环境工艺方法论研究——转向思维法

林 春，龙炳清，李 贵

(四川师范大学化学与材料科学学院，成都 610068)

1 前言

工艺就是利用生产工具对各种原材料、半成品等进行加工处理，最终成为产品的方法过程。工艺方法是人类发展过程中的动力，不断推动着自然与社会演化发展，从而使得整个世界不断进行着技术变革。随着人口的快速增长和生产力的不断发展，科学技术的突飞猛进，工业和生活废弃物也不断地增多，从而使生态环境不断恶化，空气质量不断下降，水体污染日益严重，自然灾害频频发生。面对这一现状，使得人类不得不开始关注环境保护，不断探索先进有效的环境工艺方法。为解决人类发展所带来的环境问题，环境工作者研究开发了大量的环境工艺。对环境工艺进行归纳总结，提取其哲学意义上的一般方法具有重要意义。本文对环境工艺中的一般方法——转向思维法及其应用进行研究与探讨。

2 转向思维法的定义

思维是主体对信息进行的能动效应，如采集、传递、存储、提取、删除、对比、筛选、判别、排列、分类、变相、转形、整合、表达等。思维主体主要是指人，思维客体即主体思维的对象，同时也包括思维主体本身。思维方式是人们观察事物、分析问题和认识、改造世界的出发点、原则和方法的总和，是人们世界观和方法论高度统一的具体体现。不同的人由于世界观和方法论不同，或相同的人在不同时期由于世界观和方法论的改变，其思维方式也是不同的。不同思维方式由于认识和改造世界的出发点不同，得出的结论和取得的效果则不一样。

转向法是创造性思维的一种方法。转向法是指人们在思考问题时，其思路若在一个方向上受阻，便马上转向另一个方向，经过多次转向，直至获得创造性思维成果和创造性行动的方法。但是转向法不是随意发生的，它对运用者具有较高的要求，要求人们必须具有较敏锐的观察能力，善于发现苗头，从而为思维转向提供思维入口;也要求具有不厌倦于再做转向思考的毅力和追求完善、尽职尽责、积极进取的精神，从而使思维转向成为创造性思维链条的一个又一个环节。

3 转向思维法在环境领域的应用

3.1 沙漠治理

土地沙漠化是一个重大的生态环境问题，也是我国所面临的一个非常严峻的社会经济可持续发展问题。中国是受沙漠化严重危害的国家，沙漠及沙漠化土地面积约为160.7万 km2，占国土面积的16.7%。当前我国沙漠化土地面积正以每年2460km2的速度扩展，而且还有加速扩大的趋势。

我国在沙漠化防治方面采取的措施虽然很多，但总体上是就沙漠治沙漠的封闭思维模式，具体表现在为以下两个方面:种树种草和围栏封育。如仅考虑到种树种草，而未在建设基本农田、大幅度提高单位土地的产出水平上下工夫，导致种树种草与本已过重的人口压力之间矛盾日趋激烈;而“围栏封育”，建设“草库论”，实行划区轮牧的做法，本身没有把区域内的人畜压力释放出去，围起来的地方，沙漠化有所逆转，没有围起来的地方，由于人畜压力的加大，植被破坏更加严重，势必造成沙漠化的继续加剧。单靠技术解决沙漠化问题的封闭思维难以从根本上解决沙漠化问题，从而人们转向开放思维解决该问题，即从解决沙漠化土地上过重的人口压力出发，从经济学、生态学和沙漠学相结合的角度，把沙漠化治理与农村经济发展有机结合起来，形成沙漠化防治的生态经济模式。在这个模式中，沙漠化治理应该按照降低土地上的人口压力和形成稳定生态系统的总体目标，有层次、按时序进行［1］。

随着科学技术的不断进步，人工可调节水肥因子在技术上具备了越来越大的可操作性，从而为沙漠化治理开发中新技术的使用，拓展了广阔的空间，对作物的优质高产提供了保障。吸纳农村剩余劳动力，转移农业富余人口，也可以带动多种产业的发展，增加群众收入，缓和西部人口压力与土地承载力之间的矛盾。实践证明，这种开放的思维模式成效显著。

