清洁生产导论

清洁生产导论
Introduction of Cleaner Production
第一章绪论
•第一节清洁生产的产生与发展
•第二节清洁生产的定义与内涵
•第三节清洁生产的内容和特点
•第四节实施清洁生产的意义
•第五节清洁生产与末端治理的区别与联系
•第六节清洁生产的发展动态和趋势
第一节清洁生产的产生与发展
全球关注的环境问题
全球变暖、臭氧层破坏、生物多样性损失、酸雨蔓延、森林锐减、土地荒漠化、大气污染、水污染、海洋污染、固体废物污染（危险废物越境转移）
举例（原料替代）：
美国联碳公司德克萨斯塑料化工厂生产乙酸等产品，原来一直使用铬酸盐作为冷却水处理的缓冲剂。

1988年美国环保局对铬酸盐的排放作出了严格的规定。

该厂经研究试验改用磷酸盐作为缓冲剂，新药剂缓冲效果好，操作简单易行。

停止使用铬酸盐后，循环冷却水系统排放的废水中，铬酸盐含量达到了环境保护的要求。

举例：工艺和设备改造
北京某石油化工厂乙二醇生产中的环氧乙烷精制塔原来采用直接蒸汽加热，使废水中COD含量很高，后来对设备进行了改造，由直接蒸汽加热改为间接蒸汽加热，不但减少了废水量和COD，而且降低了产品的单位能耗，经济和环境效益十分显著。

经过设备改造后，该厂废水量削减3.2×104t/a,COD负荷削减470t/a，每年可减少污水处理费20.8万元。

举例：采用无毒无害的中间产品
原来的许多石油化工厂生产含铅汽油，污染严重，目前许多工厂将原来的生产装置进行了改造，不再使用四乙基铅作为配料，改用催化稳定汽油、高辛烷值的重整生成油及甲基叔丁醚按一定比例调配成无铅汽油，新产品不含铅，消除了汽车尾气中的铅污染。

3、清洁的产品
举例：华南药业
华星制药厂和京新药业原料药生产因环保问题导致关停，由此整个引发了社会对制药工业环境污染问题的聚焦和问责。

国家环保总局开始对医药行业加大了环保
整治力度。

2005年开展了清洁生产审核工作。

通过严格的清洁生产审核，共实施了35个清洁生产方案，包括改进生产工艺和流程、削减易污染产品的生产、原辅材料替代、循环利用等措施，使废弃物产生量大大削减。

同时建设了锅炉烟尘脱硫系统和污水处理系统。

1）经济效益明显
本轮清洁生产审核共投入约1000万元用于方案的实施。

主要是设备更新、技术工艺改进、节能技术和循环经济技术和应用。

预计每年获得经济效益约550万元。

4）环境效益显著
a、锅炉废气中硫的含量减少约80％；
b、提高了废水处理后的达标率，降低了污染物排放量；
c、削减生产过程中的粉尘约90％。

2006年1月，省科技厅组织广东省“绿色制造，清洁生产”科技示范项目成果鉴定，华南药业集团的清洁生产示范项目获得好评，华南药业集团被认定为“广东省清洁生产企业”。

•清洁生产标准
•地方法规、政策
•清洁生产审核示范、试点活动
–全国范围
–十余门类重点行业
•宣传与培训（数万人）
•国际交流与合作
•《山东省清洁生产促进条例》，2010年11月1日起施行。

•2011年8月，《山东省清洁生产“十二五”推行规划》发布，“十二五”期间将实施清洁生产“12345”行动计划，即制定10个行业清洁生产地方标准；建设20个高标准、规范化的清洁生产示范园区；培育高水平的清洁生产专业咨询服务机构20家；推广300项清洁生产重点技术；培育清洁生产先进单位400家；
清洁生产审核并通过评估验收企事业单位5000家，培训清洁生产管理及审核人员5000人（次）。

《清洁生产促进法》（2012）基础知识
《清洁生产促进法》共六章四十条
第一章总则，包括立法目的、清洁生产定义、适用范围、管理体制等；
第二章清洁生产的推行，规定了政府及有关部门推行清洁生产的责任；
第三章清洁生产的实施，规定了对生产经营者实施清洁生产的要求；
第四章鼓励措施，规定了对实施清洁生产者表彰奖励、资金支持、减免税等鼓励措施；
第五章法律责任，规定了对企业不履行法定义务的行为应承担相应的法律责任。

