环境学导论：综合利用资源和能源

以往的工农业生产大多是单一的过程，既没有考虑与自然界物质循环系统的相互关系，又往往在资源和能源的耗用方面，片面强调单纯的产品最优化问题。因此，在生产过程中几乎都有大量环境容纳不了，甚至带有毒性的废弃物排出，以致造成环境的严重污染与破坏。例如美国1971年农业和工矿业的废弃物，分别占全国该年废弃物总量的50％和40％以上。这些废弃物实际上是未加充分利用的有用之物，它们进入环境的结果，一是造成资源和能源的浪费；二是影响环境生态系统的平衡。又如传统的发电厂工艺过程，一般都力求电力生产的最优化而忽视余热以及排气中SO₂、烟尘中稀有元素和贵重金属等的充分利用和回收。这也是今天火力发电厂之所以产生大气污染的重要缘故。至于农业废弃物，在我国和其他一些第三世界国家中，基本上都用作农村的燃料。从表面看来这似乎没有什么浪费，而实际上通过燃烧只能利用庄稼废弃物所固定的太阳能量的10％，其余的90％都散失掉。同时由于燃烧会使这些废弃物中有机和无机的营养分不能得到充分利用，因而破坏了原来生态系统的物质循环，长此下去就有可能使土壤贫瘠，招致作物减产。

解决这个问题较理想的办法是，运用生态系统的物质循环原理，建立闭路循环工艺，实现资源和能源的综合利用，以杜绝浪费与无谓的损耗。所谓闭路循环工艺，就是要求把两个以上的流程组合成一个闭路体系，使一个过程中产生的废料或副产品成为另一过程的原料，从而使废弃物减少到生态系统的自净能力限度以内。这种闭路循环工艺在工业和农业中的具体应用，就是生态工艺和生态农场。

1. 生态工艺

生态工艺属于无污染工艺。此种工艺不仅要求在生产过程中输入的物质和能量获得最大限度的利用，即资源和能源的浪费最少，排出的废弃物最少，而且是这些废弃物完全能被自然界的动植物所分解、吸收或利用。更重要的是，要求从整体出发来考虑问题，即注意整个系统的最优化，而不是分系统的最优化。这是与传统的生产工艺根本不同的。

图3—2是造纸工业闭路循环工艺流程图。该闭路循环工艺包括火力发电、造纸和废弃物的回收利用三大部分。因此，可以把各分系统中产生的余热和高低压蒸汽，排烟中的SO2以及造纸废液中的无机盐类回收利用。这就体现了资源和能源的综合利用，既减少了污染，又保护了环境。

2. 生态农场

生态农场是根据生态学原理建立起来的新型农业生产模式。它可以因地制宜地利用不同的技术，来提高太阳能的转化率、生物能的利用率和废弃物的再循环率，使农、林、牧、副、渔以及加工业、交通运输业、商业等等都获得全面的发展。(www.xing528.com)

图3—2 造纸工业闭路循环工艺流程示意图

图3—3 马雅农场的废物循环途径

在生态农场中，由于有效地利用生态学原理，扩大和提高能流和物流在生态系统中的数量、质量及其速度水平，使太阳能变为生物能的转化率比野生植物、粮食作物或高产作物高出4～12倍，做到最大限度地把无机物转变为有机物。此外，生态农场并不把农林业的废料，如作物秸杆、树叶和杂草等用作燃料烧掉或直接还田作肥料。这样，就大大提高了生物能的利用率和废物的再循环率，并减少了因生产化肥而耗用的能源和所引起的环境污染。生态农场还可以充分利用农、林、牧产品和沼气能源，开办面粉厂以及油料、奶粉、黄油和肉类制品等加工厂，以提高农牧业产品的经济效益，增加农民的收入和满足社会的基本需要。

菲律宾的马雅农场（Maya Farms）便是一个典型的生态农场。它由庄稼地、猪场、牛场、饲料加工厂、沼气厂、以及其他农牧产品加工厂、污泥处理池和养鱼池等组成。该农场的废物循环过程见图3—3。

马雅农场的沼气厂在1982年以前，每年可生产1200吨饲料原料和可供灌溉的肥料水以及66万米3沼气。这些沼气可满足该农场工业生产中动力能耗的60％和其他能耗的100％的需要；1983年则可满足农场各方面能源的需求。这样，使生物能获得最充分的利用；肥料等植物营养份可以还田；控制了庄稼废弃物、人畜粪便等对大气和水体的污染。可以说是完全实现了能源和资源的综合利用，以及物质和能量的闭路循环。

我国古代流传至今的许多优良的农业生产经验，实质上也是符合生态农场的原理的。珠江三角洲地区桑基鱼塘的生产方式，便是其中的一个典型例子；现在又进一步发展成为桑基（果园），渔塘和农舍三结合的新型农村生态系统。农民在桑林茂密的园林内建造两层楼房，楼上住人，楼下是养蚕“工厂”，旁边是池塘。池塘上有水上厕所，粪便以及养蚕工厂的废料——蚕沙和蚕渣供作养鱼的饲料，而塘泥则是桑园的肥料，构成一个完整的生态系统小循环。因此，在我国发展生态农场的生产模式，是极有基础的。北京市大兴县留民营大队，自1982年起，开展了生态农业的试验，虽然其规模和综合程度不如马雅生态农场，但在不足一年的时间内，已经收到了明显的经济效益，展示了美好的前景。全大队粮食总产增加11万斤，蔬菜产值增加了一倍，仅八个月时间就节省化肥开支达一万元。总之，在扩大生物能源的应用，推动农牧渔业的发展、建立良性循环的生态系统方面，他们在前人的基础上，又迈出了引人注目的一步。