第三章 物质流分析与能流分析
浅谈废水生物处理系统的物质流和能量流应用
梁 敏聪
（ 珠海横琴新区莱茵环保工程 有限公 司
广东珠海
５ １ ９ ０ ６ ０ ）
磷的技术要求越来越高 。刚好生物除磷的工艺方法能够解决这个 问题 ， 并且 在操作 中还要 结合 化学 沉淀技术 。对废水进行 生物 除 磷后产生 的污泥 ，如果 重金属和有 机毒物 的检测 在合格 的范 围
一
存” 、 “ 再使用 ” 的库存 总量环节 ， 而是 以物料 的进 出量为依 据 ， 计 化转化率 ， Ｃ ｃ ｏ ｄ指代厌 氧反应 器进水 中的 Ｃ Ｏ Ｄ浓度 ， ｑ ｓ ｙ ｍ指代 算它的净增值。同时 ， 该方法也是物质流定 点模 型的基础 。 用于细菌合成 的有机物。 １ ． １ ． ２物 质 跟 踪 法 １ ． ３ ． ２好氧分析方法 的建立 物 质跟踪法 ， 是选择一 定数量 的产品作为研 究对象 ， 来研究 （ １ ） 碳平衡 。当面对活性污泥系统时 ， 降解 有机碳 的工作 ， 不仅发 某物质生命周期 中的物质流状 况。主要是观察这些产品的生命周 生在有氧条件中 ， 一些 时候硝酸根离子也会作为 电子受体 。而硝 期轨迹 ， 清 楚 掌 握 生 命 周 期 的各 个 阶段 物 质 量 的流 人 和 流 出 。 在 酸根离子 的呼吸， 也 可以通过反硝化量进行计算 。 废水 的生物处理 系统 中 ， 比如选定有 机碳作 为跟踪对象 ， 在 观察 （ ２ ） 氮平衡 。在缺氧或厌氧 的单元 中， 为了维持氮的平衡 ， 就必须 的过程 中分析它在系统内部的转化情况 。 通过硝酸盐 的平衡来确定单元中被反硝化 的氮含量 。 般情 况下 ， 物质的跟踪选择是生命周期 的起 点到终点。在这 （ ３ ） 磷平衡 。磷的计算方式和碳 、 氮都不 同， 这是因为在废水 的处理
浅 谈废水 生物处理 系统 的物质流和 能量流应 用
农业生态学3农业生态系统能流
同化量 A
生产量P
现存量改变 ΔB
十分之一定律 生态系统中，能量在食物链上流动，上一营养级大 约只能固定下一营养级能量的10%，这种规律称之 为十分之一定律。
3.生态系统能流
生态系统水平的 能量流动和食物 链水平的能量流 动有何区别？生 态系统的结构和 能量高效利用有 何关系？
(1)草牧食物链
从绿色植物开始，从小到大，从弱到强，弱肉 强食，存在明显的捕食关系和血淋淋的斗争，所以 又叫捕食食物链。
捕食中以活有机体为食，所以也叫活食食物链。
水稻-稻飞虱-青蛙-蛇-鹰
(2)腐食食物链
食物链成员与 死的有机体为食 ，通过腐烂分解 ，由腐生成员构 成的食物链
动物尸体-蝇-真菌-细菌
2.能量的形式及转化
太阳辐射能
热能
热能
动能
植物呼吸 动物呼吸 动物运动
势能
有机物化学能
有机物化学能 动物登高
有机物
光合
取食
动物取食 化学能
作用
动物发光
动物放电
光能
动物发声
电能
声能
生态系统中的能量形式及转换
3.生态系统的能源
太阳能
辅助能
自然辅助能 人工辅助能
生物辅助能 工业辅助能
太阳能
除太阳辐射能以外， 其它进入系统的任何形式 的能量。
农业生态学3农业生态系统能流
第三章 农业生态系统的功能—能流
一、能量流动的基本原理 二、能量流动过程 三、能流模型及能流分析 四、能流与生态系统生产力
一、 能量流动的基本原理
1.能量的概念
力学定义能量是：物体做功能力的量度。 物体对外界作了功，物体的能量要减少；反过来， 若外界对物体作了功，物体的能量就要增加。如某 些动物搬运食物，则动物对外界作了功，体内的化 学能减少。 生态系统中各组分的存在、变化及其发展，都与 能量息息相关，遵循一定的能量变化规律。
工业设计生态学课件 物质与能量的流动 工业代谢分析
第一节 物质与能量的流动
一 自然生态系统中物质与能量的流动
2 几种重要物质的循环流动
E 硫循环 (3)火山爆发；硫转化为硫化氢，硫化氢释放到大气中。 (4)化石燃料燃烧：硫氧化为二氧化硫．二氧化硫释放 到大气中。
第一节 物质与能量的流动
一 自然生态系统中物质与能量的流动
2 几种重要物质的循环流动
第一节 物质与能量的流动
一 自然生态系统中物质与能量的流动
1 自然生态系统中的物质流动
自然生态系统中的物质流动有以下几种形式。 (1)生物地球化学循环：在自然生态系统中物质 的流动，采用生物学模型——生物地球化学循环。各种 化学元素在不同层次、不同大小的生态系统内乃至生物 圈里．沿着特定的途径从环境到生物体，又从生物体再 回归到环境．不断地进行着流动和循环的过程。
一 自然生态系统中物质与能量的流动
2 几种重要物质的循环流动
F 有毒物质的循环 它们进人生态系统的途径也是多种多样的，有些被人们 直接抛弃到环境中，有的通过冶炼、加工制造、化学品 的贮存与运输以及日常生活、农事操作等过程而进人生 态系统、如图3-6所示。
第一节 物质与能量的流动
一 自然生态系统中物质与能量的流动
第一节 物质与能量的流动
一 自然生态系统中物质与能量的流动
2 几种重要物质的循环流动
C 水循环
第一节 物质与能量的流动
一 自然生态系统中物质与能量的流动
2 几种重要物质的循环流动
C 水循环 地球的海洋、冰川、湖泊、河流、土壤和大气中含 有大量的水。海洋咸水约占总水量的97％，陆地、大气 和海洋中的水，形成了一个水循环系统。水在生物圈的 循环、可以看作是从水域开始，再回到水域而终止。
第一节 物质与能量的流动
第三章物质流分析与能流分析
第三章物质流分析与能流分析
物质流分析（Material Flow Analysis，简称MFA）和能流分析（Energy Flow Analysis，简称EFA）是两种常用的分析工具，用于揭示物质和能量在社会经济系统中的流动和转换情况，帮助人们了解和评估资源利用的效率和环境影响。
能流分析是指对能量在系统中的流动和转换进行研究。
