5.1-如何分析物质流动在线视频

现在 我们探讨 如何分析物质的人为流动

分析物质的人为流动 通常有多种方法

其中较为经典的方法之一是追踪法

本节就主要探讨 什么是追踪法物流分析

物流分析过程中主要经过哪些基本步骤

既然追踪法是分析物质流动的方法之一

那么在了解追踪法之前

首先需要弄清 什么是物质流动分析

物质流动分析

通常是针对所选定的某种或某些物质

分析其在人类社会经济复合系统流动过程中

所经历的环节 或生命周期阶段

各股流动的数量和方向

包括从自然资源开采

到物质制品的报废 处置的整个过程

所经历的所有环节

称为物质流动分析 英文表达为MFA material flow analysis

对于单质物质 又常用术语 SFA substance flow analysis

对于多种物质的流动分析

还需要弄清各股流动的物质组分以及比例关系

更深入的物质流动分析 还需要弄清

各环节物质的属性 服务功能 物质的赋存形态

比如化学结构 与其它物质之间的组合关系等

本课程重点关注物质流动过程中经历的环节

各股物流的数量和流动方向　

进行物流分析 目前有两种较有代表性的方法

一种是着眼于物质质点

追踪物质整个人为流动过程的分析方法

这种方法很类似于《流体力学》中追踪流体质点

来分析流体运动规律的拉格朗日法

简称 物流追踪法 或 追踪法

这一方法由我国陆钟武院士于2000年创立

另一种方法是着眼于某一区域

分析该区域内的物质人为流动过程

类似于《流体力学》中定点研究某空间点

流体物理参数变化的欧拉法

简称 物流定点法 或 定点法

这种方法由耶鲁大学T.E.Graedel院士创建 将在第六章介绍　

本章将围绕追踪法来分析物质流动的基本过程

应用追踪法进行物质流动分析

将通过追踪物质的整个人为流动过程

清楚地辨识物质所经历的各个环节

先后顺序以及各股流动的方向

就好比 跟踪某一天某同学的活动过程

就知道该同学的活动路线

经历了从宿舍 到食堂 教室等基本环节

再根据活动的先后顺序弄清运动的方向　

而物质数量的确定 则需要按照物质守恒定律

分别针对每一环节

建立物质流入量 流出量和环节内部物质增减量

之间的物质平衡方程 借助一部分可得数据

来计算推知其它不可得的数据

其中可得数据较多地采用行业统计数据

或者借助实地调研后获得的实际数据

有些环节的计算还需要借助物理 化学关系进行推算

研究物质的人为流动

一方面是想建立起物质人类服务与

资源 环境间的定量关系

另一方面 是想弄清怎样才能优化物质的人为流动

从而减少人类活动对环境的影响

因此 开展物质人为流动研究时

会首先考虑怎样将物质的服务量 资源消耗量

环境排放量进行定量化

在选择研究对象时 希望所选的物质具有代表性

能够与资源问题 环境问题和人类的社会经济

都能够密切联系起来 同时能够便于定量的分析

本着由简入繁这一科研顺序 选择单质物质

而某一种物质通常有多种用途

不同用途也就有不同的物质流动路径

因此再进一步简化

选择某一特定用途下的特定产品

来追踪物质人为流动过程

考虑到铅来自不可再生资源铅矿石

而环境当中的铅污染物是环境有毒有害物质

铅金属广泛用于机械 电子 化工等多个现代工业领域

其中80%用于生产铅酸电池

因此 这里选择铅酸电池系统作为研究对象

分析其中铅元素的人为流动过程

物质的实际流动过程十分复杂

研究中要透过现象去抓关键所在

为此 要对研究对象进行科学的抽象

也就是说 结合实际情况提出假设

只抓起关键作用的要素 删去不够重要的要素

在铅酸电池系统中 我们假设

电池系统主要由铅的生产 电池制造 电池使用

三个基本环节组成

忽略掉运输 废物回收 处理等基本环节

产品的使用寿命为 ∆Ƭ 在研究期间保持不变

其远远大于生产时间

从而忽略生产过程中所花费的时间

还假设所有产品在投入使用∆Ƭ年以后全部报废

并在报废的当年返回到铅的生产部门

也就是忽略了不同电池间实际使用寿命

返回生产部门早晚的差异

在这些假设下

绘制铅酸电池系统中 铅元素的流动框架

首先从自然资源获取铅

经过选矿 冶炼 精炼等生产阶段制成精炼铅

然后再经过产品的制造阶段形成铅酸电池

再然后投入使用

若干年以后使用寿命终了报废为废电池

经过回收过程进入铅的生产阶段

但是这个时候在时间上

与当前年相差一个铅酸电池的使用寿命

在这样一个过程中

而每一个基本阶段也都会有部分的铅元素

不能回收起来从而被排放进入环境 如图5.1所示

其中显示了流动经过的主要环节和流动的方向

为便于定量分析 假定若干重要的参数

用Pτ和Pτ-∆τ分别表示第τ年和τ-∆τ年的电池产量

均以电池中的含铅量表示 单位是t/yr

同时定义 电池产量中能在△τ年报废时

返回生产的铅所占的比例为物质的循环率

英文表达为recycling rate 单位是t/t 用α表示

定义产品制造阶段所回收并返回生产的废铅量

与当年产品产量的比值为物质的中循环率

单位是t/t 用β表示

定义第Ⅰ Ⅱ生命周期阶段排放的铅量

与该年铅酸电池产量的比值

为相应生命周期阶段的铅的排放率

并分别用符号γ1和γ2 表示 单位是t/t

为便于应用

定义这两个排放率的和为生产阶段的总铅排放率

简称铅排放率 用符号γ表示

英文表达为emission ratio 单位也是t/t

在定义了这些参数以后

可以从铅酸电池产品的产量Pτ 出发

结合加工阶段废物回量βPτ 排向环境的废物量γ2Pτ

根据物质守恒 计算出投入制造的物质数量

也就是（1+β+γ）×P

类似地 针对每一阶段分析流动间的平衡关系

可进一步算得投入生产的铅矿资源的数量

汇总各环节排向环境的废物数量

得到该年度的污染物释放量

所有的数值都展示在图5.2当中

图5.2 和图5.1相比

进一步明确了各股流动的数量

称为铅酸电池产品生命周期的铅流图

这张图完整地展示了特定物质在其人为流动过程中

经历的主要的环节 各股流动的数量和方向

实际上 凡是符合前面假设条件的各类物质

按照类似的方法 也会得到相同的物流关系图

也就是说 图5.2当中的物流关系可以推广用做

产品生命周期元素M的流动图

M泛指构成产品的某一种特定物质

图5.2 还可进一步抽象为人类产品系统或者是产业系统

社会经济系统与外部资源 环境系统间的关系

如图所示

由此可看出产品系统向社会提供的服务数量

从资源系统获取的资源数量

以及向环境排放的废物数量

各个数量都以物质含量表示

可见 产品系统是连接人类社会服务系统

与外部资源 环境系统的桥梁

而追踪法物质流动分析是弄清以上

几个子系统间的定量物质联系的重要方法