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1、海南大学环境科学系 唐文浩清洁生产原理与应用海南大学环境科学系 唐文浩2 清洁生产的理论基础n2.1 生态控制理论n2.2 物质平衡理论n2.3 最优化理论n2.4 社会化大生产理论n2.5 可持续发展理论n2.6 生命周期理论n2.7 生态设计n2.8 工业代谢n2.9 产业生态化理论重点：掌握清洁生产的相关理论难点：理解全过程控制和产业生态化是实现清洁生产的基本保证。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2 清洁生产的理论基础n总结上一章节的内容，我们不难认识到：n在现实中，末端治理范式也日益难以为继，其不足主要表现在以下几个方面：（1）末端治理需要很大的投资，运行费用高，建设周期长
2、，经济效益小，企业缺乏积极性。对于企业而言，一般来讲，污染物的处理与其经济收益相矛盾，所以其积极性普遍不高，需要政府和社会的强制性监督。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2 清洁生产的理论基础 （2）能源和资源不能有效利用，一些本可以回收利用的原材料变成“三废”处理或排放掉，造成资源的浪费和环境的严重污染。像城市垃圾中的玻璃、废纸、废塑料、废金属等成分，都具有一定的经济价值，像工业固体废物等则更具有回收利用价值，但就是因为缺少有效的分拣和收集措施，缺少综合利用途径，上述可资源化的污染物难以回收再利用。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2 清洁生产的理论基础 （3）在污染物排
3、放标准上只注意浓度控制而忽视了总量控制。各类法规和政策大多只规定污染物的排放浓度标准，对超标排放的企业单位进行限制和惩罚。这种做法，没有认识到环境质量是由污染物总量与环境容量决定的这一事实。没有将污染物控制和削减与当地环境目标相联系，区域内各企业只要达到排放标准就算完成了治理任务。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2 清洁生产的理论基础n总体来看，末端治理的方法是将污染物从一种形式转化到另一种形式，对环境而言，污染物依旧存在。末端控制是污染物在介质间的转移，特别是有毒、有害物质往往转化为新的污染物，造成二次污染，形成治不胜治的恶性循环，不能从根本上消除污染。如：净化废气产生废水；净化
4、污水产生污泥；焚烧固体废弃物造成大气污染；填埋有害废物又污染土壤和地下水。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2 清洁生产的理论基础n由此可见，末端治理范式是一切从人类的利益出发的，维护人的价值和权利就成为人类活动的最根本的出发点和最终价值依据，而不顾及对其他物种的伤害。n环境恶化的趋势警示我们，如果再不改变现有的发展范式，人类必将走上自取灭亡的不归路。恩格斯说：恩格斯说：“我们不要过分陶醉于我们人类对自然界的我们不要过分陶醉于我们人类对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都对我们进行报复。胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都对我们进行报复。每一次胜利，起初确实取得了我们预期的结
5、果，但是往后每一次胜利，起初确实取得了我们预期的结果，但是往后和再往后却发生完全不同的、出乎预料的影响，常常把最和再往后却发生完全不同的、出乎预料的影响，常常把最初的结果又消除了。初的结果又消除了。”自然辩证法自然辩证法5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2 清洁生产的理论基础n以生产过程末端治理的理论为基础的“污染者付费原则”的确定，曾经对于遏止环境污染的迅速扩展发挥了历史性作用。但是，从资源短缺到资源枯竭的现状，我们不难看出末端治理范式的理论基础已经无法再支撑起现实分析的框架。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2 清洁生产的理论基础n马克思早在100多年前就指出，把生产排
6、泄物减少到最低限度和把一切进人生产的原料和辅助材料的直接利用提高到最大限度，是社会化大生产的最终必然结果。n清洁生产的理念是一种认识世界的哲学思想，一般认为，伴随经济增长必然产生污染，但必须将污染控制在一种使人们相对能接受的水平。还要考虑到自然生态环境的长期承载能力，与此同时，对环境保护也要考虑到一定经济发展水平下的经济支持能力，采取积极可行的环境政策，配合和推进经济发展。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2.1 生态控制理论n生态控制论是在生物控制论、智能控制论、经济控制论和社会控制论基础上逐渐发展起来以人为中心的社会经济自然复合生态系统的调控理论。n各种生物按其食物关系排列起来的
7、链状顺序称为食物链(Food Chain)。多条食物链彼此交错连结形成的网状结构称为食物网(Food Web)。n整体有序。n循环再生。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n对于一个系统，其发展演化的方向和结果不是唯一的，存在多种可能性。系统到底选择哪种可能性，与系统的内在性质及系统所处的外部环境条件有关。尽管系统的发展有多种可能性存在，但并不总是朝向人类所期望的目标方向发展，而经常由于系统内在的原因或外界影响，使系统偏离目标。因此，人类必须不断地对系统进行调控，以使其达到预期的目标。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2.2 物质平衡理论n物质平衡理论（废物与资源转化理论）。
