系统法在环境工艺方法论中的应用

孙彦君，马云龙

（银川市生态环境监测站，宁夏银川 755001）

1 概况

技术是社会发展的动力，工艺是技术进步的基石。没有先进工艺，就没有发达的生产力，更不用说社会进步。大工业把大自然和科学技术并入生产过程中，产生了许多先进工艺方法，极大提高了劳动生产率，由此而带来了经济的发展。但日益恶化的自然环境已严重影响到人类的生存和发展，因此尽快创造出先进的环境工艺，找到解决环境问题的出路已迫在眉睫。自然科学的发展表明，自然界中一切事物都具有系统性，系统法作为工艺开发的一般方法，在环境工艺方法中应用极其广泛，本文对系统法的研究，也是对环境工艺方法的一种新探索。

2 系统法的定义

系统法是指用系统的科学理论、观点，把研究对象视为系统，来解决认识和实践中各种问题的方法[1]。系统法要求人们把研究对象作为一个整体，综合探索系统中要素与要素、要素与系统、系统与环境、系统与系统的变化规律和相互作用。在科学发展的过程中，需要按分解和综合两种观点对问题加以研究，分解的原理是在研究对象中找到简单的组成要素并对它们进行周密的分析。由于这种方法已经在深入研究对象和理解许多本质联系方面取得相当卓越的成效。因此，在研究过程中有时也认为分解的方法是唯一有效的科学方法。然而，复杂事物作为整体所具有的某些作用和特性，并不能简单地还原为它们各个组成部分的属性，这样就产生了把对象看成整体即系统的必要性[2]。系统的存在状态和联系方式是客观世界的普遍现象。在自然、人类思维和社会三大领域中利用系统法解决问题是非常普遍的，这反映了唯物辩证法中普遍联系的基本特征和全面发展的基本特征。现代系统科学的发展为充实系统法的内涵提供了重要思想材料。系统法的原理主要包括了系统的客观性和普遍性、系统和要素的关系原理、系统中结构和功能的关系原理、系统和环境的关系原理、系统的层次性原理等[3]。系统法规律是唯物辩证法的一条基本规律，反映了客观世界中一切事物存在的系统状态和联系的系统方式的性质。系统法的特点及原则是：

1）整体性原则：系统法的主要特点和原则是整体性。整体性就是把研究对象作为有重大出现的有机整体去看待，系统整体功能不是简单的各个要素之间的组合，而是优于各个要素功能之和。

2）最优化原则：最优化是指在运用系统法解决实际问题时，从多个方案中选择出最优方案，使系统运行处于最佳状态，达到最好的效果。

3 系统法在环境工艺中应用的成果

系统法是认识、调控、改造、创造复杂系统的有效手段，它着眼于系统整体思考，提供了解决问题的钥匙；其次是系统法提供了制定系统最佳方案以实行优化组合和优化管理的手段[3]。系统法在环境工艺中的应用主要表现为3个方面：①系统法在环境工艺开发中的应用。②系统法在环境工程设计中的应用。③系统法在污染防治中的应用。

3.1 系统法在环境工艺开发中的应用

环境工艺开发是一个复杂系统工程，涉及经济、社会、自然资源等方面，影响因素多，涉及面广，必须用系统的方法统筹考虑。系统法是在环境工艺开发和应用中所采用的一般方法，即哲学中的方法论方法，在开发过程中要综合考虑工艺的研究背景和目的、工艺研究思路和内容、工艺运行的最适宜条件、工艺是否具有经济生命力、工艺是否产生新的环境问题等要素。这些要素互相联系，每个要素都会影响工艺使用性。此外每个工艺在设计、管理、运行中都会产生一些问题，这些问题的存在，就使得工艺只能在一定条件下应用，由此可知一个科学合理的环境工艺，在设计和应用中考虑到了许多方面，这就是系统法应用的体现。下面将阐述系统法在酚氰废水处理新工艺中的应用。

