工业化产品的生命周期分析法的运用

工业化产品的生命周期分析法的运用

源广工业生态学思想的生命周期分析(LifeCycleAssessment,简称

LCA),即对产品从最初的原料采集，到原料生产、产品制作、产品使用

以及使用过后的处理，对整个过程进行跟踪分析(从摇篮到坟墓)与定性

评估，从而达到以卜.目的：评估原料和能晶的利用效率，以及产品制造

和使用排放的废弃物对环境的影响，寻求更加优化的生产工艺以及废弃

处理方法，以期能够改善产品全生命周期过程中对环境的影响。产品的

生命周期分析中包括持续的系统的检验周期中每一步的环境影响，从废

置原材料的抽取到最终废料的清理，直到生命周期的终点。

输入输出

影响分析

并调控

M收利法

消甲边界口的

图2.1生命周期框架图

Fig.2.1Lifecycleframework

生命周期产品设计(LifeCycleProduchonDesign)是以产品为中心的

工程科学，是指在产品设计阶段，从原料准备、生产过程、使用和废弃

四方面出发权衡考虑产品在整个生命周期不动阶段的环境问题和经济因

素，来设计满足环境性、经济性、适用性等要求的产品。

如今，LCA技术应用在国外欧美等发达国家较为普遍，人们使用

LCA技术来进行产品开发、环境认证、规避敌易壁垒等。其中部分应用

软件工具已商品化,应用到广泛的领域有关产品LCA方法和理论

的研究和应用在国内虽然取得了一定进展，但办根结底，仍然存在较大的

差距。

产品生命周期不同阶段的方法研究现状(SETACps,CodeofPractice)

见表2.2,其中符号“「表示可操作；符号“(J)”表示概念阶段，操

作性较差；符号“X”表示无说明。

表2.2生命周期功能单元概况

Tab2.2Lifecyclegeneralfunctionalunit

LCA的阶段和要素研究现状

目标确定(V)

范围确定X

一功能单元(V)

一评价标准(V)

一时间和空间范闱(V)

一技术范第(V)

一产品系统的定义范用(V)

清单分析V

影响评价X

一影响潜在因素X

分类和描述(V)

全球环境影响(V)

区域环境影响X

一标准化(V)

一权重(V)

解释与改善评价(V)

