生物耦合技術(shù)精選(九篇)

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第1篇：生物耦合技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】厭氧氨氧化；反硝化；有機物；溫度

0 引言

全球氮循環(huán)的研究引發(fā)人們極大興趣，因為氮素是微生物及植物所必需的無機營養(yǎng)物質(zhì)。氮素是細(xì)胞體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的第四大常見元素。人類活動排放的廢水包含大量含氮化合物，它們以NH4+-N、有機氮、NO2-及NO3-的形式存在，會對水生生物產(chǎn)生毒害作用，消耗溶解氧，引起水體富營養(yǎng)化，影響廢水再利用。廢水中存在的氮化合物可通過一系列方法去除，其中生物脫氮技術(shù)被廣泛應(yīng)用。

厭氧氨氧化可去除進(jìn)水中的氨氮及亞硝態(tài)氮，并產(chǎn)生硝態(tài)氮。低溫及有機物會抑制厭氧氨氧化菌的活性[1]。直接應(yīng)用厭氧氨氧化技術(shù)處理含氮含碳廢水存在問題，它需要預(yù)先處理有機碳源。在實際生產(chǎn)中，工業(yè)廢水水溫通常在5-20℃，因此，探究低溫及有機物對厭氧氨氧化菌及反硝化菌的影響，可為厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)同時脫氮除碳的發(fā)展為提供理論依據(jù)。

1 研究進(jìn)展

厭氧氨氧化是指在厭氧條件下，微生物以NH4+為電子供體，NO2-為電子受體，將NH4+、NO2-轉(zhuǎn)化為N2的生物氧化過程。與傳統(tǒng)生物脫氮工藝相比，厭氧氨氧化技術(shù)具有能耗低、無需外加碳源、產(chǎn)泥量少等優(yōu)點。然而，由于NO3-的產(chǎn)生，使出水總氮濃度不達(dá)標(biāo)。在實際廢水處理中，常常含有有機污染物，而其可成為反硝化反應(yīng)的電子供體，厭氧氨氧化反應(yīng)產(chǎn)生的NO3-為電子受體，進(jìn)行反硝化反應(yīng)。

因此，厭氧氨氧化與反硝化反應(yīng)的耦合既可為前者消除有機物的影響，又可為后者的進(jìn)行提供反應(yīng)基質(zhì)，不僅可以去除有機物，還提高了總氮去除率。

1.1 有機物

目前，學(xué)者對厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)的研究認(rèn)為，有機物濃度會影響厭氧氨氧化菌脫氮[2]。Dapena-Mora[3]等研究認(rèn)為50mM的乙酸鹽會抑制70%的厭氧氨氧化菌的活性；You[1]等研究發(fā)現(xiàn)0.5mM的甲醇會導(dǎo)致厭氧氨氧化菌立即完全失活；當(dāng)COD負(fù)荷增加時，雖然厭氧氨氧化菌的活性降低，但反硝化菌的活性增強[4]，這是因為當(dāng)存在足夠的有機物時，由于厭氧氨氧化菌與反硝化菌的生長比率不同，反硝化菌會在競爭中占據(jù)優(yōu)勢[5]。Chen等[6]通過PCR技術(shù)也驗證了當(dāng)COD濃度為400mg/L時，厭氧氨氧化菌的數(shù)量會減少而反硝化菌的數(shù)量會增多。

1.2 溫度

厭氧氨氧化與反硝化反應(yīng)對溫度變化的反應(yīng)不同。厭氧氨氧化菌的最適生長溫度為30-40℃[7]，其對溫度變化比較敏感，溫度從32℃下降到17℃后，反應(yīng)器內(nèi)的厭氧氨氧化活性受到顯著抑制[8]。溫度對反硝化作用的影響比其它廢水生物處理過程的影響要大，其適宜的溫度范圍為15-35℃，低于10℃時反硝化速率明顯下降[9]。因此，厭氧氨氧化菌與反硝化菌的活性都會受低溫抑制，但隨溫度升高而增加。

2 結(jié)語及展望

在處理含氮含碳廢水時，應(yīng)用厭氧氨氧化與反硝化耦合反應(yīng)不僅在技術(shù)上是可行的，在經(jīng)濟成本上也是合理的。厭氧氨氧化與反硝化耦合脫氮除碳的發(fā)展對垃圾滲濾液、制藥廢水等的處理用處很大，其耗能小、經(jīng)濟成本低。然而，有機物的種類不同對耦合反應(yīng)的影響存在差異，今后需對具體有機物做具體分析，會使生物脫氮工藝在實際應(yīng)用中前景更廣闊。

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第2篇：生物耦合技術(shù)范文

1.1多尺度問題

由于酒精發(fā)酵過程是一個綜合了微生物學(xué)、生物化學(xué)以及化學(xué)工程學(xué)的復(fù)雜過程，因此模擬計算該過程不能僅僅單一采用傳統(tǒng)的生物學(xué)方法或化學(xué)工程的方法，而應(yīng)對生物反應(yīng)器中多尺度問題作綜合考慮?！岸喑叨取崩碚摰奶岢龊脱芯孔钤绯霈F(xiàn)在化學(xué)工程學(xué)科領(lǐng)域，該理論認(rèn)為以“單元操作”和“過程傳遞”為標(biāo)志的傳統(tǒng)方法已經(jīng)不能滿足這一需求。研究流動、傳遞、分相和反應(yīng)多尺度行為和同一尺度下這些現(xiàn)象共存的規(guī)律，是當(dāng)前化學(xué)工程定量化的趨勢。對生物反應(yīng)器的研究表明，細(xì)胞代謝物質(zhì)流與生物反應(yīng)器物料流變化的相關(guān)性是研究生物反應(yīng)器中多尺度關(guān)聯(lián)問題的有效方法，從關(guān)系特征中區(qū)分不同層次的問題，才能有效實現(xiàn)發(fā)酵過程的優(yōu)化[2]。當(dāng)然在這些層次中，工程中最感興趣的還是化學(xué)工程這一層面。在化學(xué)工程學(xué)角度看來，酒精發(fā)酵罐可以看做是反應(yīng)器，理論上計算反應(yīng)器的模型應(yīng)可以適用于酒精發(fā)酵罐。

