（环境工程专业论文）化工产品生命周期评价系统设计研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 化工行业在国民经济中占重要地位，但是由于我国大部分化工企业生产 工艺落后，能耗高，物料流失大，在发展的同时，对环境也造成了严重的污 染。生命周期评价是一种用于评估产品在其整个生命周期中，即从原材料的 获取、产品的生产直至产品使用后的处置，对环境影响的技术和方法。作为 新的环境管理工具和预防性的环境保护手段，生命周期评价主要通过确定和 定量化研究能量和物质利用及废弃物的环境排放，进而来评估一种产品、工 序和生产活动造成的环境负载，评价能源材料利用和废弃物排放的影响以及 评价环境改善的方法。 本文在生命周期理论和方法框架基础上，根据化工产品的特点，考虑化 工产品的资源、生态、人体健康属性，使用层次分析法( a h p ) 进行影响评 价分析，采用d e l p h i7 0 系统开发语言和s q ls e r v e r 数据库，设计了化 工产品生命周期评价系统( c p l c a 评价系统) 。评价系统的建立力图减轻 评价工作者的工作量，提高工作效率，为用户提供关于环境影响的相关信息。 论文以某化工厂为例，运用c p m 对化工产品生产过程进行生命周期 生态评价。首先输入产品信息，然后进行目的和范围的定义，接着进行清单 分析，在选择“生态影响”评价后，系统自动完成影响评价结果和改善评价 关键词：化工产品；生命周期评价；系统；研究 西南交通大学硕士研究生学位论文第| i 页 a b s t r a c t c h e m i c a li n d u s t r yp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nn a t i o n a le c o n o m y w i t ht h e d e v e l o p m e n to fc h e m i c a li n d u s t r y , i th a sp o l l u t e dt h ee n v i r o n m e n tb e c a u s ei t s p r o d u c tf l o wi sp o o r , e n e r g yc o s ti sh i g ha n dm a t e r i a lw a s t ei sl a r g e l i f cc i r c l e a s s e s s m e n t ( l c a ) i so n et e c h n o l o g ya n d m e t h o df o r e v a l u a t i n g t h ef u l l e n v i r o n m e n t a lc o n s e q u e n c e si nt h ee n t i r el i f ec i r c l ef r o mr a wm a t e r i a l s a c q u i s i t i o n ，m a n u f a c t u r i n g t of i n a l d i s p o s a l a s o n en e wm e t h o do f e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n ta n dp r e v e n t i v ep r o t e c t i o n ，l c ai sm a i n l ya p p l i e dt o e v a l u a t et h ee n v i r o n m e n t a ll o a do fak i n do fp r o d u c t i o n ，w o r k i n gp r o c e d u r ea n d m a n u f a c t u r ea c t i v i f yb yt h eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so nt h eu s a g eo fe n e r g ya n d m a t e r i a la n dt h el e io fo f f a l l c ai sa l s ou s e dt oe v a l u a t et h ec o n s e q u e n c eo ft h e u s a g e o fe n e r g ya n dm a t e r i a la n dt h el e to fo f f a la n dt h em e t h o do f e n v i r o n m e n t a li m p r o v e m e n t o na v e r a g eap r o j e c to fl i f ec y c l ea s s e s s m e n tn e e d sa sm a n ya s1 0 0 ，0 0 0 d a t a o nt h eb a s i so fs t u d y i n gl c at h e o r i e sa n dm e t h o d s ，al e a s y s t e mf o r c h e m i c a lp r o d u c t s ( c p - l e a ) i se