从上表可以得出，LCA方法的多数研究阶段尚处「概念阶段，只有

较少的可操作元素，操作性较差。由「环境影响机理的科学依据还不断

处「研究的状态中，还不能完全清晰的确定废弃排放、资源能源消耗与

环境影响之间的因果关系。人们在不断的探索研究其内在影响机制、逻

辑理论；然而评价的本质是人们而环境等问题的价值的判断和认可，不

同国家、不同地域以及不同的敏感人群的价值取向必然不可能相同。

在LCA方法的研究方面,国内外许多研究机构根据国际标准化组织

ISO14000系列标准和SETAC全生命周期评价框架的指导，对仃关全生

命周期影响评价方法及K体系进行了研究，目前国际上有25种比较有代

表性的评价方法，总的来讲可.分为II标距离法和环境问题法。瑞典的环

境优先战略(EPS),瑞士和荷兰的生态稀缺性方法以及丹麦的工业产品环

境设计方法(EDIP)等重点放在环境因子和影响机理的研究；瑞士的临界

体积法则偏重于影响后果，用某种环境效应的当前水平与目标水平(标准

或容口)之间的距离，来表征某种环境效应的污染程度［4”］。国内，清华

大学的席德立冈等将环境质於评价方法和手段引入到了影响分析过程

中；杨建新⑶等在丹麦的EDIP方法基础上进行了改良。

23可持续技术研究进展

早在20世纪80年代，我国就提出了环境污染防治的三个要点：政

策、管理和技术。根据客观经济形势和环境保护T作的实际需要，在强

化管理的同时，必须强调依靠科学技术的进步。可持续发展政策以及可

持续发展管理水平的提高是以科技的进步为前提条件的，它加深了人类

对人和自然关系的理解,扩大自然资源的可供应范围和可供应最,提高

资源利用效率和经济效益，提供保护生态环境和控制污染的仃效手段

C30］oSmitlF】］在其著作中提出I一业可持续发展将成为木来的化I.过程设

计的一部分。21世纪过程I：业的新模式应该是基「可持续发展战略的基

础上的,将预防和治理污染贯穿于整个工业生产过程链，需要在整个制

造链中详细地考虑过程给环境带来的影响，使废弃物的排放尽可能减到

最低，从而使其对人体和环境的负面影响达到最低。

23.1微观层次的可持续技术的发展

反应原子经济性的概念「1991年美国斯坦福大学教授BMTrost首

次提出。原子经济性的目标是在化学反应时，使原料中的可利用的分子

或原子最大限度的转化为期望的产物中的分子或原子。这时进行新公成

原料、新催化剂、新合成加工路线、新反应器设计等一系列的研究提出

了新的要求。理想的原子经济性是不产生副产物以及废弃物，达到零排

放。1996年壳牌公司开发出用均相把催化体系一步制得MMA,反应的

原子经济性达到103，原料全部被转化为产品。目前我国对这方面的

研究也非常的重视，绿色化学与技术研究工作被列入国家“十二五”规

划。纪红兵，钱宇等㈤运用系统工程的方法论，建立了绿色过程集成技

术，它用「氧化反应中的催化、绿色氧化剂技术、绿色溶剂技术、强化

及耦合。闫志国，王会等团利用计算机模拟技术，探索了LaMn2相关

实验反应机理以及催化剂结构和活性之间的关系，并从微观上耐钙钛矿

型复合氧化物我体进行设计，缩短了催化剂研制的周期，节省了实验的

开支。

232介观层次的可持续技术的发展

1974年美国3M公司推行的“Pollutionpreventionpays0计划中最早

出现了清洁生产的思想。1990年10月联合国环境署正式提出清洁生产

计划。在1992年联合国环境与发展大会上，正式将清洁生产作为实现可

持续发展的先决条件，并视其为工业生产环境改善和增加竞争力及增长

利润的垂要手段之一。＜21世纪议程》中也提出了加强清洁生产的建议,

随后联合国环境规划署根据提议调整了清洁生产计划，建立示范项目及

国家清洁生产中心，以加强各地区的清洁生产能力。

233宏观层次的可持续技术的发展

生态工业是在宏观层次上开展的可持续性工业模式，它是根据自然

生态系统模式由原来的线性模型发展到闭环模型的一种T业方式。清洁

生产一般仅在企业层次开展，而生态丁.业由企业层次上升到企业群落、

城市或更大的范惘。21世纪，生态环境保护和可持续发展理论的被人类

更加深入地认识，生态工业不断发展，人们越来越多的市:视循环经济并

加快其发展。生态工业垂要实践形式之一是生态工业园区的规划和建设。

美国、加拿大、法国和日本继丹麦Kalounberg园区之后，共建立了40

余个类型不同的生态工业园区，东南在各国和南非等许多发展中国家已

经开始计划进行生态工业园区的建设。

2.4问题以及研究内容

生命周期分析方法是一门新兴的多学科综合研究领域，经过多年的

发展已经有较大的进展，也广泛的应用到各领域的实践当中，但是也存

在一些问题尚有待解决。

由「目前评价模型还没仃得到公认并统一，现存的几种评价模型也

各有长短网：

(1)简化模型。生命周期评价有多种简化模型的形式，AT&T实验