能源是人类生活和经济运行的基础，而能源的合理利用对于可持续发展至关重要。
能流分析的研究对象包括能源的产生、供给、转换和消耗。
通过追踪能源的流动和转化过程，人们可以评估能源的利用效率，寻找能源的替代品和节能措施，减少能源的消耗和对环境的影响。
例如，对于交通运输领域的能流分析可以帮助人们找到节能减排的途径，推动可持续交通的发展。
物质流分析和能流分析在工业生产、城市规划、环境管理等领域有着广泛的应用。
它们不仅可以用来评估现有系统的性能，还可以用来优化系统的设计和运营。
例如，在工业生产中，可以通过物质流分析找到资源浪费和环境负荷最大的环节，并采取相应的管理措施，提高资源的利用率和生产效率。
在城市规划中，可以通过能流分析评估城市能源的供需关系和环境影响，制定可持续发展的规划和政策。
总之，物质流分析和能流分析是两个重要的分析工具，可以帮助人们了解和评估资源利用的效率和环境影响。
通过综合运用这两种分析方法，可以为实现可持续发展提供科学依据和技术支持。
物质流分析的两种方法及应用
Ｎ ＯＮ－ Ｅ ＯＵＳ ＭＥ Ａ ＳＲＥ ＹＣ Ｉ ＧＡ Ｔ ＬＺ ＴＩ ２ ０ — Ｆ ＲＲ Ｔ Ｌ Ｃ ＬＮ ＮＤ Ｕ Ｉ ＩＡ ＯＮ， ６ ２ ０
“ 物流 分析 ”代替 “ 物质 流 分析 ” 成 分 、物理 性质等都 在 不断 变化。 净 增 值 。 ， 除非有特 殊说 明 。
二 、物流 的 研究 方法 物 料 的流 动 与 流 体 的流 动 有 察 ，才是 可行的 ：④ 通常都是进行 数 量 的该种 产品 ，作 为观察 对象 。 相 同 的基 本特征 一一 流动 。 因此 ， 比较 宏 观 的 物流 分析 ，物流 量 较 然 后 ，沿 着 这 些产 品生 命 周 期 的 回 顾 关 于 流 体 流 动 的研 究 方法 ， 大 。所 以选定 的 观察 对 象 的 总量 轨迹 ，对它进行观察 。生命周期中 各阶段 流入 和流 出 的有关 物质量 ， 对理 解 物 料流 动 的研 究 方 法 ，会 也 较 大。
第 二种 ，为 了研究某种 产品生 所 以 ，只 有 针对 其 中的某 一 种 物 质 （元素 或稳 定 化 舍 物 ） 行 观 命 周 期 中 的 物流 状 况 ，选 定 一 定 进
有所裨 益 。
选定一个空 间点 ，作观察 点 ，观察 命 周 期 中 的物流 状 况 ，选 定 物流 对选 定 的那 些 物 料 对 象 ，进行 跟 各 瞬 间流 过 这 个 空 间点 流 体 的 物 中的一个区间 ，作 为观察 区 ，观察 踪观察。跟踪 的行程 ，至少要从某
第三章农业生态系统能量流
食物链是生态系统内生物与生物之间相互联系的一 种主要形式，是物质循环和能量流动的主要路径。
二、食物链的种类
按性质不同分为四类： （1）捕食食物链（又称草牧食物链 gazing food chain）：
食物网本质上是生态系统中有机体之间一系列反复 的吃与被吃的相互关系。
营养结构：以营养为纽带，把生物与生物、生物与 环境紧密联系起来的结构。
四、农业生态系统食物链加环
（一）食物链加环的作用
在原有食物链中通过加入新的链环，延长 或完善食物链组合，改变农业生态系统的结构， 具有很好的效益。其作用表现在：
均朝着熵值增加的方向进行。 （2）开放系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的
任何过程，均使系统与环境熵值之和增加。
四、耗散结构理论
1.耗散结构(dissipative structure)：开放系统在远离平衡态的 非平衡状态下，系统可能出现的一种稳定的有序结构。 (Prigogine)
2.耗散结构理论：一个远离平衡态的开放系统，通过与外界 进行物质与能量的不断交换，就能克服混乱状态，维持稳定 状态，并且不断提高系统的有序性，使系统的熵减少。
R 呼吸
枯死、采食
总生产量Pg 量B
净生产量 Pn
现存
2、 地球生物圈主要生态系统初级生产力
据H.Whittaker（1975）计算，地球的初级生 产量为：（单位：×109吨）
兼具两种以上的功能环节。
如：稻田养鱼、鸭，即有减耗的作用（鱼鸭以水稻害 虫为食，减轻虫害危害，鱼、鸭粪肥又可肥田）， 又可生产鱼、蛋产品。
05物质流分析 (2)
物质流分析-SFA
2、建立数据清单和分析模型
（2）静态模拟 通过一系列数学方程来反映不同过程中输入和输出流
之间的关系： 静态模型详细说明了物质储存和流动之间的关系，使决策 者找出污染问题的根源。 静态模型能够评估所采取措施的有效性。整个物质流动网 络被转换成一个个独立的方程，须详细说明不同储存和物 质流过程之间的关系。过程的特性参数可以作为这些方程 的系数，例如排放系数、转化输出、分配系数等。在静态 模型中质量守恒原则仍然适用。
物质流分析-SFA
SFA基于投入产出分析，着重于环境流的分 析，有时也称为环境投入产出分析。
SFA主要分析的是一些与特定环境影响相关的物 质，如重金属、氮元素、碳元素、氯以及能源物质 等等。 核心是物质平衡理论，依据这个理论可以发现那 些潜在的或预料不到的物质流和排放物。 SFA有静态和动态之分，静态SFA模型可以评估污 染问题的起源，还可以评估在经济系统材料管理中 一定变化的影响；动态SFA 模型则可以评价将来排 放的发展趋势和废物的产生。
类的经济系统是自然生态系统的子系统。
物质流分析的概念及发展
经济系统中的物质与能量流动与生态系统中 的物质和能量流动相类似，但具有以下特性： 1. 经济系统与生态系统之间的物质交换量大 而迅速；
2. 经济子系统内部物质流动迅速；
3. 经济子系统内物质利用率低。
物质流分析的概念及发展
物质流分析是指在一定时空范围内关于特定系 统的物质流动和贮存的系统性分析。主要涉及 的是物质流动的源、路径及汇
物质 经济活动 (1) 社会子系统，也称为经济子系统或技术圈。这个子系统包 括可以人为控制的物质储存和流动。 锌工业、钢铁工业、镉生产和加工业（镉合金和电镀业）、
