曾凡蕓，龍炳清，陳建文，蔣 舒，孫彥君

(1.四川師范大學化學與材料科學學院，成都 610066;2.四川省環(huán)境監(jiān)測中心站，成都 610041)

1 前言

工業(yè)的高度發(fā)展、人口的過度增長以及環(huán)境利用的無序無度，使人類陷入前所未有的生存、發(fā)展困境。隨著產(chǎn)業(yè)革命之后的經(jīng)濟快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境不斷惡化:空氣質量下降、水體污染、土壤沙漠化、鹽堿化、植被退化、自然災害等問題層出不窮。面對這一現(xiàn)狀，大力發(fā)展能達到削減一次污染、杜絕二次污染、實現(xiàn)環(huán)境友好過程的環(huán)境友好型工藝是必然趨勢。對不斷更新?lián)Q代的環(huán)境工藝進行總結，得出兼具理論支持和實踐檢驗的環(huán)境工藝一般方法，并在此基礎上進行哲學的思索和探討，這是環(huán)保工作者的一貫責任。本文對環(huán)境工藝一般方法—替代法及其應用進行探討。

2 替代法的定義

替代或代替在現(xiàn)代漢語中有代替、替身、以甲換乙達到乙的作用的含義，它應用于許多學科領域。我國老一輩語言學家陸志韋先生在《北京話單音詞詞匯》中提出“替代法”，即用已知的語言代為替代 (或替換)有待確定的語言單位的一種方法［1］。物理學的力學、電學等分析中常常應用等效替代法，又稱試換法。毒理學替代法近年廣泛應用于毒理學各個研究領域。

在環(huán)境工藝中，替代工藝能達到比被淘汰、被改進工藝相同的甚至更好的結果，同時付出更少環(huán)境代價，并更加符合當下社會、經(jīng)濟利益。它們可從源頭上減少能源、原料等的消耗，削減污染;通過提高資源利用率，減少和避免生產(chǎn)、服務、產(chǎn)品使用過程中污染物的產(chǎn)生、排放，減輕或消除對人類健康和環(huán)境的危害［2］;將廢棄物轉用作生產(chǎn)原材料，或輔助材料循環(huán)利用，即減少了污染處理，又獲得珍貴的資源。不難看出，替代者與被替代者之間具有作用目的上的共性。替代法即通過正確地認識事物本質，分析其內部、外部的矛盾聯(lián)系，從源頭、過程或作用階段進行改變，達到目的的同時更合乎自然的優(yōu)化方法。工藝是生產(chǎn)工具的具體作用過程，工藝更替始終與生產(chǎn)力的進步如影隨形。隨著生產(chǎn)力和環(huán)境科學發(fā)展，總結環(huán)境工藝中替代法的應用及哲學內涵，對推動社會的進步、環(huán)保事業(yè)的發(fā)展具有積極的意義。

3 替代法在環(huán)境工藝中的應用

從替代的角度，環(huán)境工藝大致可分為同理替代、類比替代、原料替代、強弱替代、功能替代、用途替代等幾類。

3.1 同理替代

絮凝劑可去除水中的懸浮物和膠體污染物，多應用于水污染處理領域。傳統(tǒng)絮凝劑包括無機型和有機型:無機低分子絮凝劑用量大、殘渣多、效果差，已基本被高分子絮凝劑替代。以聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、活化硅酸等為代表的無機高分子絮凝劑，能很好地中和水中相反電荷，壓縮雙層電荷，但用量大，易產(chǎn)生二次污染，例如用鋁鹽處理的飲用水可能導致老年癡呆癥。有機絮凝劑通過吸附、中和、吸附架橋作用使污染物質脫穩(wěn)而去除 (城鎮(zhèn)污水污泥處理過程中絮凝劑的選用)，用量少、絮凝快，但殘留物不易被降解，單體具有強烈毒性和“三致”效應，使用范圍受到限制，聚丙烯酰胺類物質就已被許多領域禁用。微生物絮凝劑，用量少、效率高、易于固液分離、易降解、適用范圍廣且不受pH條件影響，呈現(xiàn)出逐步取代傳統(tǒng)絮凝劑的趨勢［3］。有機、生物絮凝劑由于制備成本高、產(chǎn)量低，常常與無機絮凝劑混合使用［4］。

