环境保护第二章

第二节 清洁生产

出于工业生产规模的不断扩大，工业污染、资源锐减、生态环境破坏日趋严重。20世 纪70午代人们开始广泛地关注由于工业飞速发展带来的一系列环境问题，采取了一些措施 治理污染。一般采用的都是传统的末端治理方法。企业虽然在污染源排放口安置了治理污染 设施，但是常常因为人力的短缺和较高的操作管理成本影响设施的使用和治理效率，加之管 理的力度不够、执法不严导致一些废物直接排人环境。这样进行的环境保护污染治理工作投 入大量的人力、物力、财力，结果并不十分理想。此时，人们意识到仅单纯地依靠末端治 理已经不能有效地遏制住环境的恶化，不能从根本上解决工业污染问题。环境恶化的问题得 不到有效的解决，在相当大的程度上制约了经济的进一步发展。 高消耗是造成工业污染严重的主要原因之一，也是工业生产经济效益低下的一个至关重 要的因素。在工业生产过程中的原料、水、能源等过量使用导致的结果是产生更多的废物， 它们以水、气、渣的任何一种形式排放环境，到了一定的程度就会造成对环境的污染。若是 对废物进行末端处置，将要进行生产之外的投入，增加企业的生产成本。假如通过工业加工 过程的转化，原料中的所有组分都能够变成需要的产品，那么就不会有废物排出，也就达到 了原材料利用率的最佳化，达到经济效益和环境效益统一的目的。 走可持续发展道路就成为必然的，“清洁生产”是实施可持续发展战略的最佳模式。而 人类科学技术进步为解决环境污染、低消耗提供了新的技术手段，使”清洁生产”成为了现 实可能。

一、清洁生产的定义及内容

清沽生产(〔C1ean Production) 这一术语虽然直至1989年才由联合国环境规划署 (UNEP) 首次提出，但体现这—思想的概念早在20世纪70年代就已出现，如“污染预 防”、“废物最少化”、“清洁技术”、“源控制”等。 (一)清洁生产的定义

1989年，UNEP对清洁生产的概念定义如下：清洁生产是对工艺和产品不断运用一种 一体化的预防性环境战略，以减少其对人体和环境的风险。对于生产工艺，清洁生产包括节 约原材料和能源，消除有毒原材料，并在—切排放物和废物离开工艺之前，削减其数量和毒性。对于产品，战略重点是沿产品的整个寿命周期，即从原材料获取到产品的最终处置，减少其各种不利影响。

UNEP的定义将清洁生产上升为一种战略，该战略的作用对象为工艺和产品，其特点为持续性、预防性和一体化。该定义的基本要索可用图4—1来表示：

1．美国环保局的定义

污染预防和废物最小化都是美国环保局(EPA)提出的。美国对污染预防的定义为：“污染 预防是在可能的最大限度内减少生产场所产生的废物量。它包括通过源削减(源削减是指： 在进行再生利用、处理和处置以前，减少流入或释放到环境中的任何有害物质、污染物或污 染成分的数量；减少与这些有害物质、污染物或组分相关的对公众健康与环境的危害)．提 高能源效率，在生产中重复使用投入的原料．以及降低水消耗量来合理地利用资源。常用的 源削减方法是改变产品和改进工艺(包括设备与技术更新、工艺与流程更新、产品的重组与 设计更新、原材料的替代，以及促进生产的科学管理、维护、培训或仓储控制)。污染预防不包括废物的厂外再生利用、废物处理、废物的浓缩或稀释，以及减少其体积或有害性、毒性成分从一种环境介质转移到另一种环境介质中的活动。” 2．《中国21世纪议程》的定义

清洁生产是指既可满足人们的需要，又可合理地使用自然资源和能源，并保护环境的实 用生产方法和措施，其实质是一种物料和能耗最少的人类生产活动的规划和管理，将废物减 员化、资源化和无害化，或消灭于生产过程之中。同时对人体和环境无害的绿色产品的生产

亦将随着可持续发展进程的深入而日益成为今后产品生产的主导方向。 清洁生产概念中包含了四层涵义：

一是清洁生产的目标是节省能源、降低原材料消耗、减少污染物的产生量和排放量； 二是清洁生产的基本手段是改进工艺技术、强化企业管理，最大限度地提高资源、能源 的利用水平和改变产品体系，更新设计观念，争取废物最少排放及将环境因素纳入服务中去；

三是清洁生产的方法是排污审计，即通过审计发现排污部位、排污原因。并筛选消除或 减少污染物的措施及产品生命周期分析；

四是清洁生产的终极目标是保护人类与环境，提高企业自身的经济效益。 (二)清洁生产的内容

清洁生产包括以下四方面内容。 一是清洁能源 包括新能源开发、可再生能源利用、现有能源的清洁利用以及对常规能 源(如煤)采取清洁利用的方法，如城市煤气化、乡村沼气利用、各种节能技术等。 二是清洁原料 少用或不用有毒有害及稀缺原料。

三是清洁的生产过程 生产中产出无毒、无害的中间产品，减少副产品，选用少废、无 废工艺和高效设备，减少生产过程中的危险因素(如高温、高压、易燃、易爆、强噪声、强 振动声)，合理安排生产进度，培养高素质人才，物料实行再循环，使用简便可靠的操作和 控制方法，完善管理等，树立良好的企业形象。 四是清洁的产品 节能、节约原料，产品在使用中、使用后不危害人体健康和生态环境，产品包装合理，易于回收、复用、再生、处置和降解。使用寿命和使用功能合理 (三)清洁生产的基本理论基础

清洁生产有着深厚的理论基础，这些理论基础主要包括以下几个方面： 1废物与资源转化理论(物质平衡理论)

在生产过程中，物质是遵循平衡定理的，生产过程中产生的废物越多，则原料(资源) 消耗也就越大，即废物是由原料转化而来的，清洁生产使废物最小化，也等于原料(资源) 得到了最大利用。此外，生产中的废物具有多功能特性，即某种生产过程中产生的废物，又 可作为另一种生产过程中的原料(资源)。资源与废物是一个相对的概念。 2最优化理论

清洁生产实际上是如何满足特定生产条件下使其物料消耗最少问题。这一问题的理论基础是数学上的最优化理论。在很多情况下，废物最小化可表示为目标函数，求它在约束条件下的最优解。 3科技进步理论 马克思曾预言：“机器的改良．使那些在原有形式上本来不能利用的物质，获得—种在 新的生产中可能利用的形式；科学进步，特别是化学的进步，发现了那些废物的有用性。” 当今世界的社会化、集约化的大生产和科技进步，为清洁生产提供了必要的条件。因此，有 利于社会化大生产和科技进步的工业政策．特别是有利于经济增长方式由粗放型向集约型转 变的技术经济政策等，均可为推行清洁生产提供有利的条件。

二、与末端控制方式的对比

长期以来，企业的污染防治一般采用末端控制(end-of—pipe—control) 的方式，即把污 染物全部集中在尾部进行处理。末端控制一般包括去除废物的毒性和废物处理(如废物的焚 烧、填埋等)，有人将废物的再使用、再循环划为末端控制的内容。清洁生产的主要内容是 在生产工艺中对废物的源削减，也有人将废物的再使用、再循环视为清洁生产的主要组成部分。因此，清洁生产与末端控制这两个概念在范围上有相互重叠的地方(见图4-2)。本书将采用第二种划分方法．即清洁生产包括废物源削减和废物再使用、再循环两个内容。

（一)末端控制的主要弊端

随着时间的推移，末端控制的弊端越来越明显，已经到了难以为继的程度，主要表现在 以下几个方面。

①投资大，规模效益和综合效益差。鉴于末端控制把污染物全部集中在尾部进行处理． 所以需要处理的污染物数量多、负荷大。因此，一次性投资和运行费用高．特别是对分散的 污染源，末端控制很难发挥投资的规模效益和综合效益。“七五”期间化工部向大型企业投入资金32．5亿元，“八五”期间增加到52．7亿元．用于三废的末端处理。尽管这样，治理效果也并不理想，废水处理率只能达到40％，废气、废渣的处理率为70％一75％，难以达到环境效益和经济效益的统一。清洁生产与末端控制的费用比较见表4-1。

②不利于原材料、能源的节约。末端控制只注意末端净化，不考虑全过程控制；只重视污染物排放量，不考虑资源、能源最大限度的利用和减少污染物的产生量，所以资源、能 源浪费严重。

③有造成二次污染的风险。末端控制在很大程度上是污染物在介质问的转移，不能从 根本上消除污染。例如，净化污水可产生污泥；净化废气可产生废水；焚烧固体废物可造成 大气污染；填埋有害废物又可能造成土壤和地下水的污染等等。 ④企业员工仍在有污染的环境中工作，有碍员工的身心健康。 （二）清洁生产的主要优点

与末端控制方式相比，清洁生产的优点则在于，大幅度减少污染的产生和排放；节约原 材料和能源；投资少，有一定的经济效益。

以清洁生产实践效果较为明显的日本为例。在20世纪60~70年代，日本的河流和海洋 普遍遭受污染，尤其以造纸、纸浆行业的集中地带静冈县田子的浦港和濑户内海最为严重。 在日本政府的推动下，日本的造纸企业普遍采取了三项措施：

①首先是更换产品。把以往生产的产品更换为对环境压力小的纸浆产品。以往造纸企业所产生的污染主要是由废液中的黑液(本质素与药液的混合物)所引起的，通过更换产品，改为生产黑液回收率高的工艺纸浆产品。 ②其次是提高黑液燃烧率。 ③第三是废水处理。把从工厂排出的废水集中到水池中，用活性污泥法或凝集沉淀法使其得到洁净。

在上述三种措施中．按照一般的分类方法．措施①和措施②属清洁生产力式，措施③属 末端控制方式。这三种措施实施以后，经过20年时间．日本造纸业的污染排放状况有了很大改观。以目前通行的用化学需氧量(COD)来表示污染状况，1970年，日本的造纸、纸浆业所排放的COD为220万t。而1989年的COD排放量已降低为原来的1/11，即20万t(见图4—3)如考虑到这19年间纸的生产量提高了1倍，则单位产出的COD排放量降低为原来的1/22。可以说上述三项措施的效果是很明显的。

从图4—3还可以看出，上述三项措施对削减COD排放量的贡献率是不同的。措施一削减了58％ (250万t) COD排放量，措施二削减了26％ (110万t) 的COD排放量，而措施三只削减了16％ (70万t)的COD排放量 可见清洁生产与末端控制两种方式对COD排放量削减的贡献比为84：16。

在本例中，措施一、二的本质就是提高资源——黑液的回收率和使用效率；造成污染的 黑液经过回收变成生产所需的原材料。因此，节约资源与减少污染两种目标是相统—的，清 洁生产方式不仅投入较少，还能带来一定的经济效益。 (1) 节省资源、能源，提高生产率而带来的经济效益；

