（环境工程专业论文）湖北省磷肥生产环境影响的生命周期评价.pdf

武汉理工大李硕士学位论文 摘要 近年来随着农业的快速发展， 化肥的需求世也大大增加。 在编制“ 十 五” 计划时， 有关部门曾 经预测2 0 0 5 年中国 需要磷肥1 0 5 0 - 1 1 0 0 万吨 p 2 0 5 , 2 0 1 5 年需要1 1 5 0 1 2 0 0 万吨p 2 0 5 。 然而， 在磷肥产业快速发展 的同时。 磷肥生产所排放的砷、氛、磷石膏等污染物也日益增多， 对环 境的影响也进一步加剧。 因此， 为进一步减少磷肥生产环境影响， 增强 磷肥生态环境友好度与竟争力， 本文以黄麦岭和大峪口 磷肥厂为研究对 象， 开展了湖北省磷肥生产生命周期评价研究， 以期为湖北省乃至全国 磷肥工业进一步清洁生产与环境保护工作提供理论指导。 生 命周 期 评 价 ( l i f e c y c l e a s s e s s m e n t ) 是 一 种 对 产品 、 生 产工 艺以 及 活动的整个生命周期对环境产生的压力进行识别和t化的工具。 本文在 简要介绍生命周期评价的 概念、 发展、 应用的荃础上， 针对现阶段湖北 省及全国的环境污染状况， 建立了 生命周期影响评价模型。 该模型针对 磷肥生产所造成酸化、 富营养化、固体废物、 烟尘和粉尘、 生态毒性五 个方面的环境影响，以1 9 9 9 年区域或局地环境污染状况为 根据， 计算 了1 9 9 9 年标准人当量基准值， 并估计2 0 0 5 年污染物的排放情况， 计算 了 各种环境污染类型所占的权重。 然后将实际磷肥生产过程中排放的各 种污染物依照其所造成的 环境影响类型的不同 进行分类， 并计算了 各种 环境影响类型的环境影响潜值。 研究结果表明， 黄麦岭磷肥生产造成的酸化、 富营养化、 固体废物、 烟尘 和 粉 尘、 生 态毒 性五 种环 境 影 响 潜 值分别 为0 .0 3 5 , 0 . 1 1 3 , 6 9 .7 , 0 .0 2 9 , 1 0 .4 1 ;大峪口 磷肥生产造成的五种环境影响潜值分别为0 . 0 9 7 , 0 .0 2 7 7 , 8 6 .9 3 , 0 . 1 2 5 , 0 .3 2 7 .由此可见，在磷肥生产所造成的五类环 境影响中，固体废物环境影响潜值最大，是最主要的 环境影响;同时， 酸化、 富营养化、 烟尘和粉尘、 生态毒性四 种环境影响潜值仍较大， 也 不可忽视。 由 研究结果我们提出以下主要建议， ( 1 ) 湖北省应利用本省磷矿资 源丰富的条件发展磷肥产业， 可将磷肥厂建设在磷矿矿区附近， 以减少 磷矿运输过程中的能源消耗和对大气的污染。( 2 ) 在磷肥生产的同时， 应根据磷肥生产氟化物排放量大的 特点， 大力进行副产品的生产， 如利 用 氟 化 物 生 产 氟 化 按 等。 ( 3 ) 加 强 对 无 组 织 污 染 物 排 放 的 管 理， 将 产 生 武汉理工 大学硕士学位论文 粉尘、 氟化物的设备厂房密闭， 并装备除尘脱氟系统。 4 ) 固体废物产 生的环境污染是湖北省磷肥生产造成的主要污染， 应加快开发研究废渣 综合利用的多种途径。 如将硫铁矿潦应用于水泥生产， 将磷石青渣应用 一j “ 石膏板的制作等， 以 此来减少固 体废物的 排放量。 ( 5 ) 由 专人专班对 污染物处理进行管理， 防止由于处理过程中出现的事故使得污染物对环 境的影响加重。 关键词:坏境影响， 生命周期评价， 磷肥生产，固体废物 武汉理工大学硕士学位论文 ab s t r a c t wi t h t h e f a s t d e v e l o p m e n t o f a g r i c u l t u r e , t h e d e m a n d f o r f e rt i l i z e r is i n c r e a s i n g q u i c k l y . wh e n c o m p i l i n g t h e t e n t h f i v e y e a r s p l a n , s o m e d e p a rt m e n t f o r e c a s t e d t h a t i n 2 0 0 5 , t h e d e m a n d f o r p h o s p h a t i c f e r t i l iz e r w i l l b e 1 0 5 0 x 1 0 - i l o o x l 0 4 t p 2 0 s ,w h ic h w i ll b e i 1 5 o x 1 0 4 _ l 2 0 0 x l o 4 t p 2 0 s in 2 0 1 5 . h u t a t t h e s a m e t im e , t h e c o n t a m i n a t i o n s s u c h a s a r s e n i c a n d fl u o r i n a r e m a n i f o l d i n g . t o r e d u c e t h e e n v i r o n m e n t a l i m p a c t o f p h o s p h a