生態(tài)環(huán)境材料教學(xué)安排考核方式：考試(70%)+平時(shí)成績(jī)(30%)教材生態(tài)環(huán)境材料聶祚仁、王志宏機(jī)械工業(yè)出版社2004參考文獻(xiàn)1、生態(tài)環(huán)境材料王天民天津大學(xué)出版社20002、生態(tài)材料導(dǎo)論洪紫萍、王貴公化學(xué)工業(yè)出版社20013、環(huán)境材料學(xué)翁

端 清華大學(xué)出版社20014、環(huán)境材料基礎(chǔ)左鐵鏞、聶祚仁 科學(xué)出版社20035、環(huán)境材料導(dǎo)論張劍波 北京大學(xué)出版社2008返回生態(tài)環(huán)境材料緒論第一節(jié)、生態(tài)環(huán)境材料第二節(jié)、內(nèi)涵和定義第三節(jié)、研究與應(yīng)用發(fā)展第四節(jié)、發(fā)展趨勢(shì)第一章概論第一節(jié)

材料可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)物——生態(tài)環(huán)境材料一、背景材料的發(fā)展帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題材料的可持續(xù)發(fā)展-------生態(tài)環(huán)境材料材料的發(fā)展帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題舊石器時(shí)代中石器時(shí)代新石器時(shí)代人們的生產(chǎn)力水平非常低下，談不上材料的生產(chǎn)的制備，材料的發(fā)展不會(huì)帶來(lái)環(huán)境影響。原始經(jīng)濟(jì)時(shí)期資源經(jīng)濟(jì)時(shí)期(Ⅰ)人類進(jìn)入工業(yè)文明時(shí)代，人口快速增長(zhǎng)生產(chǎn)力水平的大大提高，人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)擴(kuò)大到地球的每一個(gè)角落，材料發(fā)展空間高漲，使人與自然的關(guān)系發(fā)生了歷史性轉(zhuǎn)變。蒸汽機(jī)早期火車汽車20世紀(jì)世界著名的十大公害事件PM2.5細(xì)顆粒物又稱細(xì)粒、細(xì)顆粒。PM2.5細(xì)顆粒物指環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5微米的顆粒物，能較長(zhǎng)時(shí)間懸浮于空氣中。雖然PM2.5只是地球大氣成分中含量很少的組分，但它對(duì)空氣質(zhì)量和能見度等有重要的影響。與較粗的大氣顆粒物相比，PM2.5粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時(shí)間長(zhǎng)、輸送距離遠(yuǎn)，因而對(duì)人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響更大。2013年2月，全國(guó)科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)將PM2.5的中文名稱命名為細(xì)顆粒物。細(xì)顆粒物的化學(xué)成分主要包括有機(jī)碳（OC）、元素碳（EC）、硝酸鹽、硫酸鹽、銨鹽、鈉鹽（Na+）等。來(lái)源：固定源包括各種燃料燃燒；如發(fā)電、冶金、石油、化學(xué)、紡織印染等各種工業(yè)過(guò)程、供熱、烹調(diào)過(guò)程中燃煤與燃?xì)饣蛉加团欧诺臒焿m。流動(dòng)源主要是各類交通工具在運(yùn)行過(guò)程中使用燃料時(shí)向大氣中排放的尾氣。空氣質(zhì)量等級(jí)24小時(shí)PM2.5平均值標(biāo)準(zhǔn)值(μg/m3)優(yōu)0-50良50-100輕度污染100-150中度污染150-200重度污染200-300嚴(yán)重污染300以上全世界能源、各種原材料消耗快速；許多稀有金屬回收再利用率很低，造成全球范圍內(nèi)能源、資源枯竭。由各種材料制成的產(chǎn)品廢棄后的回收利用低，尤其是電子產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來(lái)越短，造成廢舊電子產(chǎn)品廢棄量逐年增加，而且此類產(chǎn)品的回收利用難度較大。這些廢棄物產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)造成環(huán)境污染。拆解20萬(wàn)臺(tái)舊家電，可以回收各類金屬4100噸，塑料1300噸，玻璃640噸；1噸電路板，可分離出130公斤銅、20公斤錫、0.45公斤黃金，最后留下的殘?jiān)€能作為建筑材料、家具、絕緣材料的原料。每處置1噸電子垃圾，可獲利潤(rùn)3000元至10000元；一年若處理100噸，年利潤(rùn)可達(dá)30萬(wàn)元至60萬(wàn)元。資源與能源材料的壽命周期與資源、環(huán)境的關(guān)系對(duì)資源的消耗可以概括為以下幾方面?！つ茉吹南摹さV物資源的消耗·生物資源的消耗·水資源的消耗對(duì)生態(tài)環(huán)境的損害可以概括為如下幾個(gè)方面?！は虼髿猸h(huán)境排放的有害物質(zhì)，如大氣污染物的誹出；具有溫室效應(yīng)氣體的徘出，破壞大氣臭氧層物質(zhì)的排出；酸性氣體物質(zhì)的排出等?！は蛩蚺欠诺挠泻ξ镔|(zhì)，如危害人體和生物體健康物質(zhì)的排出;影響生態(tài)環(huán)境物質(zhì)的徘出等。·向土壤排放的有害物質(zhì)，如污染土壤物質(zhì)的排出；惡化土質(zhì)物質(zhì)的誹出；危害生物鏈物質(zhì)的排出等?！て渌麚p害環(huán)境物質(zhì)的排放，如固體廢棄物的排放，惡臭物質(zhì)的排放：噪聲、振動(dòng)、電磁波的產(chǎn)生等。表1.1世界主要金屬礦物資源儲(chǔ)量與預(yù)測(cè)使用的年限表1.2世界礦物能源儲(chǔ)量、產(chǎn)量及其開采年限預(yù)測(cè)年限石油天然氣煤炭鈾確認(rèn)儲(chǔ)量1368億t1380000億m310392億t低品位鈾約139萬(wàn)t高品位鈾約61萬(wàn)t1992年產(chǎn)量6800萬(wàn)t21600億m345.5億t2.7萬(wàn)t(不包括發(fā)展中國(guó)家)按1992年需求預(yù)計(jì)可開采年限466421974按2000年需求預(yù)計(jì)可開采年限2556按2010年需求預(yù)計(jì)可開采年限15材料在生產(chǎn)-使用-廢棄的過(guò)程就是將大量的資源提取出來(lái)，又將大量的廢棄物排放到自然環(huán)境中的循環(huán)過(guò)程，人類在創(chuàng)造社會(huì)文明的同時(shí)，也在不斷的破壞人類的生存空間。材料的可持續(xù)發(fā)展----生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)環(huán)境材料的概念最早是由日本東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所教授山本良一在1992年10月提出的，生態(tài)環(huán)境材料的英文名稱Ecomaterials。由Environmental

Conscious

Materials或Ecological

Materials

縮寫而成，可理解為環(huán)境意識(shí)材料或生態(tài)材料，也即環(huán)境友好型材料或環(huán)境協(xié)調(diào)性材料。生態(tài)環(huán)境材料優(yōu)異的使用性能優(yōu)良的環(huán)境協(xié)調(diào)性環(huán)境凈化治理污染功能性舒適性材料可持續(xù)發(fā)展的根本生態(tài)環(huán)境材料（ecological

environment

material）:實(shí)質(zhì)上是賦予傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料、功能材料以優(yōu)異環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料，它要求材料工作者在環(huán)境意識(shí)指導(dǎo)下，開發(fā)新型材料，或改進(jìn)、改造傳統(tǒng)材料。生態(tài)環(huán)境材料并不是一類新材料，它是在人類認(rèn)識(shí)到生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要戰(zhàn)略意義和世界各國(guó)紛紛走可持續(xù)發(fā)展道路的背景下提出來(lái)的，是人類主動(dòng)考慮材料對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響而開發(fā)的材料，是對(duì)傳統(tǒng)“材料科學(xué)與工程”概念內(nèi)涵的拓寬，也是材料產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。“材料科學(xué)與工程是關(guān)于材料成分、結(jié)構(gòu)、工藝和它們性能與用途之間的有關(guān)知識(shí)的開發(fā)和應(yīng)用的科學(xué)”----美國(guó)材料科學(xué)與工程調(diào)查委員會(huì)（1979年）第二節(jié)

生態(tài)環(huán)境材料的內(nèi)涵與定義一、環(huán)境材料的定義環(huán)境材料:指在加工、制造、使用和再生過(guò)程中具有最低環(huán)境負(fù)荷、最大使用功能的人類所需的材料。生態(tài)環(huán)境材料：實(shí)質(zhì)上是賦予傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料、功能材料以特別優(yōu)異的環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料。環(huán)境協(xié)調(diào)性：指資源和能源消耗少，環(huán)境污染小和循環(huán)再利用高。環(huán)境材料的性能：二、環(huán)境材料的內(nèi)涵①在盡可能滿足用戶對(duì)材料性能要求的同時(shí)，必須考慮盡可能節(jié)約資源和能源，盡可能減少對(duì)環(huán)境的污染，要改變片面追求性能的觀點(diǎn)；②在研究、設(shè)計(jì)、制備材料以及使用、廢棄材料產(chǎn)品時(shí)，把材料及其產(chǎn)品整個(gè)壽命周期中對(duì)環(huán)境的協(xié)調(diào)性作為重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，改變只管設(shè)計(jì)生產(chǎn)，而不顧使用和廢棄后資源再生利用及環(huán)境污染的觀點(diǎn)；③這個(gè)定義的拓寬涉及多學(xué)科的交叉，不僅講科學(xué)技術(shù)效益、經(jīng)濟(jì)效益，還要講社會(huì)效益，把材料科學(xué)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的具體發(fā)展目標(biāo)和全球、各國(guó)

可持續(xù)發(fā)展的大目標(biāo)結(jié)合起來(lái)。見書P3三、環(huán)境材料的特征1、從材料本身性質(zhì)來(lái)看生態(tài)環(huán)境材料的主要特征是:無(wú)毒無(wú)害、減少污染，包括避免溫室效應(yīng)和臭氧層破壞等。全壽命過(guò)程對(duì)資源和能源消耗少?？稍偕h(huán)利用、容易回收。材料的高使用效率等。見書P22、從循環(huán)的角度來(lái)理解環(huán)境材料的特征是：從原料開采、制造、使用至廢棄的整個(gè)壽命周期中，對(duì)資源和能源消耗最少、生態(tài)環(huán)境影響最小、再生循環(huán)利用率最高，或可分解使用的具有優(yōu)異使用性能的新型材料。3、在環(huán)境材料這一總的概念指導(dǎo)下，不同的研究者有不同的理解，有些人認(rèn)為，環(huán)境材料應(yīng)具備的特征是：先進(jìn)性：即它可以拓展人類的生活領(lǐng)域(Expanding

