（环境工程专业论文）石煤提钒工艺清洁生产评价的研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 钒是一种较为重要的战略物资，以其优良的合金性能和催化作用，广泛地用 于冶金、国防尖端技术及其他各个领域。2 0 0 4 年以来，由于钒价上涨，国内掀 起钒厂热，初步估算，近年来新建的钒厂和正在计划开办的钒厂近1 0 0 家，总 的生产能力约2 5 万吨，但是由于资源条件和技术限制，这些已建或拟建钒厂大 多采用钠化焙烧工艺进行生产，由于该工艺焙烧过程中会有氯气及氯化氢气体产 生，因而在未经处理的情况下直接排放严重污染环境。我国石煤提钒仍处于初期 阶段，大多数钒厂采用的是钠化法( 钠化焙烧一水浸一酸沉粗钒碱溶铵盐精 制) 和钙化法( 钙化焙烧稀硫酸浸出一清液离子交换一氧化沉钒氧化脱氨制 片状v 2 0 5 ) 工艺，虽具有较好的经济效益和社会效益，但存在工艺流程复杂、设 备简陋、原材料消耗大、钒回收率低( 一般小于4 5 ) 、生产成本高、环境污染等 问题。清洁生产评价是通过对企业原材料的选取、采用的工艺技术与设备、改善 管理、加强综合利用以及生产过程到产品服务全过程进行的综合评价，从而评定 出企业清洁生产的总体水平以及每一个环节的清洁生产水平。因此，对石煤提钒 工艺进行清洁生产评价研究对推动石煤提钒行业的清洁生产具有重要的理论意 思和深远的现实意义。 本文在国内外清洁生产研究的基础上，将模糊综合评价方法引入到清洁生产 的综合评价当中，以某石煤提钒企业钙化法工艺为对象，通过现场调研和基础资 料收集，综合分析钙化法石煤提钒工艺清洁生产全过程，选择合适的评价指标， 构建了钙化法石煤提钒工艺清洁生产评价指标体系，共构建5 个准则层，即生产 工艺及技术装备、废物回收处理状况、资源能源利用状况、污染物产生情况、环 境管理五个方面，共2 0 个评价指标。采用层次分析法确定各指标的权重，对钙 化法石煤提钒工艺清洁生产水平进行了综合评价，得出该企业钙化法石煤提钒工 艺的清洁生产水平处于国内一般水平的结论。 根据该模糊综合评价，得出污染物产生指标、废物回收处理指标、环境管理 指标对清洁生产水平的隶属度分别为：0 4 6 、0 4 3 、0 5 4 ，分别处于国内一般、 国内一般、落后淘汰的等级，是影响该企业钙化法石煤提钒工艺的清洁生产水平 的关键所在，最后，根据第三章模糊综合评价的结论，从大气污染防治、矿渣综 合利用、改善环境管理三个方面的提出提升企业石煤提钒工艺清洁生产水平的措 施。 关键词：石煤，清洁生产评价，模糊综合评判 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t v a n a d i u mi sam o r ei m p o r t a n ts t r a t e g i cm a t e r i a l w i t l li t se x c e l l e n tp e r f o r m a n c e a n dc a t a l y t i ca l l o yw i d e l yu s e di nm e t a l l u r g y , n a t i o n a ld e f e n s et e c h n o l o g y , a n do t h e r c u t t i n g - e d g et e c h n o l o g i e si nv a r i o u sf i e l d s s i n c e2 0 0 4 ，d u et ot h ep r i c eo fv a n a d i u m r i s i n g ，a td o m e s t i cb u i l d i n gv a n a d i u mp l a n ti sv e r yh e a ta tt h ep r e l i m i n a r ye s t i m a t e s ，i n r e c e n ty e a r s ，t h en u m b e ro fn e wv a n a d i u mp l a n t sa n di sp l a n n i n gt or u ni sn e a r l y 10 0 ，w i t hat o t a lp r o d u c t i o nc a p a c i t yo fa b o u t2 5m i l l i o nt o n s ，b u td u et or e s o u r c e c o n d i t i o n sa n dt e c h n i c a lc o n s t r a i n t s ，t h e s eh a v eb e e nb u i l to rp r o p o s e dv a n a d i u m f a c t o r yt h e yu s et op r o d u c en a - r o a s t i n gp r o c e s s ，b e c a u s et h ep r o c e s sw i l lb ei nt h e r o a s t i n gp r o c e s sp r o d u c e sc h l o r i n ea n dh y d r o g e nc h l o r