1.2動力學(xué)與放大

乙醇發(fā)酵過程前沿課題主要集中在液化、糖化和發(fā)酵過程節(jié)能降耗，包括：耐受高溫、高糖濃度、高乙醇濃度的能力以及酵母高效發(fā)酵過程的基礎(chǔ)研究；液化酶、糖化酶的作用機制及實際物系的動力學(xué)研究；同步糖化發(fā)酵工藝實際物系的代謝調(diào)控機制與酵母發(fā)酵動力學(xué)等方面的研究[3]。從化學(xué)工程角度看，上述問題涵蓋發(fā)酵生物反應(yīng)動力學(xué)及傳遞特性兩個方面，動力學(xué)方程是發(fā)酵過程放大的理論基礎(chǔ)。發(fā)酵動力學(xué)包括兩個層次：一是本征動力學(xué)，它是指沒有傳遞等工程因素影響時，發(fā)酵生物反應(yīng)固有的速率；二是宏觀動力學(xué)，它是指在反應(yīng)器內(nèi)所觀測到的總反應(yīng)速率及其影響因素，這些影響因素包括反應(yīng)器的形式和結(jié)構(gòu)、操作方式、物料的流動與混合、傳質(zhì)與傳熱等。對酶催化反應(yīng)，最早和最廣泛使用的生物相集總模型是Michaels-Menten方程，微生物生長和反應(yīng)的模型是Monod方程，表示底物或產(chǎn)物抑制作用的方式也很多。結(jié)構(gòu)模型最早是由Dean和Hinshelwood的提出的。他們把微生物細(xì)胞區(qū)分為兩種不同的結(jié)構(gòu)，具有獨立的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，用不同的動力學(xué)方程表示。Rankrishna把活性生物質(zhì)分為兩類，分別描述這兩類生物質(zhì)的動力學(xué)特性。但至目前，生化反應(yīng)本征動力學(xué)的研究還處在發(fā)展階段。由于生化反應(yīng)常經(jīng)歷許多中間反應(yīng)，要弄清整個反應(yīng)歷程和各中間反應(yīng)的機理比較困難的，許多現(xiàn)象尚未完全弄清。德國GBF用系統(tǒng)工程方法對一些重要的工業(yè)生物過程進(jìn)行了定量生理學(xué)、代謝工程、不同規(guī)模生物反應(yīng)器波動環(huán)境條件的細(xì)胞動力學(xué)及動態(tài)特性研究，以圖進(jìn)行工業(yè)生物反應(yīng)器的優(yōu)化與放大，取得一系列重要成果。Ghaly等[4]建立了基于奶酪乳清連續(xù)發(fā)酵的動力學(xué)模型，結(jié)果表明，模型預(yù)測的細(xì)胞濃度和乙醇濃度十分準(zhǔn)確。Birol等[5]研究了SaccharomycescerevisiaeATCC9763酵母間歇發(fā)酵的特征，并將實驗結(jié)果用11種模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，比較表明Monod和Hinshelwood兩種模型的關(guān)聯(lián)結(jié)果較好。Li[6]研究了Zymomonasmobilis發(fā)酵時乙醇的抑制作用，并提出了3個關(guān)于乙醇抑制作用的模型。Shen等[7]研究了纖維素發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的半糖化發(fā)酵動力學(xué)模型。從文獻(xiàn)報道中看，關(guān)于發(fā)酵底物、細(xì)胞生長動力學(xué)的研究較多，乙醇產(chǎn)物動力學(xué)較少；同步糖化發(fā)酵工藝的研究較多，但發(fā)酵過程尤其是同步糖化發(fā)酵技術(shù)背后的物理、生物、化學(xué)機制及工程策略報道很少，該問題是生物學(xué)和化學(xué)工程的結(jié)合點，而該方面的研究將為優(yōu)化設(shè)計控制提供強有力的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。對于連續(xù)酒精發(fā)酵，情況要比間歇發(fā)酵復(fù)雜。因為要模擬計算連續(xù)酒精發(fā)酵過程，不僅要考慮酒精發(fā)酵過程中的生物化學(xué)反應(yīng)特征，還要關(guān)注酒精發(fā)酵罐內(nèi)的流動情況，即停留時間分布問題。在大多數(shù)情況下，只要體系的物性、流場、流態(tài)與在實際操作（熱態(tài)）時比較接近，往往可以用冷模的實驗方法模擬在熱態(tài)下的流體力學(xué)狀態(tài)，這對大設(shè)備的放大規(guī)律的研究是很有幫助的。因此，采用大型冷模研究在過程設(shè)備中流體的流體力學(xué)特性并與用小型熱模所進(jìn)行的動力學(xué)研究相結(jié)合，是研究發(fā)酵設(shè)備放大規(guī)律的一種有效方法[8]。生物反應(yīng)工程的研究、開發(fā)與放大，目前仍然是以經(jīng)驗方法為主。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用數(shù)學(xué)模型法對生物反應(yīng)工程有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行的研究也必將會有大的進(jìn)展。

1.3發(fā)酵罐內(nèi)多場分布

多場分布包括溫度分布、濃度分布和速度分布。發(fā)酵生物反應(yīng)器中的物理因素——傳遞特性將影響到反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)和產(chǎn)物的濃度分布及溫度分布，進(jìn)而影響到反應(yīng)器內(nèi)某一組分的反應(yīng)速率。例如氧在發(fā)酵液中的傳質(zhì)速率、固定化酶顆粒及菌絲團(tuán)和菌體絮狀物內(nèi)反應(yīng)組分的擴散傳質(zhì)，這些傳質(zhì)對反應(yīng)結(jié)果都會產(chǎn)生影響，甚至成了反應(yīng)的控制步驟，并將影響反應(yīng)器的設(shè)計和放大。因此傳遞特性的研究是不可忽視的問題，研究發(fā)酵罐內(nèi)的傳熱、傳質(zhì)及傳動將是化學(xué)工程領(lǐng)域的一項重要任務(wù)，同時也為更好地控制發(fā)酵過程提供了理論依據(jù)。國內(nèi)外許多學(xué)者在這方面開展了研究并已取得許多成果[9-13]。英國伯明翰大學(xué)Nienow采用用激光測速儀研究生物反應(yīng)器中的流場，用計算機圖形分析研究菌體形態(tài)與發(fā)酵液流變學(xué)、操作條件等因素；用流動跟蹤法測試液相循環(huán)時間分布；用規(guī)?？s小法考察pH值、溶氧梯度對代謝過程的影響。Hristov等[14]、Zahradnik等[15]、Lee等[16]使用CFD模擬研究了生化反應(yīng)器的混合、傳質(zhì)和反應(yīng)情況，并建立了三維區(qū)域網(wǎng)絡(luò)模型。相關(guān)傳遞特性的實驗及模擬研究已取得一定進(jìn)展，為發(fā)酵罐優(yōu)化設(shè)計，工程放大提供了一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累與技術(shù)支撐。Xia等[17]使用CFD模擬了多攪拌器發(fā)酵罐內(nèi)的速度分布。結(jié)果表明，不同的攪拌器會產(chǎn)生不同的速度場。質(zhì)量傳遞結(jié)果表明，相同攪拌器的不同組合也會產(chǎn)生不同的質(zhì)量傳遞系數(shù)。Lian等[18]使用CFD模擬了發(fā)酵罐內(nèi)的熱量傳遞，通過求解熱量傳遞方程得出了發(fā)酵罐內(nèi)的溫度分布。CFD模型在模擬反應(yīng)器內(nèi)的溫度、濃度和速度分布上是一種十分重要的方法，應(yīng)該引起足夠的重視。