s t a b l i s h e da c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co f c h e m i c a lp r o d u c t sa n dt h ep r o p e r t i e so fr e s o u r c e ，e n v i r o n m e n ta n dp e r s o n a l h e a l t h i ta d o p t sa n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) t oe v a l u a t i o na n a l y s i sw h i c h i sd e v e l o p e db yd e l p h i7 0l a n g u a g ea n ds q ls e r v e rd a t a b a s e t h ep a p e rt a k e sac h e m i c a lf a c t u r ea se x a m p l e ，a p p l i e sc p - l c at oe v a l u a t e l i f ec i r c l ee n v i r o n m e n tf o rt h em a n u f a c t u r ep r o c e s so fc h e m i c a l p r o d u c t s f i r s t l y , i n p u tt h ei n f o r m a t i o no fp r o d u c t s ，t h e nd e f i n et h ea i ma n dr a n g e ，l a s t l ya n a l y z e t h el i s t a f t e rt h ea s s e s s m e n to fe n v i r o n m e n t ，t h es y s t e md r a w sac o n c l u s i o na n d c o m p l e t e st h ea d v i c eo fi m p r o v e m e n t k e yw o r d s ：c h e m i c a lp r o d u c t s ：l i f ec i r c l ea s s e s m e n t ：s y s t e m ：r e s e a r c h 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 选题研究背景及意义 1 1 1 选题背景 作为重污染的化工行业，据2 0 0 0 年统计，废水、废气、废渣的排放量i l j 分别占全国排放总量的2 0 一2 3 、5 7 和8 一1 0 。更严重的是化工 废水含有大量重金属，如汞、镉、铬、铅等；含有对生态造成严重危害的有 机毒物【2 l ，如砷，挥发酚，硫化物等；以及不被环境亲和的废弃物，如塑料、 树脂、粘胶等制品，严重破坏了环境的资源生产能力。从某种意义上讲，化 学污染物的排放量与以化工产品为主的工业发展规模成正比。 对化工行业进行生命周期评价，将污染物消灭在源头、生产过程中，对 于改善化工行业严重的污染现状具有很大的意义。 1 1 2 研究意义 我国化工中小型企业占8 0 一9 0 ，大部分规模小，布局分散，生产工 艺落后，设备陈旧，能耗高，产品转化率低，管理落后，物料流失大，污染 严重。以低附加值的原料产品为主，经济效益差，企业发展资金不足，环保 投入也很低，实施化工产品生命周期评价是非常必要的。 ( 1 ) 提高企业的竞争力 企业通过实施生命周期评价分析，可以减少资源、能源的使用，降低生 产成本，提高经济效益。使企业生产的产品符合环保要求，冲破国际间的绿 色贸易壁垒，获得强有力的国际竞争力。 ( 2 ) 推进企业技术改造 生命周期评价要求对产品生产全过程的分析，这有助于推动企业加大技 术革新力度，使用新工艺、新设备，也有助于企业间的联系与合作体，产生 规模效益，尽快改变目前化工企业小型化的局面。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 ( 3 ) 保护生态环境 化工行业产生的污染物质。多数是剧毒、难降解、危害大的物质。以难 降解有机物为代表，在环境中存在时间长。并在生物体内通过食物链富集， 对生态环境的影响最大。实施生命周期评价，找出污染严重的环节，可以减 少有毒原料的使用，减少有毒废物的产生，有效回收有毒化学品，保持清洁 的环境。 ( 4 ) 提高企业的管理水平 生命周期评价要求企业按照i s 0 1 4 0 0 0 环境管理体系的要求管理企业， 加强预防、控制、监督和监测，通过规范的文件和程序，约束企业的自身行 为，在整个生产过程中控制环境污染的产生，提高企业的生产效率p l 。 1 2 国内外应用现状 l c a 方法的应用首先开始于以大量基础数据的输入输出为基础的清单 分析阶段，这个阶段可能需要收集材料数据、能源数据、过程数据和终端处 理数据等。欧美l c a 研究机构和组织开始探讨利用计算机作为l c a 辅助工 具，出现了一批l c i 数据库和l c a 软件，这些软件一般含内置基础数据库， 具有可视化的用户界面，降低了l c i 和l c i a 过程的复杂度，对l c a 方法 的应用、推广起到了一定的积极作用【钔。 ( 1 ) e c o i t1 0 e c o i t 是l c i 和l c i a 辅助数据库，不但包含了生产、运输、铯源使用 和废物处理过程，还包括常用材料( 如金属、塑料、纸、平板和玻璃等) 的1 0 0 个基本参数。 ( 2 ) e c o m a n a g e r1 0 e c o m a n a g e r1 0 是内置美国的材料、能源、废弃物和运输的清单数据， 用于内部规划、扫描及评估的l c it 具。所有程序基于m i c r o s o f te x c e l 开 发，用户可在其引导下建立l c i ，从数据库获取信息，编辑图表等。 ( 3 ) e c o p r o1 5 一e m p a e c o p r o 是、a 评价工具，通过流程图模拟产品生命周期，同时也包含 了大量的数据库用户可基于窗门实现在线帮助、使用工具条等。 ( 4 ) g a b i i p t s g a b i 是采用源于工业和文献预定数据的l c a 工具。通过建立单元过程 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 的流和过程链接进行l c i 计算采用开放式的l c i a 平台。可以根据用户需 求更改、拓宽结构，允许数据质量评估。 ( 5 ) i d e m a 卜d e l f iu n i v o ft e c h n o l o g y i d e m a t 是包含3 6 5 种材料的文本，数字和图表信息的计算机数据库， 用户必须熟悉l c a 的框架原则、特征化和评价方法。 ( 6 ) l c a d b a t t e i l e d o e l c a d 是包含图式用户界面和数据库结构的生命周期模拟工具。l c a d 能够模拟物质能源核算流程图，同时可评价数据的可靠性。涵盖美国能源 生产和运输数据库，电力生产数据库，林木产品、纸、金属、水泥和基本化 学、塑料品从摇篮到门槛过程数据库。 ( 7 ) l c a i t - - c i te k o l o g i k l c a i t 是能源和材料l c 工工具，包含了化学品、塑料、纸浆和纸产品 等材料从摇篮到门槛的数据信息。同时含有欧洲b o u s t e a d 能源数据，p w m l 塑料数据和b u w a l 数据，不含北美数据，也没有评估数据质量。通过求解 基于工序间的流和运输方式的线性方程组，进行清单分析。 ( 8 ) r e p a o f r a n k l i na s s o c i a t e s l t d r e p a q 是l c i 工具，考察产品从原材料提取、提炼和加工，材科制造， 产品装配和处置整个生命周期过程的能源和环境排放。可以应用r e p a q 评 价产品、加工和包装过程。用户可以利用r e p a q 数据库，也可以常规物料 特征，输入自己的数据。 ( 9 ) s i m a p r 0 5 - - p r 6c o n s u l t i n g s i m a p r o t m t 是全尺度l c a 评价工具，可以比较、分析带有复杂生命周 期的复杂产品，可随意编辑过程数据和影响评价数据，它的主要特征包括： 多样化影响评价方法，比如国际著名的c m l l 9 9 2 2 0 0 0 ，e c o s c a r c i t y ，e d i p ， e c o i n d i c a t o r9 5 9 9 等方法，多个过程数据库( 以欧洲和荷兰的数据为基础) 和自动转换单位。e c o i n d i c a t o r9 9 影响评价方法是s i m a p r o5 0 的核心，采 用破坏类型( d a m a g e c a t e g o r y ) 分类体系、归一化以及专家加权法。 ( 1 0 ) t e a m - - e c o b a l a n c e l c at 具，允许用户创建和使用数据库，模拟代表产品、过程和活动 实施的任何系统，设计的目的是概括和模拟复杂工业系统，计算相关生命周 期清单，生命周期潜在环境影响，和过程的生命周期成本。t e a m 模型中含 有l o 类数据信息：纸和纸浆，石油化工品和塑料，无机化学品，钢，铝， 其他金属，玻璃，能源转化，运输，废物管理。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 ( 1 1 ) u m b e r t 03 俨一i f e u u m b e r t o 是l c a 工具，使用图示界面模拟材料流程，输入并跟踪物流 能流，它也包含一个估价系统编辑器以支持影响评价。 ， ( 1 2 ) b o u s t e a d5 o - - b o u s t e a dc o n s u l t i n gl i d 包括能源、燃料生产和运输的数据模块以及单个和组合工艺和完整产品 的数据。数据库含有美国、欧洲和美国，日木、中国等超过3 0 0 0 个单元操 作的信息。每个工艺约有2 4 个排放物类别。燃料生产和使用的数据代表了 各国的实际情况。清单分析基于单元过程输入输出理论，通过顶端输入表和 自动收索建立单兀过程输入输出链接网络1 5 1 。 ( 1 3 ) t r a c 卜u s e 只a t r a c i 是一种评价并减少事物环境化学及其它环境影响的工具。