t i c f e rt i l i z e r p r o d u c t i o n t h r o u g h t h e w h o l e l i f e c y c le a n d i m p r o v e i t s e n v i r o n m e n t a l f r i e n d ly p r o p e rt y a n d c o m p e t e n c e , a l if e c y c l e a s s e s s m e n t o n p h o s p h a t i c f e r t i l i z e r p r o d u c t i o n p r o c e s s i n h u b e i p r o v i n c e h a s b e e n c o n d u c te d , b a s e d o n t h e c a s e s t u d y o f h u a n g ma i l i n g a c i d a n d f e r t i l i z e r c o m b i n a t i o n it e m a n d d a y u k o n m i n e a n d f e r t i l i z e r c o m b i n a t i o n i t e m , w h i c h w i l l s e r v e s f o r t h e c l e a n e r p r o d u c t i o n a n d e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n o f p h o s p h a t i c f e r t i l i z e r i n d u s t ry i n h u b e i p r o v i n c e , e v e n i n c h i n a . l i f e c y c le a s s e s s m e n t ( l c a ) i s a t o o l , w h i c h d i s t i n g u i s h a n d e v a l u a t e t h e e n v i r o n m e n t a l i m p a c t o f a p r o d u c t , p r o c e s s o r a c t i v i t y t h r o u g h o u t i t s e n t i r e l i f e c y c l e . l c a , i t s c o n c e p t i o n , d e v e lo p m e n t , a n d a p p l i c a t io n a r e b r i e fl y in t r o d u c e d i n t h i s p a p e r . a l if e c y c l e im p a c t a s s e s s m e n t ( l c i a ) m o d e l i s d e v e l o p e d , i n a c c o r d i n g t o t h e p o l l u t i o n a c t u a l i t y i n h u b e i a n d i n n a t i o n . a i m i n g a t a c i d i f i c a t i o n , n u t r i e n t s - e n r i c h e d , s o l i d w a s t e , s m o k e a n d d u s t , a n d e c o t o x i c i t y , t h e s e fi v e k i n d s o f e n v i r o n m e n t a l i m p a c t , w h i c h c o m e i n t o b e i n g i n p h o s p h a t i c f e r t i l i z e r p ro d u c t i o n p r o c e s s , t h e m o d e l c a l c u l a t e s c h i n a e n v i r o n m e n t a l i m p a c t p o t e n t i a l p e r c a p i t a n o r m a l iz a t i o n r e f e r e n c e s i n 1 9 9 9 , w e i g h t i n g f a c t o r s o f f i v e k i n d s o f e n v i r o n m e n t a l i m p a c t , a c c o r d in g t o t h e a n t i c i p a t i v e o u t p u t o f c o n t a m i n a t i o n i n 2 0 0 5 . a n d t h