HumanFrontiers)，也能為人類開拓更廣闊的活動(dòng)范圍；環(huán)境協(xié)調(diào)性（Environment

Conscious）：即能減少對(duì)環(huán)境的污染危害，從社會(huì)持久發(fā)展及進(jìn)步的觀點(diǎn)出發(fā),使人類的活動(dòng)范疇和外部環(huán)境盡可能協(xié)調(diào),在制造過(guò)程中,材料與能源的消耗、廢棄物的產(chǎn)生和回收處理應(yīng)降低到最小,產(chǎn)生的廢棄物也能被處理、回收、再生利用，且這一過(guò)程也無(wú)污染產(chǎn)生；舒適性(Amenity)：即能創(chuàng)造一個(gè)與大自然和諧的健康生活環(huán)境,使人類生活環(huán)境更加美好、舒適。也有些人認(rèn)為環(huán)境材料的特征是：功能性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境協(xié)調(diào)性等。這有利于對(duì)環(huán)境材料的評(píng)判，也符合現(xiàn)實(shí)情況。即在材料的壽命周期中，在其功能性、經(jīng)濟(jì)性基本相同的條件下對(duì)環(huán)境負(fù)擔(dān)影響較小的材料。5、按照有關(guān)的研究報(bào)道和生態(tài)環(huán)境材料的要求，可將有關(guān)的材料特征分為十類：見書P41)節(jié)約能源： 2)

節(jié)約資源：3)

可重復(fù)使用： 4)

可循環(huán)再生：5)

結(jié)構(gòu)可靠性： 6)

化學(xué)穩(wěn)定性：7)

生物安全性： 8)

有毒、有害替代：9)

舒適性： 1O)

環(huán)境清潔、治理功能：四、環(huán)境材料的合成與加工工藝特征

見書P4能源節(jié)約工藝：能夠通過(guò)提高能源效率或降低能量消耗但又不損害生產(chǎn)率來(lái)節(jié)省能量的加工方法。也包括熱能循環(huán)。資源節(jié)約工藝：能夠通過(guò)提高材料的效率或降低材料的消耗但不損害生產(chǎn)率來(lái)節(jié)省資源的加工方法。降低污染的加工技術(shù)：能夠降低污染物(如廢氣、廢液、有毒副產(chǎn)品和廢渣等)排放但又不損害生產(chǎn)率的加工技術(shù)。凈化環(huán)境的加工技術(shù)：能夠凈化有害物質(zhì)(如廢氣、廢液和有毒副產(chǎn)品)以及凈化已經(jīng)污染的空氣、河流、湖泊和土壤等的加工技術(shù)。五、環(huán)境材料的分類根據(jù)環(huán)境材料的功能可分為：低（資源、能源）消耗材料、凈化材料、吸波材料、（光、生物）可降解材料、生物及醫(yī)療功能材料、傳感材料、抗輻射材料、相容性材料、吸附催化材料等。根據(jù)材料的用途可分為：工業(yè)生態(tài)材料、農(nóng)業(yè)生態(tài)材料、林業(yè)生態(tài)材料、漁業(yè)生態(tài)材料能源生態(tài)材料、抗輻射材料、相容性材料、生物材料及醫(yī)用材料等生態(tài)環(huán)境材料的分類第三節(jié)環(huán)境材料研究中的幾個(gè)基本關(guān)系一、環(huán)境材料與傳統(tǒng)材料和新材料的關(guān)系圖1－2環(huán)境材料與其他材料的關(guān)系利用環(huán)境意識(shí)，一方面可以改造現(xiàn)有材料，使其與環(huán)境有良好的協(xié)

調(diào)性；另一方面在制造、設(shè)計(jì)新材料時(shí)，就注意與其環(huán)境相容性。環(huán)境材料并不是一種完全獨(dú)立的材料種類，環(huán)境材料不全都是高新技術(shù)材料，有許多傳統(tǒng)材料本身就具有環(huán)境材料的特征或可以發(fā)展成環(huán)境材料，甚

至有些垃圾廢棄物經(jīng)加工都可以制成環(huán)境材料。保護(hù)環(huán)境、愛護(hù)環(huán)境、珍惜資源的意識(shí)應(yīng)貫穿于人類活動(dòng)的全過(guò)程中，因此，環(huán)境材料的研究與發(fā)展不是階段性的。它應(yīng)當(dāng)貫穿于人類文明社會(huì)的全過(guò)程中。環(huán)境材料不像其他材料，例如鐵、銅、陶瓷一樣，其發(fā)展是一代一代的。環(huán)境材料不是一代新材料。從人類自身的進(jìn)步和發(fā)展來(lái)看，環(huán)境意識(shí)應(yīng)貫穿于人類社會(huì)的全過(guò)程之中,也應(yīng)當(dāng)貫穿于人類開發(fā)、使用、制造、再生材料的整個(gè)過(guò)程中。環(huán)境材料本身應(yīng)該而且是可持續(xù)發(fā)展的。返回二、環(huán)境材料與發(fā)展的關(guān)系三、環(huán)境協(xié)調(diào)材料與環(huán)境協(xié)調(diào)產(chǎn)品的關(guān)系環(huán)境協(xié)調(diào)材料與環(huán)境協(xié)調(diào)產(chǎn)品在概念上是有明顯區(qū)別的。環(huán)境協(xié)調(diào)材料或環(huán)境材料:注重從環(huán)境協(xié)調(diào)性研究材料的環(huán)境負(fù)荷特性，力求最低的環(huán)境負(fù)荷。環(huán)境協(xié)調(diào)產(chǎn)品（Environmental

Conscious

Products,ECP）目前主要注重的設(shè)計(jì)要素為凈化環(huán)境、防止污染、替代有毒物、再生利用、降低廢物量、再資源化、耐久性、可分解性、產(chǎn)品易拆卸、省能、省資源。事實(shí)上，環(huán)境協(xié)調(diào)材料不一定能夠制成環(huán)境協(xié)調(diào)產(chǎn)品。反過(guò)來(lái)，環(huán)境協(xié)調(diào)產(chǎn)品不一定是由環(huán)境材料構(gòu)成。德國(guó)和日本是環(huán)境協(xié)調(diào)產(chǎn)品的大力推行者。在西方商品市場(chǎng)上，有環(huán)境標(biāo)志的商品價(jià)格比同類商品的價(jià)格高20%～30%，且其銷路極

佳。第四節(jié)生態(tài)環(huán)境材料的發(fā)展趨勢(shì)一、環(huán)境材料的研究歷史環(huán)境材料的研究目的：是尋找在加工、制造、使用和再生過(guò)程中具有最低環(huán)境負(fù)荷的人類所需材料,以滿足人類生存和發(fā)展的需要。東西方人對(duì)材料追求的不同態(tài)度：西方人追求的是材料的先進(jìn)性和舒適性；而東方文化崇尚自然的心境,則追求材料的自身協(xié)調(diào)和天人協(xié)調(diào)。東方文化追求天人和諧的思想,對(duì)當(dāng)今材料領(lǐng)域有著深刻的影響。西方人對(duì)環(huán)境科學(xué)認(rèn)識(shí)上的進(jìn)步：隨著全球環(huán)境意識(shí)的不斷提高,西方的一些學(xué)者提出了建立“綠色材料和工藝”，并開發(fā)出有益于健康的良性環(huán)境材料和工藝,最大限度地對(duì)自然資源進(jìn)行循環(huán)利用并開發(fā)其副產(chǎn)品,使之具有與大自然相互平衡的能力。1992年,日本東京大學(xué)山本良一教授首先提出環(huán)境材料

(Ecomaterials)的概念,并于1993年4月成立了“日本環(huán)境材料研究會(huì)”。我國(guó)政府的科技決策部門也充分認(rèn)識(shí)到開展環(huán)境材料研究的必要性與緊迫性,如1996～2000年度國(guó)家高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）中關(guān)于新材料研究項(xiàng)目指南中專門列入新型能源及環(huán)境材料這一專題;目前在以下領(lǐng)域我國(guó)材料科學(xué)工作者取得了相當(dāng)?shù)某晒?材料的環(huán)境負(fù)荷評(píng)價(jià)方法及其實(shí)踐；生物降解塑料；固沙植被塑料；新型能源材料；汽車廢氣的排放控制與處理技術(shù)；工業(yè)廢水處理技術(shù)；工業(yè)廢棄物的再生利用；氟里昂替代材料；生態(tài)建材；新型分子篩材料等。生態(tài)環(huán)境材料的幾個(gè)方面：純天然材料的開發(fā)和利用環(huán)境兼容性涂層材料汽車尾氣凈化用催化劑材料生物降解材料生態(tài)建筑材料綠色包裝材料仿生材料降低環(huán)境負(fù)擔(dān)性的材料加工工藝和技術(shù)二、生態(tài)環(huán)境材料的發(fā)展趨勢(shì)1、關(guān)于生態(tài)環(huán)境材料及其學(xué)科的基本問(wèn)題研究2、材料的環(huán)境負(fù)荷評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)的建立3、生態(tài)環(huán)境材料和產(chǎn)品的研究及開發(fā)4、制定與實(shí)施生態(tài)環(huán)境材料的教育計(jì)劃5、推進(jìn)生態(tài)環(huán)境材料研究與開發(fā)的國(guó)際合作與交流見書P8三、環(huán)境材料與社會(huì)發(fā)展進(jìn)步關(guān)系圖1-3