2乙醇純化過程中的化學(xué)工程問題

采用發(fā)酵的方法生產(chǎn)乙醇，在獲得乙醇的同時不可避免地會生成水。要獲得乙醇勢必要對乙醇和水進(jìn)行分離，從原理上講分離乙醇和水的方法有精餾、萃取精餾、加鹽萃取精餾、共沸精餾、吸附、滲透汽化膜分離等多種方法。然而發(fā)酵液中乙醇質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為5%～12%，而燃料乙醇產(chǎn)品的純度卻要在99%以上，因而從發(fā)酵液中分離出乙醇所耗費的能量占總能量的絕大部分。又由于乙醇易與水形成共沸物，使用普通精餾無法獲得無水乙醇。所以從發(fā)酵液中分離乙醇-水混合液一般分兩步：先用普通精餾方法得到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為92.4%的乙醇，再用共沸精餾、萃取精餾、液液萃取、吸附或其它方法得到無水乙醇。精餾作為具有技術(shù)成熟度和應(yīng)用成熟度較高的分離方法是分離乙醇-水溶液最早也是最普遍的方法。但由于溶液較高的蒸發(fā)熱，精餾在操作過程中需要很高的能耗；并且隨著原料中乙醇濃度的提高，精餾塔中回流比必須相應(yīng)地提高，進(jìn)一步提高了成本。文獻(xiàn)報道主要有3種方法替代精餾法生產(chǎn)乙醇[19]：萃取法、超臨界流體法和滲透蒸發(fā)膜分離法。Egan等使用多種溶劑從10%含量乙醇的水溶液中萃取乙醇，發(fā)現(xiàn)把乙醇含量濃縮至95%需耗能23.55kJ/L，但其所使用溶劑大多具有毒性容易造成環(huán)境污染。Brunner等利用超臨界二氧化碳和乙烷作溶劑分離乙醇-水溶液，由于乙醇在氣相相對較低的溶解性，超臨界流體法被認(rèn)為是一種較好的方法。Shah等[20]在多種條件下研究了NaA-沸石膜蒸發(fā)分離乙醇-水，120℃下可生產(chǎn)530L/h濃度高于99.8%的乙醇。Morigami等[21]指出了NaA-沸石膜對水表現(xiàn)出很高的選擇透過性和滲透通量。由此可見，這部分的工藝幾乎等同于化學(xué)工程的分離工藝技術(shù)，而這些化工分離工程技術(shù)趨于成熟，因而可完全加以應(yīng)用。傳統(tǒng)的分離經(jīng)歷了幾十年的研究和發(fā)展，技術(shù)上已經(jīng)比較成熟，但并不意味著它們不再發(fā)展，無論在理論上、設(shè)備的結(jié)構(gòu)和效率上，仍在不斷有所創(chuàng)新，目前呈現(xiàn)出分離與反應(yīng)過程耦合（增加化學(xué)作用對分離過程的影響）、分離過程的集成以及多場耦合等趨勢。王華軍等[22]提出了一種新的乙醇除水技術(shù)路線，采用了反應(yīng)+精餾同時進(jìn)行的方式除去乙醇-水共沸物中的水。目前燃料乙醇工業(yè)中乙醇純化過程一般采用多塔精餾，而向乙醇-水體系加入另一組分以增大原有體系的分離因子的萃取精餾分離方法也被采用。近年來研究工作呈現(xiàn)出采用復(fù)合溶劑特別是加鹽萃取精餾獲得無水乙醇的報道，加鹽萃取精餾利用的是鹽效應(yīng)。加入鹽溶液，可以使乙醇對水的相對揮發(fā)度大大提高，恒沸點消失，可以在較小回流比下較容易獲取無水乙醇。Cook等[23]在泡罩塔中研究了加入乙酸鉀萃取精餾乙醇-水共沸物的過程，結(jié)果表明加入少量的乙酸鉀即可消除共沸點。他們還比較了加鹽萃取精餾和傳統(tǒng)的萃取精餾的優(yōu)缺點，得出加鹽萃取精餾應(yīng)用于乙醇-水系統(tǒng)更高效。Barba等[24]從能耗的角度比較了加入CaCl2的加鹽萃取精餾過程與使用苯、戊烷、二乙酯的共沸精餾過程和使用乙二醇和汽油的萃取精餾過程，結(jié)果表明以CaCl2為鹽的加鹽萃取精餾過程優(yōu)于其它技術(shù)。從降低能耗角度而言，加鹽萃取精餾更適用于從發(fā)酵液中制得無水乙醇；與只用乙二醇的萃取精餾相比，溶劑比減少了75%～80%，塔板數(shù)大幅度減少，能耗顯著下降，然而加鹽萃取精餾中鹽的加入，不可避免導(dǎo)致對設(shè)備的腐蝕，鹽有時會從溶劑中析出，使管道堵塞，這都是目前亟待解決的問題。離子液體萃取精餾、超枝聚合物萃取精餾是新穎的分離乙醇-水混合物的方法，有較高的分離能力。膜蒸發(fā)分離乙醇-水混合物也取得了較好的進(jìn)展。膜蒸發(fā)技術(shù)是基于溶液擴散機理，其驅(qū)動力是膜兩側(cè)的化學(xué)勢梯度。采用膜蒸發(fā)可比傳統(tǒng)方法節(jié)能1/2～2/3，且可避免產(chǎn)品和環(huán)境受污染，具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。采用吸附脫水分離乙醇-水共沸物也是研究熱點，無機吸附劑如分子篩、氯化鋰、硅膠已成功應(yīng)用于發(fā)酵乙醇工業(yè)[25-27]。然而對吸附床的流場特性及放大規(guī)律認(rèn)識還不是很清楚，這方面仍需要進(jìn)一步研究。生物吸附劑，如谷粒、淀粉和纖維素以其良好的吸附性能、高的乙醇收率，引起人們的關(guān)注。Ladisch等[28]率先研究了使用生物吸附劑進(jìn)行乙醇脫水研究，結(jié)果表明淀粉和纖維素可選擇性的吸附水蒸氣，可得到高于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99.5%的乙醇。Hu等[29]通過實驗研究了使用玉米粉作為固定床吸附劑打破乙醇-水的共沸點，然后再經(jīng)流化床重生。Hu的研究結(jié)果表明，影響吸附量的因素包括蒸汽流過固定床表面的速度、床層溫度、玉米粉的粒徑分布，玉米粉對水的吸附能力為0.14～0.025g水/g吸附劑。從目前研究來看，在燃料乙醇生產(chǎn)中對采用單一操作過程研究的較多。如單獨研究吸附脫水分離乙醇-水共沸物；單獨采用滲透蒸發(fā)分離乙醇-水；單獨采用萃取精餾法分離乙醇-水混合物等。然而對這些分離技術(shù)的綜合運用，研究單元操作的組合優(yōu)化報道很少。具體來說，對于從發(fā)酵液到成品酒精采用何種單元操作以及單元操作如何組合、分析不同組合的能耗及分離效果等都是目前學(xué)術(shù)界關(guān)注的課題。通過實驗研究這些單元操作組合以及流程優(yōu)化，顯然耗時耗力，得不償失；然而采用計算機仿真，運用流程仿真軟件研究工程放大，模擬并研究實際物系在不同單元操作組合下的規(guī)律和經(jīng)濟效益具有較大優(yōu)勢。計算機仿真將成為研究流程優(yōu)化的重要手段和必然趨勢。乙醇純化過程中，各種單元操作的模擬，其分離過程的耦合可以采用商品化的流程模擬軟件（如AspenPlus，ProⅡ等）。然而這些商品化模擬軟件在進(jìn)行過程設(shè)計時，一般采用“二步法”[30]。而采用該種方法設(shè)計操作困難，耗時耗力，各種單元操作方式通常依靠經(jīng)驗決定，不屬于真正意義上的過程合成或集成[31]。在乙醇的純化中，工程模擬的重點在于根據(jù)指定條件對各種單元操作和分離流程耦合篩選。這就要涉及到人工智能方面的理論，無疑當(dāng)采用專家系統(tǒng)后，計算機本身就是一個經(jīng)驗豐富的工程師，它能夠根據(jù)人設(shè)定的要求（目標(biāo)函數(shù)），自動選擇合適的流程組合，而不在需要工程師去依靠經(jīng)驗來選擇流程、確定工藝了。這方面的研究對于進(jìn)一步優(yōu)化乙醇分離無疑是十分有利的，具有重要意義。

