环境工程工艺方法论研究——系统法

王杰才，龙炳清，龚　婕，万　旭

(1 四川师范大学化学与材料科学学院，成都　610068；2 四川省环境监测总站，成都　610091)

· 环境工艺 ·

环境工程工艺方法论研究
——系统法

王杰才1，龙炳清1，龚婕1，万旭2

(1 四川师范大学化学与材料科学学院，成都610068；2 四川省环境监测总站，成都610091)

系统方法属于科学方法但不同于传统的科学分析方法，是一种与传统科学分析方法互补的综合方法。对环境工艺的一般方法—系统法进行了研究, 揭示了系统法所蕴含的哲学理论。

系统; 环境工程工艺; 普遍联系

1　前　言

科学技术是第一生产力。随着科学技术的发展，人类不断获得改造自然的新力量和巨大财富，从而享受到科技进步带来的种种好处。然而科技是一把双刃剑，在提高人类物质和精神文化生活的同时，人类面临着从未有过的科技挑战，承受着与现代科技密切相关的沉重代价。科技对于自然生态的破坏作用不可忽视，环境污染的增加，使得环境问题成为世界各个国家的共同解决的问题之一。由于人们对工业高度发达的负面影响预料不够,预防不力，导致了全球性的三大危机:资源短缺、环境污染、生态破坏。其中，环境污染最直接、最容易被人所感受的是人类的环境质量明显下降，严重影响人类的生活质量、身体健康和生产活动。随着经济和贸易的全球化，环境污染也日益呈现国际化趋势。面对着错综复杂的环境问题，系统法开始走入我们的视线。运用系统法的优越性进行层层剖析，逐渐深入问题本质，从而在整体上把握关键因素，达到综合解决问题的目的。系统法是一门应用性极强的方法，要有正确的辩证思维来引导其实施，避免走进思维怪圈，依照正确的思维方法进行技术整合，以便发挥其巨大的优越性。本文对环境工艺的一般方法——系统方法进行探究，并从哲学的层面上进行了阐释。

2　系统法的定义

系统方法是以对系统的基本认识为依据，应用系统科学、系统思维、系统理论、系统工程与系统分析等方法，用以指导人们研究和处理科学技术问题的一种科学方法。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人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[1]。

环境工艺的开发与应用涉及社会、经济、自然资源、环境条件、技术等诸多方面，因素繁多，关系复杂，必须从系统的角度整体把握。由上述可见，系统方法在环境工艺的开发和应用中是一般方法，即哲学中的方法论方法。

3　系统法在环境工程工艺中的应用实例

系统法是一门应用性很强的方法，大到可以将整个宇宙看作一个系统，也可以将某一个微小的细胞看作一个系统。在自然界和人类社会中，可以说任何事物都能以系统的形式存在的。由于系统具有联系性原则，整体性原则，动态性原则和最优化原则，所以系统法在环境工程工艺中备受关注，应用极其广泛。

3.1系统法在大气污染区域防治和水污染流域的应用

目前，我国环境恶化的问题日益突显。污染源也由点污染源、线污染源为主，演变成面污染源随处可见，最典型的就是大气污染和水污染。大气污染区域防治和水污染流域管理便成了解决面源污染的有效途径。

雾霾天气非常频繁的在我国各地上演“十面霾伏”，严重影响了人们的出行安全和身体健康。雾霾天产生的原因是多方面的，面对原因之间错综复杂的关系，如何高效拿出解决方案，就需要运用系统法，分析各个原因之间的联系，进而由浅入深，抓住根源问题，制定出简单易行的实施办法，避免大而空，繁琐而无实用性的方案。以北京为例，首先从整体上来分析雾霾产生的原因，进而得出治理雾霾的根源问题是要从能源入手。当然，通过煤的清洁燃烧与除尘，提高汽车燃料的品质和效率等措施减少排放物, 是必要的，却治标不治本, 因此我们必须从根源出发改善能源的消费结构，进行综合治理[2]。其次，雾霾的产生具有区域性，要想整治北京的雾霾天气，光靠北京一个城市是解决不了的，这就要运用系统法的整体性思想，将北京与天津、河北、内蒙古、山东等周边省市系统的联系起来，打造一个治理雾霾联盟，祭出一套组合拳，才能达到立竿见影的效果。区域联防联治的方法论基础就是系统法。