i d eg a s ，w h i c hd e a lw i t ht h e c a s ew i t h o u tt h ed i r e c td i s c h a r g eo ft h es e r i o u sp o l l u t i o no ft h ee n v i r o n m e n ti nc h i n a s t o n ec o a lv a n a d i u mi ss t i l li ni t se a r l ys t a g e s m o s to ft h ev a n a d i u mp l a n tu s e dt h e m e t h o do fs o d i u m ( n a - r o a s t i n g - - - f l o o d i n g - - a c i d - t h i c kv a n a d i u m - - a l k a l i - - s o l u b l e t e f m c da m m o n i u ms a l t ) ，a n dc a l c i f i c a t i o np r o c e s s ( c a l c i f i c a t i o nc a l c i n a t i o n - c l e a r l i q u i ds u l f u r i ca c i dl e a c h i n g - - - s h e nv a n a d i u mo x i d ei 伽一e x c h a n 留e - 0 x i d 撕v e 一 d e c o n t a m i n a t e - - - o x i d a t i v ed e a m i n a t i o na n d p r e p a r ef o rv 2 0 5 ) ，a l t h o u g hw i t hab e t t e r e c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s ，b u tt h e r ei sac o m p l e xp r o c e s s ，c r u d ee q u i p m e n t , c o n s u m p t i v e r a wm a t e r i a l ，l o wr e c o v e r yr a t eo fv a n a d i u m ( u s u a l l yl e s st h a n 4 5 ) ，h i g hp r o d u c t i o nc o s t s ，a n ds e r i o u sp r o b l e mo fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n c l e a n e r p r o d u c t i o na s s e s s m e n ts e r v i c e sac o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n tf o re n t e r p r i s e sf r o mr a w m a t e r i a ls e l e c t i o n ，u s i n gt h ep r o c e s st e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t ，i m p r o v em a n a g e m e n t , s t r e n g t h e nt h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o na n dp r o d u c t i o np r o c e s st ot h ew h o l ep r o c e s s o fp r o d u c t s ，a n di u d g et h eo v e r a l ll e v e lo ft h ec l e a n e rp r o d u c t i o na s s e s s m e n ta n d e v e r ya s p e c to fc l e a np r o d u c t i o nl e v e l s t h e r e f o r e ，t h es t u d i e so nt h et e c h n o l o g yo f e x t r a c t i o nv a n a d i u mf o r ms t o n ec o a la c c e l e r a t e st h ep r o m o t i o no fc l e a n e rp r o d u c t i o n f o rv a n a d i u mi n d u s t r y , a n dh a si m p o r t a n tt h e o r e t i c a l m e a n i n ga n df a r - r e a c h i n g p r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t 