e n c o n t a m i n a t i o n s , w h i c h a r e p r o d u c e d i n t h e p h o s p h a t i c f e r t i l i z e r p r o d u c t i o n p r o c e s s , a r e c l a s s i f i e d b y t h e e n v i r o n m e n t a l i m p a c t t h a t t h e y r e s u l t i n , t h e f i v e k i n d s o f e n v i r o n m e n t a l i m p a c t p o t e n t i a l s a r e a l s o c a l c u l a t e d . t h e r e s u l t s s h o w t h a t , t h e f i v e k i n d s o f e n v i r o n m e n t a l i m p a c t t h a t i i i 武汉理工大 学硕士学位论文 c o m e i n t o b e i n g i n h u a n g m a i l i n g p h o s p h a t i c f e r t i l i z e r p r o d u c t io n p r o c e s s a r e 0 . 0 3 5 , 0 . 1 1 3 , 6 9 . 7 , 0 . 0 2 9 , 1 0 . 4 1 , w h e n t h e y a r e 0 . 0 9 7 , 0 . 0 2 7 7 , 8 6 . 9 3 , 0 . 1 2 5 , 0 .3 2 7 i n d a y u k o u . s o a m o n g fi v e k i n d s o f e n v i r o n m e n t a l i m p a c t t h a t c o m e i n t o b e i n g i n p h o s p h a t ic f e rt i l i z e r p r o d u c t i o n p r o c e s s , t h e s o l i d w a s t e e n v i r o n m e n t a l i m p a c t p o t e n t i a l i s t h e b i g g e s t , w h i c h m e a n s i t i s t h e m o s t i m p o r t a n t e n v i r o n m e n t a l i m p a c t . i t i s a l s o c l e a r t h a t , t h e e n v i r o n m e n t a l i m p a c t p o t e n t i a l s o f a c i d i f i c a t i o n , n u t r i e n t s - e n r i c h e d , s m o k e a n d d u s t , a n d e c o t o x i c i t y a r e b i g . t h e y c a n n o t b e i g n o r e d f r o m t h e c o n c l u s i o n w e d r a w t h e s u g g e s t i o n t h a t t h e p h o s p h a t i c f e r t i l i z e r p r o d u c t i o n s h o u l d b e e n c o u r a g e d , b e c a u s e t h e p h o s p h o r it e i s a b u n d a n t i n h u b e i p r o v i n c e . t h e b y p r o d u c t s h o u l d a l s o a r o u s e d , f o r t h e fl u o r id i s a m p l e .t h e m a n a g e m e n t o n in o r g a n i z a t i o n c o n t a m i n a t io n s h o u ld b e s t r e n g h e d . t h e w o r k s h o p a n d e q u i p m e n t m u s t b e p r e s s u r i z e d , p r e v e n t s m o k e a n d d u s t p o l l u t i o n .t h e p o l l u t i o n r e s u lt fr o m s o l id w a s t e i s t h e p r i m a r y p o l lu t i o n i n