3.2 城市生活垃圾处理

在城市生活垃圾处理方面也有转向开放思维的工艺应用。传统的城市生活垃圾的处理方式为填埋和堆肥。填埋需要占用大量土地，并且填埋场地选择要求较高，目前许多城市已很难选到合适的填埋场，甚至无地可选;堆肥涉及土地吸纳能力，农民使用堆肥意愿下降及农产品安全等诸多问题。为了更好地解决城市生活垃圾问题，垃圾处理工艺的转向成为必然，其中垃圾焚烧工艺的应用是较成功的转向［2］。

与填埋和堆肥相比，垃圾焚烧法占地少，能大大减少排放量，使垃圾体积缩小90%左右;焚烧温度高，能彻底消灭病原体;焚烧过程中产生的热量可用于城市供暖、发电等，可彻底实现垃圾资源化、无害化、减量化和安定化;非常符合国家循环经济发展模式，节能减排效果突出，并可形成新的产业经济［3］。

3.3 秸秆处理

秸秆通常是指小麦、玉米、棉花、水稻等农作物在收获子粒后的剩余部分，在我国北方平原地区主要是小麦、玉米秸秆。长期以来，秸秆并没有被有效利用，在农村，秸秆随意堆放、焚烧的现象到处可见，严重污染了生活环境，且烟雾影响交通，造成巨大的经济损失。近年来，每逢夏、秋季节，政府动用行政干预，工作人员包村包地块，制止秸秆焚烧，虽然取得了“明显效果”，但毕竟不是长久之计。要从根本上解决这一问题，应从秸秆综合利用着手，充分挖掘秸秆存在的价值，变堵为疏，变废为宝。如今各种技术相继开发并越来越成熟，如将其制作成秸秆饲料、秸秆燃料、秸秆还田、加工成草制品和培养基等。值得一提便是秸秆还田。秸秆还田是当今世界范畴内改善农田生态环境，发展持续农业、旱作农业的重大措施;是节本增效、发展质量效益型的重要环节，也是促进绿色食品发展的有效手段。秸秆还田可增加土壤新鲜有机质，提高土壤肥力，改善土壤的物理性质，使土壤耕性变好，秸秆还田增产效果显著，降低生产成本。据调查，秸秆还田后第一季作物平均增产5%～10%，第二季后作物平均增产5%。据农业科研单位试验，在秸秆还田的地块上施用化肥，可较好地发挥化肥的肥效，可提高氮肥利用率15%～20%，磷肥利用率可提高30%左右［4］。

通过研究人员创造性的深度开发，充分挖掘了秸秆的价值潜力，不仅消除了秸秆利用带来的危害，又推动了当地农村经济的发展。这是由堵为上策转向变堵为疏、变废为宝的典型事例。

3.4 制革废水的综合治理

制革废水有机物浓度高、可生化性好，生物抑制浓度不高，所以很多生化处理方法都能取得较好处理效果，实现废水达标排放。但是，目前的许多处理工艺都没有对重金属铬采取单独处理措施，只是将鞣革废水和其他废水混合后进行生化处理，虽然废水中铬的去除率达99%以上，可以满足废水排放标准。但是，生物污泥因含铬浓度过高而产生了二次污染。生产厂家只是将生物污泥浓缩脱水后运到城市生活垃圾处理厂进行堆放或填埋，甚至进行农田施肥，给环境带来了极大的隐患。所以，有些制革业发展历史久远的地方，由于废水的跑、冒、滴、漏及污泥的处置不当，其附近的土壤、地面水甚至地下水的铬含量都远远超过国家环境卫生标准。这种废水处理方法也不符合国家关于重金属废水必须在车间排放口去除污染物、不得稀释排放的原则。所以，制革业废水彻底有效处理的关键即是对制革含铬废水进行单独处理和回收铬，铬回收后的废水可以和其他生产废水一起进行生化处理［5，6］。

