（环境工程专业论文）有机合成药品生命周期评价（lca）.pdf

摘要 生命周期评价( l c a )是一种对产品、生产工艺以及活动的整个生命周期 对环境的压力进行辩识和量化的工具。生命周期评价是在可持续发展要求的推 动下，为降低对环境的影响又能满足用户和管理者的需求而提出的。它是将综 合预防污染和节约资源的战略用于产品、工艺过程的设计中，以开发更为生态 的、经济的、可持续发展的体系。它是对产品或过程从最初的原材料采集到加 工制造、产品使用以及用后处理的全过程进行跟踪和定量分析( 即所谓从摇篮 到坟墓) 和定性评价的方法。 本文在传统生命周期评价方法基础上，研究了一套适用于药品的生命周期 评价体系。该评价体系综合考虑了经济效益、环境效益和工作场所健康安全 三方面的因素，并通过具体实例，对所提方案进行论证，同时也为制药厂经 营者提供数据基础。另外，在评价过程中采用了层次分析的评分方法，在该 层次分析法的使用中，选用了专家评分的定性给分法，同时还根据获取数据的 具体数值，运用了定量给分的方法，从而使计算结果对实际生产情况体现程 度更高。 关键词：生命周期评价可持续发展层次分析法 工作场所健康安全 a b s t r a c t l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ( l c a ) i sat 0 0 1w h i c hd is t i n g u is ha n de v a l u a t e t h ee n v i r o n m e n t a li m p a c to fap r o d u c t ，p r o c e s so ra c t i v i t yt h r o u g h o u t i t se n t i r e1 i f ec y c ie i ti sp u tf o r w a r dt om e e tt h en e e d so fr e d u c in g t e t a le n v i r o n m e n t a lg o v e r n o ru n d e rt h ef o r c eo fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t o fs o c i e t y i ti n t e g r a t e sp o l l u t i n gp r e v e n t i o na n dr e s o u r c e c o n s e r v a t i o ns t r a t e g i e si n t 0t h ed e s i g no ft h ep r o d u c ta n dp r o c e s st o d e v e l o pm o r ee c 0 1 0 9 i c a l ，e c o n o m i c a la n ds u s t a i n a b l es y s t e m i ti sa q u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v ea n a l y s i sm e t h o dw h i c he v a l u a t et h ep r o d u c t a n dp r o c e s sf r o mt h ec 0 1 1 e c t i o no fr a wm a t e r i a lt 0t h em a n u f a c t u r e ，u s e o ft h ed r o d u c ta sw e l la st h ed i s p o s a lo fi t al c as y s t e misd is c u $ s e dt 0a p p l yt 0e v a l u a t i n gt h ep h a r m a c y m a n u f a c t u r i n go nt h eb a s iso ft h et r a d i t i o n a ll c ai nt h ep a p e r i t c o n t a i n se n v i r o n m e n t e c e n e m ya n ds a f e r ya n dh e a l t hi nw o r k p l a c et h r e e f a c t o r sa n dd e m o n s t r a t e db yg o v e r n o r ，a tt h es a m eti m eit isb e n e f i t f o rc o n s t r u c t i n gm o r ee c 0 1 0 9 i c a la n de c o n o m i c a l l ys u s t a i n a b l ep r o d u c t s a n a l y t i ch i b e r a r c h yp r o c e s sisu s e di nt h ep a p e r i no r d e rt 0r e f l e c t t h ep r a c t i c em o r ee f f e c t i v e