p h o s p h a t i c f e rt i l i z e r p r o d u c t i o n p r o c e s s . i n o r d e r t o m i n i m i z e t h e i n f l e c t i o n , t h e o u t p u t o f s o l i d w a s t e s h o u l d b e r e d u c e d t h r o u g h a l l k i n d s o f u t i l i z a t i o n a p p r o a c h t h a t w i l l o n l y a p p e a r a ft e r m o r e r e s e a r 比 f o r e x a m p l e , p y r i t e s a n d p h o s p h o g y s u m c a n b e u s e d i n c e m e n t a n d p l a s t e r b o a r d p r o d u c t i o n r e s p e c t i v e ly . t h e m a n a g e m e n t o n c o n t a m i n a t i o n t r e a t m e n t s h o u l d b e s t r e n g t h e n e d , f o r t h e p u r p o s e o f p r e v e n t i n g p o l l u t i o n f r o m a g g r a v a t i n g w h e n a c c id e n t h a p p e n k e y w o r d s : e n v i r o n m e n t a l i m p a c t , f e rt il i z e r p r o d u c t i o n , l i f e c y c l e a s s e s s m e n t , s o l i d wa s t e i v 武汉理工大学硕士学位论文 第 1 章 绪 论 1 . 1生命周期评价的发展及研究现状 随着人类社会的进步， 人们的环境意识越来越强，国际标准化组织 ( i n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d o r g a n i z a t i o n .以下简称 i s o )从 1 9 9 7年 开始，陆续制定了旨 在减少现代工业对社会造成的负面影响， 维护全球 生态平衡， 促进世界经济持续发 展的 环境管理体系 一i s 0 1 4 0 0 0 系列标准。 遵守1 5 0 1 4 0 0 0 的规定并取得其认证，也成为2 1 世纪产品进入国际市场 的基本条件之一。在此，建立一种综合的产品环境性能评价指标，帮助 企业、用户乃至政府对各种产品进行评判与选择是非常重要的。长期以 来， 人们对产品环境友好度的 评价一直是建立在语言描述的 基础之上， 仅从主观出发判断某种产品 环境友好度的高低， 但随着2 0 世纪9 0 年代 生命周期评价 ( l i f e c y c l e a s s e s s m e n t ，以下简称l c a )的出现，这一 状况得到了明显的改善。 1 . 1 . 1生命周期评价的概念及其特点 目 前， 不同国家或组织对l c a 的 理解不甚一致， 其中i s o 和国际毒 理学和化学学会 ( s g t a c )的定义最具有权威性。 s g t a c 对l c a 的定义为: 一种对产品、 生产工艺及活动的环境压力进 行评价的客观过程， 它是通过对物质、 能量的利用以及由 此造成的环境排 放进行识别和且化进行的， 其目 的在于评估能量和物质的利用以及废物 排放对环境的 影响， 同时寻 求环境改善的 机会以 及如何利用这种机会川 。 i s o 对l c a 的定义为: 对一产品系统的生命周期输入、 输出 极其潜在 环境影响的汇编和评价2 1 从概念中 可以 看出l c a 突出 强调产品的“ 生命周期” ， 因 此早期曾 被 形象地称为“ 从摇篮到坟墓”的评价。 l c a注重研究系统对环境能 源消 武汉理工大学硕士学位论文 耗、人类健康和生态环境的影响，一般不考虑经济和社会方面的影响。 整个生命周期评价的过程可由图i 一i 表示。 c 卜 生命周期评价， 0- - - 生产过程分析， t 一运输 图1 一上产品生命周期阶段框图 f i g . i 一i d i a g r a m o f t h e p r o d u c t l i f e c y c l e 从图i 一i 可以 看出其它方法所规定的系统边界2 仅仅局限于工厂或 制造过程产生的 废物， 边界较小: l c a的系统边界较大，包括了生命周 期中产品或过程对环境的所有影响，更加体现了整体的观点。 1 . 1 . 