各種材料對(duì)社會(huì)發(fā)展的相對(duì)重要性四、研究環(huán)境材料應(yīng)當(dāng)注意的幾個(gè)問(wèn)題環(huán)境材料的概念或定義是一種定性的概念,判定環(huán)境材料的標(biāo)準(zhǔn)是隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而變化的。在環(huán)境材料的定義中規(guī)定,材料的環(huán)境負(fù)荷相對(duì)較低,它是一個(gè)相對(duì)觀點(diǎn),是判定環(huán)境材料的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)動(dòng)態(tài)變化的根源所在。環(huán)境材料的研究從某種意義上將是在材料的環(huán)境負(fù)荷、目前經(jīng)濟(jì)與材料的性能之間尋找合理的平衡點(diǎn)。圖1－4環(huán)境材料與使用性能間的平衡性思考題：用自己的理解給出環(huán)境材料的定義你認(rèn)為哪些材料可以屬于環(huán)境材料，試從你身邊找出一些環(huán)境材料的例子。結(jié)合自己的體會(huì)，分析環(huán)境材料的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。從人類的歷史進(jìn)程分析材料科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，找出材料與環(huán)境的關(guān)系。第2章材料產(chǎn)業(yè)與生態(tài)環(huán)境《人類環(huán)境宣言》----人類既是他的環(huán)境的創(chuàng)造物,又是他的環(huán)境的創(chuàng)造者”。第一節(jié)

生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)一、生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)平衡1、生態(tài)系統(tǒng)（1）生態(tài)學(xué)與生物圈：生態(tài)學(xué)：研究生物與其環(huán)境之間、生物與生物之間相互關(guān)系的一門科學(xué)。生物包括動(dòng)物、植物和微生物。生物圈：地球上所有的生物及其生活領(lǐng)域的總和。生態(tài)環(huán)境材料（2）生態(tài)系統(tǒng)（ecosystem）：在一定的空間范圍內(nèi),生物群落與其生存環(huán)境之間通過(guò)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)所構(gòu)成的綜合體,是構(gòu)成生物圈的基本結(jié)構(gòu)單位。生態(tài)系統(tǒng)=生物群落+環(huán)境條件。任何生物群體與其生存環(huán)境所構(gòu)成的占有一定空間的自然實(shí)體叫生態(tài)系統(tǒng)。自然界生態(tài)系統(tǒng)：一個(gè)池塘、一片森林、一塊草地、一個(gè)水庫(kù)、一個(gè)城市等等。生態(tài)環(huán)境材料無(wú)數(shù)個(gè)不同

的生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)

地組合起來(lái),便

構(gòu)成了生物圈。

生物圈是地球上

最大的生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)環(huán)境材料（3）生態(tài)系統(tǒng)的組成：生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者和非生物環(huán)境。生產(chǎn)者：生態(tài)系統(tǒng)中能以簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物制造有機(jī)物的自養(yǎng)生物。消費(fèi)者：直接或間接利用生產(chǎn)者制造的有機(jī)物的各類異養(yǎng)性動(dòng)物分解者：生態(tài)系統(tǒng)中起分解作用的異養(yǎng)生物。非生物環(huán)境：生態(tài)系統(tǒng)中無(wú)機(jī)環(huán)境的構(gòu)成因子,它由有機(jī)物、無(wú)機(jī)物以及自然因素共同組成。生態(tài)環(huán)境材料2、生態(tài)系統(tǒng)的功能生態(tài)系統(tǒng)的四大基本功能：生物生產(chǎn)、能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞；物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)密切相關(guān)；物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)存在根本的差別:生態(tài)環(huán)境材料能量物質(zhì)單向流失過(guò)程；循環(huán)運(yùn)動(dòng)。3、生態(tài)平衡（1）生態(tài)平衡及其特征生態(tài)平衡(自然平衡)：整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)始終處于不停地運(yùn)動(dòng)和變化之中,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的演變過(guò)程,生態(tài)系統(tǒng)趨于完善成熟,系統(tǒng)內(nèi)各因素間能夠相互適應(yīng)、相互協(xié)調(diào),生物的種類和數(shù)量、結(jié)構(gòu)和功能以及物質(zhì)和能量的輸入、輸出等可在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài),并在外來(lái)干擾下通過(guò)自我調(diào)節(jié)恢復(fù)到初始的穩(wěn)定狀態(tài)。生態(tài)平衡的特征：結(jié)構(gòu)平衡、功能平衡、輸入和輸出物質(zhì)在數(shù)量上的平衡，生態(tài)平衡是有條件的,同時(shí)它也是動(dòng)態(tài)的相對(duì)的平衡。生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)平衡失調(diào)的標(biāo)志：結(jié)構(gòu)上：缺損一個(gè)或幾個(gè)組分；如澳洲原草原生態(tài)系統(tǒng)缺少分解者-蜣螂（屎殼郎）。功能上：能量留在某一營(yíng)養(yǎng)層受阻，初級(jí)生產(chǎn)力下降，物質(zhì)循環(huán)正常途徑中斷，循環(huán)再生利用率低。生態(tài)環(huán)境材料（2）影響生態(tài)平衡的因素：自然因素：指自然界所發(fā)生的異常變化。如火山爆發(fā)、地震、臺(tái)風(fēng)、山崩、海嘯和水旱災(zāi)害等。生態(tài)環(huán)境材料人為因素：過(guò)度采伐、放牧、捕獵、環(huán)境污染等。生態(tài)環(huán)境材料森林植被破壞土地沙漠化藏羚羊的呼喚垃圾成災(zāi)人類對(duì)地球的破壞但是，經(jīng)過(guò)幾百年的掠奪式開發(fā)，盲目砍伐森林和濫墾草原，結(jié)果植被破壞殆盡，引起水土流失，因而成為一片荒山禿嶺。黃土高原過(guò)去不僅有茂密的森林，還有茂密的草原。青山綠水窮山惡水黃土高原的歷史變遷生態(tài)環(huán)境材料（3）生態(tài)平衡的恢復(fù)：采取各種措施（包括技術(shù)的、政策的）使已遭到破壞的生態(tài)平衡恢復(fù)原來(lái)的平衡狀態(tài)或重建新的平衡的過(guò)程。環(huán)境保護(hù)的基本任務(wù)是維持生態(tài)平衡使之不受破壞,使生態(tài)系統(tǒng)正常、健康、持續(xù)地發(fā)展。生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)環(huán)境材料二、環(huán)境與環(huán)境科學(xué)基礎(chǔ)1、環(huán)境的含義指“影響人類生存和發(fā)展的各種天然和經(jīng)過(guò)人工改造的自然因素的總體,包括大氣、水、土地、礦藏、森林、草原、野生生物、自然遺跡、人文遺跡、自然保護(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、城市和鄉(xiāng)村等”。《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》生態(tài)環(huán)境材料自然環(huán)境：由空氣、水、土壤、陽(yáng)光和各種生物所構(gòu)成,在環(huán)境科學(xué)中常常把這些自然要素描繪為大氣圈、水圈、土圈和生物圈,這是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。社會(huì)環(huán)境：指人們生活的社會(huì)經(jīng)濟(jì)制度和上層建筑的環(huán)境條件,是人類在物質(zhì)資料生產(chǎn)過(guò)程中共同進(jìn)行生產(chǎn)而形成的生產(chǎn)關(guān)系的總體。它是人類物質(zhì)文明和精神文明的重要標(biāo)志,并隨著人類社會(huì)的發(fā)展不斷豐富和演變。生態(tài)環(huán)境材料2、環(huán)境的基本類型按環(huán)境的形式分類：★可把環(huán)境分為自然環(huán)境和人工環(huán)境。按環(huán)境的功能分類：可把環(huán)境分為生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境。按環(huán)境范圍的大小分類：可把環(huán)境分為居室環(huán)境、庭院環(huán)境、街區(qū)環(huán)境、城市環(huán)境、區(qū)域環(huán)境、全球環(huán)境等。按環(huán)境的要素分類：可把環(huán)境分為大氣環(huán)境、水環(huán)境(包括海洋環(huán)境、湖泊環(huán)境)、土壤環(huán)境、生物環(huán)境(如森林環(huán)境、草原環(huán)境)、地質(zhì)環(huán)境等。生態(tài)環(huán)境材料3、環(huán)境的基本特征(1)整體性與區(qū)域性：環(huán)境的整體性：指環(huán)境是一個(gè)系統(tǒng)，自然環(huán)境的各要素間存在著緊密的相互聯(lián)系、相互制約的關(guān)系。環(huán)境的區(qū)域性：指環(huán)境（整體）特性的區(qū)域差異,具體說(shuō)就是不同（面積不同或地理位置不同）區(qū)域的環(huán)境有不同的整體特性。生態(tài)環(huán)境材料(2)變動(dòng)性與穩(wěn)定性：環(huán)境的變動(dòng)性：指在自然的和人類社會(huì)行為的共同作用下,環(huán)境的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外在狀態(tài)始終處于不斷的變化之中。環(huán)境的穩(wěn)定性：指環(huán)境系統(tǒng)具有一定的自我調(diào)節(jié)能力。人類生產(chǎn)、生活行為對(duì)環(huán)境的影響不超過(guò)環(huán)境的凈化能力時(shí),環(huán)境可以借助自身的調(diào)節(jié)能力使這些變化逐漸消失,其結(jié)構(gòu)和狀態(tài)得以恢復(fù)。生態(tài)環(huán)境材料(3)資源性與價(jià)值性：環(huán)境的資源性：指人類社會(huì)生存發(fā)展都是環(huán)境不斷提供物質(zhì)和能量的結(jié)果。環(huán)境的價(jià)值性：指人類生活在環(huán)境中,沒(méi)有環(huán)境就談不上人類社會(huì)的發(fā)展。環(huán)境具有不可估量的價(jià)值。環(huán)境的價(jià)值源于環(huán)境的資源性。生態(tài)環(huán)境材料4、環(huán)境科學(xué)基礎(chǔ)環(huán)境科學(xué):是一門研究人類社會(huì)發(fā)展活動(dòng)與環(huán)境（結(jié)構(gòu)和狀態(tài))演化規(guī)律之間相互作用關(guān)系,尋求人類社會(huì)與環(huán)境協(xié)同演化、持續(xù)發(fā)展途徑與方法的科學(xué)。環(huán)境科學(xué)的基本任務(wù):揭示人類與環(huán)境這對(duì)矛盾的實(shí)質(zhì),研究人類與環(huán)境之間存在的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系,掌握發(fā)展規(guī)律,調(diào)節(jié)與控制人類與環(huán)境之間的物質(zhì)交換與能量傳遞過(guò)程,找出解決矛盾的途徑與方法,以便調(diào)整人類的社會(huì)行為,保護(hù)、發(fā)展和建設(shè)環(huán)境,從而使環(huán)境永遠(yuǎn)為人類社會(huì)持續(xù)、協(xié)調(diào)、穩(wěn)定地發(fā)展提供良好的支持和保證,促使環(huán)境朝著有利于人類的方向演化。生態(tài)環(huán)境材料環(huán)境科學(xué)的性質(zhì):介于自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)與社會(huì)科學(xué)之間的邊緣科學(xué),是一門新興的、綜合性很強(qiáng)、由多學(xué)科到跨學(xué)科的龐大科學(xué)體系,它的研究?jī)?nèi)容在不斷地充實(shí)和發(fā)展。環(huán)境科學(xué)的分支學(xué)科:屬于自然科學(xué)方面的有環(huán)境工程學(xué)、環(huán)境材料學(xué)、環(huán)境地學(xué)、環(huán)境生物學(xué)、環(huán)境化學(xué)、環(huán)境物理學(xué)、環(huán)境數(shù)學(xué)、環(huán)境水利學(xué)、環(huán)境系統(tǒng)工程、環(huán)境醫(yī)學(xué)等；屬于社會(huì)科學(xué)方面的有環(huán)境社會(huì)學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境法學(xué)及環(huán)境管理學(xué)等。正在形成的新的分支學(xué)科如環(huán)境倫理學(xué)、森林環(huán)境學(xué)、資源學(xué)等。生態(tài)環(huán)境材料圖2－1不同特征的材料多面體a