美国 环保局开发了t r a c i 这一独立的计算机程序，用于分析人类活动潜在的多 方面的中间类型环境影响。模型中大部分指标数据代表美国的地域特征，是 一种典型的考虑地域因素的影响评价方法1 6 i 。 1 3 本文研究目的和路线 1 3 1 研究的目标 本论文的研究目标分为以下几个部分。 ( i ) 借助于计算机软件系统对产品生命周期的分析评价，便繁琐的清 单数据收集和分析工作以及后继的影响评价计算机化，大大节约了评价时间 和人力、物力资源，同时又提高了评价的标准化和信息化，使之适应可持续 发展的迫切要求； ( 2 ) 研究设计适合化工行业的l c a 系统，推进化工企业进行清洁生产， 达到环境和经济。双赢”的目的； ( 3 ) 为政府制订环境标准、环境生态标记等提供参考； ( 4 ) 为消费者提供与环境友好产品的相关信息。 1 3 2 研究的内容 本论文的研究内容分为以下几个部分。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 ( i ) 生命周期评价方法：评价的目的和范围、清单分析、影响评价、 改善评价： ( 2 ) c 卜l c a 软件的开发：软件的总体结构、数据库的设计、系统功 能体系； ( 3 ) 结论：总结本论文研究的内容和成果，并指出今后进一步研究的 方向。 1 3 3 研究的路线 本论文研究路线是建立一个生命周期评价系统软件，通过访问数据库获 取数据，由系统自动输出评价的结果，其研究体系结构如图1 - 1 所示。 生命周期评价系统软件 ：! 望! 数据库访问接口 访问 s q ls e r v e r 数据库 i | 输出 盐， 评价结果 图1 - 1 论文研究体系结构 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 第2 章产品生命周期评价 2 1 生命周期评价的产生 生命周期分析是【7 l - - 种用于评价产品在其整个生命周期中，即从原材料 的获取，产品的生产、使用直至产品使用后的处置过程中，对环境产生的影 响的技术和方法，这种方法被认为是一种“从摇篮到坟墓”的方法。产品的 生命周期分析是国外已广泛应用的一种清洁生产分析工具。企业采用生命周 期分析方法可以增加其产品有利于环境的特性，从而提高市场竞争力。目i i ， 越来越来多的企业采用生命周期分析方法来帮助作出环境的和商业的决策。 生命周期评价( l c a ) ，其最初应用可追溯到1 s 1 1 9 6 9 年美国可口可乐公 司对不同饮料容器的资源消耗和环境释放所作的特征分析。自此以后，l c a 方法学不断发展，现已成为一种具有广泛应用的产品环境特征分析和决策支 持工具； 最初i , c a 主要集中在对能源和资源消耗的关注，这是由于2 0 世纪6 0 年代末和7 0 年代初爆发的全球石油危机引起人们对能源和资源短缺的恐 慌。 8 0 年代中期和9 0 年代初，是l c a 研究的快速增长时期。这一时期， 发达国家推行环境报告制度，要求对产品形成统一的环境影响评价方法和数 据，例如对温室效应和资源消耗等的环境影响定量评价方法，也不断发展。 9 0 年代初期以后，l c a 方法在全球范围内得到较大规模的应用。国际 标准化组织制定和发布了关于l c a 的i s 0 1 4 0 4 0 系列标准。此阶段，各种 具有用户友好界面的l c a 软件和数据库纷纷推出，促进了l c a 的全面应用。 从9 0 年代中期以来，l c a 在许多工业行业中取得了很大成果，许多公 司已经对他们的供应商的相关环境表现进行评价。同时，l c a 结果已在一 些决策制订过程中发挥很大的作用。 2 2 生命周期评价技术框架 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 1 9 9 3 年s e t a c 在。生命周期评价纲要：实用指南”中将生命周期评价 的基本结构归纳为四个有机联系的部分【9 l ：定义目标与确定范围；清单分析； 影响评价；改善评价，如图2 - 1 所示 墅堕置盆 生态健康 人类健康 资源耗竭 渣皇岔伍 图2 - 1 生命周期评价的技术框架( s e t a c ，1 9 9 3 ) 1 9 9 7 年，根据i s 0 1 4 0 0 0 标准，l c a 技术框架实施步骤分为目标与范 围的界定、清单分析、影响评价和结果解释四个阶段【1 0 1 如图2 2 所示。 目标与范围的 - - - - - - 确定 - - - 一 直接应用 _ 上t 结 产品开发与改进 觯撕e 果 战略规划 解 j 上t 释 1 公共策略制定 营销 影响评价巳 其他 图2 - 2l c a 实施步骤( 1 s 1 4 0 4 0 ，1 9 9 7 ) 2 2 1 目标和范围定义 在进行l c a 评估之前，必须说明开展生命周期评价的目标和范围，这 是评估过程所依赖的出发点和立足点，是l c a 研究的第一步。定义目标即清 楚地界定评价对象，说明开展此项l c a 的目的和原因，以及研究结果的可 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 能应用领域，即研究结果的接受者或预期交流对象。 ( 1 ) 目标的确定 在这一阶段工作中，主要是明确研究的目的，确定所希望得到的研究结 果l l l 】。