3生物發(fā)酵反應(yīng)與分離過程耦合

現(xiàn)有燃料乙醇工藝的基礎(chǔ)研究包括生產(chǎn)過程放大和流程創(chuàng)新、研究生物反應(yīng)與分離過程的耦合、探索新的短流程工藝[3]。由于發(fā)酵反應(yīng)和分離過程耦合并不僅僅是二者的簡單疊加，流程的耦合往往會產(chǎn)生意想不到的效果，在這方面無論是理論還是技術(shù)上都有待于進(jìn)一步創(chuàng)新。對于反應(yīng)與分離過程的耦合問題的認(rèn)識，需要追溯一下這個問題的源頭。若通過化學(xué)反應(yīng)所生成的產(chǎn)物就是最終產(chǎn)品，則相應(yīng)的過程一般認(rèn)為是反應(yīng)過程。在工程上付諸實施的方法、設(shè)備以及其它問題的綜合便是反應(yīng)工程。分離過程是通過物質(zhì)的遷移從物系中除去或濃集某一特定組分。在工業(yè)上實現(xiàn)分離過程所采用的方法、設(shè)備以及大規(guī)模生產(chǎn)中所遇到的問題的綜合構(gòu)成了分離工程。它們在工程上采用的物質(zhì)和能量的傳遞、流體力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)的基本原理、規(guī)律是相同的，所采用的設(shè)備也有許多共同點[8]。因而耦合問題從原理上看是可行的，實驗結(jié)果也進(jìn)一步證實了這一點。有關(guān)生物發(fā)酵反應(yīng)與分離過程耦合方面的研究已有一些報道，如液液萃取與發(fā)酵結(jié)合。Weilnhammer等[32]使用Clostridiumthermohydrosulfuricum進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵時，采用油烯基乙醇作為萃取劑消除乙醇的抑制作用，結(jié)果表明采用了現(xiàn)場萃取技術(shù)的乙醇收率是沒有采用該技術(shù)的兩倍。Gyamerah等[33]開發(fā)了一個中等規(guī)模的萃取發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的流程，采用月桂醇作為萃取劑移除產(chǎn)物，余下的發(fā)酵液循環(huán)使用。由于發(fā)酵時進(jìn)行萃取而移除產(chǎn)物，該流程避免了酒精對酵母的毒性，提高了發(fā)酵效率。他們的研究中也表明由于水的循環(huán)利用，新鮮水的用量減少了78%，而更加可貴的是采用穩(wěn)態(tài)法將反應(yīng)工程中的全混流模型和分離過程中的萃取模型結(jié)合建立了描述該萃取發(fā)酵的數(shù)學(xué)模型，在反應(yīng)和分離的耦合方面做了有益的嘗試。Boudreau等[34]使用戊酸、油酸和壬酸從發(fā)酵液中萃取乙醇，然后進(jìn)行閃蒸。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)蒸餾過程相比，萃取與閃蒸過程的結(jié)合節(jié)約了38%能耗。此外，膜蒸餾與發(fā)酵結(jié)合也有報道。Gryta等[35]使用膜蒸餾生化反應(yīng)器生產(chǎn)乙醇，采用多孔的聚丙烯膜從發(fā)酵液中分離乙醇和其它的抑制劑，從而增加乙醇的產(chǎn)率和糖轉(zhuǎn)化為乙醇的速率。綜上所述，將生物發(fā)酵直接看做反應(yīng)并與分離技術(shù)耦合，來提高整個發(fā)酵及分離的效率，這種觀點和方法的運用將會極大地推動燃料乙醇工藝的技術(shù)進(jìn)步。采用反應(yīng)工程學(xué)原理，并結(jié)合分離理論進(jìn)行建模分析研究耦合過程的機理，也將會進(jìn)一步推動工藝革新。然而報道中大都是生物萃取劑、膜材料及工藝條件等方面的研究，而從傳遞特性（傳熱、傳質(zhì)、動量傳遞）、多場耦合方面等化學(xué)工程角度進(jìn)行的研究較少，這也是化工學(xué)科的進(jìn)步滯后于科學(xué)技術(shù)整體的發(fā)展的原因之所在[1]。多場耦合對于開發(fā)新型的發(fā)酵與分離設(shè)備具有重要的指導(dǎo)意義，未來的發(fā)展趨勢必將是將反應(yīng)和分離以及多種分離結(jié)合在一起的設(shè)備。如精餾與吸附、發(fā)酵與精餾等通過一個設(shè)備操作即可實現(xiàn)兩者的完美結(jié)合，而目前的多塔生產(chǎn)工藝將會被逐漸淘汰而發(fā)展對應(yīng)的短流程工藝。這方面的研究及發(fā)展將極大地消減成本，同時也會降低能耗，對于改善反應(yīng)與分離過程、提高效率具有很大的潛力。它的發(fā)展必將推動燃料乙醇工藝的技術(shù)進(jìn)步，并有望解決乙醇生產(chǎn)中的能耗問題。

第3篇：生物耦合技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】重金屬；檢測方法；發(fā)展趨勢

隨著工業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展，重金屬對環(huán)境的危害也日益加劇。在人類生存生活的環(huán)境中，重金屬廣泛存在于空氣、泥土甚至是飲用水中，比如空氣中的塵埃、汽車尾氣、工業(yè)污水、化妝品等等，這些都嚴(yán)重危害到人們的生命健康。因此，對關(guān)系到人們生產(chǎn)生活的水、土壤、食物以及日用品等中的重金屬進(jìn)行檢測，探索重金屬污染的防治措施，具有重要意義。

一、重金屬概述

目前，對重金屬還沒有嚴(yán)格的定義，一般情況下重金屬是指的是比重大于5的金屬，比如金、銀、銅、鐵、鉛、汞等等都屬于重金屬。在水中，重金屬元素不能被分解。一些微生物可與這些重金屬元素產(chǎn)生反應(yīng)，變成毒性更強的金屬化合物。這些化合物可通過食物鏈將金屬離子傳到人體。在人體內(nèi)，如果重金屬離子達(dá)到一定的濃度，會致使人體重金屬中毒，對人體機能和生命造成威脅。

二、重金屬檢測方法

1.原子熒光光度法

原子熒光光度法是利用原子蒸汽在輻射能激發(fā)下產(chǎn)生的熒光的發(fā)射強度來進(jìn)行分析的一種方法。原子熒光光度法檢測重金屬具有靈敏度較高、線性范圍大、適用于多元素分析等，但是可以用原子熒光進(jìn)行測定的金屬種類有限。

在對空氣中的汞進(jìn)行測定的實驗中，許月輝利用原子熒光光度法測定0-10ng/mL系列共6次，其中r為0.9996，線性范圍為0-30ng/mL，方法檢出限為0.02ng/mL，回收率達(dá)到90%以上，標(biāo)準(zhǔn)差為2.3%-4.5%。另外，欒云霞等研究人員通過原子熒光光度法檢測了土壤中的砷和汞的含量，F(xiàn)aouzia等研究人員也用氫化物熒光光度法檢測了飲料中的砷含量?？傊瑹晒夤舛确▽Σ糠种亟饘俸康臋z測具有高靈敏和簡便的優(yōu)勢。

2.電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法的原理即通過電感耦合等離子體使檢測樣本汽化并原子化，將檢測金屬分離出來，與質(zhì)譜相結(jié)合，通過確定待測金屬元素的質(zhì)量進(jìn)行重金屬檢測。電感耦合等離子體質(zhì)譜法能和多種手段結(jié)合使用，進(jìn)行不同重金屬離子和同位素的檢測、可激光采樣、氫化物發(fā)生、低壓色譜、高校液相色譜、氣相色譜等。就目前重金屬檢測方法來看，電感耦合等離子體質(zhì)譜法是比較先進(jìn)、檢測結(jié)果誤差較小的檢測方法。但其檢測成本高和易受污染限制了該檢測方法的普遍應(yīng)用。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法可用來確定奶粉中鉻的濃度，木腐真菌中銅、鋅、鎘、鉛等金屬元素的濃度，以及藥物、調(diào)味品和海帶等食物中的重金屬的濃度。

3.電感耦合等離子發(fā)射光譜法

電感耦合等離子發(fā)射光譜法的檢測原理是通過高頻感應(yīng)電流產(chǎn)生的高溫，使反應(yīng)氣受熱、電離，將待測金屬元素發(fā)射的特征譜線進(jìn)行檢測判斷，該金屬的量與特征線譜的強度成正比例的關(guān)系。電感耦合等離子發(fā)射光譜法具有靈敏度高，不易受到外界環(huán)境條件的干擾，線性范圍寬，可以對多種金屬元素同時測量或者依次測量等優(yōu)點。然而在反應(yīng)靈敏度方面與電感耦合等離子體質(zhì)譜法相比較差。

電感耦合等離子發(fā)射光譜法在對防腐處理后的木材、土壤、蜂蜜和蔗糖、水以及大氣顆粒物中的重金屬檢測方面都得到了有效應(yīng)用。

4.高效液相色譜法

高效液相色譜法以液體為流動相，通過高壓輸液系統(tǒng)，將含有不同極性的溶劑、緩沖液等流動相泵入配置有特定相色的色譜柱，各成分在柱內(nèi)被分離后進(jìn)入檢測器進(jìn)行檢測。通過高效液相色譜法對樣本元素進(jìn)行分析，可同時對樣本中的多種元素進(jìn)行檢測，該檢測方法被很多研究者應(yīng)用到實驗研究中。但是由于用于形成穩(wěn)定有色絡(luò)合物的絡(luò)合劑的選擇有限，限制了高效液相色譜在重金屬檢測領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

5.酶分析法

酶分析法是通過酶和重金屬離子產(chǎn)生反應(yīng)所產(chǎn)生變化來判斷金屬種類以及檢測重金屬的含量。一些重金屬離子在遇到特定的酶時，會產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)，使顯色劑的顏色、導(dǎo)電性、吸光率以及酸堿程度發(fā)生變化，這些反應(yīng)可通過肉眼觀察或者電信號傳輸、ph值檢測等方便的獲取實驗結(jié)果，通過這些變化可以斷定重金屬元素及其含量。

6.生物傳感器

生物傳感器檢測重金屬法即利用重金屬和特定的生物識別物質(zhì)結(jié)合，將變化通過信號轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成易于檢測到的光信號或者電信號等，通過分析來斷定重金屬物質(zhì)。常用的生物傳感器有酶生物傳感器、DNA傳感器、細(xì)胞傳感器、微生物傳感器等。