(2) 由于削减污染得到政府的财政补贴或免除、减少污染税等带来的经济效益。除这两 种直接效益外，还有因市场拓展带来的间接效益等。表4-2列出了世行技术援助项日B—4子项目“推进中国清洁生产”的部分企业的环境经济效益状况。

三、实施的主要途径及步骤

（一)实现清洁生产的主要途径

开发清洁生产技术是一个十分复杂的综合性问题，涉及环保法规、生产技术、消费过程，根据清洁生产的概念可以采取下列一些措施。 1. 资源的合理利用

资源持续利用是顺利发展工业的基本前提．在一般的工艺产品中，原料费用约占成本的 70％，因此通过原料的综合利用可直接降低产品成本，提高经济效益，同时也减少了废物的 产生和排放。

为实现原料的综合利用，首先需要对原料进行正确的鉴别．在此基础上，对原料中的每 个组分都应建立物料平衡，列出目前和将来有用的组分，制定将其转变成产品的方案．并积 极组织实施。

2．改革工艺和设备

①简化流程中的工序和设备；

②实现过程连续操作，减少因开车、停车造成的不稳定状态；

③在原有工艺基础上，适当改变工艺条件，如温度、流量、压力、停留时间、搅拌强度、必要的预处理等；

④配备自动控制装置，实现过程的优化控制；

⑤改变原料配方．采用精料、替代原料、原料的预处理； ⑥原料的质量管理；

⑦换用高效设备．改善设备布局和管线；

⑧开发利用最新科学技术成果的全新工艺，如生化技术、高效催化技术、电化学合成 膜分离技术、光化学过程、等离子体化学过程；

⑨小同工艺的组合。如化工—冶金流程，化工—动力流程，动力-工艺流程等。 3．组织厂内物料循环

①将流失的物料回收后作为原料返回流程中；

②将生产过程产生的废物经适当处理后作为原料或原料的替代物返问原生产流程中； ③将生产过程产生的废物经适当处理后作为原料返用于本厂其他生产过程中； 4. 改进产品体系

工业产品是工业生产的各种效益的载体。在传统发展模式中．产品的设计往往从单纯的 经济考虑出发，根据经济效益采集原料、选择加工工艺和设备、确定产品的规格和性能。产 品的使用常常以一次为限。

产品的消费过程中，有些产品使用后废弃、分散在环境中．会造成始料未及的危害。按 照清洁生产的概念，对于工艺产品要进行整个生命周期的环境影响分析。产品生命周期原是 指—种产品在市场上从开始出现到消失的过程，包括投入期、成长期、成熟期和衰落期四个 时期，在这里这一术语是指一种产品从设计、生产、流通、消费以及报废后处置几个阶段 (即所谓从“摇篮”到“坟墓”)所构成的整个过程。

产品的生命周期环境影响分析是目前在产品开发过程中所作的产品性能分析、技术分 认、市场分析、销售能力分析和经济效益分析的新补充，体现了一种新的产品设计观念，即 产品的设计不但应遵循经济原则，而且还要顾及生态效益：不但应考虑它在消费中的使用性 能，还要关心产品报废成为废品后的命运。 对于开发清洁产品可提出如下的一此途径：

①产品的全新设计。使产品在生产过程中，甚至在使用之后能对环境无害，与此同时 应降低产品的物耗和能耗、减少加工工序； ②调整产品结构、优化生产；

③赋予产品合理的寿命；

④去除多余的功能，盲目追求“多功能”往往会造成资源的浪费；

⑤简化包装，鼓励采用可再生材料制成的包装材料以及便于多次使用的包装材料； ⑥产品报废后易回收、再生和重复使用；

⑦产品系列化，品种齐全，满足各种消费要求，避免大材小用，优品劣用； ⑧推行清洁(绿色)产品标志制度．提高环保声誉。 5．加强管理

根据全过程控制的概念．环境管理要贯穿于工业建设的整个过程以及落实到企业的各个 层次，分解到生产过程的各个环节，与生产管理紧密地结合起来。 国外在推行清洁生产时经常把强化企业管理作为优先考虑的措施，管理措施一般花费较 小，不涉及基本的工艺过程，但经验友表明往往可能削减多达40％的污染物。这些措施如下：

① 安装必要的检测仪表，加强计量监督； ② 消除“跑、冒、滴、漏”；

③ 将环境目标分解到企业的各个层次，考核指标落实到各个岗位，实行岗位责任制； ④ 完备可靠的统计和审核； ⑤ 产品的质量保证；

⑥ 有效的指挥调度，合理安排批量生产的日程； ⑦ 减少设备清洗的次数，改进清洗方法；

⑧ 原料和成品的妥善存放，保持合理的原料库存量； ⑨ 公平的奖惩制度； ⑩ 组织安全文明生产； 6．必要的末端处理

在全过程控制中同样包括必要的末端处理。此时的末端处理，只成为一种采取其他措施 之后的最后把关措施。这种厂内的末端处理，还往往作为送往集中处理前的预处理措施，在 这种情况下，它的目标不再是达标排放，而是只需处理到集中处理设施可接纳的程度，因 此，对它也相应提出了一些新的要求。

①清污分流，减少处理量，有利于组织物科再循环； ②减员化处理，如脱水、压缩、包装、焚烧等； ③按集中处理的收纳要求进行厂内预处理。 (二)企业实行清洁生产的步骤

企业在实行清洁生产过程中的具体内容见图4—4。其中，包括准备、审计、制定方案、 实施方案和报告编写五个阶段。附录三给出了我国某啤酒厂实施清洁生产的案例。

四、行业清洁生产技术

（一)化学工业推行清洁生产

众所周知，化学工业是产生废气、废水、废渣的“三废”大户，对化学工业来说，清洁 生产是刻不容缓的重要课题。清洁生产不能片面地理解为保持生产车间环境的清洁、减少 “跑、冒、滴、漏”，而应理解为应用于工业生产的一种预防性的环境战赂。它的关键是应用清洁拉术，从产品的源头和生产过程中削减或消除对环境有害的污染物。清洁技术可以在产品的设计阶段引进，从而使生产工艺发生根本改变；也可以在现有工艺中引进，从而分离和利用本来要排放的污染物，实现“零排放”的循环利用策略。由此，人们也把清洁技术称为“清洁工艺”。

化工生产清洁技术就是用化学原理和工程技术来减少或消除造成环境污染的有害原料、 催化剂、溶剂、副产品及部分产品。人们有时把化工中的清洁技术称为绿色化工。绿色化工

的研究工作主要围绕以下几个方面展开：原料的绿色化，选择无毒、无害原料；化学反应绿 化，目标是实现“原子经济”反应；反应介质绿色化，采用无毒、无害的催化剂和溶剂；产 品的绿色化，生产出对环境友好的化工产品。 1．原料的绿色化

采用无毒、无害的化工原料或用生物废物替代有剧毒的、严重污染环境的原料，生产特 定的化工产品是化工清洁技术的重要组成部分。

（1) 替代光气的绿色原料 光气的化学式为COCl2，亦称为碳酰氯，是一种活泼气体， 可大量用来制备异氰酸酯、碳酸二甲酯、聚碳酸酯及除锈剂、灭火剂及染料中间体．用途十 分广泛、但它又是—种剧毒性气体，对人体和周围环境造成严重危害。因此，人们千方百计 地淘汰它，而用无毒或低毒的化学品替代．来生产某些化工产品，目前比较成功的有以下 几例。

①美国 Enichem公司研究开发成功了CO、甲醇(CH3OH)和氧气为原料，以氧化亚铜 为催化剂制备碳酸二甲酯(DMC)的工艺．并实现了工业化。从而淘汰了用光气和甲醇原 料生产DMC的旧工艺，实现了原料绿色化。

另外，美国 Texaco公司研究成功用环氧乙烷或环氧丙烷、CO2和甲醇为原料，两步法 制备碳酸二甲酯的技术。最近，日本的一家公司研究成功了以尿素、丙二醇和甲酸为原料， 两步法制备碳酸二甲酯。这些新技术均实现了原料的绿色化，不再用剧毒的光气作为生产的 原料。

②甲苯二异氰酸酯是聚氨酪泡沫塑料的主要原料，最近国外研究成功采用CO2或CO 与有机氨反应生产异氰酸酯的工艺，并实现了工业化。这种技术改变了过去用光气作原料的 生产工艺。

③聚碳酸酯是一种透明度高、性能优良、应用广泛的高分子材料。现在仍有一些工厂 用光气和双酚A为原料生产聚碳酸酯、Komiya成功地研究了用碳酸二甲酯和双酚A为原料 生产聚碳酸酯的清洁工艺。

碳酸二中酯现巳被园际化学品权威机构确认为毒性极低的绿色化学品，它可以取代剧毒 的光气，还可以用做羰基化剂、甲基化刑和碳基甲氧化剂．因此它可以作为绿色化工原料制 造多种化工产品。在绿色化工制造过程中．具有非常广阔的应用前景。

(2)替代氢氰酸的绿色原料 氢氰酸或氰化氢(HCN)是一种极毒的化学品，但它可提供氢氰根(CNˉ) 而被广泛用于生产制备多种含氰化合物，如丙烯腈、农药中间体和杀虫剂等。由于它对环境和人体的严重毒害，国内外正在开发替代氢氰酸为原料的清洁生产技术。 ①日本旭化成公司研究成功了异丁烯直接氧化生产甲基丙烯酸的技术，取代了传统的 用氢氰酸和丙酮为原料生产甲基丙烯酸的ACH技术。德园BASF公司还成功地开发了以丙 醛和甲醛为原料生产甲基丙烯酸的技术。从而淘汰了以剧毒的氢氰酸为原料的旧工艺。 ②采用氢氰酸和异丁烯为原料生产重要化学品叔丁胺的工艺延续了多年，最近，德国 BASF公司研究开发了异丁烯和氨直接反应生产叔丁胺的技术，这不仅避免了采用剧毒的氢 氰酸为原料，而且还降低了生产成本。

③美国Mensanto公司以无毒无害的二乙醇胺为原料，经过催化脱氢生产出氨基二乙酸 钠。这一清洁工艺改变了过去的以氢氰酸和甲醛为原料的两步合成上艺。

④氰化铀与氢氰酸一样，也是含有氢氰根(CNˉ)的剧毒化学品。但目前仍采用氰化钠溶液提取氧化矿中的金，因而造成大面积的氰化物毒性污染。最近我国中科院化冶所开发成功用硫代硫酸盐溶液浸取提金的技术。这是一个对环境友好的清洁生产技术。 2. 化学反应绿色化

化学反应绿色化是基于化学反应的高效原子经济性，设计出高效利用原子的化学合成反 应。Trost 在1991年首先提出了原了经济性的概念。理想的原子经济反应是原料分子中的