傳統(tǒng)材料四面體；

b環(huán)境材料六面體第二節(jié)一、(生態(tài))環(huán)境材料學(xué)的概念環(huán)境材料學(xué)(生態(tài))環(huán)境材料學(xué)（環(huán)境協(xié)調(diào)材料學(xué)）：是關(guān)于材料成分、結(jié)構(gòu)、工藝和它們的性能與用途以及它們與環(huán)境的協(xié)調(diào)性之間的有關(guān)知識(shí)的開發(fā)和應(yīng)用的科學(xué)。生態(tài)環(huán)境材料(生態(tài))環(huán)境材料的研究目的：尋找在加工、制造、使用和再生過(guò)程中具有相對(duì)最低的環(huán)境負(fù)荷的材料,以滿足人類文明社會(huì)的持續(xù)發(fā)展需要。學(xué)科的最重要特征：在于從環(huán)境保護(hù)的角度重新考慮和評(píng)價(jià)過(guò)去的材料科學(xué)與工程學(xué),并指導(dǎo)新材料的研究和開發(fā)及傳統(tǒng)材料的改造和相關(guān)加工和制備技術(shù)的發(fā)展。環(huán)境負(fù)荷：指某一具體材料在其生產(chǎn)、使用、消費(fèi)或再生過(guò)程中耗用的自然資源數(shù)量和能源數(shù)量,以及其向環(huán)境體系中排放的各種(氣態(tài)、固態(tài)和液態(tài))廢棄物之總量。生態(tài)環(huán)境材料環(huán)境負(fù)荷={資源,能源,排放物}={環(huán)境因子1,環(huán)境因子2,環(huán)境因子3}環(huán)境因子

1(EF1)代表

n過(guò)程中輸入的各種形式的資源量之和。即原料量和輔料量之和。環(huán)境因子

2(EF2)代表

n過(guò)程中輸入的各種形式的能源量之和,可以標(biāo)準(zhǔn)煤為其度量單位。環(huán)境因子

3(EF3)代表

n過(guò)程中輸出的各種形式的排放物之總和。圖2－2材料在第n過(guò)程中的環(huán)境負(fù)荷示意生態(tài)環(huán)境材料二、(生態(tài))環(huán)境材料學(xué)的主要內(nèi)容(生態(tài))環(huán)境材料學(xué)的內(nèi)容主要包括三個(gè)層次：基礎(chǔ)理論研究應(yīng)用研究評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究(生態(tài))環(huán)境材料學(xué)的基礎(chǔ)理論研究:材料需求與自然環(huán)境的變化及其規(guī)律；材料的系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論和方法；與環(huán)境協(xié)調(diào)的材料開發(fā)理論；低環(huán)境負(fù)荷的合金理論、無(wú)機(jī)材料理論和高分子材料理論；材料再生循環(huán)的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)；材料的環(huán)境負(fù)荷數(shù)據(jù)庫(kù)。生態(tài)環(huán)境材料(2)(生態(tài))環(huán)境材料學(xué)的應(yīng)用研究:低環(huán)境負(fù)荷材料的開發(fā)技術(shù)；循環(huán)再生材料的開發(fā)技術(shù)；功能性環(huán)境材料的開發(fā)技術(shù)；廢棄材料的綜合再生技術(shù)；現(xiàn)有材料中的有害元素和枯竭性元素的替代技術(shù)；材料中的雜質(zhì)無(wú)害化技術(shù)；低環(huán)境負(fù)荷的工程制備技術(shù)和加工技術(shù)。(3)(生態(tài))環(huán)境材料學(xué)的評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究:材料的環(huán)境負(fù)荷評(píng)價(jià)系統(tǒng)；材料對(duì)自然環(huán)境的作用程度評(píng)價(jià)；現(xiàn)有材料的合理性評(píng)價(jià)；環(huán)境材料的論證體系及其標(biāo)準(zhǔn)；材料再生的合理性評(píng)價(jià)。生態(tài)環(huán)境材料一、材料生產(chǎn)和使用帶來(lái)的環(huán)境和資源問(wèn)題1.材料生產(chǎn)和使用對(duì)環(huán)境的影響從能源、資源消耗和造成環(huán)境污染的根源分析,材料及其產(chǎn)品的生產(chǎn)是造成環(huán)境污染、能源短缺、資源過(guò)度消耗乃至枯竭的主要原因之一。隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對(duì)資源的消耗速度在成倍增長(zhǎng)。導(dǎo)致地球上有限的一次金屬資源量銳減。例如Cu、Mn金屬已開采了全球總儲(chǔ)存量的50%；Zn、Au、Ag等金屬已開采了其總量的70%～8Co、Fe、Ni、W等金屬已開采了總儲(chǔ)存量的30%～40%。人類文明社會(huì)目前所依賴的許多金屬資源預(yù)計(jì)還能開采20～50年。生態(tài)環(huán)境材料第三節(jié)

材料對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響目前可供開采的金屬資源的品位越來(lái)越低,如銅礦石的可開采品位已從1900年的3%下降到現(xiàn)在的0.5%左右。同樣生產(chǎn)1t金屬材料所要求投入的礦石量和能源量更多,與此同時(shí),產(chǎn)出的廢棄物亦越多。圖 生產(chǎn)1t金屬，礦石品位與礦渣的關(guān)系礦石品位/%礦渣/t金屬材料的回收利用率較低也是引起金屬資源枯竭一個(gè)重要的原因。如生產(chǎn)量和消費(fèi)量很大的汽車、家用電器等幾類產(chǎn)品為

例,除了消費(fèi)大量的鋼鐵、銅、鋁等金屬外,還使用了鎳、鉻鎢、鉬等20多種稀有金屬。大量的產(chǎn)品廢棄之后,許多稀有金屬很少或幾乎沒(méi)有得到回收。造成稀有金屬資源巨大浪費(fèi)。幾類機(jī)電產(chǎn)品中所含的稀有金屬產(chǎn)品名稱稀

有

元

素元素種類汽

車Ni,Cr,W,Mo,Mn,V,Sr,Sb,Pt,Pb,Ti,Be,In,Te,Ba,Tl16彩色電視機(jī)Ni,Cr,Mn,Nb,Sr,Sb,Ta,Ge,Ga,B,In,Ba,Bi,R

e14家用電器Ni,Cr,Sr,Sb,Ta,Pb,Ti,Be,Ga,B,In,Ba,Bi,Re14生態(tài)環(huán)境材料材料種類能耗/萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤占工業(yè)總能耗比重(%)礦產(chǎn)采選業(yè)1419.141.54化學(xué)纖維制造業(yè)1705.021.85橡膠制造業(yè)645.870.70塑料制造業(yè)658.830.71非金屬礦物制造業(yè)9980.8710.81黑色金屬冶煉17136.3318.56有色金屬冶煉3892.764.22金屬制品業(yè)1129.401.22材料產(chǎn)業(yè)合計(jì)39.60工業(yè)總能耗92346.68100本世紀(jì)初年我國(guó)主要原材料工業(yè)的能源消耗統(tǒng)計(jì)生態(tài)環(huán)境材料材料礦物燃料能耗排碳量MJ/KgMJ/m3Kg/tKg/m3木材1.5~2.8750~139030~5615~28混凝土2.0480050120鋼材35266,0007005320一次鋁4351,100,000870022,000再生鋁1333,000生產(chǎn)各種材料消耗的能量及碳的排放量生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)環(huán)境材料本世紀(jì)初我國(guó)主要原材料工業(yè)污染物排放統(tǒng)計(jì)材料產(chǎn)業(yè)工業(yè)廢水/萬(wàn)t工業(yè)廢氣/億m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))固體廢物產(chǎn)生量/萬(wàn)t礦業(yè)125804408935903化學(xué)纖維工業(yè)596952811355橡膠制品業(yè)707043172塑料制品業(yè)258824633非金屬礦物制造業(yè)其中：水泥制造業(yè)4619428055340622797519601071黑色金屬冶煉1917452501511858有色金屬冶煉3745199584477金屬制品業(yè)1174248776合計(jì)51034410507455805占工業(yè)排放總量百分?jǐn)?shù)(％)25.1965.3262.812.面臨的環(huán)境和資源問(wèn)題(1)環(huán)境問(wèn)題：人類的材料生產(chǎn)和使用是從自然環(huán)境中獲得物質(zhì)資源,然后又將使用過(guò)的材料及廢棄物質(zhì)還給自然環(huán)境,從而參與了自然界的物質(zhì)循環(huán)和能量循環(huán),不斷影響著自然環(huán)境。由人類生產(chǎn)活動(dòng)引起的環(huán)境問(wèn)題具體表現(xiàn)為以下兩個(gè)方面:一是由于不合理的開發(fā)和利用資源所引起的環(huán)境衰退、資源耗竭,破壞了生態(tài)平衡；二是由于工業(yè)發(fā)展,排出的廢水、廢氣、廢渣和噪聲給環(huán)境帶來(lái)的污染問(wèn)題。這類環(huán)境問(wèn)題所造成的危害多是潛在的、積累的、慢慢產(chǎn)生影響,所以在短時(shí)期內(nèi)不大容易引起人們的足夠重視。生態(tài)環(huán)境材料酸雨：由工業(yè)生產(chǎn)、燃煤及汽車尾氣排放出來(lái)的NOx、SOx等進(jìn)入大氣后產(chǎn)生，其主要危害是破壞森林生態(tài)系統(tǒng),改變土壤的性質(zhì)與結(jié)構(gòu),破壞水生生態(tài)系統(tǒng)，腐蝕建筑物和損害人體的呼吸道系統(tǒng)和皮膚。酸雨的危害遍及歐洲和北美,分布地區(qū)較廣。酸雨有時(shí)飄越國(guó)境影響別國(guó),造成跨國(guó)污染。所以酸雨問(wèn)題不僅被視為區(qū)域性環(huán)境污染問(wèn)題,甚至被列入全球性環(huán)境問(wèn)題。生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)環(huán)境材料2010年在全國(guó)開展酸雨監(jiān)測(cè)的696個(gè)城市中，357個(gè)城市出現(xiàn)酸雨，占51.3%，酸雨污染嚴(yán)重。2010年我國(guó)二氧化硫排放總量為2549萬(wàn)噸，超過(guò)“十一五”規(guī)劃總量控制目標(biāo)(1800萬(wàn))749萬(wàn)噸。沒(méi)有實(shí)現(xiàn)“十一五”規(guī)劃要求的二氧化硫減排