7.免疫分析法

免疫分析法的工作原理即將重金屬離子與合適的化合物結(jié)合，獲得空間結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生反應(yīng)原性，再將結(jié)合了金屬離子的化合物連接到載體蛋白上使其產(chǎn)生特異性抗體，通過對抗體的分析確定重金屬元素及含量。該方法具有高度特異性和靈敏度的特點，其成功的關(guān)鍵在于選擇合適的化合物與金屬離子進(jìn)行結(jié)合。

三、重金屬檢測方法的研究方向

在對傳統(tǒng)的檢測方法進(jìn)行不斷的改進(jìn)和研究的同時，現(xiàn)代的高科技技術(shù)顯然為重金屬檢測方法提供了新的思路。另外，還可以通過多種檢測方法聯(lián)合運用，優(yōu)勢互補，提高檢測的靈敏度和降低檢測成本，讓金屬檢測方法更多的運用到切合人們生活的物品檢測中，讓人們更加放心。

第4篇：生物耦合技術(shù)范文

【關(guān)鍵詞】電感耦合；離子體質(zhì)譜法；金屬元素

金屬元素是人體必不可少的重要組成成分，但是部分金屬元素超過一定濃度時，可引起中毒。職業(yè)人群生物樣品檢驗?zāi)軌蜉^為準(zhǔn)確地提供勞動者的實際接觸水平，有毒物質(zhì)的增高說明體內(nèi)的過度吸收，尿中元素的生物學(xué)水平是反映環(huán)境質(zhì)量和職業(yè)接觸的重要指標(biāo)。目前國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)分析方法多采用傳統(tǒng)的原子吸收，原子熒光，分光光度法等檢測方法，以上方法操作復(fù)雜，試劑繁多，需要逐一單項檢測。本文使用電感耦合等離子體質(zhì)譜法快速測定尿中釩、鉻、鈷、砷、鎘、鉛、鉈。該方法可同時測定多種元素，具有靈敏度高、檢出限低的優(yōu)點。

一、材料與方法

1.儀器與試劑

1.1儀器

（1）電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 美國Agilent 7700X ICP-MS，碰撞/反應(yīng)池，自動進(jìn)樣器，耐高鹽霧化器，鎳采樣錐和截取錐；

（2）超純水處理系統(tǒng) 美國Milli-Q，MILLIPORE公司。

1.2試劑與標(biāo)準(zhǔn)溶液

濃硝酸：68%（V/V），優(yōu)級純；單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：釩、鉻、鈷、砷、鎘、鉛、鉈（國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)物質(zhì)研究中心）；內(nèi)標(biāo)溶液：用1.0%HNO3將釔（Y）、銦（In）、鈥（Ho）單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成1.0mg/L的混合內(nèi)標(biāo)貯備液。

1.3儀器操作條件：射頻功率：1450kW；采樣深度：8.0mm；等離子體氣：15.0L/min；炬管水平位置：-0.5mm；輔助氣：0.25L/min；炬管垂直位置：-0.0mm；載氣：0.85L/min；掃描模式：Fullquant；積分時間：0.10s（AsHg為0.2s）；采集次數(shù)：3；提取透鏡1：2.0V；提取透鏡2 ：-105.0V。

1.4標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制

準(zhǔn)確量取釩（V）、鉻（Cr）、鈷（Co）、砷（As）、鎘（Cd）、鉈（TL）、鉛（Pb）的混合標(biāo)準(zhǔn)貯備液0.0mL、0.010mL、0.050mL、0.10mL、0.50mL、1.0mL置100mL容量瓶，用1% HNO3定容至刻度，配制成0.0?g/L、0.10?g/L、0.50?g/L、1.0?g/L、5.0?g/L、10.0?g/L標(biāo)準(zhǔn)曲線；用1.0%HNO3將內(nèi)標(biāo)溶液稀釋成10.0?g/L的應(yīng)用液。

1.5樣品制備

用1%硝酸把尿樣稀釋20倍，直接進(jìn)樣。

二、結(jié)果與討論

2.1前處理方法的選擇

取一份混合尿樣50mL，加入10.0 mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液0.10mL，配制7種待測元素加標(biāo)濃度為20.0?g/L的尿樣，分別采用三種前處理方法進(jìn)行測定：

方法1：用1.0%HNO3將尿樣稀釋20倍后測定，標(biāo)準(zhǔn)曲線以1.0%HNO3為介質(zhì)；

方法2：用1.0%HNO3將尿樣稀釋10倍后測定，標(biāo)準(zhǔn)曲線以1.0%HNO3為介質(zhì)；

方法3：用0.5%NH3H2O將尿樣稀釋20倍后測定，標(biāo)準(zhǔn)曲線以0.5%NH3H2O為介質(zhì)；

結(jié)果表明，方法3的整體精密度較差，可能是因為有些元素與氨水形成的絡(luò)合物較難電離；方法2的尿砷回收率偏高，可能是因為尿樣的基體效應(yīng)使As的信號增強，而方法1前處理效果最好，因為尿樣稀釋倍數(shù)加大后，基體效應(yīng)減小，同時尿樣中的Cl 含量降低，40Ar35Cl對砷的干擾也減少，其各項性能指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求，因此我們選用方法1作為前處理方法。

2.2標(biāo)準(zhǔn)曲線和最低檢出濃度

ICP-MS具有7個數(shù)量級的線性范圍，因此實際應(yīng)用時可根據(jù)實際需求進(jìn)行調(diào)整。本方法的線性范圍是結(jié)合待測元素的生物限值和本底值配制，各元素線性的相關(guān)系數(shù)和線性范圍如表2所示；將儀器調(diào)至最佳狀態(tài)，以研制的測定方法連續(xù)測定11次空白溶液，由測量值計算其濃度平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以標(biāo)準(zhǔn)差法計算各元素的檢出限（3SD）和定量限（10SD），以尿樣稀釋20倍計算其最低檢出濃度

2.3 精密度

將混合尿分成 4 組，每組100ml，其中 1 組為本底尿，其他 3 組分別加入鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液（1.0mg/L ）0.25mL、0.50mL、1.0mL，加入鉛標(biāo)準(zhǔn)液（10.0mg/L ）0.20mL、0.50mL、1.0mL，加入釩、鉻、鈷、砷、鉈混合標(biāo)準(zhǔn)液（10.0mg/L ）0.10mL、0.20mL、0.50mL，配制成鎘的加標(biāo)濃度為2.5?g/L、5.0?g/L、10.0?g/L，鉛加標(biāo)濃度為20.0?g/L、50.0?g/L、100?g/L，其他待測元素加標(biāo)濃度為10.0?g/L、20.0?g/L、50.0?g/L的低、中、高濃度尿樣；將上述加標(biāo)尿樣在配制當(dāng)天進(jìn)行6次重復(fù)測定，作為批內(nèi)精密度，結(jié)果在1.69%～8.97%，3天內(nèi)進(jìn)行6次測定，作為批間精密度，結(jié)果在1.69%～8.97%，如見下表3、表4。

2.4 準(zhǔn)確度

分別測定待測元素配制成低、中、高濃度的尿樣，每組濃度測定3次，取平均值，減去空白本底后，分別計算每個元素的加標(biāo)回收率在86.2%～105%，如表6所示。

用電感耦合等離子體質(zhì)譜法快速測定尿中釩、鉻、鈷、砷、鎘、鉛、鉈元素，簡便、快速、準(zhǔn)確、靈敏度高、覆蓋元素種類多，合適人尿中微量元素的測定。采用1%硝酸稀釋尿樣直接進(jìn)樣，簡化前處理過程，與碰撞池ICPMS技術(shù)結(jié)合，適用于尿樣中多種微量元素的快速測定。

【參考文獻(xiàn)】

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第5篇：生物耦合技術(shù)范文

關(guān)鍵詞：高功率光纖激光器 關(guān)鍵技術(shù)

在光纖激光器的所有研究領(lǐng)域中，高功率光纖激光器其是最具有代表性的，最熱門的以及最具有應(yīng)用前景的領(lǐng)域。目前，以包層抽運為核心技術(shù)的高功率光纖激光器已經(jīng)走向?qū)嵱没?、產(chǎn)業(yè)化。光纖激光器以其高功率、高效率、寬波段、結(jié)構(gòu)緊湊、運轉(zhuǎn)可靠、性價比高、全固化等優(yōu)點，在光通訊、光傳感、激光醫(yī)療、工業(yè)加工、航空航天、科學(xué)材料、光譜學(xué)以及軍事方面得到了廣泛的應(yīng)用。特種光纖技術(shù)、及是高功率光纖激光器賴以生存的關(guān)鍵技術(shù)。