2生命周期评价的步骤 评估包括产品及其过程或行为的整个生命周期评价有以下 4个步 骤: 目 的与范围的确定( i s o 1 4 0 4 0 ) ; 生命周期清单分析( l i f e c y c l e i n v e n t o r y a n a l y s i s以 下简称l c i ) ; 生命周期影响评价 ( l i f e c y c l e i m p a c t a s s e s s m e n t以下简称 l c i a ) ; 生命周期解释 ( l i f e c y c l e i n t e r p r e t a t i o n ) . ( 1 )目 的与范围的 确定 该阶段为l c a 研究提供了一个纲要， 用于指导并贯穿于l c a 的各个 阶段。在目 标定义中要清楚说明进行l c a 研究的目 的、用途及目 标听众 ( 如为政府制定某项政策法规; 为企业开发、 设计、 改进产品或工艺以降 低环境污染、 提高经济效益;用于环境声明或获得环境标志等等) 。 研究 范围的界定，也就是确定应该包括和排除的事物，要足以保证研究的广 武汉理工大学硕士学位论文 度、 深度与要求的目 标一致。 要定义的项目 有:系统的功能、 功能单位、 系统边界、数据分配程序、环境影响类型、数据要求、假定的条件、限 制条件、原 始数据质蚤要求、 对结果的评议类型、 研究所需的报告类型 和 形 式 等 (3 t 2 )数据清单分析 该阶段主要是通过数据的收集及处理，来编写一个产品在其整个生 命周期中所有投入产出的明细表， 并根据功能单位将这些投入产出量化。 产品系统的投入产出 一般包括:原 材料， 辅助材料，能 源， 产品， 副产 品，气体、液体、固体及其他的排放物( 如辐射、 废热等) 。 l c i一 般所 包括的 范围 如 图1 - 2 所示 (4 投入 一-一-一卜 生命周期阶段 产出 一 一- 卜 原材科获取 产品制造 产品分配 使用雄 护 回收 废物处理 e . 气、 固、 掖 . 止 塑 卿 一其 它 性 排放物 i 一 1 . 一 9 % i !副产品 一 i 图1 一 2 l c i 的一 般分析范围 f i g . 1 一2 a n a l y t i c s c o p e o f l c i 数据的来源包括:企业的 年度统计、企业报表、各主管部门的检查 报告、环保部门的监测报告、物料供应定额等，有的需要通过计算、实 际调查产品的设计资料、国家规定的某些相关标准等渠道获得。还需注 意的是各种数据的计算方式和计量单位要保持一致，并以单位产品的投 入和产出计算， 表达为每吨( 或台、 件等) 产品的投入量( 如每吨钢含污染 武汉理工大学硕士学位论文 物若干k g ) 。 ( 3 )生命周期影响评价 l c i a 是依据清单分析结果， 用定性或定量的方法来评价l c a 各阶段 的能 源消耗和污染物排放的 环境影响。 l c i a 主要由3 个步骤组成，即: 归类、 特征化和权重赋值 5 i 归 类 就 是 将清单 分析中 所采集的 纷繁的 排放物数 据， 与l c a 研究 所感兴趣的环境影响类别分别建立起对应联系。此时， 应注意一种排放 物， 可能会有两种或两种以上的影响效应， 如n 4 x 既对形成光化学烟雾有 影响，又对酸化和富营养化有影响。 特征化 就是开发一种特征化模型，该模型能用特征化系数 ( c h a r a c t e r i z a t i o n f a c t o r ) 将归类到同一种影响类别中的清单结果转 化成影响类别基准物的量，然后加以汇总。目前，国际上使用的特征化 模型主要是当盘模型。即将归类到同一种影响类别中的消单结果， 用相 应的当盆系数分别转换成类别基准物的量， 最后汇总成总的类别基准物 的量， 来表述对某种影响类别的影响潜力。 权重赋值 为了 确定不同 环境影响类型的 影响大小， 对每种影响 类 别赋予不同的权重系数并将所有的环境影响归结为最终一个数值一环境 负荷。这是l c a中最有争议的部分，在欧洲国家，不同的 研究组织开发 出不同的方法。他们权重系数的得出，或从政治决策出发，或通过专家 排序，或从影响所造成的经济损失来确定，这些方法都不同程度地存在 着人的主观判断。到目前为止，没有一种方法是被普遍接受的。 ( 4 )生命周期解释 生命周期解释的目 的是根据l c a 前几个阶段的研究或清单分析的发 现。以透明的方式来分析结果、 形成结论、解释局限性、提出建议并报 告生命周期解释的结果。 生命周期解释还根据研究目 的和范围提供关于l c a 或l c i 研究结果 的易于理解的、 完整的和一致的说明 同 . 武汉理工大学硕士学位论文 3生命周期评价的发展 作为i s 0 1 4 0 0 0 系列标准中非常重要的一个技术工具， l c a 得到国际 产业界、学术界的极大关注和高度重视，而生命周期的思想也不断得到 扩展， 一些新的理念和技术手段迅速得到发展， 如生命周期设计 ( l c d ) . 生命周期工程 ( l c e ) ，生命周期管理 ( l c m ) ，生命周期成本分析 ( i m 等。 当 前国际上 l c a的 研究，尚 有大部分仅仅停留 在清单分析阶段，而 不进行影响评价，主要原因在于影响评价方法的欠缺和不完备。清单分 析的结果往往以各种各样的表格表示，难以反映生态环境问题的总体特 征和趋势，尤其是在政策支持和消费支持方面缺乏可理解性。 