通常进行生命周期评价的目的分为以下4 种： 建立某类化工产品的参考标准 通过使用生命周期评价方法，同时依据专业人员的判断和获得的数据来 获取相关影响因素的筛选步骤，估计该类化工产品生命周期中具体阶段可能 产生的影响，并制定相应的参考标准。 进行绿色化工产品的认证 对该化工产品进行生命周期评价，将其结果与已经确认的标准产品进行 对比，从而确定该产品是否具备环境友好性、是否可被认为绿色产品。 推进化工产品清洁生产 利用生命周期评价方法，识别某类化工产品在技术性，环境协调性以及 经济性方面存在的问题，并判别对其进行改善的可能性与潜力，推动企业实 施清洁生产工艺。 对消费者来说，通过生命周期评价方法，可以识别某类化工产品在技 术、环境、经济方面的问题，判别对其改善的可能性与潜力，选择环境友好 的化工产品 目标的确定是l c a 的基础和关键，根据评价目标的不同l c a 方法也是 不同的。 ( 2 ) 范围的界定 l c a 的评价范围则一般包括评价功能单元定义，评价边界定义系统 输入输出分配方法，影响评价的数学物理模型数据要求，评价中使用的 假设和结果的类型和格式等。 产品生命周期所有过程都落在系统的边界内，边界外就是系统环境。生 命周期分析的一般范围，始于能源物质的获取，结束于产品和废弃物的最终 处置，每一步过程均要作输入输出分析，如图【1 2 1 2 3 所示。 l c a 研究范围中必须明确规定所研究系统的功能单位，所谓功能单位 是对产品系统输出功能的量度，为输出和输入提供参照基准的，以保证l c a 结果的可比性。在评估不同系统时，l c a 结果的可比性是必不可少的，否 则无法在同一基础上进行比较。在评估过程中，范围定义是一个反复的过程， 必要时可以进行修改。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 输 能 输 物 输 - 获取原材料卜一 r 制造、加工，方案制定b l - 分配、运输 _ _ + 工 l -l利用、维护卜 - r - 再循环b 士 ， -1废弃物管理卜_ _ 系统边界 废” 出 副 图2 3l c a 评价系统边界 对于生命周期分析来说，确定系统边界是关键性的步骤，它必须确定应 当包括和应当排除的事物，即研究工作应当从那里开始和在那里结束以及其 分析的细节。 由于生命周期评价是一个反复的平衡过程，在数据和信息的收集过程 中，可能会修正预先界定的范围，以满足研究的目标。在某些情况下，甚至 可能会修正研究目标本身，以适应研究对象的具体条件。 2 2 2 清单分析 清单分析的目的是将环境负荷定量化。对一种产品、工艺和活动在其整 个生命周期内的能量与原材料需要量、以及对环境的排放( 包括废气、废水、 固体废弃物及其他环境释放物) 进行以数据为基础的客观量化过程。该分析 评价1 1 4 l 贯穿于产品的整个生命周期，即原材料的提取、加工、制造和销售、 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 使用和用后处理。需要收集的输入数据包括资源和能源的消耗状况，输出数 据则依据主要因素考虑具体的过程对环境造成的影响。 生命周期清单分析是l c a 四个组成部分中研究最成熟、理解最深人和 应用最充分的一个【1 5 l ，其目的是最终得到一个具体的、明确的指标参数， 来表征该系统或过程对环境影响的程度或强弱【1 6 1 ，清单分析的简化程序如 图2 4 所示。 图2 - 4 清单分析简化程序图 首先就是对输入和输出数据的收集，数据的收集工作要根据化工产品生 命周期评价的范围和目的要求，所以数据的收集阶段分为化工产品制造阶段 的数据、化工产品使用阶段的数据、化工产品拆卸阶段的数据、化工产品回 收利用阶段的数据。四个阶段的数据主要包括原材料、资源、能源消耗、化 工产品产出、“三废”排放。数据来源于化工厂的物料、能源平衡表、现场 调查、环境监测报告、化工企业“三废”排放与处理情况表、查相关参考文 献、化学反映公式计算、做模拟试验等获得。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 2 2 3 生命周期影响评价 生命周期影响评价是l c a 中难度最大、争议最多的部分【”】，相关国际 标准尚处于制定阶段。来自清单分析的信息是分散的，很难给予结实，l c a 影响评价是将清单分析阶段输入输出的物质和能量的数量进行定性分类和 定量转化、累加、并给予评价，以最终确定和比较不同产品( 或工艺) 的整 个生命周期过程对环境和资源的影响的大小，将清单信息转化为可以理解的 一个总体的评价的结果【1 8 】。影响评价方法目前正在发展之中，i s o 和s e t c a 都倾向于把影响评价作为一个“三步走”的模型，即影响分类、特征化和量 化评价。 ( 1 ) 影响分类 将从清单分析得来的数据归到不同的环境影响类型。影响类型通常包括 资源耗竭、人类健康影响和生态影响3 个大类。每一大类下又包含有许多小 类，如在生态影响下又包含有全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、光化学烟雾和 富营养化等。另外，一种具体类型，可能会同时具有直接和间接两种影响效 应。 ( 2 ) 特征化 特征化是以环境过程的有关科学知识为基础将每一种影响大类中的不 同影响类型汇总目前完成特征化的方法有负荷模型、当量模型等，重点是 不同影响类型的当量系数的应用，对某一给定区域的实际影响量进行归一 化，这样傲是为了增加不同影响类型数据的可比性，然后为下一步的量化评 价提供依据。 ( 3 ) 量化评价 量化评价是确定不同影响类型的贡献大小即权重，以便能得到一个数字 化的可供比较的单一指标。 2 2 4 改善评价 l c a 的目的，不管从企业角度还是从政府角度来讲，都是为了获得更 好的经济效益、环境效益和社会效益，改善评价是l c a 的最终目标【1 9 】，它 是识别、评价并选择能减少研究系统整个生命周期内能源和物质消耗以及环 境释放机会的过程。通过比较产品的环境优劣，可对产品进行重新设计，不 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 断改善和改进，这种分析包括定量和定性的改进措施。例如改变产品结构， 重新选择原材料，改变制造工艺和消费方式，以及废弃物管理等。 美国环境毒理学和化学学会建议将改进评价分成三个步骤来完成，即识 别改进的可能性、方案选择和可行性评价。s e t a ( 1 9 9 3 ) 建议1 2 们，改善评 价分为3 个步骤来完成，即： ( 1 ) 识别改进的可能性 ( 2 ) 改进方案的选择 ( 3 ) 改进方案的可行性评价。 在进行分析时，还必须包括敏感性分析和不确定性分析的内容。目前， 改进评价的理论和方法研究较少。 2 3 生命周期评价的运用 生命周期评价作为一种环境管理工具，不仅对当前的环境冲突进行有效 的量化的分析，评价，而且对产品机器“从摇篮到坟墓”的全过程所涉及的 环境问题进行评价，应而是“面向产品环境管理”的重要支持工则2 1 l 。目 前，l c a 运用在能源运输系统【2 2 l 、化工行业【矧【2 4 1 、金剧2 5 】【2 6 j 、固体废物管 理【2 7 l 、造纸业l 嚣j 1 2 9 l 、水f 矧、环境标志产品的评价【3 、及其它行业例【3 3 j 【3 4 1 。 l c a 运用的方面可分为企业、政府、消费者三个层次【捌。 ( 1 ) 私人企业 生命周期评价主要用于产品的比较和改进，典型的案例有布质和易处理 婴儿尿布的比较，塑料杯和纸杯的比较，汉堡包聚苯乙烯和纸质包装盒的比 较等。对于生产者来说，l c a 可以用于了解具体产品工艺过程，及其相关 的环境影响，生产者可以选择环境影响小的原材料和改进工艺等措施来提高 产品的质量和产品环境友好性，增加市场竞争力。主要应用领域可归纳为以 下四个方面。 产品系统的生态辨别和诊断 通过对整个生命周期阶段的分析，识别对环境影响最大的工艺过程和产 品寿命阶段。通过对能耗、物耗分析，寻找降低能耗、物耗从而降低产品成 本的原材料、能源和生产工艺。 产品环境影响评价与比较 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 以环境影响最小化为目标，分析比较某一产品系统内的不同方案或者对 替代产品( 或工艺) 进行比较。 生态产品设计与新产品开发 生态产品设计和传统产品的设计目标、要求不同，因此需要从产品的设 计阶段就考虑产品用后的资源回收利用。现在，已经出现了一大批“为再循 环而设计”或。为拆解而设计”的企业和研究机构。 ( 2 ) 政府方面 生命周期评价主要用于以下几个方面1 3 6 】： 制定产品政策与产品标准 生命周期评价还用来制订政策、法规，制定污染防治政策。在欧洲，生 命周期评价已用于欧盟制定“包装和包装法”，比利时政府1 9 9 3 年作出决定， 根据环境负荷大小对包装和产品征税，其中确定环境负荷大小采用的就是生 命周期评价方法。， 实施生态标志计划 清洁生产、绿色产品、生态标志的提出和发展将会进一步推动生命周期 评价的发展。目前，各国政策重点从末端治理转向控制污染源、进行总量控 制，这在一定程度上反映了现有法规制度无法单独承担对环境和公共卫生造 成的危机，从另一侧面也反映了生命周期评价将成为未来制定环境问题长期 政策的基础，这对实现可持续发展战略具有深远的意义。 相应的一些国家的生态标志计划纷纷出台，如德国的“蓝色天使计划”、 加拿大的“环境选择”、新加坡的“绿色标签”等，客观上刺激了生态产品 的消费【3 7 】。 优化政府的环境规划 如荷兰政府从1 9 8 9 年起开展“国家废弃物管理计划”，通过对固体废弃 物进行l c a ，一方面发展了l c a 的方法论，另一方面提出了一项综合废弃 物管理的规划。 促进国际环境管理体制的制定 1 9 9 3 年6 月，国际标准化组织( i s o ) 成立了i s o 厂r c 2 0 7 “环境管理委 员会”。开始起草一份称为i s 0 1 4 0 0 0 环境管理体系标准。此体系不仅关者 产品的质量，而是对组织的活动、产品和服务从原材料的选择、设计、加工、 销售、运输、使用到最终废弃物的处理进行全过程的管理。 ( 3 ) 消费者组织 对于消费者来说，l c a 可以指导消费者选择环境友好的产品。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 3 1 系统开发 第3 章c p l c a 总体结构 3 1 1 软件设计的要求 ( 1 ) 采用开放性操作系统，能支持汉字处理，允许多个用户使用，并 能较易增加用户数，应配有先进、完整、高效的软件开发工具及其支撑软件。 ( 2 ) 应配有通用数据库系统，数据库系统为关系型分布式系统，可以 在小型机上运行。应配有良好的开发工具及系统监调工具，具备与d e l p h i 语言接口，能及时处理产生的大量信息。 ( 3 ) 应配有标准的d e l p h i 语言及其它语言，图形处理软件，要求能处 理汉字。 3 1 2 系统开发语言 d e l p h i 是著名的b o r l a n d 公司开发的可视化软件开发工具，被称为第四 代编程语言，它具有简单、高效、功能强大的特点。和v c 相比，d e l p h i 更简单、更易于掌握，而在功能上却丝毫不逊色；和v b 相比，d e l p h i 则功 能更强大、更实用。可以说d e l p h i 同时兼备了v c 功能强大和v b 简单易学 的特点：它一直是程序员至爱的编程工具【3 s l 。 d e l p h i 具有高速的编译器，强大的数据库支持，与w i n d o w s 编程紧密 结合，强大而成熟的组件技术。但最重要的还是0 b i e c tp a s c a l 语言，它才是 一切的根本，简单易学。 在d e l p h i 众多的优势当中，它在数据库方面的特长显得尤为突出：适 应于多种数据库结构，从客户机服务机模式到多层数据结构模式；高效率 的数据库管理系统和新一代更先进的数据库引擎；最新的数据分析手段和提 供大量的企业组件。d e l p h i 发展至今，从d e l p h i l 、d e l p h i 2 到现在的d e l p h i 7 ， 不断添加和改进各种特性，功能越来越强大。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 3 1 3 系统开发目的 l c a 中，尤其是其中的清单分析中涉及到材料制造、使用、废弃和再 循环整个生命周期系统有关的环境负荷的过程，需考虑上百个工艺流程，收 集上万个与环境影响相关的数据。基于l c a 自身的一些局限性和评价中收 集数据繁琐性等原因，严重防碍了l c a 在各个领域中的应用。 为了将l c a - y 作者从繁琐的工作中解脱出来，提高评价的效率，更加 有效推动l c a 的运用，我们利用计算机软件工具进行生命周期评价软件系 统的设计。 3 1 4 系统注意事项 ( 1 ) 数据收集 收集相关的评价数据是生命周期评价系统实现的前提，国外现在已经出 现了许多的l c a 清单分析数据库，但是我国由于对生命周期评价的研究还 处在开始阶段，在数据收集方面还很欠缺。这是进行l c a 最困难的阶段， 一般可以从以下几种途径收集【3 9 l 。 自行收集 结合所研究的对象和设计目标按照产品的生命周期，自行收集数据，建 立适合所研究对象的产品数据库。例如，原材料提取和材料生产阶段的数据 向矿藏开采商和材料制造商索取；产品设计和制造阶段的数据在企业内部收 集；产品运输安装阶段的信息从制造商、运输单位以及用户获得；产品使用 维护阶段的信息主要来自用户、维修企业( 或企业自身的维修部门) 等。 现有生命周期分析数据库和知识库 国外许多研究机构都建立有自己的数据库( 如：e d i p 、d e a m s 等) ，用 于生命周期分析。这些数据可靠性较高，可结合数据获取背景借鉴和采用。 文献数据 许多论文、专著和研究报告等文献，都使用一些数据和方法来证明观点。 这些数据和方法也是生命周期分析的重要数据源之一 非报告性数据 非报告性数据主要来自制造商、实验室、政府和其他机构。由于这部分 数据较为分散，且未公开发布，因此较难获得。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 ( 2 ) 生命周期权重的确定 权重反映了某一指标在综合评价体系中所起作用的大小，合理确定指标 权重是综合评价中的重点。要精确得到各种因素对环境的影响，就要确定各 环境要素对总体环境的“贡献量”，即权重系数，然后与由清单分析所得的 各环境要素影响的标准指标相乘就是各环境要素对环境的“贡献量”，一般 有。专家法”、。层次分析法”、“线形回归方程法”等。专家法或德尔菲 法易于处理数据。但是有较大的随意性1 4 0 1 层次分析法和线性回归方程法 的数据处理比较繁杂，但可以借助计算机进行。在具体应用中，可根据l c a 的不同目的来选择方法。 产品生命过程中的各个过程中分为几个子过程，每个子过程在产品生命 周期过程中所占的时间长短不一样，对环境排放的污染物也不一样，不能用 简单的算术平均值来计算整个生命周期过程的环境影响，应该对每一个子过 程的施以权重。文章中将采用f u z z ya h p 法，它是一种定性与定量分析相 结合的分析方法。 3 2 用户界面 常用功能必须具有非常良好的人机界面，中文菜单引导，具有菜单方式 和直接命令两种交互式操作方式。菜单方式，一般采用移动光标和输入某一 选项输入方式，采用多窗口，热键技术，操作方便，灵活、容易掌握，软件 使用人员经过培训后都能使用各种功能。系统还必须具有较强的联机帮助功 能，提示信息丰富，操作简便，提高工作效率。系统界如图3 - 1 所示。 3 3 系统功能体系 图3 - l 系统界面 系统有一个总的目标，为了达到这个目标，必须要完成各个子系统的功 能，而各个子系统的完成，又依赖于下面更具体的功能执行。系统功能体系 如图3 2 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 图3 - 2 功能体系图的结构 根据生命周期评价的框架组成，c p l c a 可主要划为四个部分【4 “，如图 3 3 所示： 图3 - 3c p - l c a 系统功能体系 ( 1 ) 产品概况 c p l c a 系统中有个“产品概况”菜单栏，用户输入产品相关信息， 存入数据库中。 