第六章附则，规定了本法律实施生效时间。

《清洁生产审核暂行办法》（2004）
第二条：
本办法所称清洁生产审核，是指按照一定程序，对生产和服务过程进行调查和诊断，找出能耗高、物耗高、污染重的原因，提出减少有毒有害物料的使用、产生，降低能耗、物耗以及废物产生的方案，进而选定技术经济及环境可行的清洁生产方案的过程。

《清洁生产审核暂行办法》（2004）
第六条：
清洁生产审核分为自愿性审核和强制性审核。

第七条：
国家鼓励企业自愿开展清洁生产审核。

污染物排放达到国家或者地方排放标准的企业，可以自愿组织实施清洁生产审核，提出进一步节约资源、削减污染物排放量的目标。

《清洁生产审核暂行办法》（2004）
第八条：
有下列情况之一的，应当实施强制性清洁生产审核：
–（一）污染物排放超过国家和地方排放标准，或者污染物排放总量超过地方人民政府核定的排放总量控制指标的污染严重企业；
–（二）使用有毒有害原料进行生产或者在生产中排放有毒有害物质的企业。

第十三条：
清洁生产审核程序原则上包括审核准备，预审核，审核，实施方案的产生、筛选和确定，编写清洁生产审核报告等。

问题：
产品在原料开采、生产、使用、报废后的处置过程中是否对环境造成危害（自然环境、人体、生态）？哪些危害？程度怎样？如何预防？
起源阶段的特征：
（1）生命周期思想开始萌芽。

由工业企业发起，不公开进行，研究结果作为企业内部产品开发与管理的决策支持工具。

—可口可乐玻璃瓶转向塑料瓶。

《SCIENCE》发表文章（1976年4月）。

（2）大多数研究的对象是产品包装品。

（3）以能源和资源分析为主要研究内容。

采用能源分析方法。

由于能源分析方法在当时已比较成熟，而且很多与产品有关的污染物排放显然与能源利用有关。

较少关注潜在的环境问题。

2、发展期（20世纪70年代中后期～80年代后期）
由于20世纪70年代中期的能源危机，有关能源分析的研究备受关注，这一时期主要采取能源分析方法；在石油危机逐渐消退之后，能源问题退出了主导地位，人们对REPA的兴趣也有所减退。

随着80年代中期出现的全球性固体废弃物问题，人们对REPA的兴趣才逐渐从对产品系统能源消耗的分析转向对环境排放问题的研究。

资源与环境状况分析法（REPA）逐渐成为一种资源分析工具。

这时期的REPA着重于计算固体废弃物产生量和原材料消耗量。

发展阶段的特征：
（1）政府积极支持和参与。

欧洲经济合作委员会开始关注生命周期评价，要求工业企业对其产品生产过程中的能源、资源以及固体废弃物排放进行全面的监测与分析。

（2）环境问题与能源和资源消耗问题一道成为考虑的对象。

（3）案例发展缓慢，方法论研究开始兴起。

REPA缺乏统一的研究方法论，分析所需的数据常常无法得到，对不同的产品采取不同的分析步骤，同类产品的评价程序和数据也不统一。

这些都促进对评价方法的研究。

3、迅速发展（20世纪90年代初至今）
80年代末以后，区域性与全球性环境问题日益严重，可持续发展思想的普及以及可持续行动计划的兴起，促使大量的REPA研究重新开始。

REPA涉及研究机构、管理部门、工业企业、产品消费者，但是使用REPA 的目的和侧重点各不相同，所分析的产品和系统也变得越来越复杂，需要对REPA 的方法进一步研究和统一。