室Gi-aedd等人提出的一种以矩阵形式表现的一个5x5矩阵，具仃代表

性，矩阵当中的行、列项分别表示生命周期阶段和环境影响因素。在实

际运用当中，产品的原料、生产、使用和废弃或循环被赋予评估指数，

并体现到矩阵中每一项被赋予的得分。矩阵的每一元素一旦被赋值后，

矩阵中各元素评分值的总和相加即是产品总评分指数。该模型对数据的

要求相对较低，如果是典型产品,则可在较短时间内完成,但其主观性

较强，因为矩阵中的每一项都实用相对值的形式表达。

(2)过程模型和经济输入输出模型。SETAC推荐的模型之一就是过

程模型，时系统进行简化是其出发点，研究的边界之内包括所研究系统

输入或输出的而最、体枳或产品价格确定这些相对重要的过程，主观性

强是这种方法的缺点之%经济输入输出模型仃建立和求解两个步骤，

首先以货币的形式计算产品的原始数据导致的结果，然后根据计算结果

的单位产展所导致的环境污染进行环境影响分析。过程模型和经济输入

输出模型建立的前提条件都是投入和产出之间呈线性关系，然而实际情

况大多并非理想中的线性关系,所以这两种模型都有•定的局限性.人

们在投入产出法的基础上建立了相对过程模型，它不仅能够很好地解决

处理多流程和多产品系统中所出现的疑难，还能够解决多产品的环境影

响气化分配问题。在此基础上国内许多研究运用模糊计算以及BP神经

网络建立了系统过程输入输出的评价模型并结合LCA方法时系统过程

进行环境等多方面的评价国叫o

(3)决策理论模型。国外Faisal川等提出了基「风险的过程设计LCA

方法和决策方法。层次分析法目前广泛应用「结构层次较为丰富的多目

标决策，如贾龙华、吴锦利网等使用层次分析法分析了在空气污染防治

措施的比选；王好芳，承用川等网利用层次分析法对区域水资源进行“J

持续性开发评价；曹武军阿等利用模糊层次分析法建立了产品全生命周

期评价环境决策模型；陈用网等运用层次分析法对城市污水处理厂的综

介效益及环境影响、经济效益和技术性能各单项指标的优劣性进行比较

与分析；层次分析法将多II标决策和模糊理论相结介，在多种方案中选

出理想的决策方案，有效地解决了决策中的权里问题，但模糊理论中隶

屈度的确定在一定程度上要凭借丰富经验，其主观性很强，因此它的发

展受到了限制。

(4)多目标优化模型。在环境影响或者经济性能同时获得优化的理

论基础上，多II标优化方法提供的结果是不同条件卜不同的系统优化值,

决策者可根据实际情况加以选择和取舍，给决议留仃很大的余地。但在

实际过程中，多方面的环境影响在具体结果的表达上有一定的困难，因

此进行的评价大多数只局限于少数的重要环境影响或经济性能。

以上评价模型表现出生命周期评价方法各仃优缺点，仃的没仃考虑

系统的经济性，仃的考虑了经济性但是在评价过程中把主观性引入了评

价结果。总的来看，综合性是LCA评价方法的发展方向。

在能源化工方面，目前已有很多能源系统和化T系统的评价方法。

如能源利用效率，元素利用效率，原子经济指斥等。但是到目前为止似

乎还没行对能源和化工结合的生产系统的专业评价体系。

针肉植物原料制备生物柴油这一能源化匚体系，本文具体研究内容

如下：

(1)完整的能源化工体系，不但要考虑能源的消耗和资源的消耗，

还要考虑废物的排放对环境造成的影响，从这三方面出发考虑则能反映

生产的合理性和可持续性。本文从系统工程的角度出发，考虑能源、资

源、环境三方面的因素，提出适合能源和化工结合系统的多目标可持续

性能指标评价体系。

(2)以麻风树和微濠制生物柴油的产品生命周期为肉象，利用生命

周分析方法分析其以卜系统过程步骤：生产、制造、使用、废弃、循环

利用，结公多目标国性可持续性能评价指标体系从环境、能源、资源三

方面综合分析其可持续性能；对其各项指标进行计算分析，验证并比较

了两种材料制生物柴油的环境性和可持续性。

EPA在1993年的“生命周期评价纲要：实用指南”中把生命周期

评价的结构分为仃机联系的四个基本的部分：即目标与范惘的定义；清

单分析：生命周期影响评价；解释与改善评价，如图：

=人气排放

=^=度木，。攻

固体也旃

闻产物

，：

^他at并

系统边界

图3.1生命周期过程步骤

Fig3.1Lifecycleprocesssteps(Somce:EPA1993)

IS014000标准在1997年提出，LAC技术框架实施步骤分为以卜四

步：目标与范围的界定、清单分析、影响评价、结果解糅，如图3.2：

II标和蒐用的定义

口接应用：

第

果产品的开发与改进

解旅略规划

浦单分析仲

公共策略制定

m

就他

影响评价

图3.2LCA阶段框架图

Fig3.2PhasesofanLCA

3.1.1目标和范围的定义

(1)目标的确定

目标的确定主要是明确研究目的,以期达到预期的研究结果。通常

分为四类:建立某类化工产品的参考标准;进行绿色化工产品的认证;