l y ，q u a n t i t a t i v ea n dq u a l i t a t i v ee v a l u a t e m e t h e dareb e t hu s e d k e yw o r d s ：l i f ec y c l ea s s e s s m e n t s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t a n a l y t i ch i b e r a r c h yp r o c e s s h e a l t ha n ds a f e t yi nw o r k p l a c e 有机合成药品生命周期评价 0 前言 0 1 问题的提出 随着人类文明的飞速发展，全球性生态环境的迅速恶化将是2 l 世纪人类发展所面临的 重大危机。它已成为国家社会普遍关注的焦点之一。面对当前在人口、资源、环境与经济 发展上所出现的一系列尖锐的矛盾，人们需要重新认识环境问题的来源与人类活动方式及 消费模式之间的关系。通过新的制度创新、技术进步以及管理变革来协调人与自然之间的 关系。控制污染、保护环境、走可持续发展的道路是人类共同追求的目标。然而目前的污 染防治体系，着眼点过分集中于污染末端治理，过分偏重于被动补救，忽视了污染产生的 全过程，增加了环境和人类的风险。 o 2 选题背景 人们迫切希望有一种方法能对其所从事的社会全过程的资源消耗和造成的环境影响有 一个彻底全面、综合的了解。被称为“9 0 年代的环境管理工具”的生命周期评价( l i f e c y c l e a s s e s s m e n t ) 就是国际上普遍认可的这样一种方法。它是对产品或过程从最初的原材料采集 到加工制造、产品使用以及用后处理的全过程进行跟踪和定量分析( 即所谓从摇篮到坟墓) 与定性评价的方法。生命周期评价( l c a ) 在国外应用和发展了近3 0 年，正成为许多政府 和企业环境管理的有效工具。当然，生命周期评价目前正处于研究和发展中，国际环境毒 理学与化学学会( s e t a c ) 与国际标准化组织( i s o ) 正积极开展l c a 方法的完善与标准化 工作，i s o 已将生命周期评价作为了正在制定的i s 0 1 4 0 0 0 环境管理体系的一个重要步骤。 它同时也是环境标志计划与清洁生产实施的重要基础。总之，生命周期评价正越来越受到 人们的重视，它必将成为2 1 世纪最有生命力和发展前途的环境管理工具。 o 3 选题的意义 目前，我国对l c a 的认识和应用还处于起步阶段，这方面的研究进展较少。本文是在 查阅分析了大量的国内外文献的基础上，依据现有生命周期评价的原则和技术框架的要求， 对生产工艺过程一药品合成生产过程进行生命周期评价研究，不仅在理论上提出了一套适用 于药物合成的生命周期评价框图和模式，而且将所探讨的模式应用于具体的生产实例中， 并在实践中进行检验。 有机合成药品生命周期评价 1 生命周期评价( l e a ) 综述 i 1 生命周期评价的概念及历史发展状况 1 1 1 生命周期评价的概念 l c a 是英文l i f ec y c l ea s s e s s m e n t 的缩写，对l c a 的定义有多种，其中国际标准化组 织( i s o ) 和国际毒理学和化学学会( s e t a c ) 的定义最具有权威性。 i s o 定义：汇总和评估一个产品( 或服务) 体系在其整个寿命周期的所有投入及产出对 环境造成的潜在的影响的方法。 国际环境毒理学与化学学会( s e t a c ) 定义l c a 为：“生命周期评价是一种对产品、生 产工艺以及活动对环境的压力进行辩识和量化来进行的。其目的在于评估能量和物质利用， 以及废物排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会以及如何利用这种机会。这种评价 贯穿于产品、工艺和活动的整个生命周期，包括原材料的提取与加工，产品制造、运输以 及销售；产品的使用、再利用和维护；废物循环和最终废物弃置。” i i 2 生命周期评价( l o a ) 的历史背景 l c a 的起源可以追溯到2 0 世纪6 0 年代后期，最初对此方面的研究很简单，而且仅局限 于所耗能量和固体废弃物的计算，而很少侧重于潜在环境影响评价。在2 0 世纪7 0 年代初 期发生石油危机期间，人们开始在l c a 的基础上，对工业系统进行更广范围的研究；到2 0 世纪8 0 年代末，瑞典、瑞士及美国的私有公司采用l c a 进行了很多的研究。然而，由于许 多研究采用不同的方法，没有一个共同的理论框架，即使出于同一目的，各研究结果也常 常出现很大的不同，为此，l c a 很难成为被人们广泛接受的分析技术和方法。 l c a 方法正如同其方法的实施一样，经历了很多年且发生了很大的变化。8 0 年代，l c a 技术开始出现分支，主要在所列元素和环境结果相关的影响元素之间发生不同，在9 0 年代， 已趋于环境影响评价，这时能源的使用、废气的排放已成为造成环境影响的特殊因素，如： 全球变暖和酸化。清单分析的方法也就在9 0 年代产生了，并采用了更好的方法，如：系 统边界法。 自从9 0 年代以来，人们就试图对l c a 作进一步研究及标准化。