环境协调性指标详解

在材料的环境影响评价中，生命周期评价（LCA，life cycle assessment）是一个应用非常广泛的环境影响评价方法。目前，在材料工程领域，有将生命周期评价方法作为一种度量材料的环境影响大小或强弱的基本方法倾向。生命周期评价的理论框架包括研究目标及范围的确定、编目分析、环境影响评估和环境改善评估。

研究目标与范围确定是确定LCA的目的及边界条件；编目分析确定寿命周期内各个阶段的资源、能源消耗和污染物排放数量；环境影响评估是指在编目分析的基础上，把分析得到的数据对寿命周期的环境综合影响做出评估；环境改善评估则是根据寿命周期各个阶段环境负担来确定可能改善的途径。

可见，材料的环境协调性指标是在LCA的环境影响评估阶段得到。对环境影响评价的定量方法而言，通常，可将环境影响划分为如表12-4所示的几个指标。

表12-4　环境影响分类体系

根据环境影响指标进行分类，采用相对定量的方法，对每种指标选定一种参照物，将编目分析得到的污染物的环境影响作用以参照物的当量来表示，表12-5为一些常见污染物的环境影响污染当量数。

表12-5　常见污染物的环境影响污染当量数

参照物：ADP—对应资源世界总储量；EDP—能量值；GWP—1 kgCO2；POCP—1 kg乙烯；AP—1 kgSO2；HT—1 kg人体；ECA—1 m3污水；ECT—1 m3污染土壤；NP—1 kgPO4；ODP—1 kgCFC-11

各环境指标可以参照物总量表示，并可以各环境指标占整个研究范围内（地区、国家和世界）相应环境指标比例无量纲化表示，称其为标准指数。可见，整体环境影响指标数据的获取非常重要，常常需要世界范围内的统计结果，表12-6为各环境影响指标的世界当量总数。

表12-6　环境影响的世界当量总数

为了得到单一的环境协调性定量指标，常用层次分析法（AHP）确定各环境指标的权重系数，权重系数的确定一般由环境污染物排放量的规模和其危害作用的程度决定，权重按定性可以分为很重要、重要、中等、不太重要、不重要五个等级，具体如表12-7表示。(www.xing528.com)

表12-7　综合权重

根据材料LCA环境影响评估方法，材料的环境协调性指标按式（12-2）计算。

通过以上的方法，作者计算了不同类型的工业废渣做胶凝材料配制碱激发混凝土的环境综合指数，并与硅酸盐水泥混凝土进行对比。碱激发混凝土中的激发剂采用水玻璃，考虑到水玻璃寿命周期的不确定性，水玻璃的环境影响评价主要以从原材料开采到水玻璃生产，进而以1m3混凝土的制备构成环境评价的寿命周期。各种混凝土的配合比如表12-8所示，按式（12-2）计算的环境综合指数，如图12-3所示。

表12-8　C60混凝土配合比

图12-3　几种混凝土的环境性能比较

1-1—硅酸盐水泥混凝土　　　　　　　2-2—掺矿渣、锂渣的硅酸盐水泥混凝土
3-3—碱矿渣混凝土　　　　　　　　　4-4—碱矿渣-粉煤灰混凝土
5-5—碱矿渣-锂渣混凝土　　　　　　6-6—碱矿渣-石粉混凝土
7-7—碱矿渣-粉煤灰-锂渣混凝土

由图12-3可知，水泥用量的减少是改善混凝土环境性能最重要的因素，当掺入矿渣和粉煤灰后，不仅水泥用量降低，混凝土的强度提高，而且混凝土的环境性也有所改善。和硅酸盐水泥混凝土相比，不用水泥或水泥熟料的碱激发混凝土的环境协调性指标明显降低，即对环境效益改善明显。同时，不同工业废渣配制混凝土的环境协调性的影响敏感度也不相同，掺入本身对环境负面影响小的工业废渣对混凝土的环境协调性的改善程度相对较大。例如，当粉煤灰、锂渣、石粉取代一部分矿渣制备碱激发混凝土时，环境协调性指标降低不明显，即使复合掺入粉煤灰、锂渣的混凝土环境协调性指标也仅降低2.8%，这是因为本研究中各类混凝土所采用的养护方式、磨细方式都相同，所用的碱激发剂品种和用量相同，因此，无论单掺或复合对碱矿渣混凝土的环境协调性指标的影响都有限。但与硅酸盐水泥混凝土和掺入矿渣及粉煤灰的硅酸盐水泥混凝土相比，碱激发系列混凝土的环境协调性指标平均降低53.9%和32.4%。可见，碱激发混凝土的环境性能明显比硅酸盐类水泥混凝土好，对环境的负担小。

对碱激发混凝土的环境影响评价，可以采用碳足迹、生态-力学性能指标以及环境协调性指标等不同的技术指标进行，但无论采用哪种技术指标评价都可以得出相似的结论，即对相同强度等级的混凝土，硅酸盐水泥混凝土对环境影响最大，通过掺入各种工业渣体（如矿渣、粉煤灰、锂渣等）能大大降低水泥对环境的负荷；不用或少用水泥、水泥熟料的碱激发混凝土的环境负荷低，强度高，是实现水泥混凝土工业可持续发展的最有效途径。