发现识别问题以及促进化工产品清洁生产；提高消费者对产品的辨别能

力，促进“绿色”消费。

(2)范围的界定

目标与范围的确定是生命周期分析过程中定义包括考虑生命周期环

境影响等因素在内的目的和方法的一项步骤，为后面的决策过程提供信

息。在这一步骤中，以卜因索必须考虑：决策所需要的信息的种类；结

果解弹精确到什么样的程度：如何正确解释结果，这使得结果可.以使用

且具参考价值。

生命周期分析可以用来评估产品、生产过程以及服务时环境造成的

影响，目标和范I目的确定则决定评估对象所需要的时间和资源。目标和

范围的确定会贯穿整个评价过程，以确保获得最具参考价值的结果解释。

这一步骤的每个因索的确定即会影响到研究过程如何实施，也会影响到

最终的解释结果。

3.1.2清单分析

清单分析即质化生产过程或生产行为的生命周期过程当中能盘、所

需原料、大气排放、废水排放、固体废物以及其他废弃物。

在生命周期清单分析过程中，所仃相关的数据都被收集和整理分析。

资源和能源的消耗情况是收集的主要输入数据；输入数据则根据主要考

虑的环境等因素来选择。

输入和输出数据的收集在化工产品的制造阶段、使用阶段、拆卸阶

段、回收利用阶段，根据生命周期评价的范围和目的要求进行收集。这

四个阶段的数据主要包括资源、能源的消耗以及废弃的排放。数据来源

J•化工厂的数据表、环境监测报告、“三废”排放与处理情况、相关参考

文献、化学反应式计算以及模拟实验。

3.1.3生命周期影响评价

影响评价中清单分析阶段输入输出的物质和能质的数仄被定性分类

和定辰转化、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。影响评价方法目前正在发展之中，IS。

和SETCA都倾向「把影响评价分为影响分类、特征化和晶化评价这种

“三步走”的模型。

(1)影响分类

清单分析得来的数据被归到不同的环境影响类僧。影响类型通常包

括资源消耗、人体健康影响和生态影响三类。将类别细分，如在生态影

响卜乂包含仃全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、光化学烟雾和富•营养化等。

另外，可能会同时有直接和间接两种影响效应被包含在一种具体类型之

中。

(2)特征化

特征化的方法有负荷模型.、当后模型等，它以环境过程的仃关科学

知识为基础把每一种影响大类中的细分后的影响类型汇总。为r增加不

同影响类型数据的可比性,特征化的重点放到对某一给定区域的实际影

响仄进行归一化以及不同影响类型的当n系数的应用，为卜一步的口化

评价提供依据。

(3)最化评价

为了得到一个数字化的可供比较的单一指标，采用品:化评价来确定

不同影响类型的贡献大小，即权重。

3.1.4解择与改善评价

生命周期解释是有效综合清单分析和影响评价，定义、吊:化、检查

核对、评估当前信息的一个系统性的过程。

ISO1998年从以卜两个主要方面定义了生命周期解释：

(1)分析结果，得到结论,解释因果关系，并在生命周期评价当前

阶段发现的基础上提出意见和建议。

(2)根据生命周期II标范围以及影响评价的结果，提供一个通俗易

懂的，完整的，表现一致的研究结果。

解释之内包含改善评价，它能够识别、评价并减少系统过程能源和

材料消耗，选择环境释放的机会。通过分析并实施定吊:和定性的改进措

施，可比较产品的环境优劣并对产品进行术新设计，不断改善和改进产

品质最。例如改善产品结构,优选产品原材料,改良工艺线路和引导正

确消费，以及废弃物的处理等。美国环境毒理学和化学学会建议分为识

别改进的可能性、方案选择和可.行性评价三个步骤来完成。SETAQ993)

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。

解释步骤与生命周期分析其他步骤关系图如图：

图3,3解和步骤与生命周期分析其他步骤关系图

Fig3.3RelationshipofinterpretationstepswithotherpliasesofLCA(source:ISO199Sb)