1、高功率光纖激光器關(guān)鍵技術(shù)

1.1特種光纖技術(shù)

隨著輸出功率的不斷提高，全光纖高光纖激光器需要使用雙包層有源光纖、雙包層光敏光纖、能量傳輸光纖等多種特種光纖，對特種光纖的技術(shù)要求也越來越高，因此，特種光纖的發(fā)展將在光纖激光器的發(fā)展中扮演重要角色。以光子晶體光纖為代表的新一代特種光纖會在光纖激光器的發(fā)展中逐步得到應(yīng)用。特種光纖的發(fā)展，將使有源光纖的增益更高、承受的功率密度更大、對抽運光的吸收更有效；將使光柵的制作更容易、光柵的穩(wěn)定性更好、使光柵在光纖激光器中的用途更廣泛；將使能量傳 輸光纖能夠傳輸更高的功率，能夠?qū)⒏吖β始す鈧魉透h(yuǎn)的距離，能夠傳輸?shù)牟ㄩL范圍不斷拓展；將使抽運耦合更加容易實現(xiàn)，能承受的抽運功率更高，損耗更小等等。

1.2包層抽運耦合技術(shù)

全光纖高光纖激光器的包層抽運耦合技術(shù)對決定光纖激光器性能和水平具有不可估量的作用。用于大功率全光纖激光器的光纖抽運耦合器件和光纖功率合成器件，均在很高的功率條件下使用，其耦合效率必須很高，損耗必須很小，承受的功率必須很大，并且，輸入光的路數(shù)還需要盡可能的多。在如此眾多的極限條件要求下，制作優(yōu)質(zhì)的抽運耦合器件和功率合成器件具有很高的難度，不過，實現(xiàn)的方式方法也多種多樣，這是一項富有挑戰(zhàn)性的技術(shù)。從大功率全光纖激光器的發(fā)展趨勢來看，還要求抽運耦合器件在將抽運光耦合到內(nèi)包層的同時，盡量不影響和損害雙包層光纖的纖芯，因為只有這樣才能在不影響信號激光的產(chǎn)生和傳輸?shù)那闆r下實現(xiàn)級聯(lián)抽運，實現(xiàn)超大功率的輸出。因此，發(fā)展對纖芯影響最小的抽運耦合技術(shù)是抽運耦合器件的發(fā)展方向。對于光纖功率合成器件，所追求的目標(biāo)就是不斷提高合成的光功率。

1.3光纖光柵技術(shù)

光纖光柵在全光纖激光器中，目前的作用是反射纖芯中的信號激光器形成諧振腔，不過，隨著光纖激光器技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，光纖光柵在光纖激光器中會有新的用途，從而對光纖光柵的制作技術(shù)提出新的挑戰(zhàn)，其中值得關(guān)注的方向之一，是在大芯徑多模光纖上制作高質(zhì)量的光纖光柵。

1.4半導(dǎo)體抽運激光器技術(shù)

半導(dǎo)體抽運激光器是光纖激光器的關(guān)鍵器件，對光纖激光器的可靠性、壽命和制作成本等影響至關(guān)重要，發(fā)展單條寬發(fā)光區(qū)長壽命半導(dǎo)體抽運激光器已經(jīng)成為光纖激光器用半導(dǎo)體抽運激光器的一種趨勢，不斷提高單個激光器的輸出功率、不斷降低成本和進(jìn)一步提高可靠性是重點。

1.4.1單發(fā)射LD的光纖的耦合

一種是將列陣激光器的每個發(fā)射單元分別與單芯光纖耦合，其輸出端為一束光纖的緊密排列面（通常為六邊形結(jié)構(gòu)），再把光纖束中的光耦合到一根光纖中，如Lumics公司宣布推出LU0940C1000高功率泵浦二極管激光器系統(tǒng)，輸出功率為 1kW。該系統(tǒng)內(nèi)部采用了多個單發(fā)射器激光二極管模塊例如光纖束或者泵浦合束器。

1.4.2激光列陣的耦合

大功率二極管的光束質(zhì)量很差，在兩個方向上的發(fā)散性差異很大，對于一個幾十瓦的條形bar，一組典型的參數(shù)為：bar由19個單管半導(dǎo)體激光器組成，每個單管的長度為150微米，相鄰單管之間的距離為500微米。激光在快軸方向上的發(fā)散角為40°，慢軸方向上的發(fā)散角為6°。光束質(zhì)量很差，不僅無法直接應(yīng)用，而且無法用簡單的透鏡耦合法直接耦合到一根小于2.4mm、NA=0.22的光纖中。

要想將大功率半導(dǎo)體激光器的光耦合進(jìn)光纖中，必須經(jīng)過光束整形，列陣激光器的單芯光纖耦合輸出涉及較為復(fù)雜的輸出光束變換，其目的是將激光器的輸出光束質(zhì)量的嚴(yán)重不對稱性經(jīng)過適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)變換系統(tǒng)予以有效的對稱化，以滿足單芯圓形光纖的耦合。其耦合結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1.5光纖激光器整機技術(shù)

全光纖激光器的整機設(shè)計和制作所涉及的知識、 內(nèi)容、技術(shù)、工藝和經(jīng)驗較多，是全光纖激光器設(shè)計和制作最核心、最關(guān)鍵的技術(shù)，尤其在新型大功率全光纖激光器的發(fā)展歷史還相當(dāng)短暫的今天，還有大量開創(chuàng)性的工作需要進(jìn)行。進(jìn)行全光纖激光器的整機設(shè)計和制作，不但需要面向應(yīng)用進(jìn)行合理設(shè)計，而且肩負(fù)著整機結(jié)構(gòu)和方案的改進(jìn)創(chuàng)新重任、肩負(fù)著各重要部件和關(guān)鍵技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新重任。目前在世界范圍內(nèi)，進(jìn)行光纖激光器整機設(shè)計和制作的廠家均在創(chuàng)新上有大量的投入。

2、展望

高功率、高質(zhì)量激光武器一直是軍事領(lǐng)域研究的重點，高功率光纖激光器以其高亮度、照射面積小、體積小等優(yōu)點越來越受到重視，并有取代目前看好的化學(xué)武器和生物武器的趨勢。作為武器，高功率光纖激光器的輸出能量高度集中，光功率密度可達(dá)到MW/cm2，足以摧毀任何堅固的目標(biāo)。目前，美國、日本等國的科學(xué)家都在致力于千瓦級激光武器的研制工作。可以預(yù)見，隨著相關(guān)技術(shù)的完善，光纖激光器將向更廣闊的領(lǐng)域發(fā)展，并有可能成為替代固體激光器和半導(dǎo)體激光器的新一代光源，形成一個新興的產(chǎn)業(yè)。

第6篇：生物耦合技術(shù)范文

1 目前現(xiàn)狀

1.1 制度與管理不完善。目前我國醫(yī)院對超聲探頭沒有出臺一套較為完整的消毒管理制度。

1.2 超聲探頭比較貴重，不敢隨意消毒，擔(dān)心損壞探頭。

1.3 缺乏消毒的意識，醫(yī)生工作忙，病人多，怕麻煩，認(rèn)為探頭只是跟病人的皮膚接觸，屬于低度危險性物品，僅使用衛(wèi)生紙擦試探頭夠了。

2 預(yù)防措施

2.1 加強理論知識培訓(xùn)。B超工作人員應(yīng)具備無菌觀念，應(yīng)具備超聲探頭清潔消毒知識，對超聲探頭污染情況應(yīng)有正確的認(rèn)識，不要因為患者多，工作量大，就忽視消毒質(zhì)量。院感辦舉辦相關(guān)院感知識講座，幫助掌握清潔、消毒、滅菌的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及實施辦法。

2.2 成立院科二級醫(yī)院感染管理組織。B超室設(shè)立1-2名兼職院感質(zhì)控員，負(fù)責(zé)本科的探頭清潔和消毒的指導(dǎo)及質(zhì)量保證。