在1 9 9 3 年，s e t a c 颁发 了“规程编号”，代表了总的原则及框架。在s e t a c 的协作下，i s o 经组织整理后，l c a 全 球性的标准产生了，并正在进行评价和替代工作。i s o 标准与s e t a c 方法相比，i s o 技术框 架与s e t a c 类似只是表示的状态有些不同，i s o 包括更深层的分析及灵敏度的研究。 i s o 近期标准以及以草稿形式存在的标准有： i s 0 1 4 0 4 0 ：包括于环境管理中的l c a ； i s 0 1 4 0 4 1 ：包括清单分析； i s 0 1 4 0 4 2 ：包括影响评价； i s 0 1 4 0 4 3 ：包括解释。 总之，生命周期评价正越来越受到人们的重视，它必将成为2 1 世纪最有生命力和发展 前途的环境管理工具。 有机合成药品生命周期评价 目前，生命周期评价在方法上仍然还不完全成熟，尚有许多问题值得研究。我国对l c a 的认识和研究刚刚开始，这方面的进展很小。 1 2 生命周期评价( l c a ) 的总体描述 1 2 1 生命周期评价的主要特征 一l c a 研究应用于系统地、充分地考虑产品系统从原材料获取直至最终处置全部过程中的 环境因素； 一l c a 时间跨度和研究深度在很大程度上取决于所确定的目的和范围； 一l c a 研究的范围、假定、数据质量描述、方法和结果应具有透明性； 一应保证l c a 方法学的开放性，以便容纳新的科学发现与最新技术发展； 一用于向外公布对比论断的l c a 研究要考虑一些具体要求； 一 由于被分析系统生命周期的各个阶段存在着折中因素和复杂性，将l c a 的结果简化为单 一的综合得分或数字尚不具备科学依据； 一l c a 研究不存在一种统一模式，组织应保持灵活性，应根据具体的应用意图和用户要求， 实际地予以实施。 1 2 2 生命周期评价的技术框图 l c a 仍处于发展中，而l c a 的各种不同的应用又使采用同一种l c a 方法更困难。此外， l c a 方法实际上是在一公用框架下包含了一系列不同的方法。在影响评价方法的实际使用 中尤其大不相同。按照s e t a c “规则编号”，实施l c a 的技术框架如图一所示。，其组成元 素为：定义目标与确定范围；清单分析( i n v e n t o r ya n a l y s i s ) ：影响评价( i m p a c t a s s e s s m e n t ) 和改善评价( i m p r o v e m e n ta s s e s s m e n t ) 。 图卜l ：生命周期评价技术框架 f i g u r el l ：l i f ec y c l ea s s e s s m e n tf r a m e 图卜1 表明了这些元素与目标定义是如何相互作用以及范围与所有其它元素的直 接关系。 1 9 9 7 年，i s 0 1 4 0 4 0 标准又把l c a 实施步骤分为目标和范围界定、清单分析、影响评 价和结果解析4 个部分，如图卜2 所示。 有帆合成药品生命周期评价 f 旱蒯范围穹义l tj l 解 1 清单分析k 二 析 丁 上 。 影响评价l 7 图卜2 ：l c a 实施步骤( i s 0 1 4 0 4 0 ，1 9 9 7 ) f ig o r e 卜2 ：f o c e s so fl if ec y c l ea s s e s s m e n t 1 2 2 1 目标定义和范围界定 目标定义即要清楚的说明开展此项生命周期评价的目的和原因，以及研究结果的可能 应用领域( 如是用于公司内部提高系统的环境性能，还是外部使用，如用于环境声明或获 得环境标志等) 。 研究范围的界定要足以保证研究的广度、深度和详尽程度与要求的目标一致，项目有： 产品系统的功能( 如系对比研究，则为各个系统的功能) 、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、原始数据质量要求、对结果的 评议类型、研究所需的报告类型和形式等。产品生命周期所有过程都落入系统的边界内， 边界外就是系统环境。( 见图卜3 ) 输入输出 0原材料获得 能源斗 0 制造、加工、方案制定 “三废” 输入 *分分目a 和运输 +一 利用再利用维护 排放 其它环 物质境排放 输入 再循环 叶废弃物管理 产品副产品 图卜3 ：产品生命周期系统及边界 f i g u r e1 3 ：l c as y s t e ma n db o r d e r l c a 研究范围中必须明确规定所研究系统的功能。功能单位是对产品系统输出功能的量 度。功能单位的基本作用是为有关的输入和输出提供参照基准，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。 有机合成药品生命周期评价 确定系统边界是一个从热力学借用的术语；系统对于周期分析是作为一个黑箱，用能量和 物质的输入和输出来归纳。 确定系统边界是关键步骤，也就是确定应当包括和应当排出的事物。以“长度”和“宽 度”来确定生命周期评价的范围是非常有用的。“长度”确定了分析的范围，哪里开始哪里 结束。它精确指出我们所选择周期的各个步骤网络。“宽度”指的是分析的细节，即每一步 骤的不同。 