1 1 i ss t u d yb a s eo nc l e a n e rp r o d u c t i o na th o m ea n da b r o a d , t h ef u z z y c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o dw i l lb ei n t r o d u c e dt ot h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n o fc l e a n e rp r o d u c t i o n ，l o o k i n gc a l c i f i c a t i o no fv a n a d i u mf o r ms t o n ec o a lt e c h n o l o g y 器o b j e c t ，t h r o u g ho n - s i t er e s e a r c ha n db a s i cd a t ac o l l e c t i o n , ac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s o nc l e a n e rp r o d u c t i o nt e c h n o l o g yo ft h ew h o l ep r o c e s so fc a l c i f i c a t i o no fv a n a d i u m f o r ms t o n ec o a l ，b yt h es e l e c t i o no fs u i t a b l ee v a l u a t i o ni n d e x ，b u i l d i n gc a l c i f i c a t i o n v a n a d i u mf o r ms t o n ec o a lo fc l e a n e rp r o d u c t i o nt e c h n o l o g ye v a l u a t i o ni n d e xs y s t e m , b u i l df i v ec r i t e r i al a y e r s ，n a m e l y , t h ep r o d u c t i o np r o c e s sa n dt e c h n i c a le q u i p m e n t ， w a s t er e c y c l i n gc o n d i t i o n s ，r e s o u r c e sa n de n e r g yu s es i t u a t i o n , t h es i t u a t i o np o l l u t a n t s ， e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n ta l t o g e t h e rf i v ea r e a s ，at o t a lo f2 0e v a l u a t i o ni n d e x e s a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sm e t h o dt od e t e r m i n et h ew e i g h to fe a c hi n d e xo l lt h e c a l c i f i c a t i o nv a n a d i u mf o r ms t o n ec o a lt e c h n o l o g y , c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o nm e t h o d 武汉理工大学硕士学位论文 d e r i v e dc a l c i f i c a t i o nv a n a d i u mf o r ms t o n ec o a lt e c h n o l o g y ，a n dr e a c hc o n c l u s i o nt h a t t h ec l e a np r o d u c t i o no fc a l c i f i c a t i o nv a n a d i u mf o r ms t o n ec o a lt e c h n o l o g yi si nt h e g e n e r a ll e v e lo fd o m e s t i c a c c o r d i n gt ot h ef u z z yc o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n , w i t ht h er e s u l to fi n d i c a t o r so f p o l l u t a n t s ，w a s t er e c y c l i n gt a r g e t s ，e n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t , c l e a n e rp r o d u c t i o n