电力产业、磷工业、种植业、食品业、饲料生产业、畜牧业、 (2)环境子系统，也称为生物圈，这个子系统包括环境系统中 镉 铜工业、铅工业、水泥业、运输业、石油化工业、家政服务、 的物质储存和流动。 废物处理、废物焚烧、废水处理、废料回收 另外也可以将这两个子系统进一步划分，例如环境子系统可 印染业、钢铁业、木材保护行业、电力产业、磷工业、种植
物质流
物质流分析(重定向自Substance Flow Analysis)物质流分析(Substance Flow Analysis，SFA)什么是物质流分析[1]物质流分析是在一个国家或地区范围内，对特定的某种物质进行工业代谢研究的有效手段，它向我们展示了某种元素在该地区的流动模式，可以用来评估元素生命周期中的各个过程对环境产生的影响。
由于工业代谢是原料和能源在转变为最终产品和废物的过程中，相互关联的一系列物质变化的总称，所以物质流分析的任务是弄清楚与这些物质变化有关的各股物流的情况，以及它们之间的相互关系，其目的是从中找到节省自然资源、改善环境的途径，以推动工业系统向可持续发展的方向转化。
物质流分析研究因其强烈的政策导向和对政策的指导意义而受到国际上的关注，通过物质流分析，可以控制有毒有害物质的投入和流向，分析物质流的使用总量和使用强度，为环境政策提供新的方法和视角，为决策者在资源和环境方面决策提供参考。
[编辑]物质流分析的发展历程物质流分析方法作为研究经济活动中物质资源新陈代谢的一种方法，其基本思想的发端可以追溯到100多年以前，而其概念则出现于20世纪不同年代的各个研究领域。
在经济学领域，Leontief在20世纪30年代就推出了输入——输出平衡表。
第一个基于经济学观点的国家物质流分析发表于1969年。
第一个关于资源保护和环境管理的研究出现于20世纪70年代。
而这两个最初应用的领域是：①城市新陈代谢(Metabolismof Cities)；②流域或城市区域的污染物迁移路径分析(Anal．ysisof Pollutant Pathways)。
20世纪七八十年代，物质平衡(Physical Bal．ance)、工业代谢(Industrial Metabolism)等理论的提出和完善，为物质流分析方法应用于整个经济系统的研究奠定了基础。
20世纪七八十年代初，奥地利、日本和德国首先应用物质流分析方法对各自国家经济系统的自然资源和物质的流动状况进行了分析，从而揭开了经济系统物质流分析方法在世界范围广泛应用的序幕。
物质流分析简介及其应用研究PPT课件
时间边界：选择范围是九五和十五规划期间
（1995~2004） 2.7.2数据来源
资源投入及中间消耗的数据来源于天津市统计
年鉴。污染物排放数据来源于天津市历年环境质
量报告。农作物进出口数据取自中国农业年鉴。 土石方数据取自中国水利年鉴。
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2、SFA基本方法体系
2.1基本组成要素：
（1）物质：特定的化学元素或化合物、特定物质 或材料
（2）过程：指物质在系统中的转化、输送或储存 （3）流：系统内的每一个过程都有一个输入流端
和输出流端，用流量和流速来表征物质流的强度 和速度，但在一般的SFA研究中，关注的是特定 时期内的“流量”，而不涉及流速。
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2.7.4物质输出 物质输出主要包括排放到环境中的大气污染物、
水污染物、固体废弃物和耗散性物质（农药化肥、 农家肥）
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2.7.5总物质消耗
总物质消耗可以用来衡量区域内生产和消费活动 所需的总物质量。
总物质消耗=物质需求总量-出口-出口物质的隐藏 流
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影响的物质流。这类物质虽然未进入经济系统， 没有体现在GDP中，但其产生的数量巨大且环境 负面影响显著。
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天津市物质需求增长缓慢，平均年增长0.263亿吨。
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天津经济的发展较大的依赖了进口资源，从近
几年的数据看，进口物质与直接物质输入的比例 在逐渐下降，说明了天津市在发展经济的同时， 加大了对本地资源的开发利用。
物质流分析（SFA）及其应用研究
能流分析
4、经济指标/净能量产出率
净能量产出率指系统产出能量与经济反馈 （输入）能量之比。反馈能量来自人类社会经 济，包括燃料和各种生产资料及人类劳务。 计算公式： 净能量产出率＝反馈能量/产出能量 净能量产出率
4、环指标/环境负载率
环境负载率是指系统中不可更新能源投 入总量与可更新能源投入总量之比 环境 入总量与可更新能源投入总量之比。环境 负载率越高，说明经济活动对环境的扰动 相对也越大。 相对也越大 计算 计算公式： 环境负载率＝不可更新能源投入量/可更新 环境负载率 能源投入量
能源自给率指某一国家/区域的本地能源输 入与国外或外地输入能源之比。 入与国外或外地输入能源之比 计算公式： 能源自给率＝本地能源产生量/能源消耗总量 能源自给率 ×100%
4、经济指标/能流密度
能流密度指某一国家或区域能流总消费量与 该国家或区域的面积之比，单位是sej/(m2.a)。 计算公式： 能流密度＝能源消耗量/区域土地面积 能流密度
4、环境指标/污染物贡献率
