第三章 物质流分析与能流分析
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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
消耗量 C=A+FU
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。
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
个质 点 。 周 期 的 生产 、制 造 阶 段 以及部 分 向转化 。 西 方 发达 国 家 这 些 年 来 在 物 与研 究 流体 流 动 的两 种 方 法 使 用 阶段 。 这种 方法 称 为 物流 定 质 流 方 面做 了大 量 工作 。在 一 些 相 对 应 ，研 究 物 料 流动 也 同样 有 点观 察 法 。
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
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
2.营养级（trophic level）：食物链上的每一个食 性级。以符号T来表示，T1表示第一营养级，T2表示 第二营养级，T3……Tn余此类推。一般为4~5级。
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。
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。
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和方法
——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
31
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。
28
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
3
研究碳的流动 ——它与全球 变暖有关
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
5
6
7
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
3
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》
13
输 入 物 质 分 类 指 标
14
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。
17
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：
——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
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
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6
7
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
22
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：