原子全部转化为产物，最大限度地利用资源，从源头不产生任何副产物或废物，实现废物的 “零排放”。

目前，在石油化工的基本有机原料的生产工艺中，相当多的过程是以“原子经济反应’ 为基础开发的。如乙烯聚合生产聚乙烯，丙烯聚合生产聚内烯，对苯二甲酸和乙二醇聚合生 产聚酯等。近年来，美国Enichem公司采用钛硅分子筛催化剂，将环己酮、氨和过氧化氢产生反应，直接合成环己酮，转化串达99．9％，基本上实现了原于经济反应。日本科学家后藤繁雄用铯离子通过部分离于交换把杂多酸(磷钨酸等)固定起来，制成了新的催化剂，让 甲苯和苯酸酐在常压下进行反应6h后．可生成苯基甲苯酮 (PTK)。在反应达到150°C时转化率接近100％。新工艺的生产过程中废物极少，实现了“零排放”。而传统的工艺一般是以氯化铝为催化剂，让酰基氯与芳香族化合物发生反应．生成芳香酮，该工艺转化率较低、 并产生大量的氯化物废物。因此，新工艺是传统工艺的革命性的变革，对清洁生产具有重要 意义。

橡胶的关镀中间体是4-氨基二苯胺 (4ADPA)，生产4ADPA的工艺通常用对氯硝基苯 与甲酰苯胺的碱金属盐反应。此工艺路线产生大量含多种污染物的高浓度无机物废水。最 近．美国的阿美利加公司基于原子经济性原理，开发成功了新的清洁生产工艺，将苯胺和硝 基苯在氢氧化四甲基铵存在下直接缩合，然后用铂/碳催化剂还原缩合反应产物，得到高收 率的4ADPA。与原工艺相比，新工艺减少了99％的天机废物，94％的有机废物和97％的废 水，显示了基于“原子经济性”绿色技术的巨大优势。

我国中科院化冶所开发成功的绿色铬化工清洁生产集成技术，就是利用原子经济性原 理，以拟均相高效无机合成取代高温异相反应的清洁工艺。新工艺大大提高了铬的回收率， 铬渣中含总铬由4％~5％下降到0.5％，渣排铬量为老工艺的1/40，铬化工行业首次实现 了从源头控制污染的“零排放”清洁生产。 3．反应介质的绿色化

化学反应介质主要是指反应过程中采用的催化剂或溶剂。采用绿色催化剂和溶剂是化工清洁生产的关键技术之一。

在很多化工生产过程中，采用氢氟酸、硫酸、三氯化铝、磷酸、三氟化硼等化学品作为 催化剂，这些有毒的催化剂严重污染环境、腐蚀设备，危害人体健康。因此人们不断地开发 研究出新一代的绿色催化剂来取代以往有毒的催化剂。目前取得进展较大的是用Y型分子 筛、ZSM-5分于筛、β沸石等固体催化剂来取代硫酸、氢氟酸等催化剂，如国内石油科学研究院开发成功的异丁烷与丁烯烷基化制备异辛烷的固体催化剂，彻底地解决了因使用硫酸、氢氟酸催化剂而存在的设备腐蚀和环境污染问题，是生产烷基化油的清洁生产工艺。另外，当用醇和有机羧酸制备酯类化合物时，通常使用硫酸作催化剂，在改用强酸性树脂的固体酸酯化催化剂后，就可以基本做到三废的“零排故”，这也是目前一种比较成熟的清洁生产工艺。

酶是一种生物催化剂．利用酶促进反应强化来制备和生产化学品是化工清洁生产的重要 领域。有文献报道以葡萄糖为原料，通过酶反应可制得己二酸、邻苯二酚和对苯二酚。改变 了传统的以苯为原料生产这些化合物的老工艺。石油的生物脱硫也是利用生物酶反应进行脱 硫精制的清洁工艺。生物技术中的化学反应，大都是以自然界中的酶或者通过DNA重组及 基因工程等生物技术使微生物产出酶为催化剂。在应用上既可使用酶．也可以使用产出酶的 微生物作为催化剂。酶反应大多数条件温和、设备简单、选择性好、副反应少、产品性质优 良、不产生新的污染。因此酶将取代许多现在使用的化学催化剂，大大促进化工行业的清洁 生产。

大量的化学反应都是在溶剂化状态下进行的。因此，溶剂是另一类必不可少的反应介 质，例如，丁二烯聚合生产顺丁橡胶时，其化学反应是在甲苯溶液中进行的。大量与化工产

品制造有关的污染问题不仅起源于原料和催化剂，而且也源自其制造过程所使用的溶剂，所 以溶剂的绿色化是化工中清洁技术的重大研究课题。 经过长期的工业实践，人们已经认识和开发出一些低毒或无毒的溶剂，应该将它们大力 推广应用到化工生产过程中去。不含芳烃的烃类溶剂是无毒的，可以用它们取代某些有毒的 芳烃溶剂，如己烷油(俗称6＃溶剂油) 是用于浸取大豆食用油的优良溶剂。最近研究成功的环戊烷、戊烷发泡剂，可以取代氟里昂作为生产聚氨酯的发泡剂，它不会造成大气臭氧层 的破坏。目前油漆、涂料行业中不少厂家仍采用C9或C10芳烃作溶剂，由于C9或C10芳烃有较大的毒性，经常发生油漆工人的中毒事件，国内华东理工大学开发成功地用碳酸二甲酯作为涂料溶剂的技术，不仅使涂料的性能达到涂料行业的各项技术指标，而且也保护了大气环境和人体健康。

溶剂萃取分离在石油化工生产中有广泛应用，但有些含磷、含硫的萃取剂有较大的毒 性，严重地污染环境。因此，采用绿色溶剂作为萃取剂是溶剂萃取技术的发展趋势。绿色溶 剂有低毒或无毒的有机溶剂，如己烷油、碳酸二甲酯；也有室温下的离子液体或超临界流 体等。

当前，溶剂绿色化最活跃的研究领域是超临界流体。在超临界状态下，利用CO2或水 替代以往在有机合成中使用的对环境有害的有机溶剂，已成为一种新型的有机合成工艺。 近临界水 (加热到250~300℃，并加压到5~10 MPa) 中大量的氢氧离子使它能够溶解有机化食物。这些离子在某些化合反应中还充当催化剂，研究结果表明，近临界水能够代替烷基化反应中的酸催化刑，消除了废酸的治理问题，同时，当水冷却降压时，产物可出溶液中分离出来。

超临界CO2作为溶剂主要有两种用途。一是作为抽提剂，用于食品、医药行业的香料 和药用有效成分的提取，另一个是作为反应介质充当溶剂。如丙烯酸自由基沉淀聚合反应 中，使用超临界CO2为溶剂，得到分子量分布均匀的聚丙烯酸。同时最终产品中均不再会 有残存的溶剂。当然，超临界CO2还有用做涂料溶剂、清洗剂等其他绿色溶剂的功能。 4．绿色的化工产品

化上产品广泛用于日常生活和生产活动的各个方面，因此化工产品的绿色化与人体健康 及生态环境有着密切的关系。化工清洁技术就是要生产出与环境友好的清洁产品。如传统的 含磷洗衣物中的洗涤助剂三聚磷酸钠，由于它严重污染环境，对人体健康有害，国家环保局 2000年将其列为禁止使用的产品。作为磷酸始的主要替代品是4A沸石，以它为洗涤助剂的 无磷洗涤剂对人体与环境无害，将逐步占领市场，成为人们喜爱的清洁产品。为防止“白色 污染”，国内外正在大力开发生物可降解的塑料。为保护大气臭氧层，国内外研究出了几种 氟氯烃的替代品作制冷剂。高效生物农药也正在逐步取代有毒的化学农药。总之，为化工生产品的清洁化，人们正设计出越来越多的与环境友好的更安全的绿色化学品。 (二) 造纸工业废水处理后污泥资源化

造纸业对我国经济和文化有巨大的贡献，但是造纸业也是污染大户。因此．在造纸工业中推行清洁生产，将废物转化为资源是尤其重要的。造纸业采用的资源化方式主要有如下几种。

1．制成土壤改良剂

在各种资源化方式中，将纸业污泥加工作为土壤改良剂是最经济的资源化作法。程序 为，首先要确认污泥可作为何种肥料，污泥通过商品检验局检验符合标难后，可向当地的农 务单位填具相关表格，经送农业厅核实后，即由当地政府发给肥料制造证，同时可向工商局 申请工厂登记，如此即完成所有程序。此加工技术由于必须经过干燥、填料、发酵及造粒等 程序，因此颇耗人力。 2．建材

纸渣污泥再利用制作建材方面，可归纳为采用无机材料及有机材料两类。 (1) 无机材料：利用混凝土制作技术将污泥与水泥混合搅拌可制成相关制品,若单纯使用水泥则有配比高(水泥消耗量大)、产品强度差等问题，因此需借助特殊的添加剂，也可利用制砖技术将污泥烘干、粉碎，再与适量的粘土混合加压或添加水泥压制成板状建材，在日本有利用此技术制成轻质、耐寒建材的例子。

(2) 有机材料：由于纸渣污泥中有短纤维成分，因此可利用制作合板及夹板的技术将烘 干后的污泥粉碎后混入木屑中制成相关产品，在德国、土耳其工厂都有利用纸渣污泥制造板 材的例子，其牛产过程大都沿用合板或夹板生产过程，只是污泥需先经过烘干及粉碎前处 理．其生产条件及胶粘剂用量、种类都需作调整。

(3) 同型燃料：是指将具有可燃分的废物粉碎后以固着剂 (如炭黑、石灰等) 粘结制成 煤块大小丸状的物体，便于利用锅炉或焚化炉将其焚化。纸业污泥由于平均发热量达到10．45~16．72kJ／kg，灼热减量70％左右，适合制成固型燃料。

(4) 炼钢用镇静剂 镇静剂是用于炼钢时避免钢液中CO喷出造成突沸的添加剂。利用 污泥作为镇静剂的加工技术需经过脱水、干燥、制成六角形棒状等程序。 (三) 钢铁工业推行清洁生产 钢铁工业是重要的工业企业，也是污染大户，其在不同工序产生污染及预防措施简述如下。

(1) 材料验收 利用含铅、镉成分较低的废钢铁作原料c

(2) 铸造 该工序产生炉渣，减少的措施为使用低毒材料替代碳化钙，以消灭脱硫炉渣 的产生。

(3) 熔炉、熔化、退火工序污染预防措施为 在电炉后使用感应保温炉，以便将金属熔 液向连续铸造机供料；将焦油倾滤器的泥渣 (及其他焦油焦炭车间的废料) 作为燃料转用于 平炉及鼓风炉；将氧化皮及炉渣等回收并再入炉熔化；采用火法或湿法冶金工艺从电炉灰中 回收锌；镀锌废钢入电炉前先回收锌；熔化灰铁可改用感应熔炉。