大气污染的治理是一项长期又复杂的工程，国内外治理的做法无不体现着系统法的运用。国外治理的手段有：针对源头重点治理；推动大气污染立法进程；发挥市场机制的作用；注重科技创新及应用；提供即时、全面的空气监测数据等[3]。以上措施的运用，将系统法的优点发挥出来，取得了很好的效果，但是在解决我国的大气污染问题时，不能照搬硬套，而是要运用系统法的思想，建立适应于我国的有利措施。首先，系统把握我国面临的实际情况，在一个特定区域内，把大气环境看作一个整体；然后统筹规划能源结构、工业发展、城市建设布局等因素，充分利用环境的自净能力，综合运用各种防治污染的技术措施，以改善大气质量。大气污染的综合防治，是从区域环境的整体性出发，充分考虑该地区的环境特征，对所有能够影响大气质量的各项因素作全面、系统的分析，并在这些方法的基础上制定最佳的大气污染防治方案，以达到改善区域性大气环境质量、消除或减轻大气污染的目的。大气的污染物，无论是颗粒状污染物还是气态污染物，都具有在大气中扩散、污染面广的特点，也就是说，大气污染具有区域性和整体性的特征。正因如此，大气污染的程度受到该地区的自然条件、能源构成、工业结构和布局、交通状况以及人口密度等多种因素的影响，这些因素之间存在着相互依赖和相互制约的特定关系，某一要素的改变会影响其他要素的变化。正是由于这些特定的关系将各种要素有机地结合在一起，形成了一定的结构性，充分使系统发挥出整体功能和综合行为。所以对于区域性大气污染治理，必须通过采取综合防治的措施加以解决。

近年来，全国各地频繁发生水污染事故，加剧了我国水污染的严峻形式，流域水污染问题正在成为制约我国推进可持续发展的重要瓶颈。水污染问题已经呈现流域性的特点，要想取得好的治理效果，必须建立跨流域的综合管理模式，这种模式就是在系统法的基础上发展起来的。英国的泰晤士河、德国的莱茵河、美国的田纳西河和多瑙河等著名的跨流域跨国界的河流，都曾遭遇过重大的水污染事故，在后期的治理过程中，其共同点是都建立了跨流域的综合管理模式，取得了很好的效果。对于我国而言，水污染控制部门分散，“多龙治水”局面弱化了水污染防治的整体性；涉水法律不协调，弱化了流域水污染防治法律政策的执行力。针对上述问题，系统制定适合我国的跨界水污染治理方案：a.建立统一管理、垂直领导的流域管理体制；b.加快流域立法进程；c.流域投资运行机制市场化；d.建立流域企业化管理体制；e.优化流域管理机构内部结构[4]。每一个方法的制定都是严格按照系统法的要求，环环相扣，彼此独立又相互影响，这种影响是促进的，有利的。如果忽视了系统法，就会造成不同的方法相互制约，前后矛盾，自然无法见成效。新环保法第20条规定，国家建立跨行政区域的重点区域、流域环境污染和生态破坏联合防治协调机制，实行统一规划、统一标准、统一监测、统一的防治措施。从而在国家层面上肯定了运用系统法解决环境问题的重要性。

3.2系统法在城市规划方面的应用

城市是一个复杂的庞大的系统，在城市规划建设中，需要运用系统法，将各种因素考虑进去，综合起来，才能达到预期的效果。系统规划的过程，不以单一部门为主导，能够在规避现有管理体制下进行条块分割式多头规划，从城市运营的角度出发，以统一的价值观和城市发展作导向，在现有城市规划的技术基点上，形成集资源、经济、人口、空间、运营、管理思维等于一体的城市发展的立体规划蓝图[5]。系统法的运用，可以将人们的思维由平面向立体转化，多维度的思考问题，打破了传统的束缚，解放了思维。运用系统法进行规划时，任由你的思维天马行空，却有无数条看不见的线将这些想法连接到一起，非常有利于问题的解决。中国很多城市没有将系统的方法论运用到发展过程中，从而走进一个怪圈。城市越来越大，人口激增，人口增长的速度远远大于城市发展的速度，就业难的问题凸显，贫富差距增大；车辆增大，道路拥挤，消耗掉大量能源；高楼大厦林立，密度高，粗糙度就高，造成城市换气困难；涉及危化品的建设项目盲目选址，通常选址建在地势高的地方，一旦发生泄漏事故，就会造成较严重的损失。城市发展涉及到生态、经济、社会、文化和空间等多元要素的协调统一，要学会借鉴国外发达国家城市发展的经验，例如，美国华盛顿，城市在不断发展，而人口在逐步减少，从而实现了人口和资源的协调发展。运用系统法整合后，进而提出在我国大城市周围多发展一些小城市，将人口分流，不失为一个好的解决上述问题的办法。