3.2可持续性技术

可持续性技术(SustainableTechnology)指为了预防污染和节约资

源，考虑产品生命周期过程(原料获取、制备，产品的制造、循环与使用、

废弃后的处理)，是为了提高资源利用率、减小环境影响的冬层次技术。

它缓解了资源环境和经济社会之间的矛盾，是实现持续发展的歪要基

础网。

从可持续定义的内涵来看，我们可以从以卜儿个方面来进行可持续

技术的筛选考虑：

(1)与传统的污染末端处理技术不同，关键在;要贯彻以预防为主、

削减污染源的思路。上个世纪，传统的环境工程末端治理技术以环境评

价的形式在污染的控制和治理方面做出了币:要贡献：其实质上，环境评

价以及相应的治理措施只灼污染物进行了时间和空间上的转移，最终没

能根本性的解决环境问题，尤其是全球性的环境问题。在我国，由「•人

口基数大，人均资源短缺，经济增长快而不稳等特殊的国情，如果仅仅

使用末端处理技术，无法从源头上解决我国高速发展过程中经济增长与

环境污染增长的矛盾问题。从源头上解决问题不但要注意工业生产过程

的污染源，而且要关注资源、能源总投入的增减。

(2)根据生命周期全过程控制原则，程系统的每个生产技术环节都

被监控。生命周期尾期的末端控治只是有效环节之一；清洁生产技术指

对生产的工艺过程进行持续的改进，仃效地降低工业过程中污染物的产

最。但目前多数企业生产单位只是关注自己企业内部的生产工艺的改进

和创新，而将视野扩大，则可以考虑而多个企业单位进行耦合，建立一

个互利共生的闭合体系，从而产生一条企业生态产链，可持续技术在「

利用多个企业之间形成的生态共生产业网络,以达到互利互惠和降低能

耗以及污染的目的。由此可知，清洁生产技术是可持续性技术的介观层

面部分。因此，系统过程控制原则，应该将多个企业的产'也进行串联，

而不仅仅同限于单个的企业。

(3)为了从根本上实现资源的可持续利用，实现资源的高效、循环

利用，势必要形成团合、循环的产业生态链。资源的循环利用体现在以

卜.三个层次：首先是企业内部的资源循环利用；其次，一个部门废弃输

出可被食来当做另一个部门的原料输入，以构成工业部门之间闭会的、

网状生态产业链：最后是整个系统物质代谢的循环。可持续技术实现了

资源的高效率利用，体现出了不同层次的循环。

(4)把经济、环境、社会的效益统一起来。贯彻预防为主、源头削

减的思想和关注生命周期全过程控制的原则都体现了经济一环境一社会

三者协调发展的可持续技术。

为了反映可持续技术的特点和层次性，依据可持续技术的筛选原则.

将可持续技术分类如下：

(1)可再生能源开发技术：是指利用光能、风能、水能、核能、地

热能、氢能、生物质能、海洋能以及太阳能建筑一体化技术等可再生能

源，来替代传统的化石原料的能n获取。能源的不断消耗使得化石燃料

口益匮乏，从而导致生态环境的口趋恶化。因此必须针对中国人均资源

稀缺、能源短缺口趋扩大的局面研究开发可再生能源新技术来保障国民

经济的可持续发展，以及能源的可持续供给。

(2)源头削减技术：源头削减包含原料资源的节省和废弃污染的源

头削减两方面。原料资源的节省可采用毒害小、清洁性强或对环境影响

小的沽净原料等方法，来替代环境污染性大的材料。废弃污染的源头削

减即以贯彻预防为主，从源头上遏制和减少污染物的产生。源头削减技

术泞在减轻资源、环境压力，对实现可持续发展具有重要意义。

(3)过程优化控制技术：它通过革新工艺或改进工艺过程，来提高

生产效率。因此过程优化控制技术在相同条件的生产情况卜，提高了生

产转化效率，即能够获得更多的收益。

(4)废物循环再利用技术：是指设计将一个生产过程产生的废弃物

当成另•个」二艺的原料输入的产业链,使得资源的浪费减到最轻的程度。

循环利用技术包括以卜几层：首先是指提高企业内部的生产过程中资源

循环利用的闭合度；其次是实现企业间的“中循环”耦合。典型的“中

循环”即生态工业园区。

(5)污染物处理技术：是指对生产过程的末端产生的废水、废气、

废渣等物质进行降污处理，降低其对环境影响。特殊废弃物包括核废料

和其它仃毒有害特殊物质，需要进行特殊处理。由「我国环境压力空前

巨大，生产过程前端控制乂不行能做到完善。所以环境工程的末端治理

技术在今后很长的一段时间内将继续发挥其作用。

M再生健源开发技术健源替代

骞头用减检术潦头削减

持

ft

性

过程优化地制技术过悭控制々命周期金过秤拧:M

11

术

性均循环再利用技术循环再生

污笠物无书处理技术木甯泊理

图34可持续技术体系框图

Fig3.4Sustainableteclmologyframework

基于以上对各类可持续技术进行综合评价，建立可持续技术的评价

指标体系。在综合考虑其经济效益、环境效益和社会效益的前提条件卜\

实现了经济一环境一社会达到平衡时的可持续发展状态。

(1)经济效益：企业获得足够的经济效益以保证“I持续技术的实施。

当从经济学的角度对可持续技术实施进行分析时，需定质考查它在企业

中的实施状况。当关联企业的总体效益和成本在总体上可行，那么该技

术也是艮有生命力的。

(2)环境效益：选择评估可持续技术环境效益的指标的重要依据包

括减少资源消耗、相同资源消耗卜提高产品获得率、资源循环再利用和

削减污染物几方面，这也是可持续技术的重要指标之一。

(3)社会效益：在“自然一社会一经济”的大生态系统中，三者共

同构成可持续发展的基础。当三者互相平衡发展时才能支撑整个地球生

态系统健康的发展，给社会带来福利。因此，可持续技术的社会效益与

经济、环境效益的地位同等重要。

指标可分为以卜几项分别解释：

(1)资源消耗包括原材料消耗以及水资源消耗和土地资源消耗。对

「原材料，在涉及到具体产品的生命周期评估时，选取具体的主要原材

料为评估对象。

(2)能吊:消耗中的柴油、汽油、电、蒸汽都按煤标折算成标准煤重

最，单位为kg°

(3)环境影响类别包括：温室效应(GWP)；酸雨(AP)；水体富营养化

(EP);海洋水生毒性潜值(MAETP)；光氧化烟券(POCP)；淡水生态毒性

潜值(FAETP)：陆生态毒性潜ffifTETP)；人体摄入毒性潜值(HTP)。

传统的化匚生产中，生产材料被加工制造得到所需的产品。化「过

程目标的经济性较强，而往往忽视了环境性。随着时代的推移和人类社

会的不断发展，人们开始渐渐认识到，仅仅以盈利为目的化工生产行为

导致了自然和谐与人类发展的冲突。因此，经济增长只是人类社会发展

的一个部分，而社会因素和生态因素也会影响其发展，在当今的情况卜;