8、物质平衡理论是清洁生产的物流基础。人与自然之间全面的物质变换过程,不仅是产生使用价值的物质变换过程，也是产生废弃物的物质变换过程（尽管后者并不是人类进行生产劳动的目的）。非产品产出的存在是客观的，因为任一生产工艺的生产率(转化率)都不可能是百分之百，同样，经济活动中产生废弃物的现象也是客观的。n对废弃物的错误处置行为导致了环境污染与生态破坏,而且从废物中提取可用的资源(假定技术条件允许),需要消耗更多的资源,这在经济上是不合算的。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n在生产过程中，产生的废物越多，则原料(资源)消耗越大，废物是由原料转化而来的。n清洁生产主张利用先进技术对废物进行调整和
9、控制使废物最小化，并使其继续在经济系统内参与物质变换,直至成为自然界可以接受的形式。根据物质守衡定律,在生产过程的任何一个阶段,废物的减少都对企业提高生产资料利用率有促进作用。所以，清洁生产体现了资源利用最大化，废物产生最小化，对生态环境无害化，成为实现环境效益和经济效益的最佳模式。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n清洁生产的废物与资源转化理论是以物质不灭定律和能量守恒定律为基础的。在生产过程中，所有的物料都遵循物质平衡原则。清洁生产可使废物产生量最小化，所以，提高资源效率是清洁生产的一个重要内容。n一个生产过程所产生的废物可恰为另一个生产过程的原料，使废物再生循环利用，从另一方面
10、体现了废物与资源转化理论。n关于废物与资源转化理论，目前已普遍发展为资源效率理论，建立了4倍因子增长理论、10倍因子增长理论等新概念、新理论。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2.3 价值最优化理论n最优化理论。清洁生产实际上是求解满足生产特定条件下，使其原料消耗最少，而使产品产出率最高的问题。此问题的理论基础是数学的最优化理论。很多情况下，废物最小量化可表示为目标函数，而清洁生产则是求他在约束条件下的最优解。n最优化理论最优化理论(optimality theory)(optimality theory)是指自然选择总是倾向是指自然选择总是倾向于使动物最有效地传递其基因，因而也是最
11、有效地从事各于使动物最有效地传递其基因，因而也是最有效地从事各种活动，包括使它们活动时的时间分配和能量利用达到最种活动，包括使它们活动时的时间分配和能量利用达到最佳状态。佳状态。行为生态学定义行为生态学定义 5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n由于废弃物产生的客观性,生产资料不可能百分之百转化为商品,总会形成废物。人类必须采取措施才能避免环境污染,所以不仅花费在使用价值生产上的劳动是人类所必需的,而且人类为减少废弃物排放、保护环境所付出的劳动,同样为社会发展所必需。因此生产商品所需的社会必要劳动时间不仅包括传统意义上的社会必要劳动时间,而且还应包括花费在资源、环境上的社会必要劳动时间
12、。忽视全过程控制,把控制污染与生产过程割裂开来,必然增加生产商品所需的全部社会必要劳动时间。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n实施清洁生产能有效缩短社会必要劳动时间。清洁生产把污染尽可能消除在生产过程中,大大减轻了末端治理费用,降低了治理技术开发的难度，从整体上使生产商品所需全部社会必要劳动时间减到了最少。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2.4 社会化大生产理论n社会化大生产理论。马克思主义认为，用最少的劳动消耗，生产出最多的满足社会需要的产品，是社会主义建设的最高准则。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一种在新的生产中可以利用的形式，科
13、学的进步，特别是化学的进步，发现了那些废物的有用性。当今社会化大生产和科学进步，为清洁生产提供了必要的条件。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n环境污染会造成外部不经济性，末端治理一定程度上加剧了外部不经济性。弱化外部不经济性的的重要手段就是推行清洁生产。当社会的总资源投入一定时,企业实施清洁生产使得社会产品总量增加,社会总效益增加；企业实施清洁生产减少废弃物产生,从而减少企业把治理成本转嫁给社会的机会成本,有效弱化外部不经济性。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2.5 可持续发展理论n可持续发展理论。为满足当前需要以不损害未来各代需要为前提，“不损害未来各代需要”等价于维
14、持生态和社会可持续发展适当水平。n可持续发展的关键目标为：促进经济增长；提高经济增长质量；满足社会对就业、食品、能源、水资源及卫生方面的基本需要；将人口控制在可持续水平；保护和加强资源基础；对技术重新定向和对风险进行管理；在决策中将环境与经济学相结合；重构国际经济关系。生态可持续是作为发展过程目标的人类活动模式的期望特征。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n清洁生产作为一种全新的模式,它的物流基础、价值基础、经济基础都体现了可持续发展的内涵要求。对于我国这样这样的人均资源匮乏、经济高速发展而同时环境污染又相当严重的国家来说,清洁生产是实现可持续发展战略的最佳选择。5/20/2023海
15、南大学环境科学系 唐文浩2.6 生命周期理论n生命周期(Life Cycle)理论。基本涵义可以通俗地理解为“从摇篮到坟墓”(Cradle-to-Grave)的整个过程。对于某个产品而言，就是从自然中来回到自然中去的全过程，也就是既包括制造产品所需要的原材料的采集、加工等生产过程，也包括产品贮存、运输等流通过程，还包括产品的使用过程以及产品报废或处置等废弃回到自然过程，这个过程构成了一个完整的产品的生命周期。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n生命周期评价（Life Cycle Assessment,即LCA）是一种用于评估产品在其整个生命周期中，即从原材料的获取、产品的生产直至产品