3.3系统法在废水处理工艺开发及设计中的应用

随着人们对环境诉求的提高，工艺设计有了更高的标准，在简化处理过程，提高处理效率的同时，还要考虑到将经济成本控制在合理的区间。在处理废水的工艺中，如何兼顾这两个方面，就需要充分运用系统法的优势。以焦化废水的处理为例，焦化废水所含的污染物较复杂，是典型的难降解的有机化合物工业废水。不同的工艺流程和生产操作方式所产生的焦化废水水质差异较大。目前国内对焦化行业酚氰废水处理方法主要有活性污泥法、A/O 法、A2/O 法、A/O2法和A2/O2法[6]。在不同的地区，不同的情况下，要选出一个最好的方法，就要运用系统法，结合国家政策和污水处理指南，从工艺流程、废水中主要污染物的去除效率、投资费用、运行费用、操作管理和应用情况等方面进行综合的比较分析才能确定，同时，还要考虑当地的经济发展情况，自然条件，人口素质，投入规模的大小，以及工艺的适应性等。用于水处理的氧化沟法、SBR法、接触氧化法、土地处理法等既受废水水质的影响，也受废水规模和当地环境条件等诸多因素的影响，究竟选择何种工艺，必须系统地考虑。一个系统可能有多种方案，要选择最优的方案，使系统具有最优效率。为了环境工艺系统具有最优的效率，必须进行方案整合，综合考虑，制定低成本、低消耗、治理效果好、二次环境问题小的最优方案。系统法是解决环境问题的有效方法和工具，可以帮助决策者统筹规划，分析利弊，寻找最佳的计划、方案。

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，在防治土壤污染前，要系统的了解土壤的污染类型，如农药污染、农膜污染、重金属污染，不同的污染采用不同的治理方法，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，采取相应的措施。在措施的选择上，通过系统研究，人们发现微生物降解和生物修复是最优的选择。对于土壤的保护，重点还是预防为主。将系统法的思想引入进来，先系统的分析某个区域对于土壤的主要污染来源，从而来确定预防的重点，不能捡了芝麻漏了西瓜，分清主次，只有这样才能发挥出系统法的优点，建立一个系统的、立体的预防措施：对各种污染源排放进行浓度和总量的监测控制；对农业用水进行经常性监测、监督，使之符合农田灌溉水标准；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；慎重使用下水污泥、河泥、塘泥；科学的利用污水灌溉农田，利用污水灌溉时，必须进行净化处理[7]。没有任何一个防治方案是完美的，新的问题总是让人防不胜防。系统法的优势就在于，整个系统的运行不是死板的，固定不变的，面对产生的新问题，只要稍加调整，就可以有效地解决，而不用推倒重建，节省了时间成本，避免耗费大量的人力物力。将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，建立一个高度有序的，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　哲学内涵

系统法是在系统论的基础上发展起来的。所谓系统是由要素构成，是各种要素组织起来的具有“特定功能”的相互联系、相互作用的“整体”。在世界观和本体论意义上，系统是一个全面体现系统本质和特征的具体的、辩证的概念。

运用系统法的关键是要了解各个元素之间的联系。人类认识和实践的发展史证明，对于事物及其在头脑中的反映，从它们的联系、连结方面加以考察，注意事物的系统性、整体性、全面性、条件性和规律性，进行具体地分析，是正确认识和改造世界所必不可少的思维方式。在一定意义上，科学的真正任务在于揭示事物或现象之间的固有联系，这一任务的解决不断推动着科学的发展。马克思主义哲学真正明确而完整地阐明了普遍联系原理及其在科学世界观体系中的地位。它指出，只有通过相互联系和相互作用的考察，才能科学地说明物质的运动、变化和发展。关于事物、现象普遍联系的观点，是唯物辩证法的本质特征之一。恩格斯说，辩证法是"关于普遍联系的科学"。联系作为一般哲学范畴，通常是指事物或现象之间以及事物内部要素之间相互连结、相互依赖、相互影响、相互作用、相互转化等关系。普遍联系的原理为人类在总体上和细节上深入地把握世界的辩证本性提供了有力的武器。利用系统方法可以看到一种现象同别的现象的联系，看到它们的相互制约，以及发展的过程。任何事物都存在着系统和要素两个方面。系统是由相互联系、相互作用的若干要素构成的具有稳定的结构和特定功能的有机整体。当不考虑事物之间的联系(包括内部与外部)，对事物进行孤立考察时，该事物便是元素；当元素通过外部联系与环境物(其他元素)结为体系时，元素相对于这一体系便成了要素；当元素的内部联系被揭示出来时，元素相对于内部成分便成了系统。元素在外部联系中成为要素；在内部联系中成为系统，如同一根纽带将要素和系统联系在一起，使二者相辅相成，缺一不可。

系统是相互作用的诸要素所构成的整体，而要素则是整体中的各个部分。一般来说，系统整体大于其要素相加之总和。这是因为，系统的存在不仅依赖于要素的存在，而且依赖于要素与要素之间的相关性，正是要素之间的这种相关性产生了有机的统一体——系统。整体性原则是系统方法的核心，它认为系统在要素与要素的相关性中产生出高于要素的整体性，它要求人们对事物的属性从“片面性”、“独立性”的认识进入到“组织性”、“相关性”、“有机性”的认识，从对事物的单向研究、线性研究进入到多向研究、非线性研究。除此以外，系统方法还有其他原则：有序性和动态性原则、等级系统和系统发展原则、模型化和优化原则。

