理特点：以末端处理为主，即生产后科学管理为主重点在于废弃物的资源化和无害化处理、处置，对生产前和生产过程中的废弃物控制较少因此，这种生产模式不是完善的环境材料生产模式1）以减污为主的材料生产模式 特点：以生产过程控制为主，旨在节能、降耗，使废弃物排放最小化，废弃物再经处理处置达标排放该模式通过原料精选（包括选择替代原料）、改革工艺和更新设备，提高工艺效果，使废弃物在生产过程中削减或循环利用，从而减轻末端处理的压力 废弃物辅料生产过程无用有用原料投料原料精选工艺改革设备更新产品，消费利用处理或处置符合环境标准排入环境生产中科学管理（2）以节能为主的材料生产模式 （3）以节能、降耗、减污为主的材料生产模式废弃物辅料生产过程无用有用原料投料原料精选工艺改革设备更新产品，消费利用符合环境标准处理或处置排入环境循环利用回收利用综合利用生产后科学管理生产中科学管理特点：上述两生产模式的优化组合，是在生产过程中和生产过程后通过科学管理和工程技术措施，实现废弃物排放量最小化。
这一模式集节能、降耗、减污为一体，因此，它具有较好的经济效益、环境效益利社会效益 （4）以持续发展为目标的材料生产模式 特点：不仅考虑了生产过程中，生产过程后的废弃物排放量的最小化，而且从资源保护、合理利用、再生利用观点出发，从资源开采到生产过程、生产后寻求资源、能源和废弃物最小量化显然，这是一种理想的材料生产模式，也是今后材料生产的发展方向废弃物产品，消费利用符合环境标准处理或处置排入环境循环利用回收利用综合利用生产后科学管理生产中科学管理辅料生产过程无用有用原料投料原料精选工艺改革设备更新环境协调自然资源合理开采合理存储合理运输生产前科学管理 2.4材料的再生评价方法 一、材料的再生循环设计 在材料的设计阶段就考虑到材料的再生循环利用的设计材料再生循环设计时应尽可能地做到：①材料成分的简单化如金属材料做成简单合金的形式由单一元素组成或原则上不添加现在尚难以脱除的元素；②制备复合材料，使复合材料主成分和次要成分性质差距拉大，以便废弃后分离如将橡胶与金属复合，陶瓷与橡胶复合、纤维状的材料与粉状材料复合等 二、材料的再生循环利用度评价再生循环利用度：再生循环利用度：可再生循环利用的程度。
一般处于0～100%再生循环利用度表示：用分数和星级来评价如给100%可再生循环利利用的材料打100分，给一次性使用的材料打0分等再生循环利用度计算： 表2.9 材料的循环再生利用度的计算方法构成材料构成比（含量）再利用方法πi，j相对于πi，j的再生循环利用度ai，j每种材料的再生循环利用度M1X1π1，1π1，2┇π1，j┇π1，ma1，1a1，2┇a1，j┇a1，m E1= a1，j归一化地确定选择哪种再资源化方法M2X2π2，1π2，2┇π2，j┇π2，ma2，1a2，2┇a2，j┇a2，m E2= a2，j┇┇┇┇┇MnXnπn，1πn，2┇πn，j┇πn，man，1an，2┇an，j┇an，m En= an，j材料的再生循环利用度 例：某种材料由钢铁和橡胶两种材料复合而成，如表，试计算这种材料的可再生循环利用度材料构成比再利用方法πi，j相对于πi，j的再生循环利用度i，j每种材料的再生循环利用度钢铁60%简单利用作为炼铁原料90%80% E1= 80%橡胶40%简单利用回收能源作为填料利用70%90%95% E2=90%材料的再生循环利用度分数=60% × 80%+40%×90%=84% 2.4.3再生过程的能量评价R3R2R1R01E12E23E3P1P2P3┅nPnEnRnRn-1 Rn-1RkPkRk-1′Rk-1R1R2R0′1E1E2kEkP1P2┅PnEnRn2k′Ek′┅nR0′= R0－fPk 则∆E <0，能量消耗减少，对环境有利，回收再生过程可行；则∆E >0，能量消耗增加，对环境不利，回收再生过程不可行。