(4) 冷轧、热轧、酸洗工序中的污染预防措施 回收并回用：用结晶法回收硫酸铁和三 氯化铁；使用焙烧炉、流动床或滑动床从氧化铁中分离HCl，并回收酸；使用双性膜或双向 电渗析法从用过的HNO3HF酸洗液中将酸和金属副产品分离；用酸和金属结晶物低温分离 法回收硫酸。

(5) 冷却冲洗工序中产生的废水防止措施 用闭合系统代替单路水系统。 （四）金属铸造工业清洁生产技术

（1） 铸造 在铸造工序中产生的废砂预防回收的措施为：使用代用材料 (如硅砂比橄榄石较易去除毒性)；将型砂和炉灰分开；改进从砂中回收金属技术；回收废砂，将新、旧砂混合用于造型；用水洗、气吹或热处理法回收型砂；可能情况下，将废砂用于建筑工程。 (2) 生产可锻生铁 该工序产生的有害炉渣防治的措施为：降低炉料的含硫量，用氧化钙或氟化钙替代碳化钙(电石)作脱硫剂，改进生产过程管理：回用碳化钙炉渣。

(3) 防尘器 在金属铸造工业中使用的空气污染控制设备中产生受铅、锌、镉污染的集尘室粉尘和除尘器废物的防治措施为：查明污染源 (如碎金属上的徐层)，同供货方合作寻找降低污染的材料、安装感应电炉，减少粉尘的产生：将粉尘返回到原工序或送入另一道工序；通过热冶处理、转窑、脱水或其他方式回收污染物；将废物提供给水泥生产厂回用。 （五）涂装工业清洁生产技术

(1) 在喷涂作业中，喷溅的涂料、溶剂的散发对环境产生污染，其预防措施为：预检零件，避免明显的涂料排斥；重复检查有无喷涂必要．以及可否改用其他办法；使用较为耐久的涂料，而不用油漆，使用高固体配方涂料：使用粉末喷涂；使用水基涂料配方；使用低害辐射涂料配方 (UV或IR)；在喷涂直径间保持50％的重叠；喷枪和工件间保持

15.2~20．3cm距离；喷射速度保持在76.2m／min左右保持喷枪与工件表面垂直；在每道喷涂的开头和末尾触发喷枪；适当培训操作人员；使用机械手喷涂；避免气压过高使涂料雾化；采用静电喷涂系统；使用涡轮盘式或钟式气助无空气喷枪以取代气动喷枪；确保喷枪供气中不带有水、油及杂物等；安装现场涂料混合器，以控制物料使用；回用过度的喷溅物；溶剂罐要远离热源；控制烘干炉温度。

(2) 在喷涂新涂料前除去原旧涂料，其清除刘、摩擦废料产生污染，防范措施为：避免添加过多的清除剂；将用过的清除剂用于下一工件的预处理；使用磨蚀性介质清除法；使用塑性介质喷射清除法；使用低温清除法；使用高温情除法；使用小麦淀粉喷射清除法；使用 激光或闪光灯清除法。

(3) 设备清洗、使用溶剂的污染防范措施为： 采用由浅到深的批量操作工序；生产大批量同类的喷涂工件，而不生产小批量不同类的工件；把溶剂基涂料喷涂间与水基涂料喷涂间分隔开；重复使用清除溶液或溶剂；溶剂的使用要标推化：清除设备要在使用后清洗。 （六) 煤炭开采和利用过程的清洁生产技术

我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家．煤炭产量已连续12年居世界第一， 煤炭消耗量超过世界煤炭消耗量的l／4。煤炭占我国一次能源的比例高达76％。根据资源赋有条件和经济发展的实际需要，在相当长时期内，我国仍将实施以煤为主的能源开发和利用战略。煤炭是一种不洁净的能源，其污染贯穿在开采、储存、流通和利用的全过程。 人们把从煤炭开发到利用的全过程中，旨在减少污排放与提高利用效率的加工、燃烧、 转化及污染控制等新技术统称为洁净煤技术(Clean coal technology)。 为了促进能源与环境 协调开展，开发推广洁净煤技术是我国以煤为主的能源生产和消费结构下解决环境问题的一 个惟一和必然的选择。有关详细内容将在第五章中讨论。

第三节 绿色产品与生命周期分析

一、绿 色 产 品

（一）绿色产品的定义

绿色产品 (Green Product) 或称为环境意识产品，是相对于传统产品而言的。由于对绿 色产品的描述和量化特征还不十分明确，因此，目前还没有公认的权威定义。不过通过分析 对比现有的各种定义，人们对绿色产品可以有一个基本的认识。以下是绿色产品的几种定义。 (1) 绿色产品是指以环境和环境资源保护为核心概念而设计生产的可以拆卸并分解的产品。其零部件经过翻新处理后．可以重新使用。

(2) 美国幸福杂志认为：绿色产品是指那些旨在减少部件、合理使用原材料并使部件可 以重新利用的产品。

(3) 也有人把绿色产品看成是：其使用寿命完结时．部件可以翻新和重新利用，或能安 全地被处理掉。

(4) 还有人把绿色产品归纳为从生产到使用乃至回收的整个过程都符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，以及利用资源再生或回收循环再用的产品。 上述这些定义虽然表述的仍重点有所不同，但其实质基本一致；即绿色产品应有利于保 护生态环境，不产生环境污染或使污染最小化，同时有利于节约资源和能源，并且这些特点应贯穿于产品生命周期全过程。综合上述分析，可以认为，绿色产品就是在其整个生命周期 过程中，符合一定的环境保护要求．对生态环境无害或危害极少，资源利用率最高、能源消 耗最低的产品。

(二) 绿色产品的现状与前景

1985年全球开发出的所谓绿色产品仅占新产品总数的0.5％，到了20世纪90年代初期 已上升到占新产品总数的9.2％，增长了 18倍。l 990年美国当年有26％的家用产品都是在 “绿色旗帜“下推出的。1991年德国有3600多种绿色标志产品，到了1993年9月绿色产

品类别增至75个，产品约有4000种，1995年则达到5630种，超过全国商品种类的30％。加拿大1990年底只向18种产品颁发了58张绿色许可证，到1993年8月已有57个大类800 多种产品获得绿色标志。在日本，1990年11月止仅有31类850种绿色产品，1993年8月 则增加到55类2500种产品。由此可见，进入20世纪90年代后，绿色产品在发达国家中迅 速发展，今后将持续发展下去。发达国家目前在绿色产品的开发和生产上，主要集中在汽 车、食品、电器等领域。这里仅举几种绿色工业产品的特点及其开发实例。 1．绿色汽车

绿色汽车是一种不用普通汽油作为燃料、使用过程中基本无污染、废弃淘汰后回收利用 率高的一种汽车。电动汽车和其他非燃油汽车，如以天然气、甲醇和太阳能等驱动的汽车均 是正在研究的绿色汽车。绿色汽车必须具有两方面的持征，一是改进燃料；二是能够重新回 收利用。据资料表明：目前已探明的石油储量仅够人类再用40多年。此外，燃油汽车引起 的尾气污染(占污染总量的70％以上) 和噪声污染正在愈来愈严重地影响着生态环境。因此，目前的汽车研究已集中到开发节能及无污染或低污染的新型汽车上。如日本已研制出速度快、行程远的电动汽车，最高时速达176km，充电—次行程为548km。我国研制的“远望’”牌电动大客车满载5l人时最高时速达90km．一次充电可行驶120km。

20 世纪90年代以来，世界性的环境污染日趋严重，其中由于汽车制造业的迅猛发展， 废弃的旧汽车已成为一大污染源。由于汽车在使用一段时间后终究要报废，因此，废旧汽车 的循环再生是21世纪对汽车发展提出的战略要求。美国是世界上最有效的汽车回收国，每 辆汽车质量的75％都已得到了重新利用。他们是先把汽车上重要的零部件，如发动机、电 机等拆下来以便重复利用。目前，美国已有大约12000家汽车零部件回收商进行这些零部件 的翻新加工，这已是一项获利的、年营业额达几十亿美元的行业。 2．绿色电脑

随着科学技术的发展，电脑使用日趋普及。绿色电脑是对环境无不良影响的新型电脑， 与目前广泛使用的普通电脑相比，它有以下几方面的显著特点。

(1) 绿色电脑能大幅度地节能。经过大量研究，人们已取得了普遍共识：未来的电脑主 机和显示器的耗电功率应该分别低于30W和15W。最近研制的绿色电脑的实际耗电量仅为 现在个人电脑的l／4。

(2) 绿色电脑在淘汰废弃之后应便于回收，并具有高的利用率。如IBM从1992年先后 开发出的12种型号易于分解、低电耗的家用电脑，每个机器上仅有3个螺钉．拆卸格外方 便，还提高了产品的档次；最后，机身用再生塑料制成，待电脑皮弃不用后仍可再生制作其 他物品，并将从旧机器上折卸下来的贵重金属零部件翻新后组装在新机器上出售，对余下的 零部件则卖给玩具制造商，用来制造儿童高科技玩具。这既增加了经济效益，又避免了旧机 器被用户扔进垃圾堆污染环境。

(3) 在各种元器件的制造过程中，不会对环境造成污染。 3．绿色冰箱

绿色冰箱就是耗电量小、结构简单，且消除现有氟利昂物质造成的大气环境污染的冰箱 产品。如德国费隆家用器材公司生产的一种绿色冰箱，制冷剂不用氟利昂物质，而改用丁烷 和丙烷的混合气体制冷，是一种“环保制冷剂”冰箱。我国广东万宝电器集团公司采用减少 氟利昂发泡剂技术而研制成功BCD-235型绿色冰箱，不但性能好，而且减少了氟利昂对臭 氧层的破坏．该技术在获得高额经济效益的同时，也取得了巨大的社会和生态效益。

其他领域，如照相机，日本富士公司从1993年开始大批量生产镜头胶卷一体化的一次 性相机，该相机使用后可送回商店兑换一定数量的货币．然后再由商店把收集的相机送到富 士公司的产品回收中心．进行回收处理。这些产品很受消费者欢迎。日本松下电池工业公司 已放弃生产高含汞量的电他，而转产低汞或无汞的“绿色电他”。1993年该公司投放市场的

电他含汞量巳从百万分之二百五十降到百万分之—。

由于绿色产品最符合当前的消费市场需求和未来的消费趋势，因而绿色产品比普通产品 能够更有效地制造和销售。据统计．1989年北美绿色产品贸易额高达1060亿美元；西欧约 为1000亿美元：亚太地区500亿美元。国际经济专家分析认为：目前的绿色产品所占比例 大约为1％一10％，再过10年，所有的产品都将进入绿色设计家族，可回收、易拆卸、部 件或整机可翻新和循环利用。就是说，在未来l0年内，绿色产品有可能成为世界主要商品 市场的主导产品。

（三） 绿色产品标志

绿色产品标志，或称环境标志、生态标志，蓝色大使等 (以下简称绿色标志)。该标志 不同于—般商标，它是用来标明产品在生产、配置、使用和处置全过程中符合特定的环境保 护要求，对环境危害最小，属于绿色产品类型。1997年4月16口，国家局发布了我国的 “环境保护产品认定管理暂行办法”：