由于l c a 是一个反复的过程，在数据和信息的收集过程中，可能修正预先界定的范围 来满足研究的目标：在某些情况下，也可能修正研究目标本身。 1 2 ，2 2 生命周期清单分析 清单分析是l c a 发展最完善的一部分，它是指对种产品、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( 包括废水、废气、固体废弃物及其它环 境释放物) 进行以数据为基础的客观量化过程。该分析评价贯穿于整个生命周期，即原材 料的提取、加工、制造和销售、使用和用后处理。一个完整的生命周期清单分析能为所有 与系统相关的投入和产出提供一个总的概括。 清单分析对系统边界内的各工艺步骤的输入( 采用质量、能量平衡的方法) 与输出( 产 品及空气、水和土壤中的排放物) 做了定量分析。通常清单分析所涉及的结论和建议都被 简化或最小化，面使许多生命周期的研究终止在清单分析阶段。然而，此方法的不足在于 是否清单所列信息条款都比未列入其中的危害性大。 进行清单分析是一个反复的过程，当取得了一批数据，并对系统有进一步的认识后， 可能会出现新的数据要求，或发现原有的局限性，因而要求对数据收集程序作出修改，以 适应研究目的。清单分析的简化程序如图1 - 4 。 1 2 3 生命周期影响评价 有机合成药品生命周期评价 生命周期的影响评价定义为“对清单分析所涉及环境潜在影响实行定义、特征化和评 价的定量及定性的过程”。按照s e t a c “规程编码”，影响评估由三个截然不同的步骤组成： 分类、定性描述 包括标准化) 和评估。 照m i e t t i n e n 和h a m a n l a i n e n ，此影响评价方法已得到广泛的认可。在分类过程中， 所用资源及产生的废物基于其构成对环境的影响而将其划分为影响类别；这些影响类别包 括诸如资源耗竭、全球变暖、酸雨和光化学氧化剂的形成。然后，对这些潜在环境影 响因素在特征化步骤中给予量化，在此过程中，数量和权重两者都给予了考虑。特征化有 几种方法，等价因素是比较典型的方法。可以通过与参照物质比较，表示一种物质对环境 产生多大的影响。例如：使环境变暖的参照物质是二氧化碳，因此造成环境变暖的其它物 质可以用对地球具有相同影响的当量二氧化碳表示。标准化是一种选项过程，进行标准化 是将特征化步骤中与某一给定区域环境影响有关的数据进行标准化，使每一因素对环境影 响的相对数量更简易、明了。 在s e t a c 方法中，环境评价步骤直接在分类和特征化后面，这一步骤是针对各环境问 题的不同权重进行主观分析的过程。权重因子的确立是根据社会对减少环境影响方面的研 究而定，可以通过小组讨论决定，或者建立在国家或地区或全球等级标准之上。 当然，还存在许多其它影响评价方法，而且与s e t a c 方法比较来说，一些方法或者直 接以清单数据衡量，或者以部分特征化数据为依据。 影响评价是对清单阶段所识别的环境影响压力进行定量或定性的表征评价，即确定产 品系统的物质、能量交换对其外部环境的影响。这种评价应考虑对生态系统、人体健康以 及其它方面的影响。 可以说影响评价是l c a 的核心内容，也是难度最大的部分。影响评价目前正处于发展 中，处于概念化阶段，还没有一个达成共识的方法。 i s o 、$ e t a c 和美国e p a 也都倾向于把影响评价定为一个“三步走”的模型，即如上所 述：分类( c 1 a s s i f i c a t i o n ) 、特征化( c h a r a c t e r i z a t i o n ) 和量化( v a l u a t i o n ) 。 1 2 3 1 分类( 将清单数据纳入影q 自类型) 分类是将l c i 中的输入和输出数据组合成相对一致的环境影响类型。影响类型通常包 括资源耗竭、生态影响和人类健康三个大类，在每个大类下又有许多亚类，如在生态影响 这一大类下有全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、光化学烟雾和水体富营养化等亚类。在定义 具体影响类型时，应该关注相关的环境过程，这样有利于尽可能的根据这些过程的科学知 识来进行影响评价。 1 2 3 2 特征化( 按照影响类型建立清单数据模型) 特征化是分析定量中的一步，这早可能将每一种影响大类中不同影响类型汇总，但必 须以环境过程的有关科学知识为基础。它主要是开发一种模型，这种模型将l c i 提供的数 据和其它辅助数据，转译成插述影响的叙词( d e s c r i p t o r ) ，如：影响全球变暖潜力( g w p ) 的因子有c 0 2 、c o 、c 也等温室气体，通常采用c 0 2 作为标准对其它因子进行归并，最终用 c o ：表示变暖影响大小。类似如酸化采用s 0 ：当量，臭氧层破坏( o d p ) 采用c f c - i l 当量。 目前国际上使用的特征化模型主要有：负荷模型、当量模型、固有的化学特征模型、总体 暴露( e x p o s u r e ) 一效应模型、点元( s i t e s p e c i f i c ) 暴露一效应模型。 特征化阶段的更进一步发展指对某一给定区域的实际影响进行归一化，这样做是为了 有机合成药品生命周期评价 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。 