在将 l c a的分析结果应用于社会实践时， 必须提供简单、 可信的社 会判断指标。 越来越多的l c a 研究开始考虑l c i a . l c i a 方法论成为目 前 l c a 领域内的 研究热点。目 前l c i a 方法十分繁多， 各 有所长， 短时间内 还难以达成共识。从清单分析转向影响评价，是l c a 方法的发展方向。 生命周期评价的研究在我国才刚起步。从研究的角度看，尚属于消 化吸收阶段。 而目 前l c a 中一些比 较成型的方法，主 要是依据发达国家 的数据背景开发的，我国很难照搬。从目前我国实际应用l c a的困难来 看，主要是数据的大最缺乏和适合中国国情的l c a 方法尚待开发。 1 . 1 . 4生命周期评价的应用 国 外 对于 生 命 周期 评 价 的 研究已 开 展了 多 年， 并己 在 造 纸 17 1 、 交 通 m - 食品 ig l 、 农 业 “ 。 ! 、 工 业 副 产品 (1 1 1 、 汽 车 设 计 12 1 等 方 面 得 到了 使 用。 我国的生命周期评价研究刁 刚开始，并已在固体废弃物管理、工程 分析、工艺设计分析、污染治理技术等方面得到了 应用。 ( i )固体废弃物管理 生命周期评价为固体废弃物管理提供了一种系统、 整体研究的观点， 将城市固体废物管理系统的所有操作活动江 艺过程) 作为一个整体进行 研究， 包括从原材料获取、 产品制造、 废物产生到废物收集、回收利用、 焚烧、堆肥、填埋等的过程。从而从理论上为废弃物管理提供最佳的方 武汉理工大学硕士学位论文 法和途径 1 3 1 ( 2 )工程分析 一 程分析是建设项目 环境影响评价的关键所在。将生命周期评价思 想应用于工程分析之中，可以使评价的着眼点从生产现场拓宽到更为广 泛的社会领域，可以发现通常环境评价工程分析中易被忽略的、潜在的 或可以加以改进的问 题，如降低包装过程、 控制过程、 化学品储运过程 的潜在危险等，使环境影响评价时刻贯穿新技术和先进生产管理方式， 减少污染物的产生盈、排放量，减少末端治理的费用，达到治污治本的 目 的 1 4 1 ( 3 )工艺设计分析 杨健等将生命周期评价应用于污水处理厂处理工艺的评价，以 污水 处理工艺设施为主线， 从设施的设计、材料和能源的获取、 施工建设、 运行管理和报废拆除的全过程将技术、经济、社会和心理等因素与环境 保护联系起来， 全面揭示了 污水处理中的生物滤池法和活性污泥法的优 缺点。结果表明:从生命周期的资源、能源消耗和污染物排放量和其他 方面的总体影响考虑，生物滤池法比活性污泥法更为实用和有利于环境 保护! ， 。 (. 4 )污染治理技术 李春山等对烟气脱硫过程的环境影响进行了生命周期评价，结果表 明:无论是从温室效应方面还是从酸雨影响方面来分析， 湿法脱硫对环 境的影响比 干法脱硫都要小得多，因 此应采用湿法脱硫工艺 d 1 1 . 2我国磷肥生产现状及存在问题 1 . 2 . 1磷肥的种类和生产方法 ( 1 ) 磷肥的种类1 1 7 1 磷肥中含有的各种磷酸盐， 均折算成k o s 来表示其养分含量 ( 品位) 的高低。按照磷肥中磷的溶解性能，一般将磷肥分为水溶性磷肥和构溶 性磷肥两大类。 武汉理_ 大学硕士学位论文 功 水溶性磷肥 磷肥中的磷绝大部分能溶解于水中，如普通过磷酸钙、重过磷酸钙 和磷酸馁类肥料。水溶性磷肥适用于各种土壤，施肥后见效较快。属于 快速肥料。 2 )构溶性磷肥 磷肥中的磷不溶于水， 但绝大部分可溶于中性或微碱性柠檬酸钱溶 液，如磷酸氢钙、脱氟磷肥、钙钠磷肥、偏磷酸钙等。 或可溶于2 % 柠檬 酸溶液中，如钙镁磷肥、 钢渣磷肥、 磷矿粉肥等。这类磷肥统称为构溶 性磷肥，适宜在酸性和中性土壤上施用。 对作物而言，水溶性磷和拘溶性磷都是可以被吸收的，一起被称为 有效磷，即有效磷 ( p l o s )二 水溶性 p 2 0 5 十 构溶性 p a，并以此作为考核磷 肥品位的标准。而磷肥中尚含有少量未分解的磷矿， 属于不 ( 难) 溶性 磷，因此磷肥中的总 ( 全)磷 02 0 6 ) “ 有效p a十 不溶性p a. 含磷复合肥料按其成分可分为磷酸按类、硝酸磷肥和磷酸钾类，共 十儿个品种， 但实际上， 工业生产中批量生产的磷复肥品种只有磷酸枝、 普通过磷酸钙、重过磷酸钙、硝酸磷肥、钙镁磷肥、 钢渣磷肥和磷矿粉 肥等少量品种。 ( 2 ) 磷肥的生产方 法 1 7 l 磷肥的生产方法一 般分为以下三类: 1 ) 物理方法 将含有效磷较高的磷块岩， 破碎磨细至8 5 % -9 0 % 通过1 0 0目，即为 磷矿粉肥。 2 ) 酸分解法 用硫酸、磷酸、石 肖 酸或盐酸等无机酸分解磷矿，使其中的不溶性磷 转化为能被作物吸收的 有效磷。 这类产品 通常称为酸法磷肥， 如过磷酸 v ,磷酸钱类、硝酸磷肥和磷酸氢钙等。 3 )热分解法 利用电热或燃料燃烧热所形成的高温( 1 2 5 0 - 1 6 0 0 0c ) ， 使氟磷酸钙 晶体结构破坏或与其他配料反应，形 成可被作物吸收的 磷酸盐。 这类产 品通常称为热法磷肥， 如钙镁磷肥、 钙钠磷肥、 脱氟磷肥( 烧结或熔融) 、 武汉理_ l _ 大学硕士学位论文 钢渣磷肥等。 