1978年，前西德率先推行了绿色标志，从—开始就出国家统一管理。在标志实施的初 期，发展比较缓慢。到20世纪80年代后期，随着公众环境意识的提高和经验的积累，才迅 速发展起来。至今已有75类近4000种产品贴有绿色标志。继德国之后，加拿大、日本于 1988年，法国于1991年相继实行国家的绿色标志，而丹麦、芬兰、冰岛、挪威、瑞典于 1989年开始实行国家之间的统一的北欧标志。与上述国家不同，美国虽然很早就有绿色标 志，但至今仍未实施统一的国家级的绿色标志。亚洲一些国家，如新加坡、马来西亚及我国 台湾地区也积极开展了环境绿色工作。到目前为止，全世界已有20多个国家已经实行或正 在制定实施环境绿色计划。

作为绿色产品类别选择的重要原则，各国均认为应通过标志授予收到显着的环境效益， 有利于改善产品对环境的不利影响。因此，授予的绿色标志产品均为相对于共同类的其他产 品有可能明显减少对环境造成危害的产品，对人类健康有害的产品或危险品，如有毒化学 品、易燃易爆危险品，国外均未列入绿色标志产品之列。国外已实施绿色标志的国家由于开 展时间和程度的不同，产品种类也不尽相同，但大多数集中在低毒低害、可回收利用和低排 废等几大类产品上。如德国72类近4000种产品贴用绿色标志．分屑七个产品类型：可间收 利用型、低毒低害型、低排废型、节能型、节水型、可生物降解型、低噪声型。加拿大与德 国产品种类基本相似。日本产品种类则侧重于与人民群众生活联系密切的家用产品，如厨房 用品、生活垃圾堆肥器、太阳能产品、回用纸等。

二、生命周期分析原理

产品的生命周期原是指一种产品在市场上从开始出现到最终消失的过程，包括投入期、 成长期、成熟期和衰落期四个时期。在这里这一术语是指由原料采集和处理、加工、运输、 分配、使用(复用)、维修、再循环、混合及最终处置等环节组成的生命链。

产品的生命周期分析 (LCA，Life Cycle Assessment) 又称产品生命周期环境影响评价， 主要考虑在产品生命周期的各个阶段对环境造成的干预和影响。产品的生命周期分析被称作 “20世纪90年代的环境管理工具”。理论上生命期评价具有将环境质量融入决策过程的特 点。作为一项环保预防措施，生命周期分析不仅是对目前的环境冲突进行客观分析的定量 法，而且是对产品及其“从摇篮到坟墓”的过程有关的环境问题进行后续评价的方法。 （一） 生命周期分析的定义

产品的LCA是详细研究产品生命周期内的能源需求、原材料利用和活动造成的水、气、 固体废物、材料、产品以及包装等，包括原材料资源化、制造、加工、分配、利用、再利 用、维护以及最后的废物处理。有许多对LCA的通俗定义，其中国际标准化组织(ISO)和国际环境毒物学和化学学会 (SETAC) 的定义最具权威性。 1. ISO的定义

汇总和评估一个产品 (或服务) 体系在其整个生命周期内的所有投入及产出对环境造成的和潜在的影响的方法。 ISO不仅规范所有产品和服务的技术标准，随着环境保护的需要，也在尝试对环境问题的分析方法进行标准化。1997年6月，ISO公布了有关生命周期分析的第一个国际标准．即环境管理生命周期分析原则和框架。 2. SETAC的定义

生命周期分析是一种对产品生产工艺以及活动对环境的压力进行评价的客观过程．它是 通过对能量和物质的利用以及由此造成的环境废物排放进行识别和进行量化的过程。其目的 在于评估能量和物质利用以及废物排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会以及如何利 用这种机会。评价贯穿于产品、工艺和活动的整个生命周期，包括原材料提取与加工、产品 制造、运输以及销售；产品的使用、再利用和维护；废物循环和最终废物处理。 虽然定义被赋予不同的术语，但生命周期分析的主要目的可定义为对一个产品、工序或 生产活动的环境后果进行科学和系统的定量研究。其总目标是比较一个产品在生产过程的前 后变化或比较不同产品和设计。

原则上每个生命阶段以及生产系统和环境的每个界面都应当考虑：原材料和能源的输入，水、气、固体废物的输出。所有这些都应尽可能地定量研究。 (二) 产品生命周期的主要阶段

一种产品从采集原材料开始，经过原材料加工，产品制造，产品包装和运输，然后由消 费者使用、回用和维修，最终再循环或作为废物处理和处置，这一整个过程称为产品的生命 周期。只有详细了解产品在其生命周期中的各个阶段，才能深刻了解其对环境的影响，从而 应用LCA对其进行分析、评价。

—般而言，任何一个产品的生命周期可以划分为以下几个主要价段，如图4—5所示。 1．原材料的获取

任何产品和人类活动都需要首先从地球中获取粗制原材料和能源，例如收获农作物和石 油开采等。

2．生产产品

包括将粗制原材料加工成为中间产品．进而生产出成品以及将成品分装并运送给消费者的整个过程。根据其中各步骤的不同特点，可分为下面三个子过程。

(1) 原料加工：本阶段中将原材料转化成可以用来生产最终产品的形式，通常许多中间化学品或者材料的生产都包括在这一范围内。

(2) 产品生产：将已经加工的物质制作成准备包装的成品，包括可供销售者出售的消费者产品和可以作为其他行业和工艺原料或用品的产品。

(3) 分装和包装：在分装和包装过程中产品只有位置和物理形态的变化，而不会发生物质类型的转化。

3．产品的使用、再用和保养

产品从此进入消费环节，供消费者使用、消耗，同时消费者要对产品进行保养、维修以便再用，这些活动中也要消耗能量和产生环境污染物。 4．产品回收和废物管理

产品在完成预定使用目的后，有两个物流方向：一是通过回收进入另外一个生命周期系统，开始一个新的周期；二是成为废物，需要采取相应的方式进行处理和处置，例如堆肥、 焚烧和填埋等。无论是哪种物流都同样需要消耗能量，产生环境污染物。 5．运输

运输不是一个独立的生命周期阶段，它贸穿于整个生命周期的各个步骤之中、产品所发生的所有位置变化都应该视为运输的一部分，但是因为运输面产生的能量消耗和环境污染物通常分别归入其所属的相应阶段。

（三) 生命周期分析的基本原理与技术框架 生命周期分析应满足4个基本原理。即运用于产品比较中；产品的整个周期都应包括； 所有环境因素都应考虑；环境因素应尽可能定量化。下面将对这些原理进行讨论。 1. 产品比较

环境影响只有通过产品比较才表现出显著作用，—般地说，它不能提供评价一个产品是否具有环境合理的特点，而仅能指出相对于同一类产品是否更具有环境合理性。因此，比较可以是一个阶段的不同产品，也可以是指定产品设计前后的对比。实际上，不同产品比较时需要一个特殊的限定： 这种比较是针对使用单元而不是产品进行的。功能单元为产品比较提供了基础。所以，产品比较不能简单地利用诸如体积、质量等物理特性，而应注意它们的任务。“产品的功能单元” 是指为完成其持殊功能所需的价值。在牛奶包装这个事例中，牛奶纸盒和可再灌满的奶瓶就不是一个合适的比较．因为奶瓶比纸盒多用很多次，所以比较应以1000L牛奶包装进行。 2．生命周期探讨

第二个重要原理是必须把产品的整个生命周期考虑在内：例如原材料生产、中间产品生产、组分及产品本身、产品利用以及所有与产品生命周期有关的固体废物流的废物处理。 例如对一个塑料瓶进行生命周期分析，我们必须考虑原材料来源、比如油料取得、精 炼、裂化，制成塑料小球。然后吹制、加盖喷射成型，成为塑料瓶，制瓶时我们就得考虑它 们的分配和利用。瓶子可以反复利用，可以被恢复成新瓶子，也可以通过再循环生成其他替 代产品，最终可以用多种形式处理，例如可以填埋和焚化。这些可能性都必须考虑。 生命周期分析的价值在于可以扩展对产品或包装的环境影响的思路，比如固体废物和再 生等。

3．环境干预

所有环境干预的有关方式都应考虑在内，如果只考虑有限的方面，可能会带来一些不预知的其他危害。因此，下面几种形式的干预值得注意： (1) 主要资源的开采(包括能源运载)； (2) 有害物质的环境排放； (3) 最终固体废物的空间需求。

其他类型的干预如辐射、声音释放以及其他一些超出空间需求的危害形式也应考虑在内。只有明确了这些形式的环境干预与产品相关，这些额外的干预才是合乎需要的。 4．定量化

环境分析发展的第四个原理是应尽可能将各种环境干预定量化，只有建立在这样基础上 的产品比较才有实用价值。这不会降低定性指导的重要性，特别是在新产品的设计阶段。在 产品设计初期，设计者对考虑到的环境影响无法定量化。生命周期补充的定性准则对环境干 预的说明促使这种需求增加，这包括下面的定性准则。 (1) 资源和开采材料的性质 (毒性和丰度)； (2) 生产、使用和废物排放的性质； (3) 产品再利用性能和物质的再生性； (4) 处理后的产品和材料的可降解性。

定量和定性方法相辅相成。在工序设计初期，也就是对最终产品仅有一个总设想时，定 性标准在一定程度上可以填补定量信息的空白。定量信息在最终产品的比较中是必要的，某 种程度上定量是对定性标推的检查。

三、生命周期分析的实施方法

1993年SETAC在“生命周期分析纲要：实用指南”中将生命周期分析的基本结构归纳 为4个有机联系的部分：定义目标与确定范围，清单分析，影响评价和改善评价。一直以

来，与生命周期分析有关的研究大都集中在产品、包装、材料、工艺过程或者行为的整个生 命周期中能量和物质的使用以及排放到环境中的废物的定量上，由于这个原因，生命周期清 单分析得到了较好的发展。而将影响评价、改善评价和目标定义与范围界定结合到生命周期 分析的技术框架中还是近几年开始实行的。 （一）定义目标与确定范围

这是LCA的第一步，也是非常关键的一步。它直接影响到整个评价工作程序和最终的 研究结论。它包括下面三个部分。

(1) 明确分析目的：必须知道进行LCA分析的目的是什么．才能确定采用的方法和进行的规模，比如，有些分析是为政府制定某项政策法规，而有些是为了争取环保证书(如：ISO 14000)，还有的是为了按环保要求调整采购进货政策等。

(2) 明确所分析的产品及其功能：确定产品功能和计量量纲是十分重要的．因为在以后 的分析中，只有量纲相同以及功能相同的产品才具有可比性。

(3) 确定系统边界：理论上讲，LCA应该分析对环境的所有影响方面，但是这样的系统将是过于开放的，无法得出对现实有实际意义的结论，因此必须确定所研究系统的边界。这是一个从热力学借用的术语．即系统对于周期分析是作为一个黑箱，用能量和物质的输入和输出来归纳。