i 2 3 3 量化( 即加权，在特定情况下，且仅当有意义时，将结果进行合并) 量化是确定不同环境影响类型的相对贡献大小或权重，以期得到总的环境影响水平的 过程。 数据标准化反映了各种环境影响类型的相对大小。然而，不同的影响类型经标准化后 可能得出相同的数值，这并不意味着它们的潜在环境影响一样，因此需要对不同影响类型 的重要性进行排序，即赋予权重。将各种不同的影响类型综合为单一指标，从而对不同产 品、产品系统或处理方案的环境影响进行比较。对于具体赋值方法，匡【际上尚无统一标准。 生命周期的影响评价( l c i a ) 目前仍处于发展阶段。虽然近几年来完成的一些l c i a 在 科学界产生了较大的影响，但还没有一种普遍接受的方法。环境毒理学和化学学会( s e t a c ) 、 美国( e p a ) 加拿大标准协会( c s a ) 已公布生命周期影响评价的指南。除此之外，还发展 了许多建议性的方法。e p a 的报告“生命周期评价( 草案，1 9 9 4 ) ”汇总了3 6 种影响评价 中完成特征化a n 或量化的方法，但也没有一种是被普遍接受的。 1 2 4 改进评价 改进评价是指系统地评估在产品、工艺或活动的整个生命周期内削减能源、原材料使 用以及环境释放的需求与机会。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。 为了每个功能单位的环境性能得到改善，产品和过程的投入以及对环境的产出都要评 价。能否得到改善，要依赖于清单分析、影响评价或二者的结合。改善的机会也应该被评 价以确保它们不产生额外的影响而削弱了提高的机会。改善评价是目前发展最少的。 1 3l o a 的主要作用 l c a 主要用于： 识别改进产品生命周期各个阶段中环境因素机会； 产业、政府或非政府组织中的决策( 如战略规划、确定优先项、对产品或过程的 设计或再设计) ： 选择有关的环境表现( 行为) 参数，包括测量技术； 营销( 如环境声明、生态标志计划或产品环境宣言) 。 l c a 现已被应用于公司和政府决策的制定中，到目前为止，l c a 已在能量运输系统、化 工行业、金属、固体废物的管理、造纸和林木业、水、环境标志产品的评价及其它行 业中得到广泛的应用。 有机合成药品生命周期评价 2 医药产品生命周期评价框架模式 随着人类社会的进步，人们生活水平的不断提高，人们越来越多地关爱自己的身心健 康，医药产品已作为一项重要的、不可缺少的产业而为人们所重视。人类进步的历史也是 人类不断同自然、同疾病做斗争并不断取得进步、取得胜利的历史，从而推动人类的前进 和发展。人们通过长期几十年，甚至几百年坚持不懈的努力、研究。曾经攻克了肺炎、肺 结核( 痨病) 等诸多被当时人们认为的“不治之症”，如今人们又在利用自己的智慧去向各 种癌症、爱滋病等各种疑难杂症挑战。于是，人们开发研制出各种医药产品，为人类健康 服务，造福于人类。然而，任何事物都有两重性，人们在受益于新医药产品的同时，医药 产品的开发、研制乃至生产使用过程，也在自觉不自觉地对人类、环境造成不良影响。由 此看来，医药产品的生产也同其它产品一样，尽管其市场竞争日益激烈，但对于同一种药 品，谁的产品成本低、能耗少、环境风险小，甚至没有风险，谁的产品就更具有竞争力， 在当今市场就更具有生存空问，企业就更具有可持续发展的潜力。而当今世界的环境问题 已为人们所公认，全球温室效应、酸雨、臭氧空洞等，人们于是不得不重新审视自己的所 作所为。而医药产品的合成生产则是以多种化工原料为生产原料，通过化学反应、精馏、 萃取、过滤等一系列化工生产过程而合成原料药，在此过程中不仅有能量的消耗，而且涉 及一些有毒、有害物质，从而涉及到如今非常敏感的环境问题。l c a 通过对产品整个过程 做较全面的评价，而为企业领导层提供依据，同时也有利于政府职能部门有关法律的制定。 2 1 目标和范围界定 2 1 1 目标定义 就是要确定开展此项研究的原因、预期的应用以及服务对象( 即研究结果的接受方) 。 从已有的研究看，进行生命周期评价的目的有两个，一个针对企业经营者而言，二是针对 政府管理部门而言。对于企业经营者来说，通过生命周期评价，与竞争对手进行比较，看 谁家的产品更具有环境优势。如果自己的产品更具有环境优势，就可以利用这个研究结果 进行市场宣传，使自己的产品更具有竞争力，也可以通过分析研究，看看自己的产品长处 在哪里，短处在哪里，这样就可以找到改进产品的机会，还可以为将来新产品的设计提供 理论依据。对于政府管理部门来说，通过生命周期评价对某类产品进行研究，找到该类产 品对环境影响最大或较大的一些阶段，环境管理者们在制定该类产品的生态标志标准或有 关的环境政策或法规时，可以把重点放在这些影响较严重的阶段。 2 1 1 _ 1 研究原因 随着可持续发展战略的实施，人们对环境质量的要求越来越高，医药产品在整个生命 周期过程中对环境的影响问题也日益成为人们关注的一个问题。应用生命周期的方法对医 药产品进行评价，目前虽有报道，但基本上都是从环境角度入手，考虑医药产品生产过程 中“三废”的排放情况及处理过程即仅仅从环境影响单方面，对评价阶段内废物排放进 行统计分析，而没有考虑其它如经济效益等方面。然而，只从单方面进行评估，有时经济 投资并不一定能够承担如此高额的环保费用，因此，针对一个具体的产品来说，应该更全 面考虑各方面因素。