10%的目標(biāo)。“十二五”期間，減排SO2成為我國(guó)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)，把SO2、化學(xué)需氧量減排10%作為“十二五”規(guī)劃的約束指標(biāo)。因此，減排SO2就必然是各工業(yè)企業(yè)治理環(huán)境污染，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)。生態(tài)環(huán)境材料鋼鐵廠外排大氣污染情況生態(tài)環(huán)境材料燒結(jié)工序外排SO2污染情況生態(tài)環(huán)境材料國(guó)內(nèi)外噸鋼排放SO2水平比較生態(tài)環(huán)境材料臭氧層損耗：大氣中的臭氧每減少1%,照射到地球表面的紫外線就會(huì)增加2%,人類皮膚癌的發(fā)病率就會(huì)增加7%,白內(nèi)障患者就會(huì)增加6%。紫外線輻射增強(qiáng)對(duì)動(dòng)植物的生存也是災(zāi)難性的。它可能使地球上三分之二的農(nóng)作物減產(chǎn),從而導(dǎo)致糧食危機(jī)。另外還可導(dǎo)致某些海洋生物的滅絕。生態(tài)環(huán)境材料溫室效應(yīng)：人類大量使用石油、煤和天然氣等化石燃料, 釋放到大氣中的二氧化碳等溫室氣體的含量愈來(lái)愈多, 導(dǎo)致全球氣候逐漸變暖。它將會(huì)導(dǎo)致海水變暖和膨脹, 加速極地冰川和凍土的融化, 造成海平面上升等，使沿海生態(tài)系統(tǒng)被破壞, 對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)也有影響。目前世界上大約有1/3的人口生活在海岸線6OKm的范圍內(nèi), 如果全球變暖, 海平面升高, 一些城市和鄉(xiāng)村可能被淹沒(méi)。此外, 氣候變暖會(huì)打破原有的生態(tài)平衡，引起物種滅絕。水體污染：是指對(duì)自然環(huán)境有惡劣影響的水質(zhì)惡化。材料生產(chǎn)過(guò)程中的工業(yè)廢水含有多種污染物，水體污染不僅妨礙工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，影響水生生態(tài)系統(tǒng)，還直接和間接地危害人體健康。生態(tài)環(huán)境材料水中污染物質(zhì)的主要來(lái)源污染物質(zhì)主要來(lái)源鎘及其化合物金屬礦山、冶煉廠、電鍍廠、鎘電池廠、化工廠鉛及其化合物金屬礦山、冶金廠、汽油、電池廠、油漆廠、鉛再生廠鉻及其化合物金屬礦山、冶煉廠、電鍍廠、合金制造廠、催化劑制造廠汞及其化合物煉汞廠、化工廠氰化物焦化、電鍍廠、金屬清洗廠、化工廠砷及其化合物銅礦廠、冶煉廠、油漆廠生態(tài)環(huán)境材料20世紀(jì)10大環(huán)境公害事件生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)環(huán)境材料20世紀(jì)70年代以來(lái)發(fā)生的重大公害事件一些材料生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響材料

大氣水土壤/土地紙、紙漿排放含SO2、NOx、CH4、CO2、CO、硫化氫、氯化物、二

英等廢氣水資源消耗排放懸浮性固體物、有機(jī)物、有機(jī)氯、二堊英水泥、玻璃、陶瓷排放含砷、釩、鉛、鉻、硅、氟化物粉塵及SO2、NOx、CO2、CO、等廢氣排放含油、重金屬離子廢水礦物資源及土地消耗排放固體廢棄物金屬及礦物開采排放各種粉塵及有害氣體排放含金屬離子及有毒化學(xué)品廢水鋼鐵排放含砷、鎘、鉛、鉻、銅、汞、鎳、硒、鋅等顆粒物和粉塵，以及含

有機(jī)物、酸霧H2S、HC等廢氣紫外線輻射水資源消耗排放含無(wú)機(jī)物、有機(jī)物、油、金屬離子、懸浮性固體物廢水礦物資源及土地消耗土地退化礦物資源及土地消耗排放固體廢棄物有色金屬排放含鋁、砷、鎘、鉛、鉻、鎂、錳、銅、汞、鎳、硒、鋅、碳黑、氣溶膠、SiO2等顆粒物和粉塵，以及含SO2、NO、H

S、CO氯化物、氟化物、有機(jī)排放含金屬離子及有害化學(xué)品廢水排放固體廢棄物土地退化生態(tài)環(huán)境材料(2)資源問(wèn)題：自然資源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是人類生存和生活的重要物質(zhì)源泉,是維護(hù)環(huán)境和生態(tài)平衡的核心。目前人類所面臨的資源問(wèn)題主要表現(xiàn)在：礦物資源迅速耗竭,水土

流失和荒漠化加劇,淡水資源不足,森林資源砍伐嚴(yán)重,愈來(lái)愈多

的物種瀕臨滅絕。目前我國(guó)資源的主要矛盾表現(xiàn)在資源供給不能滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度對(duì)資源的需求已達(dá)到前所未有的程度。但是,現(xiàn)有資源的利用效率不高,資源浪費(fèi)嚴(yán)重。礦產(chǎn)資源的開發(fā)總回收率只有30%～50%,比發(fā)達(dá)國(guó)家平均低20%左右。每萬(wàn)元國(guó)民收入的能耗為20.5t標(biāo)準(zhǔn)煤,為發(fā)達(dá)國(guó)家的10倍。在我國(guó)資源的開發(fā)和利用中存在嚴(yán)重的“高投入、低效率、高污染”的問(wèn)題。生態(tài)環(huán)境材料日趨嚴(yán)重的地球環(huán)境問(wèn)題人口增長(zhǎng)率：3人/秒1989年52.1億2050年100億發(fā)達(dá)國(guó)家8.3億9億發(fā)展中國(guó)家39.5億86億耕地面積需增加3億公頃（490萬(wàn)公頃/年）道路/住宅需增加1億公頃致使森林面積減少4億公頃野生動(dòng)植物減少（生態(tài)平衡破壞）CO2排放量增加率7～14億噸/年臭氧層破壞（無(wú)國(guó)界）酸雨溫室效應(yīng)：至2050年平均氣溫增加2.5±1℃（1℃/30年）古代氣溫升高5℃造成冰川期的結(jié)束。生態(tài)環(huán)境材料世界能耗增長(zhǎng)趨勢(shì)生態(tài)環(huán)境材料全球礦產(chǎn)資源枯竭時(shí)間的預(yù)測(cè)年代21世紀(jì)50年代21世紀(jì)70年代21世紀(jì)80年代22世紀(jì)20年代礦產(chǎn)資源一般礦產(chǎn)資源金屬礦產(chǎn)資源石油、天然氣資源煤資源我國(guó)幾種原材料的單位GNP（國(guó)民生產(chǎn)總值）資源消耗率與世界平均水平的比較材料鋼材銅鋁鉛鋅我國(guó)消耗率3.63.72.42.72.2世界平均水平11111生態(tài)環(huán)境材料通過(guò)各種冶煉、加工制造、儲(chǔ)存運(yùn)輸及使用消費(fèi)等進(jìn)入環(huán)境，也以廢棄物的形式被人們直接排放到環(huán)境中。環(huán)境中存在的化學(xué)物質(zhì)約有55000種以上人造化學(xué)物質(zhì)居多：難以分解 逐漸積累研究較多的是那些與人類生活關(guān)系最密切的物質(zhì), 如醫(yī)藥、食品添加劑、日用品等。添加劑：天然物質(zhì)(少數(shù))+人工合成(大部分), 會(huì)發(fā)生潛移默化的作用。有些添加劑雖然本身無(wú)害, 但在使用過(guò)程中發(fā)生某些化學(xué)反應(yīng)后,就有可能生成有毒、有害的物質(zhì)。常用防腐劑亞硝酸鹽和環(huán)境中的二級(jí)胺和三級(jí)胺作用生成亞硝胺化合物。而亞硝胺是一種重要的致癌性污染物。二、材料中化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境和人體的影響生態(tài)環(huán)境材料日用化工制品:是環(huán)境化學(xué)物質(zhì)重要的污染源。此外,有機(jī)溶劑如涂料、粘結(jié)劑、干洗劑、印刷用的稀料、有機(jī)合成等都離不開有機(jī)溶劑,常使勞動(dòng)環(huán)境、生活環(huán)境受到污染。廣泛存在于環(huán)境的化學(xué)污染物有些具有較強(qiáng)的致癌作用?；瘜W(xué)污染物對(duì)人體健康的影響問(wèn)題已成為環(huán)境醫(yī)學(xué)、環(huán)境生物學(xué)以及環(huán)境化學(xué)的重要研究課題。生態(tài)環(huán)境材料第四節(jié) 材料中主要元素的環(huán)境和資源特征一、化學(xué)元素的環(huán)境分布特征自然界的物質(zhì)循環(huán),使構(gòu)成物質(zhì)的化學(xué)元素在環(huán)境中不斷地遷移轉(zhuǎn)化，由于化學(xué)元素的遷移轉(zhuǎn)化,使其在環(huán)境中的分布體現(xiàn)出普遍性、富集性和共生性三大特征。1、普遍性在自然界中,構(gòu)成物質(zhì)的90多種元素,不僅廣泛存在于宇宙中,而且均存在于地殼層中由礦物、巖石和土壤等構(gòu)成的各種地質(zhì)體中,體現(xiàn)出化學(xué)元素分布的普遍性。生態(tài)環(huán)境材料豐度的概念：化學(xué)元素在地殼中的平均含量稱為豐度?？死酥担簽榧o(jì)念美國(guó)科學(xué)家克拉克在計(jì)算地殼中元素平均含量所做的貢獻(xiàn)，將各元素在地殼中含量的百分比稱為“克拉克值”，如以質(zhì)量百分比表示，稱為“質(zhì)量克拉克值”，簡(jiǎn)稱“克拉克值”；如以原子百分?jǐn)?shù)表示，則

