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矿产资源的开发和利用在国民经济发展中具有举足轻重的作用,在经济快速发展对矿产资源需求量急剧增加的背景下。如何解决好矿产资源开发利用与环境保护之间的关系显得越来越重要。中国矿业正处于一种既承担经济发展重任又面临资源短缺的两难境地,要确保矿产资源规划实施后环境与资源的可持续性,最有效的方法之一就是对将要实施的矿产资源规划进行环境影响评价。矿产资源开发利用过程经历地质勘探、矿山设计、矿山建设、矿山开采、矿山生产(选矿、冶炼)和产品输出几个阶段。在矿产资源开发利用的整个生产过程中,每一环节都需要进行环境影响评价。评价内容单一,缺乏相应的规划环境影响评价技术指导。目前的矿产资源开发利用环境影响评价仅分析单个项目,而忽视了由多个项目叠加、共同作用、时间滞后和边界扩大等因素所引起的综合环境变化。而生命周期评价法是汇总和评估一个产品(或服务)体系在其整个生命周期间的所有投入及产出对环境造成潜在影响的方法。
本文选题将生命周期评价应用于矿产资源的规划环评更加符合以规划环评促进可持续发展的战略要求。该方法的应用为矿产资源开发利用规划环评开辟一条环境管理与政府综合决策的道路,在更广阔的空间和更大的时间跨度上评价矿产资源开发利用的环境问题和生态问题,为矿业部门清洁生产的实施提供更为有效的工具。
(一)论文的主要内容。
1、针对目前矿产资源规划环评存在的问题,即评价工作缺少动态化、忽视了综合环境变化、不确定性因素众多、生态要素的评价尺度不一、忽视污染物在空间和时间的迁移转化等问题,提出了运用生命周期评价法进行矿产资源规划环评。在对EDIP97、EPS2000、Eco-indicator99、CML2001、IMPACT2002+、EDIP2003和TRACI7种生命周期评价方法体系进行比较的基础上,选择Eco-indicator99方法体系,由于Eco-indicator99引入了多介质模型,可以描述污染物在不同介质中的迁移转化规律,很好地预测长时间跨度的生态毒性影响,因此,将其应用于矿产资源开发利用规划生态环境影响评价较为适用。
2、分析了Ecoindicator99人类健康损害、生态系统破坏、资源破坏三种影响类型的具体指标,即人类毒性、温室效应、电离辐射、臭氧层损耗、呼吸系统的影响、酸化、生态毒性、土地占用、化石燃料和矿物开采的损害当量的计算及Eco-indicator99评价方法在矿产资源开发利用规划环评的具体实施步骤。按Eco-indicator99评价指标计算的三个步骤:(1)针对不同的影响清单计算吨产品的污染物或资源使用损害当量;(2)不同级别损害目录中损害因素的标准化;(3)Eco-indicator99损害因素加权的计算,得到各损害指标的生态环境影响指数。该方法为矿产资源开发利用规划能源资源和生态环境问题的初步分析提供了可借鉴的方法。
3、针对黑色金属矿—铁矿资源开发利用包括开采、选矿、烧结、炼铁、炼钢、连铸、轧钢等环节进行了清单分析和评价,分析和评价结果表明:吨钢产品所造成的生态环境影响指标中生态系统质量的影响最为重要,主要为生态毒性和酸化的影响;人类健康的影响主要为温室效应、臭氧层破坏和对呼吸系统的影响,人类毒性和电离辐射相对其它影响较小;化石能源的消耗相对于矿物产品的损耗较大。电炉炼钢在人类毒性、水生生态毒性、呼吸系统影响和酸化影响方面大于转炉炼钢,转炉炼钢资源消耗和能源消耗均少于电炉炼钢。
4、针对有色金属矿—铜矿资源采选冶(分火法冶炼和湿法冶炼)的生命周期进行了清单分析和评价,分析和评价结果表明:火法炼铜工艺在资源消耗方面远大于湿法炼铜,其能源消耗也多于湿法炼铜。此外,对比火法炼铜和湿法炼铜环境影响指数,对臭氧层破坏、呼吸系统的影响、生态毒性和酸化几种重要环境影响指数,火法炼铜工艺均高于湿法炼铜工艺。火法炼铜产生生态环境影响的主要环节为采选、熔炼和吹炼,其中采选环节最主要的影响是资源消耗和臭氧层破坏;熔炼环节最主要的影响是人类毒性和生态毒性;吹炼环节最主要的影响是酸化和呼吸系统的影响。湿法炼铜产生生态环境影响的主要环节为采矿、破碎和电积。其中采矿环节最主要的影响是产生生态毒性;破碎环节产生的主要影响是人类毒性;电积环节产生的主要影响为温室效应、臭氧层破坏、酸化和能源消耗。