确定系统边界是关键步骤，也就是确定应该包括和应当排除的事物。以“长度”和“宽 度”来确定生命周期分析的范围是非常有用的。“长度”确定了分析的范围，哪里开始哪里 结束。它精确地指出我们所选择周期的步骤网络。“宽度”指的是分析的细节，即每一步骤 的不同。

（二) 清单分析

清单分析是4个部分中发展最完善的一个部分。它是对产品、工艺过程或者活动等研究系统整个生命周期阶段和能源的使用以及向环境排放废物等进行定量的技术过程。清本分析开始于原材料获取，结束于产品的最终消费和处置，其一般范围见图4—6。

这些主要阶段包括以下活动：

(1) 原材料和能源获得。清单中原材料单元的边界是从原材料或能源获得的所有活动开始，结束于原材料的制造或加上的第一阶段。原材料获得的输出还未被标准化列入周期清单中，这些输出 (油泄漏、农业径流、尾矿渣淋溶) 可能会比后面的阶段具有更深远的环境影响。因此有必要将它们在后面的清单中标准化。许多与原材料有关的输出是很难定量的，例如栖息地美学上的衰落和破坏。然而，以某种方式表达这些损失类型将有助于后面的影响 评价。

(2) 制造、加工：周期清单中的加工步骤是获取原材料井将它们转化为最终产品。加工是从材料取得开始的，包括现场贮存和处理。当产品最终被制造成型井传输分配时加工过程才告完成。

(3) 分配和运输：这些都是产品周期中每个实际过程的特征。虽然它们会引起产品位置和物理外观的变化．但分配和运输都不包括原材料的改变。运输是指材料和能源在不同地点操作间的运动，并且在整个周期的每个阶段都可以发生。分配是指产品从制造商到最终消费者间的转换。

(4) 使用/再使用/维护(U/R/M)。这个阶段的边界开始于产品和材料分配后，结束于 这些产品和材料被废弃并进入废物管理系统。使用包括产品消费、设备操作、产品储存 (例 如冰冻)、产品使用准备 (例如烹任)。维护保养可发生在最终使用者或其他位置。它包括修 理和预保养 (例如换油)。 再使用包括现场 (例如家庭) 再利用和非现场再利用。现场再利 用包括对一个产品或包装的原始目标再利用或非原始目标再利用 (例如用蛋黄酱瓶储存钉 子)。非现场利用包括把使用单元提供给另一个团体使用和设备出租。这种再利用还包括把

材料返还零售商或制造商进行原始目标再利用 (例如一个再充灌的饮料瓶)，最后这种情况， 返还的材料由“收集”点离开U/R/M阶段，重新进入生产阶段。

(5) 再循环：再循环阶段包括所有从废物管理系统中回收材料并重新送入制造加上阶段 的所有活动。再循环的开始是以废弃材料或产品为再循环的目的而进入收集系统为标志的 (例如，社会垃圾箱中的饮料瓶收集起来再利用或送到再循环中心)，因此再循环包括收集和 材料的加工处理 (清洗，碾碎，打包)。

(6) 废物管理：生命周期的每个阶段都会产生废物。废物是任何向环境(空气、水体、大气) 释放的物质。废物管理系统包括任何在排人环境前的处理机制。

(7) 如此完善的生命周期分析是不必要的。范围应依据研究目的而定。为了提高产品的 环境性能，研究人员可以相信对一个产品加工前后变化比较的有限周期评价结果。 （三）建立生命周期清单模型

这部分是以生命周期分析技术框架的主要发现为基础。虽然工业的主要目的在于产品， 但这个生产系统与原材料和油料消耗，气、液、固体废物的产生有很大关系。定义和操纵系 统的方法已成熟并且热力学定义为该类型分析提供了良好的基础。重要的是任何进行一定限 制功能操作的组合可被视为一个系统。

这一组操作所形成的边界可看做系统边界，边界周围可视做系统环境。这个系统环境起 着系统所有输入的源和输出的源的作用。

当系统边界确定后，系统流程图便可描述这个系统。图4-7给出了聚氯乙烯 (PVC) 的 周期。可以看出是一个复杂的网络。 流程图必须转换成物质平衡，通过测量和计算通过系统边界的物质和能量流来描述这个系统的环境效应。

清单分析的约束条件是物料平衡和能量平衡。 (1) 物料平衡

∑mj﹣0

(2) 能量平衡

∑Ej﹣0

当完成对某一种产品的环境干预后，要对这一清单中的过程数据进行检验，若它们不能 满足式 (4—1)，则说明过程数据不完全，或是因数据被错误地引入两次，或是由于不同数据的数量级差得太远。若清单不满足式(4-2)，可能存在两个原因，一是由于缺乏各种不向输 出物料的内能以及化学能的数据，因此无法对系统进行全面的能量平衡；二是因为对物质的 内能还没有统一的定义。 （四） 影响评价

影响评价是对清单阶段所识别的环境影响压力进行定性的表征评价，即确定产品系统的物质、能量交换对其外部环境的影响。这种评价应考虑对生态系统、人体健康以及其他方面的影响。影响评价由以下3个步骤组成：影响分类、特征化和量化评价。 1．影响分类

将从清单分析得来的数据归并到不同的环境影响类型。影响类型通常包括资源耗竭、人 类健康影响和生态影响3大类。每个大类下又包括许多小类，如在生态影响下有全球变暖、 臭氧层破坏、酸雨、光化学烟雾和富营养化等。另外，一种具体类型，可能会同时具有直接和间接两种影响效应。 2．特征化

这一步定量分析可能将每一种影响大类中的不同影响类型汇总，但必须以环境过程的有

关科学知识为基础。目前完成特征化的方法有不少。一种方法是用统—的方式将来自清单分 析的数据与无可观察效应浓度或特定的环境标堆等相联系。另一种方法试图模拟剂量效应间 的关系。并在特定的场合运用这些模型。 3．量化评价

是确定不同影响类型的贡献大小即权重，以便能得到一个数字化的可供比较的单一指 标。图4-8为一个具体的影响评价操作实例。 （五) 改善评价

系统地评估在产品、工艺或活动的整个周期内消减能源消耗、原材料使用以及环境释放 的需求与机会。这种分析包括定量和定性的改进措施，例如改变产品结构，重新选择原材 料，改变制造工艺和消费方式，以及废物管理等。

四、生命周期分析的应用

LCA作为一种产品评价、产品设计的原则与方法应用于环境管理，涉及企业、政府与 消费者3个层次。 1．工业企业部门

LCA起源于企业内部，也最先在企业部门得到广泛的应用。以一些国际著名的跨国企 业为龙头，如HP、IBM、AT＆T、德国西门子公司等，一方面开展LCA方法论的研究，另 一方面积极对其产品进行LCA 。主要应用领域可归结为以下4个方面。

(1) 产品系统的生态辨识与诊断。通过对整个生命周期的分析，识别对环境影响最大的 工艺过程和产品寿命阶段。不同产品不同的生命周期阶段的环境影响是不同的。例如电冰箱 的主要环境影响阶段是用后处理阶段，即CFC释放对臭氧层破坏和全球变暖影响非常严重， 而彩电的主要影响阶段是使用阶段。另外，也可评估产品 (包括新产品 )的资源效益，即对 能耗、物耗进行全面平衡，一方面降低能耗、物耗从而降低产品成本，另一方面帮助设计人 员尽可能采用有利于环境的原材料和能源。

(2) 产品环境影响评价与比较。 以环境影响最小化为目标，分析比较某一产品系统内的不同方案或者对替代产品 (或工艺) 进行比较。例如通过分析燃油汽车和电力汽车，发现电力汽车的环境影响并不是通常认为的很小，而是要大于燃油汽车。

(3) 产品生命周期设计与新产品开发。 产品生命周期设计与传统产品的设计目标、要求不同，因而设计程度也不同。

(4) 再循环工艺设计。 大量LCA工作结果表明，产品用后处理阶段的问题十分严重。 解决这一问题需要从产品的设计阶段就考虑产品用后的拆解和资源的回收利用。因而迅速出 现了一大批“为再循环而设计”或“为拆解而设计的企业和研究机构。 2．用于政府环境管理部门和国际组织

政府和环境管理部门可借助LCA进行环境立法和制定环境标准以及产品环境标志。 （1） 制定环境政策与建立环境产品标准。 在环境政策与立法上，很多发达国家已经借助LCA制定了“面向产品的环境政策”。近年来，一些同家在环境立法上相继开始反映产品和产品系统相关联的环境影响。目前，比较有影响的环境管理标准有英国BS7750、欧盟生态管理和审计汁划(EMAS)。

（2） 实施生态标志计划。 1992年欧盟颁布了“欧盟产品生态标志计划”，到1997年10月，已有38类、涉及20个制造业、共166种产品获得了“欧盟产品生态标志”。相应的一些国家生态标志计划也纷纷出台。这些计划客观上促进了生态产品的设计、制造技术的发 展，为评估和区别普通产品与生态标志产品提供了具体的指标，客观上刺激了生态产品的 消费。

（3） 优化政府的能源、运输和废物管理方案。 LCA能够很好地支持政府的环境规划。 如荷兰政府从1989年起开展国家废物管理计划，通过对固体废物进行LCA，一方向发展了

LCA的方法论，另—方面提出了一项综合废物管理规划。

（4） 向公众提供有关产品和原材料的资源信息。 与产品有关的环境数据和信息，全球尚无统一的来源，各国都在积极开展有关数据的收集、整理工作。美国国家环保局开展了大量的LCA研究，已经积累了一些主要化学品的数据，成为产品设计和使用的第一手科学背景资料。荷兰资源环境部开展“生态指标”计划，目前已经提出了100种原材料和工艺的生态指标，直接为设计人员选择原材料和生态工艺提供定量化的支持。

国际环境管理体系的建立。产品LCA直接促进了国际环境管理体系的制定。以1992年联合国环境与发展大会所通过的国际外境管理纲要为契机，园际标难化组织(1SO)于1993 年6月成立了ISO/TC207“环境管理委员会”，开始起草一份称为ISO14000环境管理体系 标准。与已被80多个国家和地区所广泛采用的ISO 9000标准不同，ISO14000体系不是仅 仅关注产品的质量，而是对组织的活动、产品和服务从原材料的选择、设计、加工、销售、 运输、使用到最终废物的处理进行全过程的管理。该标准旨在促进全球经济发展的同时，通 过环境管理国际标准来协调全球环境问题，试图从全方位着手，通过标准化手段来有效地改 善和保护环境，满足经济持续增长的需求。 作为可持续发展概念实施载体的环境标准化，主要涉及到以下6个方面：环境评估标准、环境管理系统、LCA、环境标志、环境审计、产品环境标准。