2.3 建立建全B超室醫(yī)院感染管理制度，強化監(jiān)督管理。雖然目前沒有出臺一套較為完整的超聲探頭消毒管理制度，但是院感辦根據(jù)《消毒技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合本院實際情況，根據(jù)不同種類探頭微生物污染不同，科學(xué)制定了探頭清潔和消毒質(zhì)量考核標(biāo)準(zhǔn)和細(xì)則；科內(nèi)質(zhì)控員加強自查自控，院感辦定期或不定期以抽查方式對B超室進(jìn)行監(jiān)督和指導(dǎo)，注重細(xì)節(jié)的質(zhì)量控制，將檢查結(jié)果納入科室指控，與效益工資掛勾，對查出的問題及時反饋至科室質(zhì)控員，提出整改意見，確保B超室醫(yī)院感染管理制度有效落實。

2.4 定期對超聲探頭做細(xì)菌培養(yǎng)檢測。院感辦組織定期對B超室的探頭、空氣、工作人員手等做細(xì)菌培養(yǎng)檢測，進(jìn)行微生物監(jiān)測。

3 控制方法

3.1 明確B超探頭的院感管理。根據(jù)不同的用途和需要，體外探頭（腹式探頭、心臟探頭、高頻探頭）每日工作完畢后用有肥皂液的軟布擦試清潔后用生理鹽水擦試消毒（擦試次數(shù)不得少5次）；每次檢查完病人后75%醫(yī)用酒精棉球擦凈超聲探頭（擦試次數(shù)不得少2次）[3]，可以達(dá)到消毒效果；陰超探頭每次檢查前，工作人員會在探頭上套一個，涂以耦合劑，雖然能有效的減少了微生物污染的幾率，但是病人在進(jìn)行B超檢查時，不可能都出示白帶方面的化驗檢查；安全套也可能會出現(xiàn)質(zhì)量問題，所以未經(jīng)消毒就進(jìn)行下一次操作，很有可能造成病人間的交叉感染，因此陰式B超探頭每次檢查完畢取下后必須進(jìn)行消毒處理；對有接觸性傳染病的病人用備用探頭，嚴(yán)格消毒處理，防交叉感染。

3.2 超室醫(yī)療廢物分類處理。醫(yī)療垃圾指定專人負(fù)責(zé)收集與集中處理，嚴(yán)格執(zhí)行醫(yī)療垃圾和生活垃圾分開放置，警示標(biāo)識醒目。醫(yī)療垃圾如醫(yī)用手套和，擦拭探頭用過的棉球，傳染病用過的帶有耦合劑的衛(wèi)生紙、一次性治療巾等放入黃色垃圾袋中，統(tǒng)一收集送供應(yīng)室進(jìn)行無害化處理。

參考文獻(xiàn)

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第7篇：生物耦合技術(shù)范文

傳統(tǒng)生態(tài)浮床存在的不足包括：①植物根系懸浮在水體中無法從底泥中獲取足夠的微量元素而影響其生長效果；或懸浮的根系容易被水體中草食類動物吞噬；②低溫下植物枯萎后整個生態(tài)浮床系統(tǒng)無任何凈化效果，更有甚者會產(chǎn)生二次污染［2］；③僅有植物根系少量的生物膜和植物同化作用以致浮床凈化效果相對低下。為此國內(nèi)外進(jìn)行諸多探索，并取得良好的效果。（1）強化浮床系統(tǒng)內(nèi)的微生物。為了提高傳統(tǒng)生態(tài)浮床的凈化效果，業(yè)內(nèi)人士進(jìn)行了大量的探索。孫連鵬等［3］將固定化反硝化細(xì)胞應(yīng)用到生態(tài)浮床的脫氮過程，使生態(tài)浮床系統(tǒng)脫氮效果大大提高；李淼等［4］將離子束輻照定向誘變技術(shù)應(yīng)用于生態(tài)浮床除磷脫氮過程中，并取得了良好的效果；李先寧等［5］將濾食性動物和人工合成生物載體加入生態(tài)浮床系統(tǒng)中，利用濾食性動物的濾食能力提高水體的可生化性和人工材質(zhì)生物載體富集微生物達(dá)到聯(lián)合修復(fù)富營養(yǎng)化水體，取得了良好的效果。（2）強化水體的復(fù)氧過程。水體復(fù)氧過程是水體自凈發(fā)生的主要成因之一。操家順等［6］構(gòu)建生物膜和浮床植物復(fù)合技術(shù)浮床，并設(shè)置了一定間距以形成大氣復(fù)氧區(qū)，強化了待修復(fù)水體的復(fù)氧過程，從而提高了水體的修復(fù)效果。章永泰等［7］利用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)強化浮床系統(tǒng)水下曝氣和水下照明，強化了水下生態(tài)系統(tǒng)的氧化能力和浮游植物的光合作用，從而提高水體修復(fù)效果?；谏鷳B(tài)浮床實用性和成本低廉性原則以及各種強化手段中的共性部件（生物膜載體），業(yè)內(nèi)人士均認(rèn)為：人工合成生物載體加入生態(tài)浮床系統(tǒng)（組合式生態(tài)浮床）中是最可行、最低廉、最廣泛的技術(shù)，故而被廣泛研究和采用。

2組合式生態(tài)浮床和凈化效果

將生物載體引入到傳統(tǒng)生態(tài)浮床中而組建組合式生態(tài)浮床，通過提高浮床系統(tǒng)中微生物量和生態(tài)浮床的輻射“場強”使其凈化效果得到了極大的提升［8，9］。其作用原理是：通過在不同材質(zhì)生物載體上富集極其復(fù)雜的、大量的生物膜系統(tǒng)，提高組合式生態(tài)浮床系統(tǒng)內(nèi)的生物量、生物種類以及系統(tǒng)的“生物場強”［10］，提高組合式生態(tài)浮床的凈化效果。而且生物載體的應(yīng)用可以避免冬季低溫條件下因植物枯萎而出現(xiàn)無凈化效果的情況，因為低溫條件下生物載體上的微生物雖生物凈化效果差，但是仍然會有一定凈化效果。

2．1傳統(tǒng)的組合式生態(tài)浮床存在的弊端生物載體是組合式生態(tài)浮床系統(tǒng)的重要組成部分，最原始的形式就是將人工合成生物載體懸掛在生態(tài)浮床的底部，僅僅就是為了提高生態(tài)浮床的生物持有量和凈化效果以及生物場強，并取得了良好的效果。但是這種生態(tài)浮床系統(tǒng)，植物根系和生物載體相互獨立，并無耦合效應(yīng)，植物和生物載體之間并沒有很好的配合。另外也有將生物載體作為生物膜附著體和植物根系基質(zhì)，植物根系和生物載體相互作用、相互依賴，生物載體為根系提供保護(hù)和承受部分污染負(fù)荷，而根系為生物載體上的微生物提供氧氣。而生物載體和植物根系自身的凈化效果仍然在發(fā)揮優(yōu)勢，而且耦合了兩者的優(yōu)勢。

2．2新型組合式生態(tài)浮床的凈化效果和現(xiàn)狀本課題組經(jīng)過大量的實驗研究認(rèn)為，將生物載體不懸掛于浮床底部而是作為植物生長基質(zhì)，即實現(xiàn)生物載體和植物根系“親密接觸”而形成濕地型新型組合式生態(tài)浮床，其凈化效果和管理維護(hù)會更好些。而且業(yè)內(nèi)人士對生物載體作為浮床基質(zhì)時的效果也進(jìn)行一定的探索研究。

2．2．1無機型生物載體在生態(tài)浮床中的應(yīng)用徐麗花等［11］研究了沸石、沸石－石灰石、石灰石3種生物載體系統(tǒng)的水質(zhì)凈化能力，結(jié)果表明：沸石、沸石－石灰石和石灰石系統(tǒng)的TN平均去除率分別為68％、78．3％、60．9％。沸石－石灰石系統(tǒng)的去除率最高，這是由于沸石和石灰石發(fā)生了協(xié)同作用，沸石吸附NH＋4－N，石灰石促進(jìn)了硝化作用，使得系統(tǒng)對TN的去除效果好于其生物載體單獨使用時的效果。熊聚兵等［12］利用泥炭、石英砂等為植物生物載體強化脫氮過程，研究發(fā)現(xiàn)泥炭可提供碳源有利于脫氮，該系統(tǒng)中的NH＋4－N、NO－3－N、NO－2－N和TN的去除率分別為98．05％、98．83％、95．60％、92．41％，而石英砂提供過濾補充脫氮，兩者結(jié)合的去除效果明顯高于任一者的單獨去除效果。無機生物載體在組合式生態(tài)浮床中具有較好的處理效果，但因其密度較大，在實際景觀水體修復(fù)中需要浮體較多，增加處理成本，降低其推廣效能。