16、使用后的处置，对环境影响的技术和方法。nLCA已经纳入ISO14000环境管理系列标准而成为国际上环境管理和产品设计的一个重要支持工具。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n生命周期评价起源于1969年美国中西部研究所受可口可乐委托对饮料容器从原材料采掘到废弃物最终处理的全过程进行的跟踪与定量分析。n根据ISO14040：1999的定义，LCA是指“对一个产品系统的生命周期中输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价，具体包括互相联系、不断重复进行的四个步骤：目的与范围的确定、清单分析、影响评价和结果解释。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n生命周期评价主要应用在通过确定和定量化
17、研究能量和物质利用及废弃物的环境排放来评估一种产品、工序和生产活动造成的环境负载；评价能源材料利用和废弃物排放的影响以及评价环境改善的方法。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n生命周期评价首先辨识和量化整个生命周期阶段中能量和物质的消耗以及环境释放，然后评价这些消耗和释放对环境的影响，最后辨识和评价减少这些影响的机会。生命周期评价注重研究系统在生态健康、人类健康和资源消耗领域内的环境影响。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2.7 生态设计n生态设计（ecological design），也称绿色设计或生命周期设计或环境设计，是指将环境因素纳入设计之中，从而帮助确定设计的决策
18、方向。生态设计按生态学原理进行的人工生态系统的结构、功能、代谢过程和产品及其工艺流程的系统设计。生态设计遵从本地化、节约化、自然化、进化式、人人参与和天人合一等原则，强调减量化、再利用和再循环。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2.8工业代谢n工业代谢研究方法的根据是质量守恒定理。一定数量的物质因人类活动而消失在生物圈之中，但其质量却是守恒的。工业代谢研究方法旨在揭示经济活动纯物质的数量与质量规模，展示构成工业活动全部物质（不仅仅是能量的）流动与储存。因此，工业代谢研究的方法论就在于建立物质结算表，估算物质流动与储存的数量，描绘其行进的路线和复杂的动力学机制，同时也指出它们的物理的和
19、化学的状态。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n如果工业体系模仿生物界的运行规则，人类将受益无穷 5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩2.9 产业生态化理论n产业生态化是指产业自然生态有机循环机理，在自然系统承载能力内，对特定地域空间内产业系统、自然系统与社会系统之间进行耦合优化，达到充分利用资源，消除环境破坏，协调自然、社会与经济的持续发展。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n企业之间的物质循环与代谢是生态产业作为生命系统的活力与健康的体现。系统内各企业在投入产出的同时，物质循环代谢的功效越高（或总体成本效益越高），生态产业系统越健康，其投入产出效益也越高。5/2
20、0/2023海南大学环境科学系 唐文浩n产业生态化的一个核心问题是产业系统内的企业之间能够进行物质传递和循环。然而，生态产业系统的物质循环不是封闭循环，而是内部物质循环，对外具有投入产出功能的开放系统，如图所示：5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n产业生态化作为获取和维持可持续发展的一种实践手段，旨在倡导一种全新的、一体化的循环模式，即经济系统和环境系统具有高度的统一性。n产业生态化认为物质和能量的总体循环贯穿于从原材料开采到产品生产、包装、使用以及废料最终处理的全过程。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n物质和能量的循环优化不仅仅局限于一个企业内部，而注重更高级别的区域系
21、统乃至整个国家或地区的产业系统的优化，在一定区域内形成类似生态圈的产业循环系统，通过区城间的产业生态系统的互动性依存，在全球实现产业活动与生态系统的良性循环和可持续发展。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n产业生态化作为一种生态型循环经济，需要改变现有土地利用的思维模式，改变产业流程，减少废物排放，使产业适应环境而不是改变环境来适应产业。n产业生态化把人类活动、土地利用、自然循环和功能协调成统一的生态系统，通过改变新的组织形式、调整政策来恢复和保持各种形式的社会、经济和生态的调节能力。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n未来可持续能力决定于调节社会、经济与生态系统功能延续性
22、及其相互关系的资源管理系统。n产业生态将不可持续变为可持续发展，是通过经济与社会的转型进化到一个新系统的状态而不是依赖效率提高的发展模式来保留现有系统结构。产业生态化的本质目标就是在人类生存和发展的自然生态环境可再生的基础上，达到人-社会-自然之间的协调持续的发展。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩n从理论上看，产业系统不仅要形成自身的物质循环反馈机制，更要尽可能地纳入生态系统的物质循环系统。因此，也有人称产业生态化为循环经济(circulate economy)。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩作业三nPPT作业：1、什么是生态工艺设计？如何理解产业生态化？2、为什么说：全过程控制和产业生态化是实现清洁生产的基本保证。5/20/2023海南大学环境科学系 唐文浩演讲完毕，谢谢观看！