材料的环境影响综合评价.ppt

1、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,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。,材料的寿命全程评价：Life Cycle Assessment或Life Cycle Analysis，简称

2、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 assessment,Improvement 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。,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

3、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）, 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

4、中获取； Bi为各种资源权重系数。 Bi确定方法： 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：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,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

5、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：利用发热量转换； 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29.308106J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,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,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

6、权重系数。 Fk确定方法： 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。 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EkFk1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EkFk1时，第k个指标对环境的影响低于环境

7、标准，不对环境构成威胁。,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,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,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

8、排放的废弃物及其排放标准,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

9、命。,习题：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,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）,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,特点：以末端处理

10、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。,（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,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。

11、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。,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： 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； 制备复合材

12、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：可再生循环利用的程度。一般处于0100%。 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,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。,2.4.3再生过程的能量评价,R0= R0fPk,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

13、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：,Iil，超标；Ii=1，等标；Ii1，低标 因子环境质量指数只能代表一种污染物的环境质

14、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,解：加工厂区域的单因子环境质量指数分别为： I飘尘=0.220.25=0.88 I SO2=0.320.25=1.28 I NOx =0.130.15=0.87 I CO =5.206.70=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,表2.11 环境质量分级标准（积分值法）,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,表