热法磷肥一 般不溶于水，属于拘溶性磷肥。通常习惯将用 元素磷和热法磷酸制得的高浓度磷复肥，也统称为热法磷肥。 1 . 2 . 2磷肥的发展现状与趋势 ( i ) 我国磷肥发展现状与趋势1 1 8 1 我国拥有世界磷矿资源的8 . 3 % ,资源占有率位居世界第三，磷矿和 磷肥产量为世界第二，与美国、 摩洛哥、 俄罗斯同属磷供应大国。同时， 我国又 是世界最大的 磷肥进日 国之一 ， 磷肥消费量位居世界第 ，占世 界总消费量的2 9 . 7 % 0 在我国 约了 。 % 的可耕地缺磷或严重缺磷， 需要补施 含磷肥料， 所以 磷肥供求矛盾十 一 分突出。 因此， 合理开发利用我国磷矿资 源， 实现磷肥工业的可持续发展具有十分重要的现实意义。 我国2 7 个省区有磷矿，但 7 0 % 以上的储量都集中在云南、贵州、湖 北、 湖南和四川 5 省。除河北矾山磷矿外，北方粮食种植区缺少有规模 的磷矿基地。 因此， 我国东部和北方大部分地区所需的磷矿要靠西南、 中 南地ix . 或国外供应， 形成了“ 南磷北运， 西磷东调” 的格局。!司 时， 磷矿 中难采难选矿多，易采易选矿少;贫矿多， 富矿少， 这又给磷肥生产带 来了 困难。 2 0 0 1 年我国磷矿产量约 2 1 0 0万吨，云南磷化学工业( 集团) 公司、 班州) 飞 磷( 集团) 有限责任公司等7 家人型磷矿采选企业的实际产量仅占 全国总产量的3 4 % ，为7 1 3 万吨， 生产负荷仅达5 0 % 左右。 来自 于乡 镇企 业的小磷矿产量占5 4 % ，大于大型企业。 我国磷肥生产始于2 0 世纪5 0 年代，根据我国磷矿品位低的特点， 以生产普通过磷酸钙和钙镁磷肥为主。目前过磷酸钙年生产能力为 5 5 7 力ii屯1 0 6 , 钙镁磷肥1 6 5 万ii屯 1 10 6 ， 在仅发挥现有生产能力5 0 % 的情沉下 ， 己是低浓度磷肥产量最大的国家。最近儿年因磷肥产品结构的调整，低 浓度磷肥产量有所 下 降。 1旬 浓度磷复肥因其溶解性好， 养分高， t_ 是坦 . 界化肥发展的方向。 我国的高浓度磷复肥生产始于1 9 6 6 年， 随后通过自主攻关又陆续开发了 一些关键生产技术， 并通过直接引进技术和关键设备， 先后建成了铜陵、 武汉理工大学硕士学位论文 料过渡到复混肥料。在产品的形式上，固体肥料有向液体肥料发展的趋 势。 3 )发展战略多元化 具有磷矿资源的国家都尽量将磷矿深加工成磷酸、 或磷肥后再出口， 以提高附加值。 在磷肥品种的选择上， 则根据各国的资源、 土壤、 气候、 幅员条件和习 惯而定，以 发挥各自 的资源优势，而在建设装置时则都追 求较大的系列规模，以 赢得规模效益。 例如，欧洲缺乏硫资源，就着力 发展硝酸磷肥。前苏联、中国根据本国磷矿质量较差的情况，开发了料 浆法生产磷酸钱的工艺。 4 )发展中面临的问题 面对当 今化肥的 低价位， 新建企业难以 收回 投资。 据估计， 一个1 0 0 万吨/ 年d a t 工厂 ( 含2 0 0 万吨磷矿/ 年，5 0 万吨p 1 o 5 磷酸/ 年) ，当投资 为4 , 5 亿美元时，投资回报率才能达到2 0 % . 经过多年来的开采， 磷矿资源中的富 矿已 经开采殆尽。 新矿区品 质 降低，开采难度加大，不仅使磷矿成本增高， 而且增加了 加工的难度。 各国 对环境保护的要求日 益严格。国际社会对磷肥中 锅的含量已日 益关注， 欧洲一些国家已 经制定出 磷肥中 福的允许含量标准。1 9 9 0 年美 国环保局规定不准运输磷石膏，对磷石膏堆的建立也愈来愈难获批准。 ， 2 , 3湖北省磷肥生产的资源消耗与污染情况 磷肥生产多以磷灰石或磷块岩 ( 又 称胶磷矿) 等天然磷酸盐矿物为 原料 ( 工业上通称这些天然磷酸盐矿物为磷矿) 。 工业用的磷矿中多含有 - 氟磷灰石e 或称氟磷酸钙， 纯氟磷灰石的分 子式为c a . f 2 ( p 4 d ) 6 还含有 钙和镁的碳酸盐和硫酸盐， 二氧化硅和硅酸盐， 以 及少量的抓、 碘、 硼、 镍、 铬、 铜、锌、铀等的化合物。在磷肥的生产过程中， 一部分氟及上 述化合物从磷矿中释放出来，形成酸雾，污染水源，从而对污染环境、 损害人体健康。 磷矿在贮运、破碎、和千法研磨，以及磷矿粉在运输过程中都会产 生粉尘，从而对环境造成影响。 武汉理工大学硕士学位论文 不同的磷矿含铀量差别很大， 有的磷矿仅含1 5 m g / k g ， 而有的磷矿则 高达4 0 0 m g / k g 2 7 1 。 用高 铀含量的磷矿做原料生产磷肥时， 不仅操作环境 会受到放射性污染，甚至施用这种原料生产的产品时，亦将污染环境。 湿法磷酸生产工艺会产生大量的磷石膏。磷石膏中含有残留酸、氟 化物、 重金属和放射性物质，若处理不当，会对环境造成影响。 1 . 3本课题研究的目的、意义及内容 . 3 . 1本课题研究的目的意义 根据2 0 0 1 年湖北省农药发 展中 心对湖北省内的3 9 个硫酸、 磷肥企 业的统计:2 0 0 1 年生产硫酸1 6 4 2 9 6 0 吨，r 匕 2 0 0 0 年上升1 9 . 6 5 % ;生产 磷肥2 5 6 2 0 6 吨， 比2 0 0 0 年上升1 0 . 