3.1.1 工艺研究背景及目的

在开发煤气发生炉产生的酚氰废水处理新工艺时，首先要了解该废水是一类有毒有害、极难降解、处理难度极大的高浓度有机废水，目前对酚氰废水的处理基本上属于末端无害化处理，有些方法处理成本太高不经济，有些方法处理效果差达不到预期目标，导致废水得不到很好处理。因此找到一个处理效果好且又经济的工艺就是系统法运用的体现。

3.1.2 确定工艺的内容和工艺运行最适宜条件

环境工艺开发目的是不仅要考虑能否达到较好处理效果，还要考虑工艺是否具有较好的经济效益。针对酚氰废水的特点，在查阅国内外大量文献和探索性试验的基础上，提出了煤气发生炉产生的酚氰废水处理新工艺：内电解—水解酸化—好氧生化—固定化光合细菌生物滤塔法。该工艺内容步步相扣，上一步的处理效果直接会影响到下一步的处理效果，甚至会影响整体处理效果。这种要素与要素、要素与整体间的关系充分体现了系统法的应用。

在工艺内容确定后首先要运用系统法确定工艺的运行条件，如反应条件、pH、温度、时间及工艺对污染物排放和项目所在区条件的适应性等。各个工艺参数相互联系，且不同条件下各不相同，在确定工艺参数时，不仅要考虑工艺运行效果，还要进行技术经济分析，分析工艺的可行性。工艺是否具有较好经济效益是一个工艺具有生存价值关键，一个处理效果好的工艺，如果经济成本很高，同样没有使用价值。

针对煤气发生炉产生的酚氰废水的特点，综合考虑各种酚氰废水处理工艺的优缺点，经详细工艺试验研究得出该方法最适宜工艺条件，这种既兼顾了去除效果，又考虑了经济成本，是运用系统法的表现。

3.2 系统法在环境工程设计中的应用

环境工程设计是一个复杂系统工程，主要指建设项目工程分析、工艺流程设计等，设计时不仅要考虑工程分析、工艺流程，还要考虑设计中各方面的影响因素，只有各方面相互适应，才可达到理想效果，这些因素的考虑，是系统法运用的具体体现。

3.2.1 项目工程分析

系统法广泛运用于环境工程设计的各个环节，在进行项目工程分析时，首先应考虑相关工程的特点和要求，包括建设地点、占地面积、项目性质和规模、总投资等；弄清主要生产工艺、原料与产品及工艺原理；分析该项目是否符合国家的法律法规和相关的产业政策；注重对生产工艺进行优化论证，根据资源利用政策分析原料消耗、水消耗、能源消耗的合理性，提出符合清洁生产要求的工艺建议。其次在分析工艺路线基础上，考虑污染物的产生和排放环节，根据当地环境条件评估及其环境影响，提出必要环境保护措施。这种既考虑了工程特点和国家法规，又对生产工艺和污染物排放影响等进行了充分论证，就是运用系统法的体现。

如某地建设一所水电站，由于充分利用水资源，符合国家的各项产业政策，但在施工和运行过程中还要确定水电站对环境的作用及影响源、影响方式与范围、污染源强和排放量、生态影响程度等，分析施工期间产生的三废对人和生态环境造成的影响、如何解决淹没占地和移民安置等，工程运行期间，要注意水资源分布改变，进行环境现状调查与评价，对这些问题都要提出有效解决措施等一系列问题，这种既考虑了国家产业政策，又考虑了环境影响、移民影响等要素，就是系统法运用的体现。

3.2.2 工艺流程设计

在进行工艺流程设计时，首先根据工程分析结果来设计合适工艺，在保证污染物处理后达到排放标准的前提下，分析采用的处理技术是否高效、先进、可靠、适用、安全、经济，是否产生二次污染或污染物转移等。这些因素都是工艺流程设计时必须要考虑的，体现了系统法原理。如在设计污水处理厂时，要进行工程分析，考虑污水处理厂的选址和规划及对周边环境的影响等，据废水性质和排放标准来选择合适工艺，如SBR法、氧化沟等，对每个工艺单元进行合理的设计。污泥的开发、回用水利用等问题也是必须考虑的。在设计污水处理厂时还需考虑占地、投资状况、厂区绿化以及技术经济等。这些环节相互联系，必须要利用系统学的方法精心策划，每个过程都要相互适应，才可以发挥整体效应。