3．LCA用于消费者组织

消费者组织主要利用LCA来指导进行环境产品消费以及对公众活动进行全周期的环境 评价。

第四节 废物的资源再循环

随着人类文明的迅速提高以及工业发展的飞快增长，各种固体废物的数量以惊人的速度 不断上升。在这种情况下，如果能大规模建立资源回收系统，必将减少原材料的使用，减少废物的排放量、运输量和处理量，这样既可以保护和延长原生资源寿命，降低成本，也可以 降低环境污染，保持生态平衡，具有显著的经济、社会效益。固体废物中含有大量可以回收 利用和转换利用的资源，因此，实现固体废物资源化既是环境综合治理的最终目的之一、也 是从治理中获得综合效益的集中表现。

固体废物资源化再循环的途径和技术虽然很多，但归纳起来不外物质回收、物质转换和能量回收三个方面。

一、物质回收再循环

(一) 城市垃圾分选回收

城市垃圾中含有大量可供回收利用的物质，包括废纸、废塑料、废玻璃、废电池、废旧 金属等，可进行选择性回收，典型的分选回收系统如图4-9所示。该系统集收集运输、破 碎、筛分、重力分选、磁力分选、浮选等过程于一体，可从城市垃圾中回收得到以下产品： 轻质可燃物，主要有纸类、塑料、布料等有机物质；金属类，主要有废钢铁、铜、铝等；玻 璃；其他无机物，主要为非金属类。

利用分类收集 (源地分类收集和集中式分类收集) 和机械分选方法，把固体废物中的废 塑料、废纸、废玻璃、废金属、废橡胶等各类可以直接回收利用的成分提取出来，经过适当 加工处理投入物质循环过程，是世界各国普遍寻求的废物资源化方向。

据统计，1958~1987年全国废旧物资回收部门共回收各种废旧物资约2.18亿t，总值 455.7亿元，接近我国1949年工农业总产值。仅1987年全国就回收废旧物资1700万t，总值超过50亿元。1988年1~5月，全国废旧物资收购总值比1987年同期增长40％。

废旧物资回收利用的效益是明显的。例如，30年来．我国废旧物资回收部门共回收了 废钢铁10086万t，可炼钢8572万t，节约铁矿石2.02亿t，节约焦炭1.01亿t。回收各种 废铜148万t，可提炼电解铜124．3万c，节约铜矿石2．16亿t，节约电力3．7亿kW·h。

回收废铝52．35万t，可冶炼初级铝47．1万t，节约原铝矿219．9万t，节约电力104，7亿kW·h。回收废纸、废棉、破布类等造纸原料3196万t，供造纸用的约占80％，可生产纸浆1594万t，节约木材6000万立方米，节约烧碱832万t，降低生产成本68亿元。回收废橡胶、废塑料、废化纤、废玻璃、毛发、牲骨等化工原料1103万t，都可作为各类化工生产的原料。经过再生处理的废品，有些还供出口，换取外汇。 从1966年起，全国供销社系统在回收废旧物资的同时,为充分利用各种废旧物资,提高二次资源的再利用价值，大力发展各类挑选、加工和再利用技术，包括分选整理、拼配改制、机械加工、再生冶炼、化学制取、提炼复制等。 废旧物资的回收利用不仅开发了废物资源，获得了可观的经济效益．而且有助于解决污 染问题.例如,上海市物资回收利用公司所属的贵稀金属提炼厂在1958~1987年，先后回收废酸约350万t。他们把钛白粉厂的低浓度硫酸废液供钢厂酸洗钢材后再回收，供药厂生产硫酸亚铁，在获得经济效益的同时，解决了企业的污染问题。

城市居民生活水平的提高和生活习惯的变化，使城市居民日用品的使用周期逐渐缩短． 而且由于回收政策的变化，造成固体废物中的各类可回收物资的含量逐年增多。例如,北京 1957年回收碎玻璃1394 t，1967年达到7933t，1987年达到了50万t左右。塑料的产量从 1975年的33万t上升到1985年的115万t，平均年递增14．9％，致使废塑料的产量不断增加，占城市固体废物总质量的1．4％，而现阶段我国废塑料的回收率只有15％。

在废旧物资回收利用方面，首先应明确废物资源化是一项很有前途的工作，应该倡导避免废物产生、减少废物产生量、在各类有用物质进入城市固体废物混合收集之前使其得到直接回收利用或综合利用的原则。 (二) 工业废物的回收

工业固体废物中可再生利用的资源主要有金属、玻璃、塑料、纸类、纤维类。金属和纸 类的再生利用技术已经成熟。例如，利用废玻璃制造马赛克的技术、纤维家粘化技术、度旧 塑料的资源化等。

1．废催化剂回收 化学工业及炼油、石油化工的工艺流程中往往采用贵金属及其合金或它们的化合物作为 催化剂以增加反应速率。使用一定时间以后，由于损耗、中毒、杂质的混入，催化剂活性降 低而成为废品，它们或由于价高或稀有或有毒等原因，都需要加以回收利用。

例如，抚顺石油三厂一直采用图4-10所示工艺从催化重整装置及异构化装置产生的废 铂催化剂中回收金属铂。该工艺是将废催化剂经焙烧后用盐酸溶解，使载体氧化铝和铂同 时进入溶液，再用铝屑还原溶液中的二氯化铂形成铂黑微粒，然后以硅藻土吸附铂黑，经分 离、抽滤、洗涤使含铂硅藻土与氯化铝溶液分离，再用王水溶解使之形成粗氢铂酸与硅藻土 的混合液，经抽滤后得到粗氢铂酸，再经氯化铵精制等工序提纯，最后可制得海绵状铂。

2．蒸馏回收杂醇溶液中的甲醇

四川维尼纶总厂在甲醇生产过程中，产生杂醇油538kg/h 。采用连续蒸馏的方法回收甲醇，回收率达96.7％．甲醇含且达96％~98％，品质为国家等外级品。

二、物质转换再循环

利用固体废物制备各种新形态的物质，是消除固体废物污染、使大量固体废物资源化的 主要方法之—。其中，生产建筑材料和农肥最为常见。 (一) 废塑料生产建材

废塑料是城市垃圾的重要组成部分之一，目前已开发出许多基于废塑料的新型建材产品。如塑料油膏；改性耐低温油毡；防水、防腐涂料；胶粘剂、各种板材、塑料砖、色漆等。 （二) 粉煤灰生产建筑材料 目前技术成热、利用量比较大的粉煤灰资源化途径是生产建筑材料，不少已形成规模化

工业生产。产品包括烧结砖、蒸养砖、硅酸盐砌块、加气混凝土、粉煤灰陶粒等。另外，也 可用做为水泥或砂浆的掺和料。

(三)利用赤泥制造硅钙肥料和塑料填充剂

许多工业固体废物中含有较高的硅、钙以及各种微量元素，有些固体废物还含有磷，可 作为农业肥料使用。例如，赤泥、粉煤灰、高炉渣、钢渔和铁合金渣等可作为硅钙肥直接施 用于农田。不但可提高农作物所需要的营养元素，且有改良土壤的作用；而钢渣中含磷较高 时可作为生产钙镁磷肥的原料。

图4-11是利用赤泥生产复合肥料和塑料填充剂的工艺流程。该工艺首先将赤泥浆液脱 水于35％以下，然后烘干，研磨至一定细度即可制成肥料。研磨后的赤泥经粉碎，选出粒 度小于44μm的细粉即可作为塑料填充剂。

需要注意的是，在使用工业固体废物作为农肥时，必须严格检验这些固体废物是否有 毒。应严格禁止将有毒固体废物用于农业生产上。 （四）城市垃圾堆肥

堆肥是依靠自然界广泛分布的细菌、放线菌、真菌等微生物，有控制地促进可生物降解 的有机物向稳定腐殖质转化的过程。固体废物堆肥处理不仅减少了环境污染，同时其堆肥产 品在广泛使用化肥的今天，又可作为一种土壤改良剂和肥料。因此，该种固体废物处理方法 不失为一种良好的方案。

堆肥实质是一种发酵过程，根据堆肥过程中起作用的微生物对氧气要求的不同，可分为 好氧堆肥法 (高温堆肥) 和厌氧堆肥法两种、

现代化堆肥工艺，特别是城市垃圾堆肥工艺，大多采用好氧堆肥方式。好氧堆肥是在通 气条件下借好氧性微生物活动使有机物得到降解，系统温度一般为50~60℃，最高可达80~90℃，由于好氧堆肥堆温高，一般在50—60℃；，极限可达80~90℃，堆制周期短，故也称为高温快速堆肥。好氧堆肥有两种方式，即野外人工堆肥与工厂式机械化堆肥。野外人工堆肥是在传统的农家堆肥的基础上发展起来的，操作简单，费用低，许多国家都有应用，但该方法对通气、水分、温度等条件不易控制，而且会造成堆肥场所的空气污染，只适用于分散的农家堆肥。

厌氧堆肥工艺是将固体废物在与空气隔绝的条件下堆积发酵，其机制与污水处理厂污泥 厌氧消化过程相似，所需时间较长，一般要10个月以上，且环境比较恶劣，仅适用于小规 模农家堆肥，是中国农村的传统堆肥方法。

此外，城市垃圾中的可降解有机废物，包括厨房废物、庭院废物和农贸市场废物等，是 生产有机肥料的上好原料。我国垃圾中这类可堆腐有机物含量较高，比较适合于堆肥制取农 肥。目前，已建成大小堆肥场约20余处，主要采用机械化堆肥和简易高温堆肥技术。

机械化堆肥生产，通常由预处理、一次发酵、二次发酵、后处理、脱臭及贮存等工序组 成。如图4-12所示的是天津大港采用的生活垃圾机械化堆肥处理工艺。

图4-13描述的是城市垃圾厌氧发酵处理的典型工艺流程。 （五) 废物酒精发酵

酒精发酵是固体废物中纤维素、淀粉和糖类等有机组分在糖化菌和酒精发酵菌的作用 下．分解转化为酒精的过程。

许多含纤维索、淀粉和糖的废物都可以用来进行酒精发酵制取酒精。例如，亚硫酸盐制 浆法产生的废液、制造乳酪产生的乳清废液、制糖产生的含糖蜜废液，以及含有大量淀粉和 纤维素的植物废物，如稻草、玉米秆、麦秆、玉米芯及废弃腐烂的水果。酒精发酵一般包括 前发酵期、主发酵期和后发酵期三个阶段c

三、能量转换再循环

从许多固体废物处理过程中可以回收能量，包括热能、电能或燃料等。例如，通过有机

废物的焚烧处理回收热量，进一步发电；利用垃圾厌氧消化产生沼气，作为能源向居民和企 业供热或发电。另外，世界各国均十分重视燃料化技术的开发和利用。目前已研究出的技术 包括热分解法、加氢催化分解法、接触热分解法等。 (一) 好氧分解有机物产热