i n d i c a t o r sf o rt h el e v e lo fd e g r e eo fm e m b e r s h i pa r e ：0 4 6 ，o 4 3 ，o 5 4 ，o r d i n a r yl e v e l ， o r d i n a r yl e v e l ，b a c k w a r dg r a d ea th o m e ，w h i c ha f f e c tt h el e v e lo ft h ep r o c e s sk e yt o c l e a n e rp r o d u c t i o n , f i n a l l y , a c c o r d i n gt oc h a p t e rh io ft h ef u z z yc o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o no ft h ec o n c l u s i o n s ，t h i sa r t i c l ed e v e l o pc l e a n e rp r o d u c t i o nm e a s u r e sf r o m t h ea i rp o l l u t i o nc o n t r o l ，s l a gu t i l i z a t i o n , i m p r o v ee n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n ti nt h r e e a r e a s k e y - w o r d s ：s t o n ec o a l ，c l e a n e rp r o d u c t i o na s s e s s m e n t , f u z z yc o m p r e h e n s i v e a s s e s s m e n t 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 研究生签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交 论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、 缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：社导师签名： 日期二孚坐 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 钒作为一种重要的稀有金属被广泛的应用在许多领域。在钢铁工业中，钒能 显著增加钢材在强度和韧性方面的品质，使含钒钢材具备明显的技术和经济优 势。在其它行业( 如化工、建材) 中，钒及其化合产品和应用产品也有着广泛的 需求前景和应用市场。 近几年世界钒的消费呈现良好的需求发展态势，主要的需求来自钢铁产量增 加和钢铁冶炼技术进步，导致对高强度低合金钢的需求增加。我国五氧化二钒设 计生产能力约为3 万吨，其中石煤钒厂为5 0 0 0 吨左右，石煤钒厂年实际生产量 为3 0 0 0 吨，近年来国家环保部门关闭了一批工艺落后、污染严重的生产厂家， 致使年产量降到了2 0 0 0 吨。因此从整个市场来看五氧化二钒产品供不应求。随 着石油、化工工业、航空工业的发展，高硬、高韧和高强度的合金钢代替碳素钢 导致五氧化二钒的用量越来越大，据专家预测，世界上钒的需求量平均年增长率 为3 5 - - - , 4 3 。 石煤提钒工艺很多，按照焙烧流程段分为钠化焙烧、空白焙烧、钙化焙烧【1 】o 目前国内最普遍采用的焙烧工艺为传统钠化焙烧，焙烧掺入食盐质量百分比为 1 0 一2 0 ，该工艺反应产生大量烟尘、氯气和物理蒸发氯化氢气体，导致生产环 境恶劣，周边生态环境严重破坏，同时v 2 0 5 产率一般在4 5 左右，浪费大部分 钒资源，属于国家明令禁止的淘汰工艺。空白焙烧团工艺不加任何添加剂，利用 高温焙烧时物料与空气的接触，使物料中的低价钒氧化生成高价钒。该工艺在湖 南双溪煤矿得到应用，但是该工艺只适用于含硫量低，较易氧化的石煤矿，对于 大部分湖南、湖北等地区石煤矿来说，采用空白氧化焙烧存在氧化效果不好，转 化率低的问题。对于含硫量较高的石煤矿，采用空白焙烧的烟气中会产生二氧化 硫，影响烟气的达标排放。钙法焙烧工艺采用氧化钙为氧化剂，在高温，通氧的 条件下进行焙烧，生成钒酸钙，在硫酸溶液中浸出提钒【3 】，该工艺焙烧过程中产 生大量烟气，离子交换过程产生的废水。 清洁生产作为一套系统而完整的可持续发展战略，已经得到社会的普遍认可 和赞同，并在世界各国被广泛的应用于预防、防治污染的实践之中。因此，制订 和实施一套具有科学性、合理性，且符合我国当今实际的简单易行的清洁生产评 价指标对石煤提钒工艺进行综合评价、提出提高石煤提钒工艺清洁生产水平的政 策措施具有十分重要的意义。 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 清洁生产评价的意义、作用 钒在中国的生产从无到有，从小到大，使中国钒工业得到了长足的发展，已 经成为世界上主要产钒大国。中国技术人员在钒的研究、开发、制造、应用方面 进行了大量富有创新的工作，取得了一系列重要成果。