稱為“原子克拉克值”。生態(tài)環(huán)境材料2、富集性化學(xué)元素在地殼中的含量分布不僅相差很大,且很不均衡。由于某些地質(zhì)條件的作用,如風(fēng)化、沉積、火山爆發(fā)、巖漿活動(dòng)等促使有用的化學(xué)元素發(fā)生富集現(xiàn)象,出現(xiàn)了地殼中化學(xué)元素分布的第二個(gè)特征——富集性。由于地質(zhì)成礦作用極少發(fā)生,元素富集需要相當(dāng)漫長(zhǎng)的歲月,因而具有工業(yè)開采價(jià)值的礦床數(shù)目和數(shù)量是極其有限的。地殼中元素富集形成過(guò)程所需時(shí)間是以億年為單位的,而人類大規(guī)模開采礦石是以10年為單位,兩者相差108年。如果人類將具有開采價(jià)值的礦床采空,就會(huì)導(dǎo)致金屬資源枯竭。生態(tài)環(huán)境材料表2-10主要金屬元素的開發(fā)技術(shù)指標(biāo)順序金屬元素在地殼中所占比例/%礦石開采品位/%富集系數(shù)1Al8.24052Fe5.6254.53Ti0.571.52.64Mn0.095252635VO.01350.5376Cr0.0104040007Ni0.00751.01338Zn0.00702.53579Cu0.00550.59010Co0.00250.28011Pb0.001253240012U0.000270.013713Sn0.000200.5250014Mo0.000150.166615W0.000150.3200016Hg0.0000080.11250017Ag0.0000080.00562518Pt0.00000050.000240019Au0.00000040.0001250生態(tài)環(huán)境材料3、共生性（復(fù)合性）地殼中的化學(xué)元素具有

富集性,但這種富集是一種多組元的共生富集,即共生性或復(fù)合性。世界上尚不存在具有工業(yè)開采價(jià)值的單一化學(xué)元素形成的礦床,很多常見礦產(chǎn)都具有多種有用伴生元素。因此,開采某一礦床時(shí)必然涉及多

種元素的綜合利用。表2-12銅礦物的種類及其組成組成理論銅品位/%礦物名種類

名

英

文

名稱自然銅NativeCu100.00氧化銅硫化銅CuFeS54copper赤銅礦CupriteCu2O88.8孔雀石MalachiteCuCO3·Cu(OH)257.3硅孔雀石黃銅礦CuCO3·Cu(OH)2ChalcopyCuSiO3·2H2O256.034.5rite斑銅礦BorniteCu

FeS63.3Chalcoci輝銅礦teCovellitCu2S79.8銅

藍(lán)eCuS66.4硫砒銅礦EnargiteCu3(As·Sb48.3生態(tài)環(huán)境材料礦鐵產(chǎn)名礦稱錳礦鉻鐵礦銅礦鉛鋅礦硫化鎳礦鎢

礦錫

礦鉬

礦汞

礦銻

礦鉑

礦金

礦鈹

礦鋰

礦表

2-11

某些礦產(chǎn)的有用伴生元素有用伴生元素Co、Ni、Cu、Mo、Pb、Zn、Sn、Ti、V、Ge、Ga、PFe、Co、Ni、稀有金屬Pt、Pd、Ir、Os、Ru、Rh、Co、Ti、V、NiFe、Pb、Zn、Co、Sb、Au、Ag、As、Cd、Se、Te、Ge、Ga、ReCu、Au、Ag、Ge、Cd、Sb、Bi、Sn、In、GaCu、Fe、Cr、Co、Mn、Pt、Pd、Ir、Os、Ru、RhSn、Mo、Bi、Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Sb、Be、Li、Nb、Ta、AsCu、Pb、Zn、W、Bi、Mo、Ag、Sb、Nb、Ta、S、As、FeW、Sn、Cu、Pb、Zn、Au、Ag、Bi、Be、U、Re、SSb、Cu、U、Mo、As、Bi、Au、Ag、TlHg、Au、WCu、Ni、Co、AuCu、Ag、Pb、Zn、Sb、Mo、Bi、YNb、Ta、Li、W、Sn、Pb、ZnNb、Ta、Be、Rb、CsGa、V、Ti、CoB、Li、I、Br、Cs、Rb、MgU、Ge、Ga、In、S鋁土礦鉀鹽礦煤礦磷礦生態(tài)環(huán)境材料二、金屬資源的儲(chǔ)量及其壽命1、金屬元素的生物、植物效應(yīng)金屬元素進(jìn)入生物體或人體后將產(chǎn)生一系列的生物效應(yīng)。按金屬元素對(duì)人體的作用不同,分為三個(gè)大類：即必需元素、有害元素及有毒元素。但即使是某一必需元素,其在人體內(nèi)的濃度也有一個(gè)最大極限。一旦超過(guò)這個(gè)極限,必需元素也將轉(zhuǎn)化成有害元素。生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)環(huán)境材料表

2-13

各種純金屬元素的人體生物效應(yīng)及其特征金屬元素性質(zhì)作用體內(nèi)含量/mg攝人量/mg.d-1過(guò)量反應(yīng)Fe必需元素促進(jìn)代謝、構(gòu)成蛋白4×10315鐵中毒、損害肝腎A1有害元素干擾代謝、骨髓病變10045干擾磷吸收、影響神經(jīng)Mo必需元素參與代謝、構(gòu)成酶類90.2鉬中毒、骨質(zhì)異常Mn必需元素促進(jìn)代謝、構(gòu)成酶類85.0錳中毒、損害神經(jīng)Cu必需元素促進(jìn)代謝、維持發(fā)育1003銅中毒、溶血癥Zn必需元素參與代謝、構(gòu)成酶類2×1032.2鋅中毒、致癌Cr必需元素促進(jìn)代謝、協(xié)助胰島素60.1鉻中毒、致癌Cd有毒元素抑制酶、取代酶中Zn400.05損害肺、腎、骨骼軟化Pb有害元素干擾生化、生理反應(yīng)0.04損害各系統(tǒng)和器官Ni必需元素增加胰島素、降低血糖10400損害呼吸道、鼻癌Co必需元素參與酸類活動(dòng)1.10.3影響心臟功能V必需元素參與氧化-還原反應(yīng)0.3×10-42釩中毒、損害腎、肝Li必需元素藥理作用2鋰中毒、損害神經(jīng)生態(tài)環(huán)境材料金屬元素表2-14性

質(zhì)金屬元素對(duì)植物的效應(yīng)及其特征過(guò)量效應(yīng)欠量效應(yīng)Cd有害元素抑制根系發(fā)育、影響生長(zhǎng)Pb有害元素影響代謝、形態(tài)異化Cr必需元素毒害作用,抑制生長(zhǎng)影響正常發(fā)育Cu必需元素褪綠、阻礙Fe的吸收發(fā)育受阻、缺Cu癥Zn必需元素?fù)p害根系光合作用減弱、缺Zn癥Co非必需元素褪綠、阻礙Fe的吸收Mo必需元素未發(fā)現(xiàn)影響固氮、缺Mo癥Fe必需元素很難發(fā)現(xiàn)失綠、枯萎、缺Fe癥Mn必需元素在酸性土中Mn中毒影響光合作用,缺Mn癥Al非必需元素抑制根系生長(zhǎng)2、儲(chǔ)量及壽命人類社會(huì)所需要的各種金屬元素均以礦產(chǎn)的形式存在于地殼之中。這種金屬礦產(chǎn)資源稱之為一次資源。金屬儲(chǔ)量是指由于地質(zhì)作用的結(jié)果,在地殼中某些地段內(nèi)形成金屬礦物的富集,其質(zhì)量能夠滿足工業(yè)要求,并在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下能夠開采的自然堆積體的總量。金屬資源的可開采年限又稱為金屬資源的靜態(tài)壽命,即某金屬資源的當(dāng)年總儲(chǔ)量與其當(dāng)年總產(chǎn)量之比。生態(tài)環(huán)境材料表2-15各種金屬資源的儲(chǔ)量和可開采年限元素1976年儲(chǔ)量/t可開采年限1984年儲(chǔ)量/t可開采年限1988年儲(chǔ)量/t可開采年限1990年儲(chǔ)量/t可開采年限1994年儲(chǔ)量/t可開采年Felx10121096.5x