縱觀絮凝劑從低分子到高分子，從單一型到復合型，雖然種類繁多，但總是向廉價、高效、無毒的方向發(fā)展。無論是無機絮凝劑、有機高分子絮凝劑、天然改良有機絮凝劑還是微生物絮凝劑，都是以“聚并”理論為基礎，用帶正 (負)電荷的絮凝劑中和水中帶負 (正)電荷的難分離顆粒，降低電勢，消除表面電荷。微粒由相斥變?yōu)橄辔?，相互碰撞后形成絮狀混凝沉淀。不同絮凝劑的相互替代屬于“聚并”同理替代?/p>

酸性工業(yè)廢水和廢氣可以用石灰石、石灰、Na2(CO3)2、Na(OH)、電石渣等處理，甚至可以用廢堿液、堿性廢水(如印染廢水、造紙廢水等)處理，具體采用哪一種堿性物質或堿性廢液取決于當?shù)刭Y源條件和處理成本。這些堿性物質或 (和)堿性廢液的相互替代屬于“中和”同理替代。同樣，堿性工業(yè)廢水可以用硫酸、硝酸、鹽酸等酸或它們的酸性廢液進行處理，這些酸或酸性廢液的相互替代也屬于“中和”同理替代。

廢水脫色和廢氣除臭廣泛使用活性炭、硅藻土、沸石、高分子材料等吸附材料。它們的相互替代屬于物理吸附和化學吸附的同理替代。

環(huán)境工藝中的同理替代的事例還有很多，如氧化替代、還原替代、沉降替代等。

3.2 類比替代

環(huán)境對污染物具有自凈能力，許多環(huán)境工藝都是模仿或類比環(huán)境自凈污染物的過程而創(chuàng)造出來的，換言之許多環(huán)境工藝都是天然過程的類比替代。舉凡廢氣治理的沉降除塵、旋風除塵、吸附、吸收等工藝;噪聲廢水處理中隔聲、吸聲，特別是植物隔聲吸聲工藝;廢水處理的沉降、吸附、生化工藝，特別是人工濕地處理工藝無不是如此。事實上，環(huán)境過程設計時，只要處理對象的成分大體相同，一般情況下均可選擇處理類比對象的同類工藝。

國內外普遍采用的硝酸銀制備法會產(chǎn)生大量NOx，尾氣處理的效果差;形成酸霧造成硝酸和硝酸銀的損失。一項新工藝能很好的解決上述問題。該工藝將金屬銀、硝酸溶液、氧氣在耐壓密閉容器內反應，并控制壓力。反應總方程式為:

由反應式可知，該工藝不產(chǎn)生NOx，是一種清潔工藝。

類似地，用金屬銅、鈷、鎳分別制備硝酸銅溶液，硝酸鈷溶液，鎳硝酸鹽溶液等的傳統(tǒng)工藝與傳統(tǒng)的硝酸銀溶液制備工藝存在的環(huán)境問題相同，過程的化學反應基本相同，也可進行類似改造［6］。

3.3 原料替代

煤是人類發(fā)展的主要能源之一，各種煤均含硫，在燃燒過程中會產(chǎn)生SO2，污染環(huán)境。采用洗煤替代原煤作燃料可大量減輕SO2污染。采用油、天然氣等清潔礦物能源可進一步減輕SO2污染。采用生物質能源、太陽能、風能、水力能等可再生能源可在很大程度上減輕甚至消除環(huán)境危害。

原料替代在環(huán)境工藝開發(fā)中還有很多應用，比如用秸稈纖維替代木材纖維作造紙、生產(chǎn)建材等原料可避免大量砍伐樹木帶來的生態(tài)問題;泰安百川紙業(yè)有限公司還利用污泥造紙，不但不用砍木造紙，還能免去污泥處理，降低成本和環(huán)境污染;用秸稈作家畜飼料、燃料，生產(chǎn)沼氣、制造工業(yè)酒精、一次性餐具等可在一定程度上解決許多環(huán)境問題［7］。推廣、使用鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池，無汞堿性鋅錳原電池，燃料電池、太陽能電池(光伏電池)等，能夠避免傳統(tǒng)電池的重金屬危害;發(fā)展混合動力、燃氣、醇類燃料、太陽能作為汽車能源，可大大減輕汽車尾氣的排放;用廢鐵屑替代硫酸亞鐵還原含鉻廢水中的六價鉻，可降低廢水處理成本，并減少污泥量;將粉煤灰作水泥生產(chǎn)材料，可減少了鐵礦粉、硅酸鹽、石英等礦物資源的耗用;回收發(fā)酵生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化碳用作飲料生產(chǎn)原料可降低溫室氣體排放等等。