从整个市场来看五氧化二 钒产品供不应求。随着石油、化工工业、航空工业的发展，高硬、高韧和高强度 的合金钢代替碳素钢导致五氧化二钒的用量越来越大，据专家预测，世界上钒的 需求量平均年增长率为3 5 - 4 3 ，国内近几年的钒需求量增长率会大于5 ， 因此目前是钒行业扩大规模，发展生产的大好时机。 钒的生产方式多种多样，其中利用石煤提取钒是一种重要的手段。从石煤中 提钒，在我国已有近3 0 年的历史，国内现行提钒技术仍然以钠化焙烧为主网。 钠化焙烧工艺平窑焙烧转化率 4 5 ，水溶浸出率约9 0 1 b ，粗钒沉钒浸出率 9 2 - 9 6 ，总回收率 4 5 ，该工艺劳动强度大，生产条件差；尤其是产品回收 率低，三废排放量大，造成资源浪费、环境污染。钙化焙烧提钒工艺对焙烧物有 一定的选择性，对一般矿石存在转化率偏低、成本偏高等问题，不适于大批量生产， 同时焙烧过程中产生大量烟气，离子交换过程产生大量废水。 清洁生产是一种新的创造性理念，该理念将整体预防的环境战略持续应用于 生产过程、产品和服务中，以增加生态效率和减少人类及环境的风险。清洁生产 是可持续发展的最有意义的行动，彻底改变了过去被动的、滞后的污染控制手段， 强调在污染物产生之前就予以削减。因此，进行石煤提钒工艺清洁生产评价的研 究、选择合理的指标体系、建立完善的清洁生产评价模型对彻底的提高钙化法石 煤提钒工艺的清洁生产水平，提出相应的对策与措施、完善石煤提钒工艺技术、 保护环境、节约能源实现石煤提钒工艺方面的可持续生产具有重要指导的意义。 1 2 清洁生产评价的基本要素 1 2 1 清洁生产的定义 清洁生产的概念是在1 9 8 9 年由联合国环境规划署正式提出的，但清洁生产 所包含的内容和思想在某些发达国家和地区早已被采用，叫法也各式各样，如无 废工艺、污染预防、废物最小化、清洁技术等，因而关于清洁生产的定义在国际 上存在多个版本。与我国关系较为密切的定义主要有三个：联合国规划署的定义、 我国清洁生产促进法中的定义和中国2 l 世纪议程的定义。 联合国规划署的定义：清洁生产是对工艺和产品不断运用一种一体化的预防 2 武汉理工大学硕士学位论文 性战略，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，并在一切排放物和废弃物离开工艺之前，削减其数 量和毒性；对于产品，战略重点是沿产品的生命周期，即从原材料获取到产品的 最终处置，减少其各种不利影响。 联合国规划署将清洁生产上升为一种战略，该战略的作用对象为公益和产 品，其特点为持续性、预防性和一体化性。 1 9 9 6 年联合国环境规划署提出了一种新的定义，不仅对生产过程与产品， 对服务业提出了要求，要求将环境因素纳入产品的设计和所提供的服务中。这种 服务，实际上是对产品最终处理的进一步强调和补充。在产品问世之前的设计应 考虑环境因素，采用“绿色设计一，消除产品形成后对环境产生的负面影响，即 强调从产品的生产到消费直至最终处置的全过程产品全生命周期的清洁生 产。 中国清洁生产促进法第二条( 2 0 0 2 ) 中关于清洁生产的定义：本法所 称清洁生产，是指不断采取改进设计、使用清洁的能源和原料、采用先进的工艺 技术和设备、改善管理、综合利用等措施，从源头削减污染，提高资源利用效率， 减少或避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放，以减轻或消除对 人类健康和环境的危害。 中国2 1 世纪议程关于清洁生产的定义：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活动的规划和管理，将废物减量化、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 随着可持续发展进行的深入而日益成为今后产品生产的主导方向。 1 2 2 清洁生产主要内容 清洁生产的主要内容，可归纳为“三清一控制 ，即清洁的原料和能源、清 洁的生产过程、清洁的产品以及贯穿于清洁生产的全过程控制。 ( 1 ) 清洁的原料和能源 清洁的原料和能源，是指产品生产中能被充分利用而极少产生废物和污染的 原材料和能源。 清洁的原料与能源的第一个要求，是能在生产中被充分利用。这就要求选用 较纯的原材料( 即所含杂质少) ，较清洁的能源( 即转换比率高、废物排放少) 。 清洁的原料与能源的第二个要求，是不含有毒性物质。要求通过技术分析， 淘汰有毒的原材料和能源，采用无毒或低毒的原料与能源。 目前，在清洁生产原料方面的措施主要由：清洁利用矿物燃料；加速以节能 3 武汉理工大学硕士学位论文 为重点的技术进步和技术改进，提高能源利用率；加速开发水能资源，优先发展 水力发电；积极发展核能发电：开发利用太阳能、风能、地热能、海洋能、生物 能等可再生的新能源；选用高纯、无毒原材料。 ( 2 ) 清洁的生产过程 指尽量少用、不用有毒、有害的原料；选择无毒、无害的中间产品；减少生 产过程的各种危险性因素；采用少废、无废的工艺和高效的设备；做到物料的再 循环；简便、可靠的操作和控制：完善的管理等。 清洁的生产过工艺，要求选用一定的技术工艺，将废物减量化、资源化、无 害化，直至将废物消灭在生产过程之中。 ( 3 ) 清洁的产品 清洁的产品，就是有利于资源的有效利用，在生产、使用和处置的全过程中 不产生有害影响的产品。