生态因索往往占据了主导地位。化工生产的可持续发展面临的问题是环

境一资源一能源三者的协调发展。本文以此为出发点，综合考虑环境影

响、资源利用、能源利用，建立能源化工生产的综合评价体系口乂久

4.1可持续性能评价及其意义

4.1.1可持续性能评价

在过程系统工程的开发研究当中，为了提供最优化的工作生产系统,

必须找到所需要的方法以及支持的工具。可持续性评价是为了使化工过

程系统的性能达到既定目标的一•种有效工具。可持续性能评估在考虑环

境、过程收益、安全性、可靠性等因素的前提条件卜，以实现经济效益、

社会效益、环境效益协调可持续发展为目的，对实现能源化工生产的不

同方法，在给定功能要求和功能条件卜进行比较和评估，为生产和决策

提供有价值的参考信息。

4.1.2可持续性能评价的意义

人类社会的高速发展加快了社会经济行为对环境的副作用，阻碍了

人类社会的可.持续发展。环境的破坏、生态的失衡导致人们开始对开发

或生产行为进行环境影响评价。然而“实上传统的环境影响评价并不能

很好的解决环境影响问题，主要体现在以卜.儿个方面卬J1

(1)传统的环境影响评价是在影响行为发生以后开始的，而不是一

种“预测”中的评价，往往只能对过程产生的污染和废弃做出一些控制

和治理的措施。

(2)传统环境影响评价对生产项11提供的方案和污染治理措施的选

择是有限的。

(3)传统环境影响评价没有将环境因素、经济因素、社会因素综合

考虑，主要针对项目生产排放的废弃物对环境产生的影响采取污染控制

措施。其本质上与从源头防治环境污染仃着很大的区别。如果防治措施

没仃得到很好的执行，那么环境影响评价便成为“一纸空谈

可持续发展是一种和谐、稳定、健康的发展状态，在时间和空间上

进行延续，使得良好的发展得以维持并繁衍。可持续性能评价，不仅分

析环境要求，预测环境影响，而且对环境质於产生的变化所导致的效应

进行预测、分析、判断。是解决环境问题的一个有效方法。

4.2可持续性能指标

可持续性能评价指标可分成两个层次来考察。在过程流程开发或筛

选层次上的评估指标，本文考虑资源和能源两个方面；在化学物种的开

发或筛选层次上，即考虑某种化学产品对环境影响的评估指标。

4.2.1环境性能指标

环境性能是筛选指数的重要方面，具仃相当多的力由度，它可.以不

必过多涉及流程层次上的约束。直接号虑化合物的环境归宿及其相关效

应。然而，由广环境效应在空间轴和时间轴上的复杂性，环境性能指标

的开发和选择取决「化合物的可预测效应、信息的获取程度以及决策环

境，是一个多层次多目标的决策任务区】。

与环境质吊评价不同，化学物质的环境影响评价关注的是一种化学

物质对周惘环境的影响。化学物质在生产、使用以及处置等过程中都有

可能分散到周围环境中去，其分散方式取决「物化性质以及生产过程，

包括原材料提取与生产、使用模式以及处置方式等。此外，它对环境的

影响不仅与该物质的物化性质和晶仃关，而且还与所施加的时象、方法、

时间以及使用强度等因素仃关。这些因素之间存在着复杂的交互作用，

难以准确模拟。一个完善的环境影响评价体系要尽可能地反应这些因素

的影响，环境影响指数化就是寻求一个或多个反映化学物质对周惘环境

所产生的影响的指数并尽可能地保持客观准确性。周围环境可分为六种

不同性质的介质，即大气、土壤、水、沉积物、悬浮物和有机体。评价

指数可以针对一种或几种介质考虑，也可以进行全方位的考虑。在生态

学中，为了准确地对化学物质的环境影响进行预测，一般先对目标区域

进行生态分类然后再进行使用模式的鉴别。

化学物质为环境的影响是丈固仃属性和浓度的函数。在生态毒理学

中，一•种物质是否对环境产生危害取决「预测环境浓度QEC)和预测无效

应浓度(PNEC)之比。“iPEC/PNECCl0时，认为该物质不会对环境产生

影响：反之，就应采用风险评价进行危害评价。风险评价应考虑化学物