10101301.53x10111671.51x10111756.5x10107限1All.2x109352.Ox10112502.18x10112242.18x10102002.3x1010216Mn1x1091258x10840Til.47x108511.7x108601.7x1082x10856Cr7.75x1081121.1x1091004.19x1081.4x109128Ni5.2x107705.4x107654.9x107524.7x10755Mo5.4x106365.4x106505.5x10657Co2.7x106803.3x1064x10688W2.8x106622.35x1062.3x10673Cu3.08x108245.0x108713.5x108413.2x108363.1x10833Pb1.46x1010507.5x107227.Ox107216.3x10721Zn1.23x108182.43x108401.47x108211.44x108201.4x10819Ag2x105142.6x105202.8x10520生態(tài)環(huán)境材料3、影響壽命的因素影響金屬壽命的因素主要包括三個(gè)因素,即某一金屬元素在地球上的總儲(chǔ)藏量、金屬資源的消耗量或生產(chǎn)量以及該元素物質(zhì)的再生量。前兩個(gè)因素構(gòu)成了某一金屬資源的靜態(tài)壽命,它取決于當(dāng)年的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平及其已探明的儲(chǔ)藏總量。動(dòng)態(tài)壽命（循環(huán)壽命）：指某一資源的當(dāng)年儲(chǔ)藏總量與其當(dāng)年總產(chǎn)量和再生總量之差的比。某一物質(zhì)的再生總量越大,其資源的循環(huán)壽命或可供開采的年限越長(zhǎng)。在討論金屬資源的壽命時(shí),應(yīng)該樹立開源節(jié)流的觀點(diǎn)。開源就是開發(fā)新的可代替的資源,節(jié)流即指資源的循環(huán)再生。前者是環(huán)境材料學(xué)的研究重點(diǎn)之一。生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)環(huán)境材料表2-16某些金屬資源的動(dòng)態(tài)可開采年限(以1994年為基準(zhǔn))再生率0%10%20%30%40%50%60%70%Al216240270308360432540720Fe717989101118142178237Cu33374147556683110Mn404450576780100133Cr128142160183213256320427Ti5662708093112140187Ni5561697892110138183Mo5763718195114143190Co8898110128147176220293W738191104122146183243Zn1921242732384863Ag2022252933405067Pb2123263035425370Sn424753607084105140Sb96107120137160192240320Pt族199221249284332398498663Ta62697889103124155207Zr61687687102122153203表2-17材料各種新的可代替資源可能的代替資源鋁高嶺土、橡膠、塑料矸石斜長(zhǎng)石、煤炭鉻鎳、鉬、釩鈷鎳銅鋁、塑料鉬鎢、釩、錳、鉭、硼錫鋁、塑料鎢鉬、鈦、鋁、陶瓷鋅鋁、塑料、鎂鎳鋁、鉻、鉬、釩、鎢、錳、鈦、陶瓷、塑料鈮釩、鈦、鉬、鉭鋯鋁、鈮、釩、二氧化鐵生態(tài)環(huán)境材料第五節(jié)材料流與資源效率和環(huán)境影響一、材料流材料流（Materials

Flow）又稱物質(zhì)流（Mass

Flow）,也稱材料鏈(substance

chain)。材料流也可以說(shuō)是材料背負(fù)的生態(tài)負(fù)荷或稱生態(tài)包袱(Ecological

Rucksack)。指從材料的采礦開始，包括生產(chǎn)加工、儲(chǔ)運(yùn)、銷售、使用，直至廢棄的全過(guò)程。圖2-7

典型材料流循環(huán)過(guò)程示意圖700

Kg型材鋼鐵材料：8t礦石 1t鋼500kg金屬制品生態(tài)環(huán)境材料（一）、材料流（理論）分析材料流分析(Materials

Flow

Analysis,MFA)是指用數(shù)學(xué)物理方法，對(duì)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中按照一定的生產(chǎn)工藝所投入的原材料的流動(dòng)方向和數(shù)量的一種定量分析的理淪。它通過(guò)對(duì)自然原始物質(zhì)在開采、生產(chǎn)、轉(zhuǎn)移、消耗和廢棄等過(guò)程的分析,揭示物料(包括能源、水資源等)在特定范圍內(nèi)的流動(dòng)特征和轉(zhuǎn)化效率,找出環(huán)境壓力的直接來(lái)源,進(jìn)而通過(guò)技術(shù)措施,提出相應(yīng)的減少環(huán)境壓力的解決方案,提高資源效率,作為評(píng)價(jià)該地區(qū)、產(chǎn)業(yè)和行業(yè)及產(chǎn)品等發(fā)展的可持續(xù)性指標(biāo),為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的近、中期目標(biāo)提供科學(xué)依據(jù)。材料流理論是一種方法學(xué)，其理論基礎(chǔ)就是物質(zhì)不滅定律和能量守恒定律。主要用于研究、評(píng)價(jià)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所投入的原材料的資源效率，找出提高資源效率的途徑。生態(tài)環(huán)境材料（1）4倍因子理論4倍因子理論是德國(guó)Wupperdal研究所的所長(zhǎng)Weizsaecker教授于

90年代首先提出的。其宗旨是在社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)活動(dòng)中,通過(guò)采取各種技術(shù)措施,將能源消耗、資源消耗降低一半,同時(shí)將生產(chǎn)效率提高一倍,即在同樣能源消耗和資源消耗的水平上,得到4倍的產(chǎn)出。1995年,出版專著《4倍因子:半份消耗,倍數(shù)產(chǎn)出》。式中：R——資源效率；P——產(chǎn)品產(chǎn)出量；I——原材料、能源投入量。4倍因子理論對(duì)有效利用資源、改善生態(tài)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有指導(dǎo)性意義。即從資源效率角度減少原材料消耗、增加產(chǎn)品的有效產(chǎn)出,從源頭上實(shí)現(xiàn)減少排放,保護(hù)了環(huán)境,是治本之道。生態(tài)環(huán)境材料（2）10倍因子理論10倍因子理論是由德國(guó)Wupperdal研究所副所長(zhǎng)Schmidt-Bleek教授于1994年率先提出。其核心思想是：為了保持現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境水平,必須通過(guò)提高資源效率來(lái)平衡和補(bǔ)償對(duì)環(huán)境的破壞,必須繼續(xù)減小全球的物質(zhì)流量。據(jù)推測(cè)到2050年,地球上的人口將是現(xiàn)在的2倍,同時(shí),世界各國(guó)的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)將增長(zhǎng)3～6倍,取平均值為5,則二者之積為10,按現(xiàn)在的水平發(fā)展對(duì)環(huán)境的影響將增加

10倍,因此必須將資源效率和能源效率提高10倍。這樣才能讓人類的子孫后代在地球上繼續(xù)生存下去。式中：I——環(huán)境影響；P——人口；GDP——國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值。生態(tài)環(huán)境材料F-10俱樂(lè)部Schmidt-Bleek教授還在法國(guó)創(chuàng)建了國(guó)際10倍因子(Factor10+)俱樂(lè)部,旨在推行10倍因子理論和實(shí)踐。該俱樂(lè)部向全世界發(fā)表了著名的致政府和產(chǎn)業(yè)領(lǐng)袖的1997卡諾勒斯宣言,提出了在一代人之內(nèi),將資源和能源的生產(chǎn)效率提高10倍的目標(biāo)以及實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)應(yīng)采取的技術(shù)措施。宣言指出,進(jìn)入經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的所有物質(zhì)或遲或早都要被消耗或排放進(jìn)入環(huán)境,到頭來(lái)是環(huán)保費(fèi)用的持續(xù)增長(zhǎng)。因此,要降低環(huán)保費(fèi)用,首先需要降低和減少物質(zhì)從自然界(即環(huán)境)流入經(jīng)濟(jì)活動(dòng)圈的進(jìn)入量,從而減少污染物排放量。通過(guò)減少污染物的處理量,最后使環(huán)保投資費(fèi)用降低。生態(tài)環(huán)境材料（3）極值理論極值理論指出：對(duì)一定的原材料投入，有效產(chǎn)品的產(chǎn)出率越高，廢棄物產(chǎn)生量就越小。從環(huán)境保護(hù)的角度看，就是要求最大的產(chǎn)出率和最小的廢物排放率。可用等式表示：式中：I——物質(zhì)總投入量；P1,P2——有用產(chǎn)品產(chǎn)出量；W1,W2——廢物產(chǎn)出量；R——資源效率，即有用產(chǎn)品產(chǎn)出量除以物質(zhì)總投入量；O——廢物產(chǎn)出率,即廢物產(chǎn)出量除以物質(zhì)總投人量；求 極大值,即極小值,

即,則可獲得最大資源效率。同時(shí)，求,則可獲得最小廢物產(chǎn)出率。生態(tài)環(huán)境材料生態(tài)環(huán)境材料對(duì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中的任何一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程或流通過(guò)程，若求得了最大資源效率，同時(shí)也就得到了最小的廢物產(chǎn)出率。即在這個(gè)條件下，該過(guò)程對(duì)環(huán)境的影響最小。若要進(jìn)一步降低環(huán)境污染，則需要通過(guò)技術(shù)措施，提高有用產(chǎn)品的產(chǎn)出量，即提高資源效率，才有可能進(jìn)一步降低廢物排放量。材料流理論分析是生態(tài)環(huán)境材料研究的一個(gè)有效工具。通過(guò)材料流分析，了解物質(zhì)和能源的走向，對(duì)最初和最終的物質(zhì)總量進(jìn)行極值分析，使該經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的資源效率、環(huán)境污染狀況一目下然。因此，極值理論將資源和環(huán)境之間的關(guān)系進(jìn)一步簡(jiǎn)單化、定量化。而在應(yīng)用極值理論時(shí)，對(duì)過(guò)程的材料流分析顯得必不可少。（二）、材料流理論的應(yīng)用實(shí)踐全球環(huán)境的惡化主要是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)引起的，而資源效率是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)能否實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)健。針對(duì)如何提高資源的利用效率、節(jié)約能源、減少環(huán)境污染，許多國(guó)家組織和企業(yè)都借助于材料流分析進(jìn)行下改善資源效率的實(shí)踐。設(shè)在美國(guó)首都華盛頓的世界資源所

1997年曾與德國(guó)WUPPERTAL氣候、能源和環(huán)境研究所，日本國(guó)立環(huán)境研究所，荷蘭房屋、土地規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)部等單位合作，聯(lián)合發(fā)表了一份關(guān)于材料流的調(diào)查報(bào)告，列舉了德國(guó)、荷蘭、日本等國(guó)的材料流年度調(diào)查結(jié)果。生態(tài)環(huán)境材料圖2-8

1991年德國(guó)全國(guó)材料流分析示意圖圖中數(shù)據(jù)的單位均為億t。（資源效率17.9%）生態(tài)環(huán)境材料圖2-9

1991年荷蘭全國(guó)材料流分析示意圖圖中數(shù)據(jù)是平均每人的年材料流量（單位為t/人），按1991年荷蘭人口1500萬(wàn)人估計(jì),當(dāng)年荷蘭的材料流總量約在12億t左右。（資源效率49.5%）生態(tài)環(huán)境材料圖2-10