清洁产品又叫绿色产品、环境友好产品、可持续产品等。 清洁产品在进行工艺设计时应使产品功能性强，既能满足人们需要又省料耐用 ( 为此应遵循三个原则：精简零件，容易拆卸；稍经整修可重复使用；经过改进 能够实现创新) 。清洁的产品还要避免危害人和环境。因此在设计清洁的产品时， 还应遵循下列三个原则：产品生命周期的环境影响最小，争取实现零排放；产品 对生产人员和消费者无害；最终废弃物易于分解成无害物。 ( 4 ) 贯穿于清洁生产中的全过程控制 它包括两方面的内容，即生产原料或物料转化的全过程控制和生产组织的全 过程控制。 生产原料或物料转化的全过程控制，也常称为产品生命周期的全过程控制， 它是指从原材料的加工、提炼到产出产品、产品的使用直到报废处置的各个环节 所采取的必要的污染预防控制措施。 生产组织的全过程控制，也就是工业生产的全过程控制，它是指从产品的开 发、规划、设计、建设到运营管理，所采取的防止污染发生的必要措施。 1 2 3 清洁生产基本方法 ( 1 ) 清洁生产审核是实施清洁生产的主要方法，通过审核判明废物的产 生部位、分析废物的产生原因、提出减少或消除废物的方案。 ( 2 ) i s 0 1 4 0 0 1 环境管理体系是国际标准化组织为改善环境行为、消除贸 易壁垒、促进贸易发展而制定的一套系统化、规范化、程序化，同时具有高度自 我约束、自我完善机制的科学管理体系，帮助组织实现和系统地控制自己设立的 环境绩效水准，并通过环境管理体系所提供的结构化运行机制使组织的环境绩效 持续改进，以支持环境保护和污染预防，促进环境保护与社会经济的协调发展。 4 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 生态设计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方向。生态设计要求在产品开发的所 有阶段均考虑环境因素，从产品的整个生命周期减少对环境的影响，最终引导产 生一个更具有可持续性的生产和消费系统。 ( 4 ) 生命周期评价是一种用于评估产品在其整个生命周期中，即从原料 的获取、产品的生产直至产品使用后的处置过程中，对环境影响的技术和方法。 按国际标准化组织定义：“生命周期评价是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 。 ( 5 ) 环境标志是一种标在产品或其包装上的标签，是产品的“证明性商 标 ，它表明该产品不仅质量合格，而且在生产、使用和处理处置过程中符合特 定的环境保护要求，与同类产品相比，具有低毒少害、节约资源等环境优势。 ( 6 ) 环境管理会计应用总成本核算( 主要针对清洁生产较直接有关的成本 和费用节省，用于内部财务核算和投资清洁生产项目时的经济可行性评估) 、生 命周期核算( 将成本和节省扩展到产品的整个生命周期) 、全成本核算( 考虑与产品 和生产过程不直接相关的环境损失和避免环境影响所节省的费用) 等主要核算方 法，全面正确地反映、评价清洁生产和清洁产品的成本与效益。 1 2 4 清洁生产特点 清洁生产包含从原料选取、加工、提炼、产出、使用到报废处置及产品开发、 规划、设计、建设生产到运营管理的全过程所产生污染的控制。执行清洁生产是 现代科技和生产力发展的必然结果，是从资源和环境保护角度上要求工业企业的 一种现代化管理的手段，其特点有如下4 点： ( 1 ) 是一项系统工程推行清洁生产需企业建立一个预防污染、保护资源 所必需的组织机构，要明确职责并进行科学的规划，制定发展战略、政策、法规， 包括产品设计、能源与原材料的更新与替代、开发少废无废清洁工艺、排放污染 物处置及物料循环等的一项复杂系统工程。 ( 2 ) 重在预防和有效性清洁生产是对产品生产过程产生的污染进行综合 预防，以预防为主，通过污染物产生源的削减和回收利用，使废物减至最少，以 有效的防止污染的发生。 ( 3 ) 经济性良好在技术可靠前提下执行清洁生产、预防污染的方案，进 行社会、经济、环境效益分析，使生产体系进行最优化，即产品具备最佳的质量 价格。 ( 4 ) 与企业发展相适应清洁生产结合企业产品特点和工艺生产要求，使 其目标符合企业生产经营发展的需要。环境保护工作要考虑不同经济发展阶段的 5 武汉理工大学硕士学位论文 要求和企业经济的支撑能力，这样清洁生产不仅推进企业生产的发展而且保护了 生态环境和自然资源。 1 2 5 清洁生产成本与效益 ( 1 ) 清洁生产的成本 从可持续发展的角度分析，清洁生产的成本远低于末端治理的成本。传统的 工业污染末端治理是一种被动的管理模式，投入高、费时费力、与企业的经济效 益没有明显关系，其最终的经济代价是昂贵的。例如，据美国环保局( e p a ) 统 计，美国用于空气、水和土壤等环境介质污染控制的总费用，在2 0 世纪9 0 年 代初已达到1 2 0 0 亿美元( 占国民生产总值的2 8 5 ) ；杜邦公司每磅废物的处 理费用以每年2 0 - 3 0 的速度增加，焚烧一桶废物可能要花费3 0 0 - 1 5 0 0 美元。 即使是如此之高的代价仍未能达到预期的污染控制目标。而清洁生产的成本一般 为清洁生产宣传、审计和方案实施的成本，成本普遍较低。 从清洁生产实施的角度分析，企业推行清洁生产的成本是一个渐增的过程， 初期一般较低。