➢1989年荷兰“国家居住、规划与环境部（VROM）”针对传统的“末端控制”环境政策，首次提出了制订面向产品的环境政策。

提出了要对产品整个生命周期内的所有环境影响进行评价；同时也提出了要对生命周期评价的基本方法和数据进行标准化。

➢1990年“国际环境毒理学与化学学会（SETAC）”首次主持召开有关生命周期评价的国际研讨会，首次提出了“生命周期评价”的概念。

在以后的几年里，SETAC 主持和召开了多次学术研讨会，对生命周期评价理论与方法进行了广泛研究。

➢1993年SETAC根据在葡萄牙的一次学术会议的主要结论，出版了一本纲领性报告：“LCA纲要：实用指南”。

该报告为生命周期评价方法提供了一个基本技术框架，成为生命周期评价研究出现飞跃的一个里程碑。

目前生命周期评价在方法论上还不十分成熟。

SETAC和ISO积极促进生命周期评价方法论的国际标准化研究。

✓ ISO14040标准《生命周期评价-原则与框架》已于1997年颁布，该标准体系目的是对生命周期评价的概念、技术框架及实施步骤进行标准化。

✓欧洲、美国、日本等国家和地区制定了一些促进LCA的政策和法规，如“生态标志计划”、“生态管理与审计法规”、“包装及包装废物管理准则”等。

因此，这一阶段出现了大量LCA案例，如日本已完成数十种产品的LCA，丹麦用3年时间对10种产品类型进行了LCA等。

✓ 1996年，第一份专门关注生命周期评价的学术期刊《International Journal of Life Cycle Assessment》正式出版。

二、生命周期评价方法
产品的生命周期有哪些主要阶段？
✓生命周期范围
✓地理范围
✓时间范围
✓技术圈范围
✓生物圈范围
✓方法、数据、假设
2、数据收集
LCA中一项最基础、工作量也最大的工作，是一个反复的过程，可能需要多次深入到清单分析的各步，直到结果适合于研究目标为止。

首先需要选择或设计一套数据收集表：该表格可以获取各个单元过程所有必须的数据，包括一般性信息表、系统输入数据表、输出数据表、运输数据表等。

（三）影响评价
四、LCA在清洁生产中的应用
2、特征化(characterization)
目的：每种影响类型，对其中不同物质的环境影响用统一的单元表示，便于比较。

常用的特征化方法（生命周期影响评价模型）：临界体积模型、效应导向模型和生态评点模型。

例如，可以将各种温室气体的全球变暖影响潜能（Global warming potential, GWP）以二氧化碳当量表示。

特征化因子（characterization factor）：如全球变暖潜值、酸雨潜值等。

3、评价（valuation）
目的：得到一个总指标，用于对产品的环境性能进行比较。

经过特征化之后，得到的是单项环境问题类别的影响总值，评价则是将这些不同类别环境影响问题赋予相对的权重，以得到整合性的影响指标。

赋权方法：目标距离法、专家法、层次分析法（AHP）
Quiz 1:
1. Pollution prevention pays
2. Life cycle assessment
3. Goal and scope definition
4. Life cycle inventory analysis
5. Interpretation of results
生态设计
（Ecological design；Eco-design）
生态设计（eco-design）的其它名称：
生命周期设计（life cycle design）
绿色设计（green design）
环境化设计（design for environment）
环境意识设计（environmental conscious design）
环境友善设计（environmentally friendly design）
二、产品生态设计的意义
问题：为什么要进行产品生态设计？
五、产品生态设计策略
（一）产品概念开发
（二）产品结构优化
（三）原材料利用优化
（四）生产过程优化
（五）销售网络优化
（六）减少产品使用阶段的影响
（七）产品生命周期末端优化
环境标志各种不同的名称：
环境标志：Environment label/labeling
绿色标志：Green label
生态标志：Eco-label
生态标章：Eco-mark
绿色印章：Green seal
图形由中心的青山、绿水、太阳组成，表示人类赖以生存的环境；周围的十个环紧密结合，表示公众参与共同保护环境；十个环的“环”字与环境的“环”同字，其
寓意为“全民联合起来，共同保护人类赖以生存的环境”。

（I型环境标志）
美国总统绿色化学挑战奖
设立于1996年，旨在奖励在研究、开发和应用绿色化学技术方面获得杰出成就的个人、集体或组织。

共有5个奖项：学术奖、小企业奖、变更合成路线奖、改进溶剂和反应条件奖和设计更安全化学品奖，由来自美国政府、环保局、美国科学院、美国化学会、美国国家基金委员会的专家从候选提名中评选产生。