质在时间尺度和空间尺度上的影响。为此，要进行暴露评价(Exposure

Assessment)和效益评价(EffectAssessment)。前者用J•计算PEC»后者用

于计算PNEC。

所谓暴露评价，就是根据预测模型来确定污染点、扩散速率以及分

布趋势等。为了得到准确的暴露评价，必须对化学物质的整个生命周期

进行分析并旦在每一相关的阶段计算出PEC值。PEC计算较为复杂，需

要确定许多参数，而为了筛选目的有时并不需要严格的计算,因此采取

分层次法可.以达到简化口的。如EEC和OEOD在释放估计标准化阶段

定义了三类不同的模式：主模式、工'业模式和使用模式，在初步筛选阶

段采用基卜主模式的粗略评价就可以达到足够的精度；在验证阶段则采

用工业模式：只仃在详细评价时才采用使用模式。废物排入环境以后,

应当考虑其环境归宿，而环境归宿受到物质传递和化学转变两个方面的

影响。根据传递和转变的关系，可以决定两类不同的测质和模拟方法.

即局部法弹介质法)和区域法(多介质法)。如果介质间的传递速率小厂废

物的降解速率.则应采用第一种方法：反之，则采用第二种方法.但无

论采取哪种方法，都必须确定介质体积或介质比例。

化学物质环境影响的确定-•般借助于生态毒理学模型进行模拟。该

模型描述仃毒物在生态系统中的归宿以及效应，其中管理模型、决定性

模型以及单介质模型较为常用，而矩阵模型、历史模型和积累模型应用

较少，这是因为后者的参数确定更为困难。有毒物生态毒理学模型大多

是为生物地球化学模型，用「描述有毒物在整个生物圈中的流动。与生

态模型不同,毒理学模型较为简单，但所需参数大%未知,因此较多地

采用参数估算，并旦一般考虑效应闪索。根据建模结构的差异，生态毒

理学模型可.分为6大类，即食物链或食物网动态模型、质后流动静态模

型、Tropic等级上的动态模型、型尸种群动力学模型、效应相关模型和

仃毒物归宿模型。第2类、3类和6类较为简单n.具有较为满意的准确

度，从而得到了广泛采用。仃毒物归宿模型如图41：

「I然力

图41有一物归宿模型图

Fig4.1Poisonhomemodel

在环境影响分类方面，美国环境保护总署科学咨询专家组(SAB)提

出:GWP、ODP、POCP、HTPLFAETP、TTP为相对高风险环境指标;

AP、EP为相对中等风险指标。如果在开放环境F培育微藻的过程中,

需要考虑到水体富营养化的问题，所以本文从以卜几个环境影响类别对

生物制柴油的生命周期环境影响进行分析：温室效应(GWP)；酸雨(AP)：

水体富营养化(EP);海洋水生毒性潜值(MAETP)；光氧化烟雪(POCP)；

淡水生态母性潜值(FAETP)；陆生态毒性潜值(TETP)；人体摄入毒性潜

值(HTP)。

几种环境影响因子分别具体如卜.：

(1)温室效应(GWP)

温室效应可导致干旱，洪水，北极冰层融化，海平面上升等等。

对r温室效应潜色，世界气候控制委员会IPCC定义了一种计算方

法，GWP以二氧化碳造成的温室效应为基准，即单位质求物质对环境造

成的气候变化与单位质斌二氧化碳对环境造成气候变化的比值。

温室气体的全球变暖潜值的公式如卜.：

/

J〃,0x「(/卜〃

GWP=t------------------

"(，)x

0

其中，“，为第/种温室气体单位浓度热吸收，。为单位浓度的第，种

温室气体/时间之后的热辐射，7为第/种气体温室效应影响的时间。

(2)酸雨(AP)

形成酸雨的主要污染物：S02,SO3，N02,NO.HCL,H2so4,

HNO3,H3PO4,HF,NH3

S02分解产生的l反应是酸雨潜值的估算标准，对J•酸雨潜值的估

算可采用如卜.公式：

vMg

AAPn=——£x—

v,OjMi

式中44表示物质,•的酸化潜值；，和”:分别表示物质/与S6分解产

生1的能力：〃，和”网分别表示物质/与畋的分子最。

(3)水体富营养化(EP)