本文即立足于从环境效益、经济效益和生产工作场所安全健康角度， 有机合成药品生命周期评价 对医药产品进行生命周期评价，并力求更切合实际。 2 1 1 2 预期结果的应用领域 通过本论文的研究，考察设定边界范围内的药物生产的环境负荷、经济效益及工作场所 安全健康，确定主要影响因子，从而为公司产品的设计、生产及e h s 管理提供数据基础。 2 1 1 3 服务对象 本论文对不同药物合成生产进行的讨论，兼顾了企业经济效益、环境管理和工作场所 安全健康等方面。由于侧重点不同，因此当对三方面评价因子赋予不同的权重值时，可得 到不同的比较结果。对企业内部来说，经济影响权重较大，而对于环境管理来说，则环境 影响权重值较高。总体来说，通过该生命周期评价，既可使企业经营者了解该企业产品的 优势和劣势，从而为新产品的生产提供参考，又有助于环境管理部门以此为依据对现有产 品作更为有效的管理。 2 1 2 范围界定 生命周期评价范围界定是由所开展的研究目的、未来应用及研究深度和广度等因素所 确定。根据有机合成工艺的特点，在药物合成的生命周期评价中，我们关注的焦点是产品。 对于考察对象产品头孢哌酮钠和舒巴坦来说，进入工厂生产的是各种原材料，从工厂生产 出的是先锋必和舒普深药品。在生产过程中伴随有废气、废渣、臭味等污染物的排放。论 文中重点考察两种不同有机合成药品生产所产生的环境效益、经济效益和工作场所安全健 康的差异。因此，以生产原材料的准备作为产品l c a 研究的开始，以生产出合格的有机合 成药品作为l c r 的结束。然而，一个完整的合成药品的生命周期评价应该包括从最初原材 料的获取、产品原料的收集、产品加工、废物产生、副产品的产生、处理、处置以及产品 最终废弃物的处置整个过程。 有机合成药生产的生命周期系统及边界简化框图如下图2 - 1 。 该系统的上下边界分别为原材料的投入和药品及废弃物的产出和处置。 2 2 清单分析 根据所定义的目标和界定的范围来确定清单分析中所需的数据。在本论文l c a 研究中， 考察的不仅是环境问题，确定环境负荷的大小和影响程度，而且应考虑资金的投入。因此 在本论文合成药物生产的生命周期评价中，除了对常规的l c a 研究中不同产品工艺生产所 带来的环境负荷进行讨论外，还对不同产品的成本、运行费用等经济角度以及生产场所安 全健康进行统计分析。即在该l c a 中不但包含有环境影响，而且还有经济影响和安全健康 因素的评价，这样进行的l c a 更有实际意义，更具有实用性。在综合考虑三方面影响因素 的前提下，我们确定有机合成药品生产的清单数据包括：原材料采购储存阶段的清单数据、 生产阶段的清单数据、产品及生产过程废弃物的处理和处置阶段的清单数据。 图2 一l ：有机合成原料药生产的生命周期系统及边界 f i g u r e2 1 ：l c as y s t e ma n db o r d e rf o ro s p 9 有机台成药品生命周期评价 输入输出 能源“三废” 输入一生产用各种蒯料l _挥放 一 有机合成药品生产l 其它环 境排放 物质 一有机合成药品的产出l ， 斗 输a - 产品副产 a 口 一废溶媒等废物处理年9 处置l 斗 系统边界 2 2 1 原材料储存阶段的清单数据 原材料储备阶段的清单数据包括如下几个方面： 1 、原材料储备仓库的占地、具体位置、周围敏感点 2 、各种原材料在工厂的储备情况( 数量及价值) 按照经济影响、环境影响和安全健康两三个考核指标来进行划分，具体的数据要求见表2 一l 。 表2 一l ：原材料储备阶段的数据清单 t a b l e2 - 1 ：l i s tf o rr a wm a t e r i a l ss t o r a g e 项目经济影响环境影响安全、健康影响 指标指标指标 占地 储备位置 仓库 周围敏感点 乙腈三氯氧磷 丙酮 三氟化棚 盐酸 硫酸 原 三氯氧磷乙腈 材总价值 乙酸乙酯丙酮 料异丙醇乙酸乙酯 硫酸异丙醇 磷酸二厶联 三厶h 芟 2 2 2 产品生产阶段的清单数据分析 产品生产阶段的数据清单包括如下方面的内容： i 、生产工艺 2 、工艺生产运行过程中的运行费用( 以工时计) 。 按照经济影响、环境影响和安全健康三个考核指标来进行划分，具体的数据要求见表2 2 。 表2 2 ：有机合成原料药生产过程的数据清单 t a b l e2 - 2 ：l i s tf o ro r g a n i cs y n t h e s i sp h a r m a c e u t i c a l sp r o d u c t i o n 有机合成药品生命周期评价 项目经济影响 环境影响 安全、健康影响 指标指标指标 乙睛排气量三氯氧磷用量 丙酮排气量三氟化棚用量 乙酸乙酯排气量硫酸用置 异丙醇排气量乙腈用量 s o , 丙酮用量 n o , 乙酸乙酯用量 合成 c o 异丙醇用量 区域运行费用 c o , 三乙胺用量 生产三氯氧磷浓度 盐酸浓度 乙腈浓度 丙酮浓度 三氟化棚浓度 溴素浓度 硫酸浓度 乙酸乙酯浓度 异丙醇浓度 2 2 3 废水、废气排放和其它废弃物处理和处置阶段的清单数据 废水、废气排放和其它废弃物处理和处置非常关键，如果处理不当，会对周围环境产生 不良影响。