新的工艺将制革业的鞣革废水首先除铬，以防止铬的二次污染。然后再去除水中的有机物和悬浮物等其他污染物质。这是由单一工序向多工序组合的转向。

3.5 除尘设计

除尘器是从含尘气流中将粉尘分离出来并加以捕集的装置，是除尘系统的主要设备。旋风除尘器内部没有活动部件，它借助于含尘气流的离心力将固体粒子从气流中分离出来，是工业中应用较为广泛的除尘设备之一，经常应用于多级除尘系统的一级除尘。但是旋风除尘器压力损失一般比较大，如高效旋风除尘器的压力损失竟达1250Pa～1500Pa。此外，这类除尘器不能捕集小于5μm的粉尘粒子。袋式除尘器利用有机纤维或无机纤维作为滤袋将气体中的粉尘过滤出来，尤其对小颗粒粉尘的净化比较有优势，适作为除尘系统的二级除尘设备。但是袋式除尘器阻力略高;更换布袋费用高;布袋多时，判定破袋位置时间长 (有时不具备更换滤袋条件);当烟气中含水率高或含油高时，容易糊袋;当烟气温度高时，可能会烧袋等。现将旋风除尘和布袋除尘两个除尘单元整合在一起，称之为旋风—布袋除尘器。旋风—布袋组合式除尘器既简化了除尘系统，节省了安装空间，又提高了除尘效率［7］。

旋风布袋组合式除尘器由旋风除尘单元和袋式除尘单元组成，旋风除尘单元包括:进风口、外旋体、内旋体、排灰阀等。袋式除尘单元包括:出风口、气包、电磁脉冲阀、脉冲控制仪、花纹板、箱体、滤袋、骨架等。袋式除尘单元和旋风除尘单元上下直联。含尘气体首先通过进风口进入旋风除尘单元进行一级除尘后，除掉粗颗粒粉尘，然后进入袋式除尘单元进行二级除尘，通过滤袋的过滤进一步把较细粉尘从气体中除去，干净的气体从出风口排出这样，使用一台除尘设备，实现了通常需要两台除尘设备和管路才能达到的效果。这是由单一处理转向取长补短组合工艺的思维模式。

3.6 水处理

氮磷污染所致的水体富营养化十分严重，已危害农业、渔业、旅游业等诸多行业，也对饮水卫生和食品安全构成了巨大的威胁。经济有效地控制氮磷污染已成为当前急待解决的重大环保课题。目前，废水生物脱氮主要通过硝化反硝化过程来实现，而生物除磷则主要通过聚磷菌过量摄磷和排泥来实现。尽管UCT(University of Cape Town)等传统的生物除磷脱氮工艺兼顾了除磷和脱氮作用，但实际运行效果并不理想，主要原因是存在碳源供求和泥龄控制的矛盾，除磷过程和脱氮过程相互制约。而反硝化聚磷菌DPB(Denitrifying Phosphorus Removing Bacteria)恰好解决了这一难题。它能利用氧气，又能利用硝酸盐作为电子受体进行摄磷。由于DPB能在摄磷的同时进行反硝化作用，在除磷的同时完成脱氮过程，以DPB为基础的新型反硝化除磷脱氮工艺可有效克服上述传统生物除磷脱氮工艺的缺陷。

与常规生物除磷工艺相比，反硝化除磷工艺在流程设计及条件控制上，力图在厌氧段减轻或消除硝酸盐对厌氧释磷的影响，在缺氧段提供足够的硝酸盐，强化聚磷菌的缺氧摄磷作用。目前，常见的反硝化除磷工艺主要有BCFS、DEPHANOX工艺和A2NSBR工艺。反硝化除磷工艺是根据反硝化聚磷菌 (DPB)的摄磷特点而开发的新型生物脱氮除磷工艺。该工艺以其特有的“一碳两用”和“双泥系统”，有效解决了常规生物脱氮除磷工艺的碳源供求矛盾和泥龄控制问题，可同时获得较高的除磷和脱氮效率，并具有所需曝气量少，剩余污泥排放量低等特点［8，9］。这是从传统菌种转向特定功能菌种处理废水的典型案例。

综上所述，多向思维求异思维作重要的的形式，表现为不受点、线、面的限制，不局限于一种模式，既可以从尽可能多的方面去思考同一个问题，也可以从同一思维起点出发，让思路呈辐射状，形成诸多系列，达到避免思路闭塞、单一和枯竭的效果。