0 5 % ; 生产磷钱1 8 4 9 5 3 吨 折纯量) ， 比2 0 0 0 年上升3 2 . 9 2 % 0 然而同生产规模扩大相对应的是环境污染日 益 严重。 磷肥生产企业排放的 “ 三废” 逐年增多。 排放废水中含有砷、 氟， 4a 砷的浓度达到一定程度时，若人畜误饮会中毒， 严重者会死亡，当人 长期饮用含氟浓度大于2 m g / l 的水后就会得氟骨病和斑釉牙。磷肥生产 过程中排放的磷石膏渣中也有一定含量的 放射性物质铀， 铀的含量超标 会使周围 环境受到放射性污染。 因 此， 为进一步减少磷肥生产环境影响， 增强磷肥生态环境友好度与竞争力，本文以黄麦岭和大峪口 磷肥生产为 研究对象， 开展了 湖北省磷肥生产环境影响评价研究。 通过本研究，可以建立湖北省磷肥生产生命周期评价体系，为湖北 省其它磷肥生产企业进行生命周期评价提供可能;可以了解现阶段湖北 省磷肥生产对环境造成的影响类型以 及各种影响的大小; 可以为湖北省 乃至全国磷肥工业进一步清洁生产提供建议，并为磷肥资源的合理与综 合利用、磷肥产品体系以及生产工艺的改进、磷肥生产污染物的处理与 管理等提供意见。 常规的评价方法往往只注意到产品制造的某个环节，或仅仅注意到 产品制造对某个方面造成的环境影响，大都比较片面。因此，本文采用 的是工 5 0 1 4 0 0 0 环境管理体系中的生命周期评价， 以适应我国进入w t o 后 武汉理工大学硕士学位论文 同世界接轨的需要。由于生命周期评价在我国的应用尚不多，希望在此 给全国其他行业或产品进行生命周期评价提供参考，同时为完善生命周 期评价提供意见。 1 . 3 . 2本课题研究的内容 1 湖北省主要磷肥生产企业污染源及污染物排放调查、统计归 类与 研究分析; 2 . 湖北省磷肥生产环境影响指标体系的 研究确定和相关污染物的划 定; 3生命周期影响评价模型的建立及相关参数 ( 标准人当 量基准值、 权重)的研究与确定; 4 . 湖北省黄麦岭和大峪口 磷肥厂磷肥生产生命周期评价及主要结 论; 5生命周期评价结果指导湖北省磷肥行业实施清洁生产的建议。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章 磷肥生产生命周期评价模型 2 . 1 2 . 1 . 1 目标定义和范围界定 目 标定义 对湖北省磷肥生产过程进行生命周期评价的目 的在于，通过对磷肥 生产各个工艺环节的能源消耗、原材料消耗、 污染物排放以及产品产出 进行生命周期分析，明 确对环境的影响，为提高整个生产过程同环境的 友好度提供依据。该研究结果可为全国其他磷肥生产厂家改进生产工艺 过程提供参考。 2 . 1 . 2范围界定 磷肥的 种 类多 种多 样， 有 普 通过 磷酸 钙 ( 普钙) 、 钙镁磷 肥、 重 过磷 酸钙 ( 重钙) 、 磷钱等。 湖北省根据自 身的资 源条件， 形成了以 大峪口 和 黄麦岭为主的矿肥结合磷肥生产集团。考虑到湖北省磷肥生产的现实状 况， 本文研究的磷肥生产生命周期评价模型以 磷钱、 重钙生产为主。 用磷酸分解磷矿制得的 磷肥通常含有效p 2 0 5 4 5 % - 4 8 % ， 相当 于用硫 酸分解磷矿制得的普通过磷酸钙有效 p 2 0 5 1 4 % -1 8 %的三倍左右，故称 为“ 三倍” 、 “ 三重” 过磷酸钙，即重过磷酸钙。 重钙在生产过程中消耗 的原材料主要为磷矿和硫铁矿，消耗的能源有水、电、 煤、石油、天然 气， 产生的污染物以 磷石膏、 颗粒物、 粉尘、 烟尘、 二氧化硫为主， 还 包括污水排放中的c o d以 及砷、 铅、氟等重金属离子。 磷钱因同时含有氮、 磷两种肥料元素，属于复合肥。磷铁由 磷酸和 合成眠制得，其中磷酸由 磷矿同 硫酸反应产1 土 i ，合成氮山 无烟煤制得。 在磷钱的生产中主要消耗的原材料有磷矿石、硫酸、无烟煤，产生 的污染物同重钙生产排放的污染物相同。 在对重钙、 磷钱生产进行生命周期分析时应按照系统边界统计以 上 武汉理 i _ 大学硕士学位论文 原材料、能源的消耗以及污染 物排放的数据。 2 . 2清单分析 清单分析是量化和评价所研究的产品、工艺或活动整个生命周期阶 段资源和能量使用以及环境释放的过程。一种产品的生命周期评价将涉 及到其每个部件的 所有生命阶段， 这包括从地球采集原材料和能源、把 原材料加工成可使用的部件、中间产品的制造、 将材料运输到每一个加 工工序、所研究产品的制造、销售、使用和最终废弃物的处置 ( 包括循 环、回川、焚烧或填埋等) 等过程p 4 1 磷肥生产各阶段的 输入、 输出如表2 一i 所示 表2 - - 1 磷肥生产各阶段输入、输出表 t a b .2 一1 t h e i n p u t a n d o u t p u t i n t h e p r o c e e d i n g o f p h o s p h a t i c f e r t i l i z e r .p r o d u c t i o n 采矿 . s to, 原犷 石 硫酸生产 硫铁矿 合成低生产 炸药 无烟煤 水煤电 水煤电 水煤电 水煤电 输入 粉 尘 旗母 _ 仁 颖粒物 尾矿渣 污水 磷r 9 矿 s o 2 酸雾 硫铁矿涟 污水 硫酸 磷敌生产