2009年诺贝尔化学奖获得者：（从左至右）万卡特拉曼-莱马克里斯南（印度，美国籍）、托马斯-施泰茨（美国）和阿达-尤纳斯（以色列），致力于“核糖体结构和功能的研究”。

2010年诺贝尔化学奖获得者：（从左至右）铃木章（日本)，根岸英一（日本），理查德·赫克（美国），致力于“钯催化交叉偶联反应”研究。

2011年诺贝尔化学奖获得者：达尼埃尔・谢赫特曼（以色列），致力于“晶体学”研究，准晶体的发现者。

2010年11月达尼埃尔・谢赫特曼教授在哈尔滨工业大学演讲，受聘客座教授。

2012年诺贝尔化学奖获得者罗伯特·莱夫科维茨（Robert J. Lefkowitz）和布莱
恩·克比尔卡（Brian K. Kobilka）
“G蛋白偶联受体研究”
Quiz 2:
1. Ecological design
2. Environmental friendly design
3. Environmental label
4. Green seal
5. Extended producer responsibility
第一节清洁生产审核
一、清洁生产审核简介
清洁生产审核（Audit），也称清洁生产审计（Audit）或清洁生产评价（assessment）。

•某化工厂聚烯烃一车间（用于溶剂基油漆的分散剂）输入的原料D是固体，装在5kg的袋中运送。

•合成反应过程中需要水冷却，反应产率依赖于反应温度。

•一次蒸发是用来去除多余的水和未反应的原料A和D。

因缺少维修，一次蒸发器的状况较差，检测到几处泄露和溢流。

•在回收单元中，部分过量的原料A循环回到配料区，但由于合成反应器冷却系统的冷却效果差，导致目前只有其中的一部分被重复使用。

•在单元操作之间，液体原料通过管道运送，固体原料用传送带运送。

•现场发现管道上有几处泄漏。

•在操作中，随机抽取样品，手动控制生产过程。

•合成工序的产率在80~90%（行业先进水平为92%）。

•车间负责组织安排生产过程的各项操作，在车间的要求下维修组负责对设备进行维修。

废水中有原料A和D排入。

（一）筹划和组织
1.取得领导支持
1）宣讲效益
•经济效益
•环境效益
•无形资产
•技术进步
2）阐明投入
•管理人员、技术人员和操作工人必要时间投入
•监测设备和监测费用的必要投入
•编制审核报告的费用
•聘请外部专家的费用
2.组建审核小组
3.制订工作计划
4.开展宣传教育
宣传教育的一般内容：
•清洁生产和清洁生产审计的概念；
•清洁生产和末端治理的内容及其利弊；
•国内外企业清洁生产审核的例子；
•清洁生产审核中的障碍及其克服的可能性；
•清洁生产审核工作的内容与要求；
•本企业鼓励清洁生产审核的各种措施；
•本企业各部门已取得的审核效果、具体做法等。

（二）预评估
1.现状调研
2.现场考察
1）现场考察内容
2）现场考察方法
3.评价产污排污状况
1）对比国内外同类企业产污排污状况
2）初步分析产污原因
3）评价企业环保执法状况
4）作出评价结论
4.确定审核重点
权重总和计分排序法
5.设置清洁生产目标
某啤酒厂清洁生产目标
6.提出和实施无/低费方案
3）常见的无/低费方案
•原辅料及能源：
采购量与需求相匹配；加强原料质量（如纯度、水分等）的控制；根据生产操作调整包装的大小及形式。