4 转向思维法的哲学内涵

孙子兵法里写到:“夫兵形象水，水之行避高而趋下，兵之形避实而击虚;水因地而制流，兵因敌而制胜。故兵无常势，水无常形。能因敌变化而取胜者，谓之神。故五行无常胜，四时无常位，日有短长，月有死生。”［10］兵的性态就象水一样，水流动时是避开高处流向低处，用兵取胜的关键是避开设防严密实力强大的敌人而攻击其薄弱环节;水根据地势来决定流向，军队根据敌情来采取制胜的方略。所以用兵作战没有一成不变的态势，正如流水没有固定的形状和去向。能够根据敌情的变化而取胜的，就叫做用兵如神。金、木、水、火、土这五行相生相克，没有哪一个常胜;4季相继相代，没有哪一个固定不移，白天的时间有长有短，月亮有圆也有缺。万物皆处于流变状态。在环境工艺中也是如此，工艺的出现和发展是与生产需要、社会发展和技术进步相联系的，任何一种环境工艺、方法都是不断地朝着更为科学、高效的方向发展。思维是创造活动，植根于生产实践和科学技术进步，新工艺是思维的产物，但更是实践与技术进步的产物。

毛泽东在《中国革命战争的战略问题》中说到:“中国是一个大国—— ‘东方不亮西方亮，黑了南方还有北方’。不愁没有回旋的余地。”事物都是由多方面、多层次构成的复合体，事物的发展也都会受到各种各样因素的影响，具有多种发展可能性。因此，当我们思考事物和创造事物，在一个方向受到阻力时，便可在事物自身另寻它径。

《发展与环境》一书指出:“你可以不卷入战争，你可以不从事生产，但是你不能不关心环境，除非你拒绝生产。”这句话反应了人类与环境的关系。答案是不确定的、是多元的，思维是发散的、灵活的，法无定式，贵在有效。正如十六届五中全会指出的:科学发展观是知道发展的世界观和方法论的集中体现。这就要求我们在贯彻落实科学发展观、以之统领经济社会发展全局的过程中，抓住方法论这个关键，摆脱传统发展观形成的发展目标上的片面性、发展途径上的短期性、发展方式上的保守性、发展机制上的直线性等思维方法，进而建立一套具有系统性、持续性、创新性、辩证性的思维方法体系，为贯彻落实科学发展观提供方法论上的支持。

马克思认为理论思维总会走过肯定——否定——否定之否定或正——反——合的道路，因为后人总是在前人所面临的问题及产生自我矛盾中前进的，解决矛盾成了理论探讨的原动力和终结点，然而起点与终点相重合，理论又会被超越，但其革命性则在漫长的人类思想史中写下了辉煌的一笔:在方法论上马克思用唯物辩证法作为发现真理的工具，在两极对立中寻找到了相互联接的桥梁;在本体论上坚持唯物主义，在历史领域把唯心主义从“最后一个避难所赶了出去”;更重要的是他给人类重新树立了一个观念，自然不是与人对立的异在，“我们统治自然界，绝不是像征服者统治异民族一样，绝不像站在自然界以外的人一样，——相反的，我们连同我们的肉、血和头脑都是属于自然界，存在于自然界内的”。保护自然，就如保护自我，成了现代人类神圣的职责［11］。“认识自然、利用自然、改造自然、保护自然”是江泽民同志对人与自然关系的总结。作为“存在之大全”的自然是我们人类之上的绝对主体，人源于自然，最终又只能复归于大自然。［12］人们通过自然科学探究去窥见大自然的奥秘，认识自然界内部循环、协调作用规律，掌握自然界万物之间的共生和竞争关系，通过思维的转变，摒弃对环境造成破坏的手段，创造更为先进的、绿色的工艺来解决问题，真正做到因地制宜。

5 结语

转向思维法是环境工程中的重要方法，正确认识和应用这一方法对环境工艺的发展有重要意义。任何一种环境问题，都有多种解决方法。人的思维是灵活的，改变思维模式，从不同的方面看待问题，便可找出不同的科学高效的方法。在其指导下，人们创造出了许多新型环境工程工艺，不仅节约资源、保护生态环境，而且可以更好地建设资源节约型、环境友好型社会。

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［5］耿土锁.制革废水处理新工艺［J］.贵州环保科技，2004，(1):21-26.

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［7］李志华，焦 雷，李 州，新型旋风—布袋组合式除尘器的除尘机理及数值模拟［J］.硫磷设计与粉体工程，2012，(1):30-33.

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