污染物贡献率是指使用化石能源等产生的 污染物与区域该污染物排放总量之间的比值。 污染物与区域该污染物排放总量之间的比值 计算公式： 污染物贡献率＝能源污染物/区域污染物总量 污染物贡献率
4、强度效率指标/能源转换效率
能源转换效率指一定时期内能源经过加工、 转换后 产出的各种能源产品的数量与同期 转换后，产出的各种能源产品的数量与同期 内投入加工转换的各种能源数量的比率。 计算公式： 能源转换效率＝能源加工 转换产出量/能源 能源转换效率＝能源加工、转换产出量/能源 能源转换效率 加工、转换投入量×100%
4、强度效率指标/能源消耗强度
能源消耗强度是指一个国家或地区的人均 能源使 量 是评价 能源使用量，是评价人民生活水平的指标。 生活水平 指标 计算公式： 能源消耗强度＝能源消耗量/人口数 能源消耗强度
第三章 物质流分析与能流分析
产业生态学大连理工大学环境学院2013年02月主要内容课程介绍——导论产业生态学基础—概念、理论产业生态学技术与方法——LCA技术与方法—物质流分析、为环境而设计产业生态学实践—绿色化学产业生态学实践—清洁生产、生态产业园产业生态学管理与政策第三章物质流分析与能流分析1.物质流分析及其理论基础2.基于通量的物质流分析（MFA）3.基于单一物质的物质流分析（SFA）4.能流分析1、概述：人们逐渐认识到经济活动中物质流动与自然环境有着紧密的关联，物质流分析主要研究物质的流动规律及其对环境产生的影响。
有很多种不同的研究方法，但最终目的都是为了维持产业代谢的可持续性。
自然生态系统能量物质经济系统分析类型Ⅰ-基于通量的Ⅱ-基于单一物质的（元素）基本策略毒性降低和污染减少物质减量化和生态重组主要研究对象在一定企业、部门或在某一个国家内，与单位物质或原料流动相关的特定环境问题（物质如Cd 、Cl 、CO 2、CFCs 等，原料如木材、煤、生物质等）与物质或原料流动的数量和结构相关的环境不可持续性问题基于环境可持续性的物质流分析类型MFASFASFA：主要研究物质向环境排放的主要途径以及与之相关的过程，研究产业系统内部的物质存储、流动以及这些物质在环境中的最终浓度等。
1研究重金属等有害物质的流动——可能导致重大环境问题（如食物链累积）3研究碳的流动——它与全球变暖有关2研究营养物质的流动——它们是造成水体富营养化的主要物质4研究能源物质、塑料、木材、生物质以及金属等流动——它们会产生一定的环境影响重金属营养物质碳其它MFA：主要研究特定经济部门或区域的物质流数量和结构是否可持续。
如对建筑业的物质或原料流动的研究；对城市、区域甚至国家层次经济系统中部分物质流以及物质需求总量等的研究通过这些研究可以得到一些环境压力指标，并以此来描述区域代谢的结构特征图：城市区域总体物质流分析和平衡无数水流和其它物质流或者以循环的方式被利用，或者离开城市，亦即被排放掉海水资源流动模型理论基础物质流分析与能流分析|物质流分析的理论基础经济系统的物质流分析来源于对社会经济系统中物质和能量的输入和输出进行分析质量平衡定律：物质输入量=物质输出量+物质储存量：消费——“效用”生命周期评价（LCA）：基于LCA的物质流分析主要适用于对生物质或非生物质原材料以及初加工产品的研究。
物质流分析方法及应用研究
农产品
谷类、茎类、油类、须根类作物、蔬菜、水果、坚果、其它作物等
农副产品
用作饲料的农作物残余、具有经济价值的麦杆等
林业生物质 生物物质
牧草产量
木材、除木材外的其它原材料（药材等） 永久性牧场、其它草场（包括高山草场）的产量
渔业生物量 海洋鱼类捕获量、淡水鱼产量、其它的水生哺乳动物等
其它生物量 蜂蜜、采集野生生物、狩猎等
其它产品 生物及非生物产品、其它
出口物品的包装物质
输出到区域外部进行处置或填埋的废弃物
燃烧过程中产生的水
产品生产过程中产生的水
人和牲畜代谢过程中产生的CO2和水 具体分类与表1的分类相同
出口物质的隐藏流 与进口物质的隐藏流分类相同
指标分类
物质输入指标 物质输出指标 物质消耗指标 强度和效率指标
表3 物质流主要分析指标
3、物质流分析的理论及分析方法
3.2.2 物质流分析的框架
输 入
本地开采 ●化石能源 z矿物 z生物质
本地开采产 生的隐藏流
进口
经济系统
物质存储（存量净增长）
物质流通（每年）
输出
环境输出： ●大气污染物 z固体废弃物 z水污染物
z耗散性物质
本地开采产生的隐藏流
出口
与进口相关的 隐藏流
回收
与出口相关的 隐藏流
进口物质输入 直接物质输入
1995
4.894
1.418
1996
4.627
1.609
1997
4.748
1.794
1998
4.779
1.889
1999
4.737
2.01
2000
4.788
烧结过程物质流和能量流分析
收稿日期:2006-12-12 联系人:胡长庆(063009)河北唐山河北理工大学冶金与能源学院基金项目:国家自然科学基金重点项目(No .50334020)烧结过程物质流和能量流分析胡长庆1 张玉柱1 张春霞2(1.河北理工大学冶金与能源学院 2.钢铁研究总院冶金过程工程与环境工程技术中心) 摘 要 采用物质流和能量流分析方法,提出了铁矿粉烧结过程物质流分析的核心问题,对铁素流、碳素流和硫素流的物理化学状态变化、耗散过程及其影响因素等进行了分析。
研究表明:烧结工序铁素流变化主要是矿物形态、结构和冶金性能等的转化;固体燃料是碳素流输入的主要形式,而CO 2则是碳素流输出的主要形式;烧结过程具有脱硫功能,是气化脱硫过程,烟气中SO 2排放是硫素流输出的主要形式,应注意,烧结工序是钢铁制造流程主要的SO 2排放源。
关键词 烧结 物质与能量流分析 节能 SO 2排放 烧结是我国铁矿粉造块的主导生产工艺,是整个钢铁生产流程中重要的一环。
烧结工序的物料处理量在钢铁联合企业中处于第二位,仅次于高炉炼铁,而能源消耗也仅次于炼铁及轧钢而居第三位,是现代钢铁制造流程中物质流、能量流流通量最大的工序之一。