清洁生产有无费、低费方案和中高费方案分析之分。无费方案是 指无需费用的方案，其主要为改善内部生产管理、减少跑冒滴漏等内容；低费方 案为投资费用很低的方案，主要是小的工艺改进方案。无费、低费方案包括许多 生产管理内容，对企业来说，这些内容应当属于规章制度范围，是随时随地可以 执行的，也是应该执行的；另外，一些小的工艺改进内容由于投资小，变动幅度 小，也是易于执行的，因此决定了无费、低费方案的易操作性。目前清洁生产方 案中有6 0 以上为无费低费方案，而无费低费方案的实施比例均在8 0 以上， 这既说明无费、低费方案在我国清洁生产中的地位，也告诉我们要从企业的长远 利益考虑，舍得投资中高费方案，以期获得更大的环境效益和经济效益。 ( 2 ) 清洁生产的效益 由于清洁生产强调预防为主，全程控制，采取污染物源头削减措施，故大幅 度地减少了企业原本需要末端处理的污染物总量和处理设施的建设规模，一次性 投资和运行费用必然大大减少，为企业带来了明显的经济效益。 6 武汉理工大学硕士学位论文 表1 2 1 我国部分企业实施清洁生产的环境经济效益 因此，推行清洁生产，一方面大大改善企业职工的劳动条件和改造环境，提 高了职工的劳动积极性和改造效率，同时也保护了公众健康。另一方面，开展清 洁生产有利于生产企业树立良好的社会公众形象，提高企业的环保声誉和产品竞 争力，引导消费随着绿色市场的诞生和不断发育，具有绿色环境标志的产品将更 具有竞争力。 1 3 清洁生产评价 1 3 1 国内外清洁生产评价的研究概况 1 3 1 1 国外清洁生产评价研究 ( 1 ) 清洁生产指标体系 清洁生产是人类在处理经济发展与环境的关系中平衡两者关系的基本理念， 它符合可持续发展的要求。因此，清洁生产与可持续发展思想一样，在全世界得 了积极的响应，许多国家的政府都以不同的方式和手段来推进本国清洁生产的 展。国外清洁生产开始时间比较早，因此很多发达国家，如日本、美国、加拿大 等，都相继研发出很多清洁生产指标，用来推进本国的清洁生产，国外常用的清 洁生产评价指标 6 - 8 1 见表1 3 1 。 7 武汉理工大学硕士学位论文 表1 3 1国外常用的清洁生产评价指标 上述表中各指标具体说明如下： 生态指标 欧盟用环境影响的观念来评估污染物对生态环境的影响和对人类健康的危 害，并建立各项指标体系。生态指标是根据污染物排放后对环境、生态系统或人 类健康造成的危害的大小所建立的指标。但是，这些危害的大小属于区域的，因 为该指标是根据当地环境的要求标准、气候状况、天文状况、水文状况而定的。 由于生态指标的区域性很强，所以这些指标对其他区域( 如亚洲) 并不一定适用。 气候变化指标 众所周知，温室气体的排放会改变大气的组成，会提高地表温度，引起全球 变暖。荷兰所制定的气候变化指标是将全国每年的c 0 2 、c h 4 、n 2 0 的排放量以 及c f c 。、h a l o n s ( 氟氯烃的一种) 的使用量都折算c 0 2 当量后相加，其综合表示对 温室效应或全球变暖的贡献。荷兰政府逐年调查此项指标，并制定削减的目标， 经过努力，荷兰政府的气候变化指标的指标值已有1 9 8 0 年的2 8 6 降至1 9 9 1 年的 2 3 9 ，降幅达1 6 。 这一指标适用于政府对全国的温室气体控制，它可以为全国温室气体的控制 8 武汉理工大学硕士学位论文 提供明确的指引，但是对于企业和个体却无法产生清洁生产的指导作用。 环境绩效指标 欧洲绿色圆桌组织( e u r o p e a ng r e e nt a b l e ) 在所提出的企业环境绩效指标 ( e p l ，e n v i r o n m e n t a lp e r f o r m a n c ei n d i c a t o ri ni n d u s t r y ) 报告中，针对铝冶炼业、 油与气勘探制造业、石油精炼、石化、造纸等行业，根据行业特性提出该行业应 该建立的清洁生产指标项目。虽然欧盟所提出的环境绩效指标对我国并不完全适 用，但是这些针对行业特性发展清洁生产的原则，对于我国建立各行业的指标体 系还是具有极高的参考价值的。 环境负荷因子 英国得利( i c i ) 公司所属的f c m o ( f i n ec h e m i c a l sm a n u f a c t u r i n go r g a n i z a t i o n ) 开发出一种称为环境负荷因子( e n v i r o n m e n t a ll o a df a c t o r ) 的简单指标，供化学工 艺开发人员作为评估新工艺的参考值，其定义如下： 环境负荷因子= 濡 上式中的废弃物并不包括工序用水和空气，不参与反应的氮气也不算在内。 该公式适合于含有化学反应的工序，其中“废弃物 不分有害与无害，只以总当 量指标值表示，不能真正表示其对环境的影响程度。 废弃物产生率( w a s t er a t i o ) 美国3 m 公司自1 9 7 5 年开始执行3 p ( p o l l u t i o np r e v e n t i o np a y s ，污染预防获 利) 计划以来，绩效卓著，第一年就减少各类( 气、液、固) 污染物约5 0 万吨。3 m 还有一个简单的指标一废弃物产生率作为评估工艺的参考值。它的定义如下： 废弃物产生率= 鬻 式中：废弃物水、空气以外的废弃物： 产出重量一产品、副产品和废弃物的总和。 