有机物在好氧条件下，通过好氧微生物的作用，可以彻底分解，最终形成CO2和水， 同时，释放大量的能量，国内外已开始研究利用这些能量的方法。

例如，澳大利业尝试用灌木制成堆肥．并用水回收热量。50t堆肥可联产60℃热水(进 水10℃)4L／min．并能维持6个月之久。浙江农业大学试验利用玉米秆、番薯藤外加少量 牛粪为原料，进行堆肥发酵，用水回收热量，历时63天，水温高达42．5℃。lkg有机质 (干基) 实际获得1013．4kJ热量。 （二）垃圾填埋气体的利用 固体废物在填埋后即开始分解。在厌氧分解过程中，土壤和固体废物中微生物分解镇埋 废物中的大部分有机物，在10-40年内持续产生填埋气体。固体废物在生物降解过程中产 生的填埋气体主要由甲烷和CO2组成．同时伴有少量氦气、氧气、各种碳氢化合物、水分 和其他微量化合物。

由于固体废物分解产生的填埋气体会使地下气压增高。少量受压的填埋气体会通过填埋 场表面逸出，进入空气或在地底下向相邻地区迁移，甚至会发生物理性爆炸、遇到火种时， 甲烷气体会引起火灾。如果当空气中甲烷气体的含量达到广5％~15％，就有可能发生化学 性剧烈爆炸，因此甲烷是一种危险性物质。其他非甲烷性有机混合气体通常较臭．有害环境和健康。可见，如果不对填埋气体加以有效技制，则会引起空气污染，甚至危及人类的安全和健康。同时，填埋气体中的甲烷等气体又是一种热值很高的燃料，若能对填埋气体加以有效控制、收集、处理或利用，不仅能消除污染和破坏环境的隐患，而且可以开发大量宝贵的能源。

固体废物填埋气体的收集系统由均匀分布于整个填埋场的、用于收集填埋气体的竖井和 水平槽．以及气体中转输送管和总管组成。在每个填埋场中，通过机械风机将填埋气体收集 起来，用以焚烧发电或对填埋气体进行二次加工以获得新的能源。

将单个的排气竖井和收集槽、气体收集支管和总管相互连接成覆盖整个填埋场的气体． 传输网状系统。气体收集系统的总管与风机的负压端相连，从而使填埋气体不断地被抽上’ 来。收集到的填埋气体可用来焚烧带动余热锅炉产生蒸汽用于发电，也可以将填埋气通过 净化等—系列处理而生产液化天然气。 (三) 固体废物的焚烧发电技术

在新能源 (太阳能、风能、中小水力发电、地热、生物能、海洋潮汐能等)中．废物能 是最有希望付诸实用的一种。近年来，固体废物能源化的研究进行得很普遍．如日本已有 25个废物处理场装备了固体废物发电设备．我国已在深圳市垃圾发电厂取得了固体废物发 电的经验，并将在珠海、广州、东莞、顺德等城市大力推广。

现代城市，人口和生产都高度集中，城市垃圾与日俱增，成为一大公害。随着科技进步 和人们生活水平的提高，垃圾成分也在不断变化，垃圾中的砖瓦土砂等成分越来越少，而可 燃的纸类、塑料、纤维、木屑等成分越来越多，废物的发热量也在逐步提高，更适于进行焚 烧处理。典型的城市固体废物含再生燃料达65％，含可再生物质17％ (其中包括玻璃、铁、 非铁金属等)，其他残渣18％。这种固体废物因热值较高，具有作为燃料的价值。日伞垃圾 的平均热值达7576kJ/kg，西欧各国的城市垃圾热值大都为7116~10465kJ/kg。由于城市垃圾可燃成分增加，从而为城市垃圾的能源化利用提供了物质基础。 城市垃圾的潜能十分可观，充分利用城市垃圾回收能源已成为各国节能的热点之一。目 前城市垃圾大多采用填埋的方法，由于市区垃圾量的日益增加，接近城市适于填埋的土地正

迅速减少。于是，人们采取焚烧垃圾的方法，即把垃圾烧成仅有原体积5％左右的灰烬，然后再将灰烬掩埋。由于焚烧需要场地、焚烧炉、运输设备和消烟除尘装置，因此单纯的垃圾 焚烧是很不经济的。如果能利用垃圾焚烧所产生的大量热能为居民采暖和供热水，则能使垃 圾变废为宝。据估计1 t城市垃圾可产生压力为1．471Mpa的蒸汽1~2 t，发电270kw·h。 垃圾焚烧的废热有多种利用方式，大的焚烧炉可以用来发电，小的焚烧炉可以用来供 热。为保证输出热量稳定，通常将城市垃圾与工业可燃废物或部分燃料混合燃烧，并选择用 能集中的地方建造焚烧场，以建立合理的废热回收体系。另外垃圾焚烧可能会产生有害气 体，为防止二次污染、焚烧炉应安装排气净化装置。 城市污水处理会产生大量的污泥，处置这些污泥是件令人头疼的事。现在将污泥焚烧已 被证明是一种行之有效的处理方法。污泥作为燃料来应用是污泥处理技术上的革命，为城市 废物能源利用开辟了新的途径。由于污泥的发热量可达14651~16744kJ/kg，相当于优质煤 发热量的60％~70％，因此充分利用污泥的潜能是很有意义的。通常将污泥经脱水处理后， 再加少许辅助燃料，即可在焚烧污泥的焚烧炉内焚烧，回收的废热可以用于地区性采暖、供 温室热水，亦可用于发电。用于焚烧污泥的焚烧炉有竖式多层焙烧炉，也有流化床焚烧炉。 (四) 固体废物的热解技术

固体废物热解造气是废物燃料化的方法之一。所谓热分解，就是在氧分压较低的条件 下，将可燃性固体废物进行高温分解．分解为气体、油、煤炭、固型炭的形式。这样，废物 中藴含的热量就以气、油和炭的形式储留起来。 1．城市垃圾的热解

热解处理是从城市垃圾中回收燃料油及燃料气的一种有效途径，热解产物的组分与垃圾 成分、热解温度和热解装置有关。

城市垃圾的热解技术可以根据其装置的类型分为移动床熔融炉方式、回转窑方式、流化 床方式、多段炉方式、Flush Pyrolysis方式。其中，回转窑方式和F1ush Pyrolysis 分式是最 早开发的城市垃圾热解处理技术，代表性系统有Landgard系统和Occidental系统。Occiden-tal 系统工艺流程见图4-14。多段炉主要用于含水率较高的有机污泥的处理；流化床有单塔式和双塔式两种，其中双塔式流化床已达到工业化生产规模；移动床熔融炉方式是城市垃圾 热解技术中最成熟的方法，代表性的系统和新日铁系统、Purox系统和Torrax系统：

新日铁系统是热解和熔融一体化的设备，垃圾在同一炉体内完成干燥、热解、燃烧和熔 融过程，工艺流程示于图4-15。热解温度为300~1000℃。可回收得到热值约为6276~10460kJ/㎡的可燃性气体和金属铁。 2．污泥的热解

有机污泥一般都采用焚烧法处理以回收能量，但在焚烧过程中会产生二次污染问题，如 废气中含HCl、SO2、NOx，残渣中含重金属；热值不高的污泥需要辅助燃料；含铬污泥焚 烧时会产生毒性较大的六价铬等，污泥热解可避免以上问题。

由于污泥含水率高，不能直接进行热解处理，因而热解前碍进行干燥处理。日前为了有 效回收能量，更多时候是将污泥与城市垃圾混合进行热分解，可以取长补短，相得益彰。

3．废塑料的热解

在垃圾焚烧处理时，塑料常常是一种不受欢迎的成分。因为它会产生盐酸气等腐蚀性气体。但是塑料的热值很高，达31395kJ／kg。现在一种新的处理塑料垃圾的热分解技术已经达到实用化阶段。

热分解就是在缺氧气氛中，使塑料发生高温热分解，其低沸点成分变为燃料气，高沸点 成分则成为燃料油，再经过收集和净化就成为可供利用的燃料。塑料垃圾燃油化、比之直接 燃烧有很多优点。除了热解制得的燃油使梢方便，易于贮运外，热解炉比焚烧炉温度低，对 环境的污染小。

废塑料、废轮胎、废纸以及其他可燃成分都可以通过热分解变为燃气。实验表明，1 t精选的城市垃圾，经热解可制得353m3煤气，其热值达16744kJ/m3。而塑料制燃油的回收 率也很高．1kg废塑料可以回收0．8kg提取油。但由于热分解过程也要耗能，因此每吨垃 圾的净有效热值可达4x106kJ。在美国和欧洲城市垃圾的热解可燃气已用发电。

橡胶制品、废旧轮胎经破碎，再经过磁选去除钢铁杂质后，在450~500℃下进行热分 解,得到的气体可以作为燃料气，碳化物则为固体燃料。燃料气冷凝后可得到燃油，再经分 馏还可得到轻质油和重质油。轮胎热分解回收物中重油占50％~55％，碳化物32％~37％， 甲烷气占15％。

废塑料热解处理的主要产物为C1~C44的燃料油和燃料气以及固体残渣。通常情况下， 热解产生的燃料气基本上在系统内全部消耗掉，燃料油也部分被消耗。在配备有发电设施的 系统中，最终得到的燃料油产品约为总投入物料的40％。图4-16是年处理500t聚烯烃类塑 料的KPY型废塑料油化装置系统及其工艺流程。

4．废橡胶的热解

废橡胶主要指天然橡胶生产的废轮胎．工业部门的废皮带和废胶管等。人工合成的氯丁 橡胶、丁睛橡胶由于热解时会产生HCl及HCN，不宜热解。

废轮胎热解产物非常复杂，研究表明所得产品中气体占22％ (质量)、液体占27％、炭 灰占39％、钢丝占12％。气体主要为甲烷、乙烷、乙烯、丙烯、一氧化碳及少量的水、二 氧化碳、氢气和丁二烯：液体主要为苯、甲苯和其他芳香族化合物。

废轮胎的热解装置主要应用流化床及间转窑，现已进入实用阶段。图4-17所示为某实 验厂采用流化床热解炉热解处理废轮胎的工艺流程。

参考文献

1 顾国维，何澄。绿色技术与应用。上海：同济大学出版社，1999 2 朱慎林，赵毅江。清洁生产导论。北京：化学工业出版社，2001 3 陆光华。绿色生活与未来。北京：化学工业出版社，2001

4 曹风中，刘亿。绿色的热点。北京：中国环境科学出版社，2001 5 闵恩泽，吴巍。绿色化学与化工。北京：化学工业出版社，2000

思考题

1. 生态上业的概念是什么?

2. 建立循环型生态工业系统的条件有哪些? 3. 什么是清洁生产?包括的内容有哪些? 4. 结合你的专业谈淡如何实施清洁生产。

5. 什么是绿色产品?结合你的专业，采用生命周期分析方法说明如何设计与评价绿色产品。 6. 举例说明废物资源化利用途径有哪些。

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