研究烧结过程的物质流、能量流将有利于提高资源、能源利用效率,降低环境负荷,并进一步促进钢铁工业实现生态化转型和可持续发展。
1 研究方法和研究内容1.1 物质流分析方法物质流分析(M aterial Flow Analysis )是在给定的时空系统内对物质流动与储存规律进行评价的一种系统分析方法,现已广泛应用于许多领域,如工业生态学、环境管理与保护、资源管理和废弃物管理,还是生命周期评价、生态平衡、环境影响等研究的基础[1]。
物质流分析是以物质守恒定律为基础,通过对特定系统内的投入与产出进行平衡分析,来描述和模拟系统内物质流动状态和过程,揭示系统行为,从而全面了解物质来源、路径、中间储存和最终散失的信息,以便更好地理解、设计和控制人类社会中的物质。
污水处理中的物质流与能量流分析
汇报人：可编辑 2024-01-05
目录
• 引言 • 物质流分析 • 能量流分析 • 物质流与能量流的关联性 • 案例分析 • 结论与展望
01 引言
目的和背景
污水处理是环境保护的重要环节，通 过对污水处理过程中的物质流与能量 流进行分析，有助于提高污水处理效 率，降低能耗，减少对环境的影响。
05 案例分析
某污水处理厂的物质流分析
输入物质
污水中的主要物质包括有机物、 氮、磷、悬浮物等，这些物质在 进入污水处理厂时被计量和检测
。
处理过程
在污水处理过程中，各种处理单 元如沉砂池、初沉池、曝气池、 二沉池等对不同物质进行去除和 转化，形成中间产物和最终产物
。
输出物质
经过处理后，主要的输出物质包 括处理出水、污泥和二氧化碳气 体等，这些物质的浓度和量在处
有利于推动污水处理行业的可持续发展，为建设 资源节约型和环境友好型社会做出贡献。
02 物质流分析
污水中的主要物质
有机物
污水中的有机物主要包括碳水化合物 、蛋白质、油脂等，这些物质来源于 人类和动物的排泄物、工业废水等。
无机物
无机物主要包括氮、磷、钾等营养元 素，以及重金属离子、酸碱物质等， 这些物质可能来源于工业废水、农业 排放等。
物质流入与流
流入
污水中的物质主要通过城市污水管道、工业废水排放等方式流入污水处理厂。
流出
经过污水处理厂的生物处理、物理处理和化学处理等工艺，大部分物质被去除 并转化为污泥、水等产物流出。
物质循环与利用
循环
污水处理过程中，部分物质在微生物 的作用下进行循环利用，如氮、磷等 营养元素在生物反应器中循环利用， 减少添加量。
能流分析的名词解释
能流分析的名词解释能流分析，也称为能源流分析或物质流分析，是一种用于研究和评估能源和物质在社会经济系统中的流动和转换过程的方法。
它通过追踪和量化能源和物质的来源、转化和去向，揭示了能源和物质在人类活动中的消耗和排放，并为制定可持续发展策略提供了决策依据。
能流分析的基础是物质和能量守恒定律，即能量和物质在系统中的总输入等于总输出。
通过对能源和物质的流动进行追踪，能流分析能够识别和量化能源和物质的浪费、损失以及环境影响，从而为资源的合理利用和环境的保护提供了依据。
一、能流分析的基本概念能流分析关注的是能源和物质在系统内外的流动和转化。
在能流分析中，能量和物质是以“输入”和“输出”的形式进行考虑的。
输入是指系统从外界获取的能量和物质，输出是指系统向外界释放的能量和物质。
通过对输入和输出进行量化和追踪，能流分析可以获得系统内部的能量和物质转化情况，同时也能够了解系统对环境产生的影响。
能流分析通常包括能源流和物质流两个方面。
能源流分析主要研究能源在社会经济系统中的流动和转换过程，包括化石燃料、电力、热能等能源形式的使用和转化。
物质流分析则关注物质的流动和转换，包括原材料、产品、废弃物等物质在生产和消费过程中的循环利用和排放。
二、能流分析的应用领域1. 能源政策制定：能流分析可以为能源政策制定提供决策支持，评估各种能源形式的消耗量、转化效率以及对环境的影响，在制定能源结构调整和转型发展战略时具有重要意义。
2. 环境保护与资源管理：能流分析可以揭示能源和物质的浪费和损失情况，为资源的合理利用和循环经济发展提供科学依据。
通过分析能源和物质的去向，可以评估和改进生产和消费的环境影响，减少排放和废弃物的数量。
3. 产业和企业评估：能流分析可以帮助企业评估能源和物质的使用效率，减少资源消耗和成本，提高企业的竞争力。
通过对整个产业链的能流分析，还可以识别和改进复杂供应链中的环境风险和瓶颈。
4. 城市规划和建筑设计：能流分析可以为城市规划和建筑设计提供决策支持，评估城市能源和物质的需求、供应和效率，促进可持续城市和绿色建筑的发展。
轨道交通工程全流程物质及能量流分析
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物质流分析简介及其应用研究-课件【PPT讲稿】16页PPT
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露
凝
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游
氛
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天
高
风
景
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7、翩翩新 来燕，双双入我庐 ，先巢故尚在，相 将还旧居。
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吁
嗟
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后
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若
浮