隨著礦物資源日趨緊張和清潔生產(chǎn)要求的不斷提高，采用低毒 (無毒)無害原料替代有毒有害原料，采用二次原料、廢棄物替代一次原料是大勢所趨。

3.4 強弱替代

在環(huán)境工藝中，通過強化或弱化過程的某一(類)化學或生化反應往往會取得更好的效果。

城市污水和工業(yè)污水處理的SBR工藝及其變型工藝是在傳統(tǒng)的活性污泥工藝基礎上發(fā)展起來的。該工藝把活性污泥工藝的好氧反應池和二沉池合而為一，將二沉池的流動沉泥替代為靜止沉泥［8］，弱化好氧生化反應，強化厭氧生化反應—反硝化反應，從而到底提高脫氮效果。

一步煉銅工藝將傳統(tǒng)的反射爐和轉爐合而為一，一步煉鉛工藝將傳統(tǒng)的燒結機和鼓風爐合而為一，強化了硫化物的氧化過程，把煙氣中二氧化硫的濃度提高到滿足制酸要求，徹底解決了傳統(tǒng)煉銅工藝的反射爐煙氣和煉鉛工藝的燒結機煙氣中二氧化硫不能制酸，污染環(huán)境的問題，并使硫化銅礦和硫化鉛礦中的硫資源充分利用［9］。

3.5 功能替代

環(huán)境工藝中有相當部分是通過功能替代來實現(xiàn)的。土地本身的功能是種植、養(yǎng)殖 (包括天然和人工)和土木建筑，將土地的這些功能替代為凈化工業(yè)和生活污染源便產(chǎn)生了污水灌溉技術。塘本用于養(yǎng)魚、養(yǎng)鴨等，將其功能替代便產(chǎn)生了氧化塘技術。溝本用于輸水，為水生動植物提供生存敷衍場所，將其功能替代便產(chǎn)生了氧化溝技術。天然濕地的功能本為涵養(yǎng)水源，將其功能替代便產(chǎn)生了人工濕地技術。TiO2本用于顏料、植物制品的添加劑和提鈦原料等，發(fā)現(xiàn)具有光催化性能后便用于特種難降解工業(yè)廢水的處理。海水鹽鹵本無使用價值，發(fā)現(xiàn)其絮凝作用后，便用于污 (廢水)處理。石灰石、軟錳礦等均通過功能替代用于環(huán)境工藝的原料?？傊δ芴娲ㄔ诃h(huán)境工藝中的應用實例舉不勝舉。應用功能替代的基礎是發(fā)掘對象物質或系統(tǒng)的潛在環(huán)境工藝功能。

3.6 用途替代

海水占地球水資源的97%，海水中含有大量溶解鹽，并成堿性。利用溶解鹽具有天然酸堿緩沖和吸收酸性氣體的能力發(fā)展海水脫硫技術，成功地在沿?；鹆Πl(fā)電廠煙氣脫硫中應用。與濕式石灰石－石膏法、旋轉噴霧法、煙氣循環(huán)流化床法等脫硫技術相比，海水脫硫只需要海水和空氣，不存在固體廢棄物堆存問題，海水低廉易得，脫硫工藝運行成本低［10］。許多環(huán)境廢棄物都是“負用途”物質，如何將“負用途”轉換為“正用途”是環(huán)境工作者的責任，也為開發(fā)環(huán)境新工藝開辟新途徑。NOx被軟錳礦吸收以制備高純MnO2和硝酸，不僅不消耗硝酸，而且還把污染物NOx變成硝酸，同時提高軟錳礦中錳的回收率。生態(tài)養(yǎng)殖中利用牲畜糞便建造沼氣池，提供農(nóng)村生活能源;垃圾通過堆肥生產(chǎn)農(nóng)用和林用肥料;粉煤灰被用作混凝土添加材料，生產(chǎn)水泥、粉煤灰磚等環(huán)保建筑材料、農(nóng)業(yè)肥料和土壤改良劑等從某種角度也可看成是用途替代。