•技术工艺：
改进备料方法；增加捕集装置，减少物料或成品损失；改用易于处理处置的清洗剂。

•过程控制：
选择在最佳配料比下生产；增加或校准检测计量仪表;改善过程控制及在线监控；
调整优化反应的参数，如温度、压力等。

•设备：
改进并加强设备定期检查和维护，减少跑冒滴漏；及时修补完善输热、输气管线的隔热保温。

•产品：
改进包装及其标志或说明；加强库存管理。

•管理：
清扫地面时改用干扫法或拖地法，以取代水冲洗法；减少物料溅落并及时收集；
严格岗位责任制及操作规程。

•废弃物：
冷凝液的循环利用；现场分类收集可回收的物料与废弃物；余热利用;清污分流。

•员工：
加强员工技术与环保意识的培训；采用各种形式的精神与物质激励机制。

1、准备审核重点的资料
1）收集资料
2）编制审核重点的工艺流程图
3）编制单元操作工艺流程图和功能说明表
4）编制工艺设备流程图
1) 收集资料
•收集基础资料
（1）工艺资料
（2）原材料和产品及生产管理资料
（3）废弃物资料
（4）国内外同行业资料
•现场调查--补充和验证已有的数据
现场提问
现场调查典型问题
•车间产生的废物流主要成分是什么？
•废物流从哪些环节产生？
•废物流的数量是多少？
•如何将它们分开？
•工厂如何处理这些废物流？
•处理这些废物流的费用是多少？
•怎样才能防止或减少废物流？
•你认为清洁生产的机会是什么？
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3）编制单元操作工艺流程图和功能说明表
--针对工艺复杂和操作单元较多的，需要对每一个单元分别编制工艺流程图
4）编制工艺设备流程图
目的：
掌握重点设备和进出设备的物流，为实测和分析服务。

重点调查内容：
（1）原辅材料和成品的贮存地点
（2）物料和能源投入地点
（3）产品或中间产品产出情况
（4）废物堆放情况
（5）废物产生和排放情况
2、实测输入输出物流
•目的：对从原材料投入到产品的生产过程进行分析评诂，寻找生产工艺、设备运行维护管理方面存在的问题，对审核重点做更深入、细致的物料平衡和废弃物产生原因分析。

•重点：对审核重点物料和能量的输入、输出和污染物排放进行实地测量和估算，建立物料平衡。

•程序：1）准备及要求
2）实测
3）汇总数据
1）准备及要求
准备工作
（1）制定现场实测计划
确定检测项目、检测点、实测时间和周期
（2）校验监测仪器和计量器具
要求：
（1）监测项目：原则是满足对废弃物的分析要求。

应对审核重点全部的输入、输出物流进行实测，包括原料、辅料、水、产品、中间产品及废弃物等。

（2）监测点：监测点的设置必须满足物料衡算的要求，即主要的物流进出口要检测，但对工艺条件所限无法检测的某些中间过程，可用理论计算数值。

（3）实测时间和周期：对周期性（间歇）生产的企业，按照正常一个生产周期（即一次配料由投入到产品产出为一个生产周期）进行逐个工序的实测，而且至少实测3个周期。

对于连续生产的企业，应连续检测72小时。

（4）实测的条件
正常工况，按正确的检测方法进行实测
（5）现场记录
边实测边记录，及时记录原始数据，并标出测定时的工艺条件（温度、压力等）（6）数据单位
数据收集的单位应统一，并注意与生产报表及年、月统计表的可比性。

2）实测
（1）实测输入物流（原料、辅料、水、气、中间产品、循环利用物等）
（2）实测输出物流（产品、中间产品、副产品、循环利用物以及废弃物等）
3）汇总数据
（1）汇总各单元操作数据
（2）汇总审核重点数据
（2）汇总审核重点数据
3、建立物料平衡
•目的：准确判断废弃物流量，定量地确定废弃物数量、成分、去向，从而发现过去无组织排放或未被注意的物流损失，并为制定清洁生产方案提供科学依据。

•理论依据：质量守恒定律：输入＝输出
•程序:1）进行预平衡测算
2）编制物料平衡图
3）阐述物料平衡结果
1）进行预平衡测算
❿输入、输出总量偏差在5%以内的可进行进一步分析评估。

❿偏差大于5%，则须检查造成较大偏差的原因（如实测不准或存在无组织排放等情况），并重新实测或补充监测。

❿对于贵重原料、有毒成分等的平衡偏差应更小，或应满足行业要求。

•输入总量：7140.04kt/a；输出总量：7115.56kt/a
•输入总量：331.58kt/a；输出总量：310.62kt/a
•提问：以上两个平衡测算是否符合清洁生产审核要求？
2）编制物料平衡图
—物料流程图
—物料平衡图
编制物料流程图
•目的：准确判断废弃物流量，定量地确定废弃物数量、成分、去向，从而发现过去无组织排放或未被注意的物流损失，为确定洁生产方案提供科学依据。