古希腊哲学家德谟克利特认为原子是世界的本质，事物就是由没有性质差异，只有形状、大小和排列方式不同的原子组合的整体，它在无限的虚空中互相碰撞，互相结合，从而形成了世界万物。亚里士多德从整体与部分的关系，形式和质料的统一，对整体性作了较为深刻的阐述。中国传统的学术思想着重于研究整体性和自发性，研究协调和协同。《易经》中提出的“阴阳‘八卦’”和《洪范》中的“五行”之说，都是把自然界看成是某些要素相辅相成所组成的有机整体。《庄子·齐物论》中讲到：物无非彼，物无非是；自彼则不见，自知则知之。故曰：彼出于是，是亦因彼。揭示了事物发展的对立统一规律，是对形而上学和绝对论的否定。老子有云：道生一，一生二，二生三，三生万物。从中国传统的哲学观上讲，天地万物皆来源于“道”，理清“道”的实质，是进行系统法的重要前提。墨子的“一”与“多”，施惠的“至大无外，至小无内”；南宋陈亮的理一分殊思想，称一为天地万物的理的整体，分殊则是整体中各事物的功能。

20世纪创立的现代系统论学说是对普遍联系原理及其科学意义的进一步应用、证明和发展。系统研究在指出系统的普遍性前提下，提出了系统的最优化状态等问题,并制定了利用应用数学工具加以定量处理的某些方法,使具体联系的研究成为一门独立的方法科学。它为唯物辩证法提供了更加丰富多样的联系类型，深化了整体与部分、功能与结构等范畴的内涵，揭示了信息传递和调节控制等事物普遍联系的新形式，丰富了人们对运动发展、量变质变、因果联系等哲学观念的内容，并为进一步揭示诸如简单和复杂、部分与整体、可能与现实、间断与连续、目的性和适应性等范畴的辩证关系提供了新的理论依据和认识途径。在无限的宇宙中，联系不是个别事物之间暂时的、特殊的关系，而是一切事物、现象和过程所共有的客观的、普遍的本性；任何事物都不能孤立地存在，都同其他事物发生着联系；世界是万事万物相互联系的统一整体；任何事物都是统一的联系之网上的一个部分、成分或环节，都体现着普遍的联系[8]。

5　结　语

系统法是对传统科学分析方法的补充，在运用科学方法的基础上，认识和改造世界的过程中形成的，反映了现代科学发展活动的最显著的特征，直到今日仍然在不断的发展和完善。在环境工艺中，系统法无疑为环境问题的解决指明了方向；为实现可持续发展，建设资源节约型社会提供了强有力的理论支撑。当然，系统法的运用需要高瞻远瞩的气魄，需要坚实的知识储备和过硬的实战经验。鉴于此，我们应该足够重视并认真学习系统法，让其在处理好社会、经济、环境之间的矛盾中，发挥更大更积极的作用。

[1]李维岳，牛宏丽，张公涛.系统方法与系统思路[J].系统辩证学报,2000,8(1):19-21.

[2]石元春. 中国雾霾的产生机理友应对策略研究[J]. 陕西电力，2013,(4):1-3.

[3]应瑛,杜伟杰.国内外大气污染治理的典型做法及启示[J].浙江经济,2003,(10):22-23.

[4]黄德春，陈思萌，张昊驰.国外跨界水污染治理的经验与启示[J].水资源保护,2009,25(4):78-81.

[5]徐境,刘瑞强,吴潇. 系统规划思想在城市规划中的实践探索[J]. 小城镇建设 ,2013,(2):73-78.

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[7]段飞舟,等. 城市污水灌溉对农田土壤环境影响的调查分析[J].华中科技大学学报(城市科学版)，2005,22(增刊):181-183.

[8]胡良贵. 马克思主义哲学原理[M] . 成都:四川民族出版社, 2004.

Study on Methodology of Environmental Engineer Technology—— System Method

WANG Jie-cai1, LONG Bing-qing1, GONG Jie1, WAN Xu2

(1.CollegeofChemistry&MaterialsScience,SichuanNormalUniversity,Chengdu610068,China;2.SichuanProvinceEnvironmentalMonitoringCenter,Chengdu610091,China)

System method is a scientific method but different from the traditional scientific analysis method. It is a kind of comprehensive method which complements with the traditional scientific analysis method. In this paper, the general method of the environmental process, the system method, is studied to reveal the philosophy theory of it.

System；environmental technology；universal relation

2015-04-22

王杰才(1988-)，男，山东高密人，四川师范大学化学与材料科学学院2013级环境科学专业在读研究生，主要研究方向为水处理。

X703

A

1001-3644(2015)06-0168-05