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9、 陶渊 明（ 约 365年 —427年 ），字 元亮， （又 一说名 潜，字 渊明 ）号五 柳先生 ，私 谥“靖 节”， 东晋 末期南 朝宋初 期诗 人、文 学家、 辞赋 家、散
文 家 。汉 族 ，东 晋 浔阳 柴桑 人 （今 江西 九江 ） 。曾 做过 几 年小 官， 后辞 官 回家 ，从 此 隐居 ，田 园生 活 是陶 渊明 诗 的主 要题 材， 相 关作 品有 《饮 酒 》 、 《 归 园 田 居 》 、 《 桃花 源 记 》 、 《 五 柳先 生 传 》 、 《 归 去来 兮 辞 》 等 。
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46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
《工业生态学》第三章 物质流分析
总物流分析的基本原理----“黑箱原理”
2019/7/12
Hale Waihona Puke 3.2 总物流分析的基本原理和模型
质量平衡定律
经济-环境系统
物质流 能量流
自然环境
社会经济系统 物质流
能量流
社会经济系统被看做是自然环境系统中的一个具有代谢功能 的有机体，该有机体对自然环境的影响可以用其代谢能力(即 该有机体从自然环境中摄取的以及排放到自然环境中的物质 量)来衡量。
投入平衡项和支 出平衡项：维持 物质平衡所必需 的物流。例如： 总物流分析中不 包含对空气利用 量的核算，但在 化石燃料燃烧过 程中需要消耗氧 气，从而支出端 的二氧化碳排放。 这时需要在投入 端加入氧气的消 耗量作为平衡项。
3.4 来，称一称我们的重量
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我国从其他国家进口 了7.3亿吨货物，其 中比重比较大的是原 材料和矿物质。
工业生态学的系统观
第三章 物质流分析
3.1 一个医学实验的启迪 3.2 总物流模型的基本原理和模型 3.3 如何开展总物流分析工作？ 3.4 来，称一称我们的重量
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总物流分析是采用重量作为单位，即测量和度量的是一个国 家或地区所消耗的资源总量和排放的废物总量。形象地说， 通过它，我们可以测量一个国家或地区的体重。
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数据收集的注意事项和原则
（3）数据单位一致性原则 在数据收集过程中，需要统一的重量单位来
度量所获得的数据，如吨、万吨、亿吨等。 如果所获得的数据不是以重量单位来表示， 则需要通过有关的系数对其进行转化。如木 材的统一单位一般为立方米，这时需要对其 乘上木材的密度将其转化为重量单位。
Hysys物质流与能量流
Hysys物质流与能量流1.1 物质流特性物质流用于模拟物质进出模拟边界和通过操作单元。
用户必须定义物质流的属性与组成，这样hysys才能求解物质流。
物质流特性视图包括三个按键，在相关的页面中允许用户定义参数、查看属性、明确动态信息。
这三个按键分别是： Worksheet Attachments Dynamics物质流图标为：下图为一个模拟实例中的物质流如果你想从流程图现有物质流中拷贝特性与组分，则点击Define from Other Stream按钮。
将会出现Spec Stream As视图，其中允许用户选择所要拷贝的流特性或者组分。
下图为物质流worksheet图标中的上下游操作图标：其中向左的绿箭头是观察上游操作的图标。
向右的绿箭头是观察下游操作的图标。
如果对象物质流上下游是有操作的，点击左右箭头图标物质流上下游最近的操作的特性视图。
如果物质流上下游没有连接操作，点击箭头图标则会打开Feeder Block视图（左向箭头）或Product Block视图（右向箭头）。
1.1.1 worksheet按键Worksheet按钮共有七页，显示了与物质流特性有关的信息： 条件 特性 组分 K值 电解（此项只在物质流属于电解系统时才会出现） 用户变量 注释下面分别介绍worksheet按键下的七个页面条件页面条件页面显示了所有预设的物质流信息，这些信息同时也在Workbook视图中Material Streams页面上有所显示。
Workbook视图就是菜单栏上的图标，Material Streams页面如下图所示：Hysys在此显示如下参数的名称与当前值： 物质流名称 气向分数 温度 压力 莫尔流量 质量流量 理想状态下标准液体莫尔流量 莫尔焓 莫尔熵 热流量 标准条件下液体体积流量 求解所使用的流体包Hysys会使用自由度结合内置算法自动进行蒸发计算，为了能使物质流计算顺利完成，用户必须确定如下信息（这些信息由用户确定或者来自其他流程计算的结果）： 物质流组分如下特性中的两个也必须被确定，至少一个确定值应该为温度或者压力： 温度 气相份数 熵 焓如果用户确定了气相份数为0或者1，则物质流被认为处于泡点或者说是处于露点。
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——数据来源 国家及地方政府统计年鉴 林业统计和核算账户 农业统计 工业/产品统计（化石燃料、原矿、工业及建筑矿物开采等） 对外贸易的统计（进口、出口） 供应-使用表 输入-输出表 估算（如基于化石燃料燃烧的空气输入的估计） 对极少数难以获取的缺失数据可采用数学插值估算得到
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MFA|分析方法
三、物质输出的数据来源和方法
