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

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