5、针对有色金属矿—锌矿资源开发利用的生命周期进行了清单分析和评价,分析和评价结果表明:对人类毒性、温室效应、臭氧层破坏、呼吸系统影响几种重要人类健康环境影响指数,湿法炼锌工艺均高于火法炼锌工艺。火法炼锌产生生态环境影响的主要环节为采选、熔炼和精炼,其中采选环节最主要的影响是呼吸系统的影响和酸化;熔炼和精炼环节最主要的影响是人类毒性和生态毒性。湿法炼锌主要冶炼环节产生的影响为人类毒性和生态毒性;采选环节最主要的影响是产生呼吸系统影响和酸化;焙烧环节产生的主要影响为生态毒性和酸化。
6、针对有色金属矿—镍矿资源开发利用的生命周期进行了清单分析和评价,分析和评价结果表明:火法炼镍采选环节最主要的影响是能源消耗和温室效应;熔炼和吹炼是造成人类毒性、呼吸系统的影响和酸化的主要环节;精矿磨浮、精矿熔炼和电解环节是造成生态毒性的主要环节;电解环节产生的能源消耗、温室效应和臭氧层破坏的影响是显著的。
7、针对有色金属矿—铝土矿资源开发利用的生命周期进行了清单分析和评价,分析和评价结果表明:铝土矿资源开发利用整个生命周期中电解铝生产环节产生的影响占总影响的80%以上,其中人类毒性和生态毒性的影响最大,氧化铝生产对酸化的影响较为重要;采选环节产生的影响相对氧化铝和电解铝生产较小。
8、针对煤矿资源开发的生命周期进行了清单分析和评价,分析和评价结果表明:煤矿开发酸化是影响生态系统质量的重要因素,人类健康的影响主要为温室效应的影响,生态系统质量的影响,主要为生态毒性和土地占用的影响;化石能源的消耗相对其它影响较大。
9、通过对各类矿产资源吨产品开发利用生态环境影响对比分析,得到不同矿产资源及不同开发工艺各损害指标的生态环境影响指数,为矿产资源规划生态环境影响的定量评价提供了技术依据。通过对各类矿产资源吨产品开发利用生态环境影响对比分析,得到:①矿产资源开发利用资源消耗大小顺序:火法炼镍>炼锌>混联法炼铝>火法炼铜>电炉炼钢>湿法炼铜>转炉炼钢;②矿产资源开发利用能源消耗大小顺序:混联法炼铝>火法炼锌>火法炼镍>火法炼铜>湿法炼锌>湿法炼铜>电炉炼钢>转炉炼钢>煤矿开发;③矿产资源开发利用人类毒性大小顺序:火法炼镍>混联法炼铝>火法炼铜>电炉炼钢>转炉炼钢>火法炼锌>湿法炼锌>湿法炼铜>煤矿开发;④矿产资源开发利用温室效应大小顺序:电炉炼钢>转炉炼钢>混联法炼铝>火法炼镍>湿法炼铜>火法炼铜>湿法炼锌>火法炼锌>煤矿开发;⑤矿产资源开发利用臭氧层破坏大小顺序:火法炼镍>混联法炼铝>火法炼铜>湿法炼铜>湿法炼锌>火法炼锌>转炉炼钢>电炉炼钢>煤矿开发;⑥矿产资源开发利用呼吸系统影响大小顺序:火法炼镍>火法炼铜>湿法炼铜>混联法炼铝>湿法炼锌>火法炼锌>电炉炼钢>转炉炼钢>煤矿开发;⑦矿产资源开发利用生态毒性影响大小顺序:混联法炼铝>火法炼铜>火法炼锌>湿法炼锌>火法炼镍>电炉炼钢>转炉炼钢>湿法炼铜>煤矿开发;⑧矿产资源开发利用酸化影响大小顺序:火法炼镍>火法炼铜>湿法炼铜>湿法炼锌>火法炼锌>混联法炼铝>电炉炼钢>转炉炼钢>煤矿开发。
10、利用上述结论及方法,对安徽省矿产资源开发利用规划的生态环境影响进行预测和评价。并利用安徽省矿产资源开发规划GIS图件可视化的表达矿产资源规划所涉及的影响区域,并对环境影响程度进行预测。
通过上述的研究和应用发现,将生态指标法应用于矿产资源开发利用规划生态环境影响评价具有如下优势:
1、生态指标法Eco-indicator99用于矿产资源规划环评能在较长的时间跨度和较广的空间跨度上实现更为全面的生态环境影响预测与评价,从而科学的指导宏观决策。
2、目前在矿产资源类的规划环评报告中关于生态环境影响评价的生态要素的评价尺度不一,指标的选取混乱,给决策者的正确决策带来困难。Eco-indicator99将复杂的环境影响类型归因于三种损害类型,将其评价结果应用于矿产资源开发利用规划生态环境影响评价有利于决策者做出正确判断。
3、将Eco-indicator99应用于评价不同采选冶技术的环境协调性,比较不同工艺的环境负荷大小,也可为决策者提供科学的判断依据,为产品的生态设计和清洁生产打下基础。
(二)论文的创新点。
1、对生命周期评价的方法应用于矿产资源开发利用规划环评进行了一些新的尝试;
2、按照Eco-indicator99的方法对几种典型矿产资源开发所造成人类毒性、温室效应、电力辐射、臭氧层消耗、呼吸系统的影响、酸化、生态毒性、土地占用、资源能源消耗几方面进行系统的比较和分析,并得出结论,为生态环境影响定量评价提供参考依据。
3、提供矿产资源开发利用规划LCA技术方法,在更广阔的空间和更大的时间跨度上评价矿产资源开发利用的环境问题和生态问题,为区域环境承载力分析和可持续发展的战略环评提供依据。