图3 4 产品概况界面图 西南交通大学硕士研究生掌位论文第18 页 ( 2 ) 编辑 在“编辑”下拉菜单栏中有“复制”、“粘贴”、。查找”功能，方便用户 操作，如图3 5 所示。 图3 - 5 编辑界面图 ( 3 ) 目的范围 1 ) 目的 评价的目的是生命周期评价工作的第一步，在进行化工产品生命周期评 价时，首先明确评价的目的，使用户知道使用该系统来干什么。 用户只需要在“目的”中选择“个人”、“企业”或“政府”，系统将 根据输入评价对象做相关的分析评价，如图3 - 6 所示。 图3 - 6 目的界面图 2 ) 范围 功能单位 化工产品的生产过程复杂【4 2 1 ，如果多生产的各个环节、单元进行评价 是非常麻烦的，应该着重对主要环节、单元的分析评价。功能单位是度量系 统功能时所采用的计量单位，为体系的输入或输出提供一个统一的计量基 准，便于计算1 4 3 l 。 系统边界的确定 由于财力，物力、人力等因素的原因，我们不可能对所有的环节、单元 进行全面的生命周期评价，应该有个详略之分。合理的系统边界可以缩小评 价范围，提高评价的效果，减少评价工作量。一般化工产品的生命周期包括 4 个阶段：化工产品制造阶段，化工产品使用阶段，化工产品拆卸阶段和化 工产品回收利用阶段，如图3 7 所示。用户可以选择其中一个阶段或者化工 产品整个生命周期，c p l c a 系统将根据用户的选择进行分析评价。 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 幽3 - 7 范围界面图 ( 4 ) 清单分析 清单分析是对产品、工艺或活动在整个生命周期阶段的资源、能源消耗、 向环境排放的数据进行量化分析， 数据收集之后。输入评价系统中，c p l c a 系统将自动进行计算，得出 清单分析结果，清单分析界面如图3 8 所示 图3 - 8 清单分析界面图 ( 5 ) 影响评价 在清单分析中获得数据的基础上，接下来进行环境影响评价。影响评价 分为影响分类、特征化和量化评价三个阶段，如图3 - 9 所示。 图3 9 影响评价界面幽 ( 6 ) 改善评价 在影响评价之后，就要进行系统地评估在产品各个阶段整个生命周期削 减资源、能源、原材料使用已经对环境排放的需求与机会。s e t a c ( 1 9 9 3 ) 建议，改善评价分为3 个步骤来完成，即识别改进的可行性、方案选择、可 行性评价。企业可以通过不断寻找改善机会，选用先进生产工艺，实现清洁 生产。c p l c a 系统的“改善评价”分为两个菜单栏“识别”、“改进”，如图 3 一l o 所示。 ( 7 ) 维护 图3 - 1 0 改善评价界面图 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 “维护”包括对程序、数据、代码的维护，如图3 - 1 1 所示 3 4 系统总体结构 图3 1 1 维护界面 文章将根据生命周期评价框架的组成，将化工产品生命周期评价系统划 为三个模块，同时为了软件操作起来的方便性和完整性，加了查询功能和数 据库的维护与增长功能。系统的总体结构如图3 - 1 2 所示，整个系统是一个 联系密切、分工明确、相互协作和制约的不可分割的有机整体。 图3 一1 2c p l c a 系统总体结构 该系统e h - - - 个主要模块和一个支撑模块组成，分别为：产品层次模块、 产品生命周期模块、产品评价指标模块和共享数据库模块【】。 3 4 1s q ls e r v e r 数据库 数据库系统可以在一个集中的地方存储和维护与工作或生活相关的各 种信息，它是由数据库、数据管理系统、数据库开发工具、应用系统、数据 管理员和用户构成，具体关系如图3 1 3 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 1 页 图3 - 1 3 数据库系统构成 数据库就是存放数据的仓库，数据按照一定的规律存放在计算机中。中 国大百科全书电子学与计算机定义为“数据库是为满足某仪部门中多个 用户多种应用的需要，按照一定的数据模型在计算机系统中组织、存储和使 用的相互联系的数据集合【4 5 p 。数据库的本质就是依据一定的目的来收集相 关资料、汇总，为用户提供方便的搜索服务 当前市场上流行的数据库产品有p a r a d o x 、i n t e r b a s e 、a c c e s s 、s q l s e r v e r 以及o r a c l e 等。下面主要介绍s q l s e r v e r 数据库。 s o ls e r v e r 数据库是一种关系数据库管理系统1 4 6 l ，它最初是由 m i c r o s o f t 、s y b a s e 和a s h t o n t a t e 三家公司共同开发的。现在m i c r o s o f t 公司 推出了最新的数据库是s q ls e r v e r2 0 0 0 ，它提供了以w e b 标准为基础的扩 展数据库编程功能。丰富的x m l 和i n t e m e t 标准支持允许使用内置的存储 过程以x m l 格式轻松存储和检索数据，还可以使用x m l 更新程序容易地 插入、更新和删除数据。 ( 1 ) w e b 轻松访问数据。通过s o l s e r v e r2 0 0 0 可以