4 替代法的哲學內涵

替代是一條古老而重要的自然法則:地球的地貌在陸地與海洋之間、沙漠與綠洲之間變遷;物種不斷的產(chǎn)生和消失維系著生態(tài)平衡;動物的一生經(jīng)歷出生、成長、繁殖、衰亡不同階段的交替;植物從萌芽、開花到結果逐一替代;而中華民族從夏朝到清朝共經(jīng)歷了16次主要朝代的更替。斗轉星移，滄海桑田，萬物在時間長河中更替繁衍，生生不息。

馬克思主義哲學認為本質是事物的根本性質，人類的發(fā)展史又被稱為認識世界本質的過程。認識事物的本質并不容易，人們習慣主觀地去感知世界，而只捕捉到事物的外在的、具體的表象，正如我們看不見微生物的生活、聽不到超聲波的喧囂，但它們始終客觀存在［11］。從表象上看:污染物排入水體帶來水污染，水體生態(tài)失衡，影響人類或生物對水資源的使用功能;二氧化硫、粉塵、氮氧化物等污染物排入大氣，導致空氣質量下降，危害生物生存;這些并不是環(huán)境問題的本質［12］。新舊認識的交替往往具有積極的意義:在中國古代，從“天圓如張蓋、地方如棋局”的蓋天說到“渾天如雞子”的渾天說轉變;歐洲關于地球是混圓體還是橢圓體的爭論持續(xù)多年，直到20世紀50年代，人們才得出明確的結論:地球是一個兩極稍扁，赤道略鼓的不規(guī)則球體?！叭招恼f”經(jīng)過三個世紀的爭斗戰(zhàn)勝了“地心說”，“太陽系”、“銀河系”等概念隨之出現(xiàn)，近半個世紀來人們認識到星系團、超星系團等更高層次的天體系統(tǒng)。人們不斷地重新認識世界，那些絕對的、相對的與本質相駁的認識終將被取代。

盲目崇拜前人的經(jīng)驗、權威的理論，造成錯誤的思想和偏見，我們會看到“劇場假相”;交往、溝通的問題則會造成“市場假象”;理想化的安于現(xiàn)狀，缺乏對理論成立之初的假設質疑，那么社會就會在僵化的教條下固步自封，在僵化的教條下腐朽崩塌［13］，以上可稱為認識中的絕對錯誤。任何一門學科理論的發(fā)展，都經(jīng)歷了對非曲直和真善美的重新審定，對經(jīng)驗世界的反省和思考，與陳舊的、錯誤的理論斗爭的過程，辯證唯物主義便是馬克思和恩格斯批判了黑格爾和費爾巴哈的辯證法和唯物主義而確立的，環(huán)境工藝的發(fā)展自然也不例外。工業(yè)革命后，人類瘋狂追逐利益，建立起龐大的工業(yè)王國，能源危機、人口壓力、生態(tài)失衡、物種消失等嚴峻的環(huán)境問題隨之而來。透過現(xiàn)象，找出環(huán)境問題的本質是:在傳統(tǒng)生產(chǎn)方式只重視短期利益，忽視長期利益。以環(huán)境友好型新工藝、新設備淘汰高消耗、高污染的舊工藝、舊設備是解決環(huán)境問題的有效途徑之一［12］。