该阶段的数据清单包含如下几个方面内容： 1 、废气、废水排放口的位置、排放水域情况 2 、生产过程其它废弃物产生量 3 、固体废弃物处置量、地点及运输距离等。 按照经济影响、环境影响和安全健康三个考核指标来进行划分，具体的数据要求见表2 - 3 。 表2 3 ：废水和其它废弃物处理和处置阶段的数据清单 t a b l e2 - 3 ：l i s tf o rw a s t ew a t e ra n do t h e rw a s t e st r e a t m e n t d i s p o s a l 项目 经济影响环境影响安全、健康影响 指标指标指标 排放口位置 c o d c r 废水处理费 p h n h n p f 一 废乙腈 废丙酮 废弃物处理费废二甲基乙酰胺 废乙酸乙酯 废异丙醇 有机台成药品生命周期评价 与以往产品生产所确定生命周期清单不同的是，在该清单分析中不仅考虑了环境影响， 而且还涉及了经济影响情况，因此在影响评价阶段可针对这两个方面内容利用层次分析法 对产品的生命周期作以较为全面的评价。 2 3 环境影响评价 利用清单分析所获得的数据，我们就可以进一步对合成药品的生产进行影响评价。首 先是对系统的输入和输出进行分类，然后根据分类结果利用污染负荷指标体系予以特征化， 接下来进行量化。在量化的这一阶段，采用层次分析法。 2 3 1 分类 根据目标定义和范围界定所确定的系统边界及清单分析阶段所提供的数据清单，对合 成药品从原材料储存到生产过程所带来的环境问题进行分类。按照影响类别来划分，在此 过程中所排放的污染物可分为大气酸化、全球变暖、水体富营养化、臭味、潜在地下水污 染物和废物处置与处理六类，分类结果如下表。 表2 _ 4 ：合成药品生产环境影响分类 t a b l e2 - 4 ：c a t e g o r i e sf o re n v i r o n m e n t a li m p a c t 环境影响分类相关污染物来源 c 氇 锅忙俄孰供汽 全球变暖 n 瓯 c o 大气酸化n o ,锅炉供热、供汽 s 包锅炉供热、供汽 水体富营养化 n 、p排放水 潜在地下水污染物乙腈、丙酮、h c l 、p c l 0 3 、乙酸原料储存 乙酯、异丙醇、嗽、0 、叫氇、三 乙胺 臭味乙腈、丙酮、乙酸乙酯、异丙醇生产过程废气排放 废物处置与处理乙腈、丙酮、乙酸乙酯、异丙醇、 生产过程产生 二甲基乙酰胺等废液 合成药品生产过程中除对环境产生影响外，同时，对其评价还应包括经济成本和运行 费用及安全健康等问题，详见下表2 5 、2 - 6 。 表2 - 5 ：合成药品经济影响分类 t a b l e2 - 5 ：c a t e g o r i e sf o re c o n o m i ci m p a c t s 项目分类 f 经济影响指标成本费用 运行费用 表2 - 6 ：安全健康影响分类 t a b l e2 - 6 ：c a t e g o r i e sf o rs a f e t y h e a l t hi m p a c t s 有机合成药品生命周期评价 安全健康影响分类相关污染物来源 高危险物质p o c l 。b f 。h 2 s 0 4原材料 挥发性有机物质乙腈、丙酮、乙酸乙酯、异丙醇、原材料 三乙胺 车间空气中污染物p o c l a 、h c l 、乙腈、丙酮、b r 、b r 。、生产过程使用 h 2 s 0 4 、乙酸乙酯、异丙醇 2 3 2 特征化 将环境影响分类之后，利用环境负荷指标方法将相同影响类型下的影响因子进行汇总， 以期得到每一种影响类型的综合环境负荷。环境负荷( e b ) 作为一个量化数值，表示一组 排放物质对特定的环境类别( 如气候变暖等) 起到某种影响作用的潜在程度。它既反映出 排放物的重量，又包含了每种物质对环境可能造成的潜在影响程度。 对每一类环境类别影响的指标髓，可以从下式计算得到： e b = ( w a p f a ) + ( w b p f b ) + ( w c p f c ) + 式中：a 、b 、c 为排放物中所含的各种化学物质，w 为各种物质的重量，p f 为各种 物质对某类环境所造成影响的潜能因子。 潜能因子( p f ) 表示某种化学物质对某种特定环境类别造成负面影响的潜在能力。本 文采用英国i c i 公司研究使用的潜能因子。该因子的确定方法如下：首先将某种物质对某 类环境的影响作为基础，即将它的p f 定为1 。如在大气酸化类别中以s o 。为基准( p f = i ) ， 其它物质对这类环境的p f 值则与s o ：相比较而得出。对大气的酸化影响，1 t 的潜在影 响大于1 ts 也的潜在影响，计算得到m 的p f 为1 8 8 ；相反，同样重量的n o 。对大气的酸 化作用小于s 0 ：和n ，它的p f 则是0 7 ，其它各类物质的p f 值均按此方法计算得到。本 文所涉及的各种环境影响类别的p f 见表2 7 。 表2 - 7 ：各种环境影响类别的p f t a b l e2 - 7 ：p ff o re n v i r o n m e n t a li m p a c t s 影响类型影响物质p f c q1 全球变暖( g w )n 0 ) 4 0 c o3 大气酸化( a g )n 魄 o 7 s 0 21 o 刁0 降昌冒乔化 n1 p0 0 6 7 根据各物质的潜能因子p f 及其排放量便可确定每种污染类型的环境影响负荷。