3 m 公司的废弃物产率与英国i c i 公司的环境负荷指标极为相似，废弃物的 定义相同，只是比较的基准不同。环境负荷指标以产品为基准，废弃物产率指以 总产出( 包括产品、副产品和废弃物) 为基准，其值永远小于1 ，而e l f 值则可以 以大于1 。与e l f 相同，废弃物产生率的值也无法真正表示其对环境的影响程 度。 减废情况交换所 美国环保署的减废情况交换所( p o l l u t i o np r e v e n t i o n i n f o r m a t i o n c l e a r i n g h o u s e ，简称p p i c ) 所采用的方式是经常调查，评估废弃物产生量、原料、 9 武汉理工大学硕士学位论文 水及能源的耗用量，在每次调查，评估之间必须进行某项改善，然后比较改善前 后的情况，以评估改善的程度。需要注意的是，这类指标只适用于同一工厂在工 艺改进前后的比较。 国外所建立的清洁生产指标体系虽然不完全适合我国，但对于我国指标体系 的建立具有极大的借鉴意义。尤其是环境绩效指标，行业针对性强，可以用于识 别企业的减废空间所在，也可说明企业的环境绩效，对于我国建立各行业的指标 体系具有很高的参考价值。减废情况交换所建立的指标体系，对项目持续清洁评 价的指标体系建设有一定的参考价值。 1 3 1 2 清洁生产相关评价方法聊 国外对于清洁生产指标体系较为完整，但是并无明确的清洁生产评价方法。 在实践中主要采用生命周期评价【1o l ( l i f ec y c l ea s s e s s m e n t ，l c a ) 来汇总和评估 一个产品( 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 在的影响程度。l c a 是评价一个产品系统生命周期的整个阶段一从原材料的获 取和加工，到产品生产、包装、市场营销、使用、再使用和产品维护，直至再循 环和最终废弃处置的环境影响。这种方法被认为是一种“从摇篮到坟墓 的方法， 按国际标准化组织的定义，“生命周期分析是对一个产品系统的生命周期中的输 入、输出及潜在环境影响的综合评价 。 直接应用： 产品开发与改进 锚i 定战略计划 制定公开的政策 市场营销 其他 图1 3 1 生命周期评价框架 目前，生命周期分析的方法框架主要包括以下几个方面： 目标和范围界定：选择合适的系统边界，确保系统包含所要研究的全部内 容，目标和范围的确定是生命周期评价研究的第一步，也是最关键的部分，它为 研究的范围、前提和限制性条件提供了一个前期的界定。 清单分析：采用物质和能量守恒量化生产过程中的物质和能量输入输出、 废物产生，确定由此带来的环境压力。清单分析是进行生命周期评价的数据收集 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 和初步处理阶段，是生命周期评价中承上启下的一个重要组成部分，也是四个部 分中发展最完善的一个部分。 将清单分析中的环境影响进行分类，例如全球温室效应、酸雨、臭氧层破 坏等，该阶段是生命周期评价中辨识并评价产品系统的潜在环境影响的大小及重 要性的阶段，其目的在于通过运用影响类别以及与生命周期影响结果相关的类别 指示，从环境角度检测产品系统，也为生命周期解释阶段提供信息： 结果分析：采用以上分析的结果，采取减少环境影响的措施。生命周期解 释由三个要素构成：对生命周期影响及其评价结果中重要结果的验证，评估完整 性、敏感性、敏感度和一致性的检查，结果、建议和报告。 生命周期作为一项有效的环境分析工具，建立在物质和能量守恒的基础上， 通过对产品生命周期中投入与产出过程的全面数据收集，以及识别环境影响和如 何削减影响的分析，可以确定产品在整个生命周期过程中对环境影响最大的阶段 以及整个过程所造成的环境风险，从而确定生产过程的哪些环节需要改善以减少 对环境的不利影响。生命周期评价常用于同类产品比较，从而选择对环境更有利 的产品。但是生命周期分析具有一定的局限性，主要表现为： 模型、适用范围局限性。运用清单分析或评价环境影响的模型有局限性的， 且生命周期评价研究的结果是针对全球和区域的，不能适应于所有地方： 数据完整性和精度有限、研究结果不确定。生命周期评价需要大量的数据， 研究人员必须经常依据典型的生产工艺、全国平均水平、工艺的工程设计或专业 判断来获取数据，因此数据不易获取或获取的数据有误差或者偏差，难以保证数 据准确度，另外由于许多表征参数不可能简化到用一个指标来概括、随着技术和 经济的发展，数据更新的速度相当快，权重确定过程中使用的假设不精确导致难 以得出具有绝对优势的结论。 主观性强。生命周期评价中目的与范围确定过程所作的选择和假定，如： 系统边界的设置、数据收集渠道和影响类型以及影响评价中清单数据转化成环境 影响过程主观影响因素多，因此生命周期评价结果是一个相对结果： 生命周期分析过程复杂、时间长、费用高昂，因此生命周期分析仅能有选 择的应用于某些产品，应用范围较窄。 1 3 2 国内清洁生产评价研究 l - 3 2 1 进展状况 1 9 8 3 年，第二次全国环境保护会议，明确提出经济、社会、环境效益三统 一的指导方针。同年国务院发布技术改造结合工业污染防治的规定。 1 9 9 2 年，推出“中国清洁生产行动计划( 草案) ”。 武汉理工大学硕士学位论文 1 9 9 3