材料寿命全程有再生回收工艺和无再生回收工艺之间的能耗差∆E为：为系统能量变化的方向性或合理性的判据 2.5环境质量评价 环境质量：一般是指某一具体工业过程或某一具体时空内，自然环境的某些要素如大气、水、土壤等对人群的生存和社会经济发展的适宜程度 常用的评价模型：环境质量指数模型：单因子、多因子 环境质量分级聚类模型：功能评价模型它按照一定的聚类方法，将表征环境质量的各种数值综合归类，以确定环境质量的等级 2.5.1环境质量指数评价模型：单因子指数和多因子指数单因子环境质量指数是最简单的环境质量指数，定义为：Ii>l，超标；Ii=1，等标；Ii<1，低标 因子环境质量指数只能代表一种污染物的环境质量状况不能反映环境质量的全貌，但它是其它各种环境质量指数、环境质量分级和环境质量综合评价的基础 表示某种污染物在环境中的实际浓度超过环境标准的程度，即超标倍数 多因子环境质量指数通常分成两类：均值型环境质量指数 计权型环境质量指数 某材料加工厂的大气污染物浓度如表2.10所示，计算其单因子环境质量指数和多因子环境质量指数。
表2.10 某材料加工厂的大气污染物有关数据污染项目飘尘SO2NOxCO实际浓度，mg/m3d0.220.320.135.20排放标准，mg/m3d0.250.250.156.70相对权重系数0.20.50.20.1解：加工厂区域的单因子环境质量指数分别为： I飘尘=0.22／0.25=0.88 I SO2=0.32／0.25=1.28 I NOx =0.13／0.15=0.87 I CO =5.20／6.70=0.78均值型环境质量指数 计权型环境质量指数 2.5.2环境质量的分级聚类模型环境质量分级方法主要有四种：积分值法、W值法、模糊聚类法、灰色理论 （1）积分（M）值法参与评价的因子数所满足的环境标准12┇n 一级一级┇一级二级二级┇二级三级三级┇三级四级四级┇四级五级五级┇五级假设总评分10080604020每一因子得分ai100/ n80/ n60/ n40/ n20/ n积分值 表2.11 环境质量分级标准（积分值法）积分值MM ≥ 9696 > M ≥7676 > M ≥ 6060 > M ≥ 40M < 40环境质量等级一级二级三级四级五级 例例：某材料厂废气监测数据如表2.12所示，大气环境的单因子评分等级如表2.13所示，求M值，并说明环境质量等级。
表2.12 某材料厂废气监测数据评价因子总悬浮物飘尘SO2NOxCO实测值，mg／l1.50.130.450.025.0表2.13 大气环境的单因子评分等级 一级二级三级四级五级 20（100/5）16 12 84总悬浮物≤ 0.150.30.51.0> 1.0飘尘≤ 0.050.150.250.50> 0.50SO2≤ 0.050.150.250.50> 0.50NOx≤ 0.050.100.150.30> 0.30CO≤ 3.04.06.012.0> 12.0 参与评价的因子数所满足的环境标准总悬浮物飘尘SO2NOxCO 一级一级一级一级一级二级二级二级二级二级三级三级三级三级三级四级四级四级四级四级五级五级五级五级五级假设总评分10080604020每一因子得分ai100/ 5=2080/ 5=1660/ 5=1240/ 5=820/5=4总分积分值MM ≥ 9696 > M ≥7676 > M ≥ 6060 > M ≥ 40M < 40环境质量等级一级二级三级四级五级 （2）W值法参与评价的因子数所满足的环境标准12┇ n一级一级┇一级二级二级┇二级三级三级┇三级四级四级┇四级五级五级┇五级每一因子得分ai108642得分情况写成： S=S1+S2+S3+S4+S5；S1、S2、S3、S4、S5分别为取得10分、8分、6分、4分、2分的因子数目。
w值=最低两项得分值之和 表2.15所示为W值法的评价标准环境质量理想良好污染重污染严重污染环境等级WW1W2W3W4W5分级标准凡最低两项得分之和为 18～20分者凡最低两项得分之和为 14～16分者凡最低两项得分之和为10～12分者凡最低两项得分之和为6～8分者凡最低两项得分之和为4分者 例例：某材料厂废气监测数据如表2.12所示，大气环境的单因子评分等级如表2.13所示，求W值，并说明环境质量等级表2.12 某材料厂废气监测数据评价因子总悬浮物飘尘SO2NOxCO实测值，mg／l1.50.130.450.025.0参与评价的因子数所满足的环境标准1234 5一级一级一级一级一级二级二级二级二级二级三级三级三级三级三级四级四级四级四级四级五级五级五级五级五级每一因子得分ai108642得分情况写成： W=最低两项得分值之和=2+4=6 W4级，为重污染 。