材料的环境影响综合评价.ppt

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 LifeCycleAssessment或LifeCycleAnalysis 简称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 1nventoryanalysis 也称编目分析 Impactassessment Improvementassessment 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 1LCA编目分析的编目表 环境负荷分析 利用定量调查所得数据 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 2lkg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29 308 106J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 4lkg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EkFk 1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EkFk 1时 第k个指标对环境的影响低于环境标准 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 72CE 1CP 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 71kg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 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0 100 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 R0 fPk 则 E0 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 Ii l 超标 Ii 1 等标 Ii 1 低标因子环境质量指数只能代表一种污染物的环境质量状况 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 22 0 25 0 88ISO2 0 32 0 25 1 28INOx 0 13 0 15 0 87ICO 5 20 6 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2 13大气环境的单因子评分等级 2 W值法 S S1 S2 S3 S4 S5 S1 S2 S3 S4 S5分别为取得10分 8分 6分 4分 2分的因子数目 w值 最低两项得分值之和表2 15所示为W值法的评价标准 凡最低两项得分之和为4分者 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W值 并说明环境质量等级 表2 12某材料厂废气监测数据 W 最低两项得分值之和 2 4 6W4级 为重污染