•方法：把各单元操作输入、输出标在工艺流程图上。

当审核重点涉及贵重原料和有毒成分时，物料平衡图应标明其成分和数量，或每一成分编制物料平衡图。

编制物料平衡图
编制要点：
1）以审核重点为单位，输入画在左边，主要产品、副产品、中间产品标在下边，气体排放物标在上边，循环利用物料标在左下面，其他输出标在右边。

2）有毒有害物或贵重物品可单独做物料平衡
3）耗水量大时，应编水平衡图。

3）阐述物料平衡结果
（1）物料平衡的偏差
（2）实际原料利用率
（3）物料流失部位（无组织排放）及其废弃物产生环节和产生部位
（4）废弃物（包括流失的物料）的种类、数量和所占比例，以及对生产和环境的影响
4、分析废弃物产生的原因
目的：
1）发现清洁生产机会
2）作为征集和制定清洁生产方案的依据
方法：
全面系统地对物料能量平衡结果进行评估，围绕影响生产过程的8个方面分析物料损失、污染物产生和排放原因。

要求：
针对每一个物料损失和废弃物产生部位的每一种物料和废弃物进行分析，找出产生废弃物的原因。

分析内容
•原辅料和能源
•技术工艺
•设备
•过程控制
•产品
•废弃物
•管理
•员工
5、提出与实施无/低费方案
主要是针对审核重点，根据废弃物产生原因，提出并实施无/低费方案。

（四）方案产生和筛选
目的：
通过方案的产生、筛选、研制，为下一阶段的可行性分析提供足够的中/高费清洁生产方案。

重点：
（1）筛选确定出两个以上中/高费方案；
（2）核定与汇总已实施无/低费方案的实施效果；
（3）编写清洁生产审核中期报告。

1、产生方案
1）方案来源
（1）分析物料平衡以及废弃物产生原因
（2）广泛征集国内外同行业先进技术
（3）组织行业专家进行技术咨询
（4）广泛收集和创新
2）征集方式
（1）口头征集：清洁生产小组组织召开车间工人、管理人员和厂有关职能部门参加的专题会议，广开思路、集思广益。

（2）书面征集：设立合理化建议箱，放在车间门口，便于收集单位和个人意见。

3）征集方案应遵循的原则
（1）所有方案都是好方案，不横加指责；
（2）相互学习、取长补短、不断完善；
（3）解放思想、积极创意，克服怕被人讥笑的心理障碍
4）方案基本类型---8个方面
. 原辅材料和能源替代
. 技术工艺改造
. 设备维护和更新
. 过程优化控制
. 产品更换或改进
. 废弃物回收利用和循环利用
. 加强管理
. 员工素质的提高以及积极性的激励
2、分类汇总方案
方法：由清洁生产小组对全部方案进行分析、取舍，将相似内容合并，对明显不可行的方案先予剔除，然后再进行分类，并列表说明投资和收益。

1）方案初选
要求：对所有清洁生产方案，不论已实施的还是未实施的，不论是否属于审核重点，都一并纳入进行初选、汇总。

2）方案分类
3、筛选方案
参加人员：
企业领导、管理人员、技术人员、现场操作人员，最好聘请行业专家参与。

主要工作：
1）初步筛选
2）权重总和记分排序
3）汇总筛选结果
1）初步筛选
对已产生的所有清洁生产方案进行简单检查、评估，从而分出可行的无/低费方案、初步可行的中高费方案和不可行方案三大类。

❿无/低费方案—可立即实施的短期方案；
❿需投资的中高费方案—基本可实施，供进一步进行研制和筛选、分析论证；
❿暂不能实施的方案或长期方案，包括投资大、效益低、技术还未成熟、投资回收期较长的方案，搁置或否定。

（1）确定初筛因素
❿技术可行性
❿环境效果
❿经济效果
❿实施的难易程度
❿对生产和产品的影响
（2）进行初步筛选
方法：简易筛选法
先结合企业实际情况，确定筛选因素；然后确定每一个方案与筛选因素间的关系，判断正面影响、负面影响；最后进行综合评价，得出结论。

简易筛选方法
2）权重总和计分排序
影响权重的因素：
（1）环境影响
（2）经济可行性。