总之，系统法在环境工程设计中的应用十分广泛，以上所述环境工程设计中项目工程分析和工艺流程设计考虑了许多因素，都是系统法运用的典型。

3.3 系统法在污染防治中的应用

大气污染的治理是一项长期又复杂的工程，系统法始终贯穿于国内外大气污染治理方法中的各个方面。国外治理的手段有：针对源头重点治理、注重科技创新及应用、推动大气污染立法进程、提供即时全面的空气监测数据等[4]。但在国内大气污染治理中，不能生搬硬套，而是要运用系统法，结合实际，因地制宜，选择最优的处理措施。大气污染的综合防治，是从区域环境的整体性出发，对影响大气环境质量的因素进行全面、系统的分析，并在此基础上制定最优污染防治方案，从而达到改善大气环境质量目标。

大气污染物，无论是颗粒污染物还是气态污染物，都具有整体性和区域性的特征。正因如此，大气污染的程度受到该地区的环境条件、交通状况、能源消费等多种因素影响，这些因素之间存在着相互制约和相互依赖的特定关系，某一要素的改变会导致其他要素甚至整体的变化。正是由于这些特定的关系将各种要素有机地结合在一起，产生了一定的关联性，因此必须综合考虑污染物的整体性。所以对于区域性大气污染治理，必须树立系统性思想，采用区域联防联治策略，综合分析污染成因，利用系统法综合防治[5]。

3.4 系统法在土壤污染防治方面的应用

土壤污染是多方面因素造成的，各个因素之间彼此独立又相互交叉，污染原因多且情况复杂。在治理土壤污染时，要系统地了解土壤的污染类型，如农药污染、重金属污染，不同的污染要根据不同情况选取合适的治理方案，对于同时受到多种污染的土壤，要进行系统分析，准确找到污染物，分析污染成因，结合实际选取处理效果好、操作性强、成本低的处理方法。对于未受污染的土壤保护，重点还是以预防为主。将系统法的思想引入进来，系统分析某个区域对于土壤的主要污染风险来源和污染因子，从而确定预防的重点，分清主次，建立一个系统的、立体的预防措施，充分发挥出系统法的优点，对各种污染源排放进行浓度和总量的监测控制；对农业用水定期进行监测、监督，准确掌握水质情况，利用可行的降污措施减少水质的污染；合理施用化肥、农药，积极发展高效低残留农药，增施有机肥料，使之符合农田灌溉水标准；慎重使用下水污泥、河泥、塘泥；科学地利用污水灌溉农田，利用污水灌溉时，必须进行净化处理[6]。任何一个防治方案都不是十分理想的，再完美的方案都有一定的缺陷且在实施中还有新的问题产生。系统法的优势就在于，整个系统的运行不是一成不变的，面对产生的新问题，要根据具体情况，通盘考虑，及时调整相关策略，有效解决出现的问题，而不是全部废弃，重新建立新的方法，这样就节省了时间，避免耗费大量的人力物力。把土壤污染防治看成一个系统，那么各种方法就是因素，要想得到令人满意的防治效果，就必须运用系统思想，整合每个有效的因素，建立一个高度有序且，各部分协调同步的系统。把某些方面的量按照一定的目标集中到整体所需要的量上，利用整体性的加和性与非加和性，使系统整体在某一方面达到大于部分之和的输出量。

4 结束语

系统法是环境工艺开发和环境工程设计中的一种重要方法，在当前环境保护工作中应用最为广泛。通过对系统法定义和特点的分析，总结了系统法的核心要义，从环境工艺开发、工程设计、污染防治三方面阐述了该法的应用成果及广阔前景，为今后更好开展环境工艺开发、污染防治指明了方向。