物质输出主要包括排放到空气、水、土地填埋场的废物、产 品的耗费及耗散性损失、未使用的区域内开采及出口等。 物质输出的数据来源包括：政府统计年鉴、环境统计年鉴、 能源统计年鉴、经济貌似统计年鉴等，部分需要估算获得。 一般来说，各单元的物质总输出总和并不等于总体的物质总 输出。
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MFA|分析方法
一、物质输入-输出核算原则
——部分物质重量换算系数
物质名称 平板玻璃 圆木（针叶） 圆木（阔叶） 纸浆木 体积 重量箱 1m3 1m3 1m3 0.05t 0.65t 0.975t 0.5t 质量 玻璃论坛 备注
胶合板 天然气
1m3 1Nm3
0.65t 0.7174kg 状态0º C，101.325kPa
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研究碳的流动 ——它与全球 变暖有关
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研究能源物质 、塑料、木材 、生物质以及 金属等流动 ——它们会产 生一定的环境 影响
重金属
营养物质
碳
其它
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物质流分析与能流分析|物质流分析 MFA：主要研究 特定经济部门或区域的物质流数量和结构是否可持续。
如对建筑业的物质或原料流动的研究； 对城市、区域甚至国家层次经济系统中部分物质流以及物质需求总量等的 研究
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MFA|物质流分析的主要指标
物质生产力代表了一个国家或地区的资源利用效率的高低。
作为物质流分析的衍生指标，物质消耗强度、物质生产力、环境 效率等有助于分析经济系统与自然环境之间的关系，最终为提高 经济系统的资源生产效率和降低资源消耗强度，揭示经济系统物 质结构的组成和变化情况，并为实现去物质化和社会、经济、环 境的可持续发展奠定理论基础。 物质流分析指标可以表述一个国家或地区的资源投入、贮存、 回收、废弃物产生及再生利用的情况，并在物质流分析框架基础 上，建立循环经济及可持续发展的评价指标体系。
2. 基于通量的物质流分析（MFA） 3. 基于单一物质的物质流分析（SFA） 4. 能流分析
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物质流分析与能流分析|物质流分析 1、概述：人们逐渐认识到经济活动中物质流动与自然环境有着 紧密的关联，物质流分析主要研究物质的流动规律及其对环境产 生的影响。有很多种不同的研究方法，但最终目的都是为了维持 产业代谢的可持续性。
通过这些研究可以得到一些环境压力指标，并以此来描述区域 代谢的结构特征
图：城市区域总体 物质流分析和平衡 无数水流和其它物 质流或者以循环的 方式被利用，或者 离开城市，亦即被 排放掉 8
物质流分析与能流分析|物质流分析
海水资源流动模型
海水分析化学 - 有机物分析（总有机碳、总有机氮、总有机磷等）
向周围环境的输出（OTE）：进入国家或区域内自然环境的
所有物质流动，包括生产或消费过程中或之后的物质输出。
非直接流和隐藏流（IF&HF）：UDE——区域内隐藏流DHF，
进口和出口的非直接流——国外隐藏流（FHF）；隐藏流系数 HFC——隐藏流与其自身重量的比值。煤18.62；金：666666.67 12 ；砂石0.02
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MFA|软件平台 Excel Umberto GaBi SimaPro
Umberto软件由海德堡公司能源与环境研究所与汉堡公司环境信息学研究所联合开发， 最初应用于1994年。Umberto 这款专业工具用于基于计算机的物料和能流分析，包括综 合成本会计、生命周期评估和碳足迹（carbon footprinting），侧重于宏观的物质流分析。 该软件以功能强大的数据库为基础，通过构建物流网络模型的方式对能源和材料流动过 程中的数据信息进行分析和管理。 Umberto 软件构建的物流网络中，通过物质和能源流描述能源以及各种材料进入系统， 在系统内部流动和转换，最终流出系统等一系列过程。网络结构由多种不同定义的元素 及图形符号组成。利用数学语言对这些图形符号进行定义并根据各种关系组成的网络结 构就能进一步直观的描述物质流动的情况。 /en/
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MFA|物质流分析的主要指标 物质库存的净增量反映了一个国家或地区的物质财富增长水平。 而在物质库存的增长量中，循环利用及废弃物质的资源化回收利 用有多少贡献，目前国内外对此都还未有系统的研究。——一方 面增加物质库存的净增量，另一方面改善其增量的组成结构和循
环利用的比例，对于建设循环型社会具有重要的战略价值。
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MFA|研究框架
——物质输出端： 由出口物质、区域内物质输出和区域内隐藏流三部分组成。
其中，区域内物质输出：由经济系统排出的固体废弃物、废 水、废气组成。
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MFA|物质流分析的主要指标
——物质流分析方法为制定区域可持续发展及循环经 济战略提供了可以量化的依据，并为可持续发展评价 指标的建立提供了一种新的思路和方法。 ——在对经济系统进行物质流分析的基础上，可以得 到输入指标、输出指标、消耗指标、平衡指标、强度 和效率指标、综合指标六大类共十多个物质流分析指
MFA|物质分类 参照欧盟统计局制定的《物质流分析手册》