富营养化问题主要表现为水体中藻类大片繁殖，是由「磷和氮的化

合物过多排入水体后弓I起的二次污染现象，严乖影响了水质。藻类在适

宜的光照、温度、PH值和具备充分营养物质的条件卜进行光合作用，

合成本身的原生质。藻类繁妞的程度主要决定「水体中无机形态的磷和

纸的营养物。总反应式：

106co2+16NO3'+HPO:+122H2+18H++能量+微量元素一

CuwH：1630noN/Pi（藻类原生质）+138Ch

由「导致富营养化的主要物质为磷酸离子，可采用PO；为评价富营

养化潜值的基准物质。对「十机物，其富营养化潜值的估算可采用通用

的理论需氧质（THOD）,从机理反应式可以看出生成1MOL的

Cio6H263。110必6P1（藻类原生质）同时生成138MoL的0,可估算出1MOL

的导致的富营养化，即：

mw.。5

-E-=——=0022

138mw138x32

有机物质在确定其理论化学需氧质后，可进一步确定其富营养化潜

值，即：

EPX=O022THODX

式中，x为要估算富营养化潜值的化学物质，THOD为理论化学需

氧最.对于无机物质（含N,P）,可利用$06H加。］］必6Pl（藻类原生质）中

N,P的摩尔比值计算其富营养化潜值。对「含N元素的无机物，如NH3,

其富营养化潜值计算公式为：

mw>

EP,=nHx——

*N16mw

对了含P元素的无机物，其富营养化潜值计算公式为：

mw

EP=nx---2^-

xp16mw

式中，I3，即分别为物质含N,P的原子数，mw则为物质分子质,

x为要估算富营养化潜值的物质。

(4)海水生毒性潜值(MAETP)

海水生物毒性潜值(ManneaquaticecotoxicitypotentialsMAETP)是

用来衡於化公物对海水水体的影响。由「对化合物水体的影响主要体现

在海水水体中生物的反应，因此可.以利用海水水体中的鱼类的半致死浓

度(LD5Q)作为化合物对水体影响的指标。采用鱼类作为水体基准生物主

要因为鱼类的普遍存在性和敏感性。MAETP计算公式如F：

1

MAETPx

LD50数值越高，毒性越强；LD纪越低，毒性越弱。

(5)光氧化烟雾(POCP)

光氧化烟雾具仃强氧化性，通常含仃：丙胴，苯，乙烯，乙醇，乙

醛，甲醛，甲醇，甲苯。

光氧化潜值通常利用如F公式进行计算:

MIJ

SFR

MIL

其中，MIR指在阳光的存在卜，氮氧化介物在大气中进行化学反应

的能力。

(6)淡水生毒性潜值(FAETP)

淡水水体毒性影响(Freshaquatictoxicitypotential,ATP)用来衡化

合物对水体的影响。由「对化合物水体的影响主要体现在水体中生物的

反应，因此可利用水体中的鱼类的半致死浓度(LD50)作为化合物对水体

影响的指标。采用鱼类作为水体基准生物主要因为鱼类的普遍存在性和

敏感性。ATP计算公式如卜.:

ATP.=—!—

LDso数值越高，毒性越弱；LDa越低，毒性越强。

(7)陆生态毒性潜值(TETP)

陆生态毒性潜值(terrestnaltoxicitypotential,TTP)用来评价化合物对'

陆地环境的影响程度。可用鼠类作为这一指标的基准生物，即陆生态毒

性潜值也采用鼠类的LDR数值。与HTPE的公式相同，为:

TTP=——!——

X(LDJ

(8)人体摄入毒性潜值(HTP)

人体摄入毒性影响(humantoxicitypotentialbyingestion.HTPI)「:要

描述毒性物质而人体的宜接摄入生理影响，可采用半致死仄(LD冷来表

征这一指标。LD力是衡状存在于水中的毒物对水生动物和存在于空气

中的毒物而哺乳动物乃至人类的毒性大小的电要参数。在比较各种污

染物的毒性、不同种或不同发育阶段的动物对污染物的敏感性以及环

境因素对毒性影响方面的研究中，都以LCR为依据。

鼠类通常作为试验对象：

HTP*=,1、

*(LDJ

LD50数值越高，毒性越弱；LDR越低，毒性越强

TTP的单位为mg毒性物质/kg生物体

鉴「化学物质的环境影响评价是一个多层次多目标的决策任务，石

磊⑶提出了一种基「模糊优选的模型化法。本文在此基础结合多种基「

生命周期的分析模型，得出两种材料制备生物柴油的环境影响指标系统

模型X58],如图

影响

环境

响

性影

生态」

响

作影

FP潜

环境物

I影响

境，叶

人体环

淡海

陆

光水水

温中

X生生

室心

化。。

酸效性

烟性件

雨应潜

雾潜潜

值