其分类 表如下2 8 。 表2 8 ：合成药品生产环境影响负荷统计表 t a b l e2 - 8 ：e bf o ro s pe n v i r o n m e n t a li m p a c t s 有机合成药品生命刷期评价 影响类型影响物质重量( t a )p fe b c 0 2 l 全球变暖( g w )n q 4 0 c o3 大气酸化( a g )n 0 20 7 s 0 21 刁( 件昌冒乔化 nl p 0 0 6 7 2 3 3 量化 通过赋予不同环境影响类型、经济影响类别一定标度值，可得到一个数字化的可供比 较的单一指标。通过查资料阅读文献，结合合成药品生产的特点，本论文拟采用层次分析 法( a i p ) 进行多目标规划。 2 3 3 1 层次分析法的原理和分析步骤 层次分析法是本世纪7 0 年代中期被提出来的一种系统规划方法，它是通过应用数学方 法将决策规划过程中定性分析与定量分析有机地结合起来，统一进行优化、处理而得到合 理结果的一种多目标决策方法。 层次分析法是一种有效的多目标规划方法，也是一种优化技术。层次分析法的信息基 础是问题本身的数据资料和人们的评价依据，通过这些信息基础把所要分析的对象转化为 递阶层次结构，在每一层次上，可按其上一层次的对应要求，对该层次元素进行逐队比较， 依据规定的标度定量化后写成矩阵形式，即构造成判断矩阵。这里标度通常以相对比较为 主，以数字卜9 作为表述这类同时比较某种属性差异的判断的标度尺度。各标度及其含义 见表2 9 。 表2 - 9 ：判断矩阵标度及其含义 t a b l e2 - 9 ：m a t r i xl e v e la n dd e f i n i t i o n 标度含义 1 表示两个因素相比，具有同样重要性。 3 表不两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要。 5 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要。 7 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要。 9 表示两个因素相比，一个因素比另一个因素极端重要。 2 ，4 ，6 ，8 上述相邻判断的中值 倒数 因素i 与因素j 比较得判断b i j ，则因素j 与1 比较的 判断b i j = i b j i 构造判断矩阵是层次分析法的关键步骤。在判断矩阵的基础上，计算是对于其上一层 次而言的、本层次矩阵与之有联系的元素的重要性次序的权重。排序计算的实质是计算判 断矩阵的最大特征根值及相应的特征向量。在专家构造判断矩阵时，不可避免地产生认识 上的不一致，为考虑层次分析得到的结果是否基本合理，需要对判断矩阵进行一致性检验， 经过检验后得到的结果即可认为是可行的。 因此，运用层次分析法作系统规划，大致经过6 个步骤： l 、明确问题：弄清问题的范围，提出的要求，包含的因素，以及各元素之间的关系。 有机合成药品生命周期评价 2 、建立梯阶层次结构：根据对问题的了解和初步分析，把问题中涉及的因素按性质分层 次排列，如目标层、准则层和方案层。 3 、两两比较，建立判断矩阵：在建立了分析层次后，便可以逐层逐项对各元素进行两两 比较，利用评分办法比较它们的优劣。 4 、进行层次单排序：把每一层所有各元素对上一层而言排出优劣顺序来。常用方法有： 求和法、正规化求和法方根法和特征向量法。 5 、进行层次总排序：利用单排序结果，综合出对更上一层的优劣顺序。 6 、一致性检验：c r o i 0 可认为是完全一致的。 2 3 3 2 层次分析框图 根据层次分析法的运算特点及本项目的性质，对合成药品生产各阶段进行层次分析， 所构成的层次分析框图如下。 图2 - 2 ：影响评价层次分析框架图 f i g u r e2 - 2 ：a n a l y t i ch i b e r a r c h yf r a m ec h a r tf o ri m p a c ta s s e s s m e n t 图中的最底层为不同选择方案，可以有任意多个，分别为g 。、g 。g 。，分别代表不 同的有机合成药品；第二层为各种影响因素，共确定了1 1 个影响因子s 。一s 儿，其中s - 一s z 体现的是经济效益问题；s 。一s ；体现的是工作环境及安全健康问题，s 。一s 。体现的是外界大坏 境效益问题；第三层为经济、工作环境和外环境三个单项目标p 。一p 3 ；第四层即最高一层为 综合三个单项目标后的总体目标，也就是说要达到总体综合效益最好。 有机合成药品生命周期评价 3 案例分析 目h 一章给出了用生命周期评价方法来评价有机合成药品的模式框架图，在本章将通过 具体的产品生产实例的应用来进行分析，从而考虑该套模式的可行性及应用效果。 所研究的对象有二，一是头孢哌酮钠的生产，一为舒巴坦的生产。 3 1 公司生产简介 辉瑞制药有限公司是由美国辉瑞公司与大连制药厂于1 9 8 9 年合资成立的大型现代化制 药企业。辉瑞制药有限公司工厂位于大连经济技术开发区，总投资为6 ，0 4 0 万美元，注册 资本为5 。0 4 0 万美元，其合资规模位于国内合资制药企业前列。工厂于1 9 9 0 年5 月动