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输 入 物 质 分 类 指 标
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输 出 物 质 分 类 指 标
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MFA|物质流数据来源 分析区域的物质流数据可以从以下途径获取
通过规范的统计年鉴、环境质量报告书或网络统计数 据库等：可以获取直接物质输入和直接物质输出等指 标数据 已被学术界认可的研究成果，如我国目前对物质隐藏 流系数的先关研究很少，可以参考国外的物质隐藏流 系数。 国家权威机构公布的研究报告，如国土资源部提供的 水土流失遥感普查数据等。
理论基础
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物质流分析与能流分析|物质流分析的理论基础 经济系统的物质流分析来源于对社会经济系统中物质和能量的输 入和输出进行分析
质量平衡定律：物质输入量=物质输出量+物质储存量：消费——“效用”
生命周期评价（LCA）：基于LCA的物质流分析主要适用于对生物质或非生物 质原材料以及初加工产品的研究。
研究框架
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MFA|研究框架 从研究层次上划分，MFA包括经济系统物质流分析、产业部门 物质流分析和产品LCA3个层次。 以质量守恒定律为基本依据，将通过经济系统、产业部门和企 业的物质分为输入、贮存和输出三大部分，通过研究三者的关系， 跟踪、定位物质利用及迁移、转化途径。
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MFA|研究框架
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MFA|物质流分类 直接物质输入：参照欧盟统计局制定的《物质流分析手册》
直接物质输入（DMI）：进入经济系统以供生产和消费的所
有固体、液体和气态物质，包括区域内原材料开采和进口两部分
未使用的区域内开采（UDE）：在区域内资源开采过程或国
内有目的的物质移动过程中由于没有用途或不适于使用而未进入 经济系统的物质
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MFA|分析方法
一、物质输入-输出核算原则
——各种能源与标准煤的换算系数
能源名称 原煤 洗精煤/t 其他洗煤/t 型煤/t 焦炭/t 焦炉煤气/m3 高炉煤气/m3 其他煤气/m3 天然气/m3 参考折标系数 （吨标煤） 0.7143 0.9000 0.2850 0.6000 0.9714 6.1430 1.2860 3.5701 12.1430 能源名称 原油/t 汽油/t 煤油/t 柴油/t 燃料油/t 液化石油气/t 炼厂干气/t 热力/百万kJ 电力/万kWh 参考折标系数 （吨标煤） 1.4286 1.4714 1.4714 1.4571 1.4286 1.7143 1.5714 0.0341 4.0400
经济系统
MFA
能量
物质
自然生态系统
SFA
基于环境可持续性的物质流分析类型 Ⅰ-基于通量的 毒性降低和污染减少
分析类型 基本策略 主要研究对象
Ⅱ-基于单一物质的（元素） 物质减量化和生态重组
在一定企业、部门或在某一个国家内， 与物质或原料流动的数量 与单位物质或原料流动相关的特定环 和结构相关的环境不可持 境问题（物质如Cd、Cl、CO2、CFCs 续性问题 等，原料如木材、煤、生物质等）
投入产出分析（IOA）：一种经济核算方法，研究经济体系中各个部分之间 投入与产出的相互依存关系的数量分析方法。 中间产品+最终产品+总产品（实物）
■货币投入产出表
■实物投入产出表
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第三章 物质流分析与能流分析
1. 物质流分析及其理论基础
2. 基于通量的物质流分析（MFA） 3. 基于单一物质的物质流分析（SFA） 4. 能流分析
标。
第一，有多少物质进出经济系统； 第二，这些物质是如何流动的，也就是 影响物质流动的因素和作用机理是什么。
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MFA|物质流分析的主要指标
物质流分
析指标分 类及其计 算公式
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MFA|物质流分析的主要指标
最重要的是区域内物质输入总量，人类对自然环境的最根本影响 是通过自然物质的输入产生的，并且每一种物质的输入必将带来 巨大的隐藏流或生态包袱，对当地的生态环境和资源造成了巨大 的破坏和消耗，而进口物质流的生态包袱被留在国外或研究区域 外，对当地自然环境并未产生直接影响。 用物质输入总量来度量一个国家或地区资源利用与自然生态的可 持续性比用物质需求总量表示要更准确 物质输入总量越小，自然资源和物质的动用就越少，生态系统为 人类提供服务的质量也就越好，经济系统运行的可持续性则越强； 反之，物质输入量越大，自然资源和物质的动用就越多，经济系 23 统运行的可持续性则越弱
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MFA|研究框架
——物质输入端： 直接物质输入：生物质、 固体非生物物质、水、空气 四大类。 隐藏流——生物包袱 （ecological rucksack）， 是指人类为获取直接物质输 入而必须动用的数量巨大的 环境物质，主要包括：