我們所在的世界除了涇渭分明的對與錯，還隱含著已知與未知、不確定與變數(shù)［11］。在特定的時間和狀況下，得到暫時的正確、部分的接近真相的理論和方法，卻能達到期望程度的結果，它們即是“此刻的真理”。例如:20世紀以來西醫(yī)發(fā)展迅速，逐漸替代我國傳統(tǒng)醫(yī)術成為主流醫(yī)療技術，而如今針灸、中藥、推拿等中國傳統(tǒng)醫(yī)學得到越來越多的科學證據(jù)支持，被西方推崇作為補充替代醫(yī)學。從時空上來看，廢物是放錯位置的資源，環(huán)境問題的產(chǎn)生不僅僅是絕對錯誤，也是相對的:曾經(jīng)廣泛使用的環(huán)境工藝技術，漸漸與現(xiàn)下的社會、經(jīng)濟不協(xié)調，或被新工藝淘汰，或得以繼承改進;在某一方面，某一時間被認定無價值的廢棄物，在不同的時間、地點可能是珍貴的資源;社會、經(jīng)濟環(huán)境條件的不同，工藝的優(yōu)劣認識、取舍也會不同。一個環(huán)境問題的凸顯，并非一蹴而就，我們對其的認識、解決的方法也就需要隨之發(fā)展。認識只能無限地接近真理，不能等于真理，此時的“真理”也可能成為日后的“謬論”。我國在文革前后由于工業(yè)不發(fā)達，環(huán)境問題不凸顯，認為“環(huán)境污染就一定是資本主義特有的，社會主義社會不存在這個問題”。隨著改革開放以來經(jīng)濟快速發(fā)展，資源環(huán)境問題逐漸暴露，《中國21世紀議程》 (1994年3月)首次把經(jīng)濟、社會、資源與環(huán)境視為必不可分的整體。如今，我國大力發(fā)展低碳經(jīng)濟，將降低碳排放強度的具體指標寫入“十二五”發(fā)展規(guī)劃，提倡發(fā)展風能、太陽能、地熱、潮汐、生物能等清潔新能源［14］。國際環(huán)境保護機構、國家環(huán)保部門不斷出臺、修訂法律法規(guī)，便是改變認識來適應變化，以求將“廢物”放對位置的很好體現(xiàn)。1979年《中國環(huán)保法 (試行)》的頒布，標志著的環(huán)保工作進入法制軌道，至今該法已經(jīng)過了多次修訂。幾十年間，我國制定、修改了《可再生能源法》、《循環(huán)經(jīng)濟促進法》、 《工業(yè)三廢排放試行標準》、《生活飲用水衛(wèi)生標準》、《食品衛(wèi)生標準》等一系列相關法律法規(guī)。

伏羲認為陰陽交替構成了世間萬事萬物，“獨陰不生，獨陽不長，陰陽互動，生生不息”，天、地、人、物、我之間，心物之間，身心之間，神形之間，能質之間是相互聯(lián)系依存、不可分割的整體［15］，“陽極為陰，陰極為陽”，為維持這種動態(tài)平衡與和諧，強調動與靜，易與不易的統(tǒng)一，虛實之間，對錯之間亦是如此。孔子說: “天何言哉?四時行焉，百物生焉。天何言哉?” (《論語·陽貨》)老子說: “大曰逝，逝曰遠，遠曰反?！?《老子》二十五章)莊子云:“萬化而未始有極也?！?《莊子·太宗師》)“‘維天之命，於穆不已’，蓋曰天之所以為天也?！?《禮記·中庸》引《詩》)“天地之道，恒久不已也。”(《周易·彖傳》)他們認為萬物是生生不已的生命發(fā)展過程，變易是世界的根本［15］。“福兮禍之所依 禍兮福之所伏”，“有無相生，難易相成，長短相形，高下相盈，音聲相和，前后相隨”，生物到不能生存的時刻，要么消失，要么進化，除舊布新，是中國哲學的主調。莊子哲學要求從根本上剔除已經(jīng)成為個人活動和社會進步的桎梏的舊的文化要素和體制障礙，從而解放、束縛人的自由和創(chuàng)造力，為社會提供前所未有的發(fā)展空間［13］。而變化、發(fā)展并不都是偶發(fā)的，革新的動力來源于世界或事物自身內部的矛盾。相似地，環(huán)境工藝的發(fā)展過程表現(xiàn)為漸進替代與躍進替代、連續(xù)替代與間斷替代的辯證統(tǒng)一，工藝的淘汰、變化、傳承都只為合乎自然，即與當下的經(jīng)濟、社會等環(huán)境相協(xié)調。荀子說“天地合而萬物生，陽陰接而變化起” (《荀子·禮論》)，則說明了新舊交替只有在“舊”束縛了“新”這一適當?shù)臅r機發(fā)生，才是有利的，即所謂的“時也，命也”、“守時待命”。

5 結語

世界永恒地創(chuàng)新、變化、發(fā)展，自我更新，自我否定，遵循替代法則認識事物的本質和發(fā)展規(guī)律，才能很好的解決矛盾，達到新的肯定的階段。在環(huán)境工藝的創(chuàng)新、改進、應用過程中，替代法占有重要地位，對環(huán)境工藝的發(fā)展和人類生存環(huán)境的改善有著深遠的意義。

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