1990年日本全國(guó)材料流分析示意圖圖中數(shù)據(jù)的單位均為億t。（資源效率60.8%）生態(tài)環(huán)境材料圖2-11

我國(guó)某鋼鐵企業(yè)材料流分析示意圖利用材料流理論分析方法，計(jì)算得出該材料生產(chǎn)的總資源效率為30.7%。生態(tài)環(huán)境材料三、材料生產(chǎn)的資源效率1、資源概述現(xiàn)代社會(huì)里，關(guān)于資源可理解有自然資源、入力資源、社會(huì)資源、信息資源、旅游資源、物質(zhì)資源等。其中自然資源可分為礦產(chǎn)資源、水力資源、海洋資源等；物質(zhì)資源可分為自然物質(zhì)資源、人工物質(zhì)資源及廢棄物質(zhì)資源等。在一般意義上，資源是指人類可以直接從自然界獲得并用于生產(chǎn)和生活的物質(zhì)。資源是自然環(huán)境的重要組成部分，通常又稱為自然資源。自然資源可分為三大類：第一類為取之不盡的資源，如空氣、風(fēng)、太陽(yáng)能等；第二類為可再生的資源，如生物體、水、森林、草地、海洋、土壤等；第三類稱為非再生資源，如礦物、化石燃料等。生態(tài)環(huán)境材料能源表 礦產(chǎn)資源種類煤、石油、天然氣、油頁(yè)巖、鈾、釷等金屬礦產(chǎn)黑色金屬、有色金屬、貴金屬等非金屬礦產(chǎn)冶金輔料：石灰石、螢石、硅石等化工輔料：硫鐵礦、磷礦、硼礦、鹽、天然堿等其

他：石棉、剛玉、水晶、瑪瑙等資源具有社會(huì)性、自然性和商品性三個(gè)特點(diǎn)。資源的社會(huì)性指資源隨著國(guó)家和時(shí)代的不同而不同，如16世紀(jì)人類對(duì)中東地區(qū)石油資源的認(rèn)識(shí)遠(yuǎn)不如20世紀(jì)那樣深刻。資源的自然性指資源隨著地域的不同，其豐饒程度也有所不同，例如全世界的貴金屬資源90%以上集中在南非。資源的商品性指資源可以進(jìn)入市場(chǎng)進(jìn)行流通，如目前我國(guó)鋼鐵工業(yè)所需大量鐵礦石從澳大利亞、巴西市場(chǎng)購(gòu)買。生態(tài)環(huán)境材料現(xiàn)今，人類所需能源的97%來(lái)自非再生的礦物能源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的能源對(duì)單位GNP的產(chǎn)出率僅為世界平均水平的1/7，表明

我國(guó)的能源效率很低。我國(guó)90%以上的能源和80%以上的工業(yè)原

料都取自礦產(chǎn)資源，每年投入國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的礦物原料超過(guò)60億t。對(duì)非再生資源的需求趨向于負(fù)荷的極限，引起了嚴(yán)重的資

源短缺問(wèn)題。因此，為了解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的資源瓶頸問(wèn)題，實(shí)

現(xiàn)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，最積極的措施是提高資源效率。生態(tài)環(huán)境材料2、資源效率資源效率指在某一生產(chǎn)過(guò)程中所產(chǎn)出的有用產(chǎn)品占所投入原料總量的百分比。環(huán)境污染，很大程度上是由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中所投入的原材料沒(méi)有變

成有效產(chǎn)品，而作為副產(chǎn)物排放到環(huán)境中，形成環(huán)境過(guò)量承載的一種現(xiàn)象。顯然，材料生產(chǎn)過(guò)程的資源效率越低，最終造成的環(huán)境污染越重。我國(guó)經(jīng)濟(jì)規(guī)模已居世界前列，發(fā)展速度令人矚目，對(duì)資源的需求已達(dá)到前所未有的程度。一方面經(jīng)濟(jì)發(fā)展已受到某些資源短缺的約束；另一方面現(xiàn)有資源的利用效率不高，浪費(fèi)嚴(yán)重。礦產(chǎn)資源的開發(fā)總回收率只有30%～

50%，比發(fā)達(dá)國(guó)家平均低20%左右。每萬(wàn)元國(guó)民收入的能耗為20.5t標(biāo)準(zhǔn)煤，為發(fā)達(dá)國(guó)家的10倍。在我國(guó)資源開發(fā)和利用過(guò)程中存在“高投入、低效率、高污染”的問(wèn)題。生態(tài)環(huán)境材料材料FeMnAlCrZnCuTiNi主料2.04.02.52.54020066.7100.0輔料21.625.731.377.3123.610.7785.7614.5資源效率4.24%3.37%2.96%1.25%0.61%0.47%0.18%0.14%生態(tài)環(huán)境材料表 生產(chǎn)1t純金屬材料所消耗的資源及資源效率表 我國(guó)材料生產(chǎn)的資源消耗與國(guó)際平均水平的比較材料能源鋼鐵木材水泥橡膠塑料化纖銅鋁鉛鋅國(guó)際水平11111111111中國(guó)水平7.03.65.012.06.01.59.03.72.42.72.23、資源保護(hù)和綜合利用(1)資源保護(hù) 廣義的資源保護(hù)指人類在維護(hù)自然的生態(tài)系統(tǒng)及其綜合體過(guò)程中，對(duì)開采和利用資源采取的平衡觀念和行動(dòng)；狹義的資源保護(hù)一般指對(duì)資源進(jìn)行有效的綜合利用，提高資源效率。資源保護(hù)的措施：主要有評(píng)價(jià)、管理、利用和監(jiān)督等幾個(gè)方面。資源評(píng)價(jià)包括對(duì)資源價(jià)值、開采價(jià)值、開采目的等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最后根據(jù)資源效率來(lái)決定資源利用的意義；資源管理包括在資源使用過(guò)程中的資源回采率、貧化率、加工回收率等方面進(jìn)行綜合管理，以保證資源效率；資源利用包括資源的開采技術(shù)、分選水平和資源的綜合利用水平等方面；資源監(jiān)督主要是保證資源利用過(guò)程中的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益要統(tǒng)一，而不是矛盾和對(duì)立的。從資源效率的角度，特別要注意提高資源加工水平，拓寬資源用途，加強(qiáng)資源的再回收利用程度等。生態(tài)環(huán)境材料關(guān)于資源的有效利用，從技術(shù)方面來(lái)考慮：首先是節(jié)約自然資源，提

高單位資源利用的效率。其次是發(fā)展替代資源，包括生產(chǎn)中的替代和消費(fèi)

中的替代?？茖W(xué)技術(shù)的發(fā)展，使人類在采用替代資源的同時(shí)，能保證產(chǎn)品

的用途和質(zhì)量等不受影響。第三是延長(zhǎng)產(chǎn)品的生命周期，使用壽命的延長(zhǎng)，意味著同種產(chǎn)品的原材料消耗降低，產(chǎn)生的廢物減少。關(guān)于資源保護(hù)，從管理上說(shuō)：要注意經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益相結(jié)合，

不能只注意環(huán)境影響，阻礙經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。還要開發(fā)與保護(hù)相適應(yīng)，不能只

保護(hù)，而不開發(fā)利用，那樣就失去了擁有資源的意義。另外，資源保護(hù)要

注意當(dāng)前與長(zhǎng)遠(yuǎn)相結(jié)合，在現(xiàn)有的技術(shù)水平上，盡量提高資源利用的效率，資源保護(hù)還要注意因地制宜、平衡發(fā)展、統(tǒng)籌兼顧、綜合利用。把資源的

規(guī)劃和設(shè)計(jì)工作做在前面，最終使現(xiàn)有的資源能夠充分利用。生態(tài)環(huán)境材料（2）一次資源的綜合利用將某一生產(chǎn)過(guò)程中排出的廢棄物直接作為下一生產(chǎn)過(guò)程的原料加以利用稱為一次資源的綜合利用。從材料與環(huán)境的角度看，我國(guó)目前的一次資源綜合利用主要集中在3個(gè)方面，即礦業(yè)廢棄物冶金廢棄物和化工廢棄物的綜合利用。礦業(yè)廢棄物的綜合利用：由于我國(guó)幾種主要原材料包括鋼鐵、水泥、玻璃等產(chǎn)量都居世界第一，故礦業(yè)廢棄物在我國(guó)屬于量大類多的固體廢棄物，每年排放的礦業(yè)廢棄物達(dá)350億t之多。因此，做好礦業(yè)廢棄物綜合利用，對(duì)減緩環(huán)境污染，提高資源效率有重要作用。生態(tài)環(huán)境材料表 我國(guó)礦業(yè)廢棄物綜合利用的典型示例廢棄物用途Fe、Cu、Pb、Ni、Zn等尾礦磚瓦原料Cu、Mn、Co、Mo等尾礦微量元素肥料石灰?guī)r、大理石、板巖、凝灰?guī)r等尾礦水泥原料、混合材料石英砂、長(zhǎng)石、白云石、石灰?guī)r等尾礦玻璃、陶瓷、耐火材料鎂質(zhì)泥灰?guī)r、白云石、石英巖、砂巖等廢石礦物路面輝綠巖、玄武巖、花崗巖等尾礦鑄石煤矸石磚、水泥、筑路材料生態(tài)環(huán)境材料冶金廢棄物的綜合利用：例如，冶金行業(yè)的水資源回收率相對(duì)于國(guó)際水平比較低。根據(jù)1996年的數(shù)據(jù)，國(guó)外每生產(chǎn)1t鋼，平均消耗水為4.74t，國(guó)內(nèi)平均消耗水約29.8t。國(guó)外煉鋼用水循環(huán)利用率在75%以上，國(guó)內(nèi)僅為

25%左右。冶金行業(yè)的熱資源利用是資源綜合利用的一個(gè)重要方面，平均約2/3的熱資源可以由余熱提供。我國(guó)的鋼產(chǎn)量世界第一，關(guān)于鋼渣的綜合利用意義很大?，F(xiàn)已有用鋼渣生產(chǎn)水泥，建筑瓷磚,以及摻人肥料或用作筑路材料等。另外，在煉鐵過(guò)程中排放的含鐵廢泥，鐵含量可達(dá)30%～80%將其重新冶煉，是鐵資源綜合利用的一個(gè)重要措施?；U棄物的綜合利用：目前主要集中在回收、重復(fù)利用化工原料；將三廢加工轉(zhuǎn)化為其他工