2．2．2人工合成生物載體在生態(tài)浮床中的應(yīng)用人工合成生物載體因其穩(wěn)定性強、堅固耐用、能夠有效抵擋水流沖擊，在組合式生態(tài)浮床生物載體中被廣泛應(yīng)用。虞中杰等［13］通過構(gòu)建美人蕉竹制框架下加掛球形生物載體的方式，該系統(tǒng)對TP、NH＋4－N、NO－3－N和CODMn的去除率分別達(dá)到74．3％、76．6％、63．6％和67．5％。這得益于人工合成的球形生物載體表面易于附著微生物，有利于強化水體中污染物的降解。張雁秋等［14］以傳統(tǒng)生態(tài)浮床為對比照組，以空心塑料生物載體作為基質(zhì)和生物載體組建的組合式生態(tài)浮床系統(tǒng)為實驗組。初始進(jìn)水的TN、NH＋4－N、NO－3－N是17、6、11mg／L時，該組合式生態(tài)浮床的最終TN、NH＋4－N、NO－3－N的質(zhì)量濃度分別為（1．05±0．20）、（0．38±0．18）、（0．17±0．03）mg／L，而傳統(tǒng)生態(tài)浮床的最終TN、NH＋4－N、NO－3－N的質(zhì)量濃度分別為（5．23±1．12）、（0．29±0．11）、（4．19±2．08）mg／L，顯示出良好的脫氮效果，并使硝態(tài)氮濃度保持較低濃度。

2．2．3天然纖維素物質(zhì)生物載體在生態(tài)浮床中的應(yīng)用玉米秸、稻草、油菜秸、麥秸等農(nóng)作物秸稈和竹絲、樹皮等植物莖稈類的廢棄物均可以作為生物載體原料。而且用植物纖維素物質(zhì)作生物載體的較其他人合成的生物載體更容易降解，使用一定時間會自行分解，比人工稱合成的生物載體容易形成載體污泥更利于保護(hù)環(huán)境［15］。本課題組對植物纖維素物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理后作為組合式生態(tài)浮床的生物載體，既能合理利用秸稈資源，拓寬秸稈的利用價值，又能有效修復(fù)水體和生態(tài)環(huán)境，取得良好的效果。施亮亮等［16］構(gòu)建以稻草為生物載體和植物生長基質(zhì)，以美人蕉和菖蒲為植物的復(fù)合組合式生態(tài)浮床為實驗組，以人工合成填料為基質(zhì)的組合式生態(tài)浮床為對照組。添加稻草為生物載體的組合式生態(tài)浮床在去除污染物方面明顯優(yōu)于以人工合成填料為基質(zhì)的組合式生態(tài)浮床。筆者在研究中發(fā)現(xiàn)以竹絲為生物載體的組合式生態(tài)浮床，CODMn、TN、NH＋4－N和NO－3－N的平均去除率分別為63．50％、63．86％、47．80％和64．75％明顯優(yōu)于無生物載體組合式生態(tài)浮床的49．56％、31．29％、28．24％和43．90％，鏡檢發(fā)現(xiàn)竹絲表面具有較豐富的生物相，大量活性良好的群居鐘蟲、草履蟲、累枝蟲和鞭毛蟲等，活性、數(shù)量均占優(yōu)勢的指示性原生動物，處理過程竹絲穩(wěn)定降解，釋放無機鹽類和小分子有機物為微生物生長提供必需的營養(yǎng)成分。樓菊青等［17］發(fā)現(xiàn)以毛竹為原料的生物載體在膜速度、掛膜量上有較明顯的優(yōu)勢。以上文獻(xiàn)研究均顯示了天然纖維素物質(zhì)在組合式生態(tài)浮床生物載體制造領(lǐng)域的潛在價值，為浮床生物載體基于天然纖維素物質(zhì)資源化利用的多元化發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)［18］。采用天然纖維素物質(zhì)不僅作為親水性很強的生物載體，還可以作為反硝化碳源，本課題組已經(jīng)通過紅外光譜分析方法掌握以下信息：①可生物降解材料表面具有較豐富的親水性基團(tuán)（－OH（主要在纖維素、多糖物質(zhì)中）、－CH2（主要在脂肪類物質(zhì)中）、－NH2（主要為蛋白質(zhì)）），可形成更為復(fù)雜的生物膜體系，更容易吸附微生物，更利于生物增殖、生物種群的多樣性；②可生物降解材料使用過程中，被吸附其表面的微生物分解，形成一些可被微生物作為營養(yǎng)的物質(zhì)，而強化微生物的生長，如果生物載體是固體碳源，釋放出來的碳源有利于提高水體的脫氮效果。

3生物載體在生態(tài)浮床應(yīng)用中急需解決的科學(xué)難題

3．1作為浮床基質(zhì)的生物載體與植物根系交互作用機理研究作為浮床基質(zhì)的生物載體與植物根系是一種相互耦合的關(guān)系，互為對方提供生長繁殖所需要的養(yǎng)分，在一定程度上促進(jìn)提高了生態(tài)浮床系統(tǒng)的凈化效果、凈化進(jìn)程和生物多樣性。目前本課題組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以可生物降解的稻草作為生態(tài)浮床系統(tǒng)中植物生長的基質(zhì)時，其中水生植物（美人蕉和菖蒲）葉子呈碧綠色，而以人工合成生物載體（塑料球）為植物基質(zhì)或無任何基質(zhì)時，2種浮床中水生植物葉子呈淺黃色。分析認(rèn)為稻草、塑料球均作為生物載體和植物基質(zhì)，生長速率緩慢的硝化菌更容易附著在親水性良好的稻草上，塑料球因其親水性差、生物親和性欠缺而使硝化菌增殖緩慢，稻草上大量的硝化菌就能將相對不容易被植物吸收的氨氮轉(zhuǎn)化為更容易被植物吸收的硝態(tài)氮，充分的氮素使稻草基質(zhì)生態(tài)浮床中的植物葉子更為翠綠，生長速率更快。即稻草基質(zhì)為植物根系提供充分的養(yǎng)料（硝酸鹽）；而根系能為稻草表面微生物膜提供來自光合作用的氧氣，并在稻草基質(zhì)中產(chǎn)生脫氮所需要的好氧、缺氧環(huán)境，提高整個生態(tài)浮床的脫氮效果。但是根際微生物和生物膜相互作用、相互影響研究并沒有取得很好的成果，值得深入研究。

3．2生物載體表面和植物根系表面微生物種群差異分析由于根系表面和生物載體表面存在非常大的差異，根際微生物種群類別和生物載體表面微生物類別差異、數(shù)量差異和特性差異均需要深入研究，目前很多的研究仍然處于定性分析中階段。微生物作為生態(tài)修復(fù)和污染物去除的主體，不同生理生化特性的微生物承擔(dān)著不同生物降解過程，所以掌握不同生物載體和植物根系表面微生物種群存在的差異（生長速率、呼吸類型、降解底物酶系種類、微生物種群數(shù)和數(shù)量級等），對不同污染物采取不同的不同載體和植物，或不同生物載體組合，或不同植物的多樣化組合，或人工干預(yù)提供不同的環(huán)境以實現(xiàn)污染物去除，實現(xiàn)通過對微生物相關(guān)特性的強化和調(diào)控而實現(xiàn)微生物對污染物的降解。

3．3生物載體材質(zhì)在不同污染源種類的水體修復(fù)中的選擇方法生物載體作為生態(tài)浮床中重要的生物附著場所，有時也作為浮床植物的基質(zhì)，其作用較大，但是隨著生物載體的材質(zhì)和形態(tài)等不斷多樣化，生物載體形態(tài)主要由從水流速度、使用方便和造景等因素考慮，對水體修復(fù)效果不會造成實質(zhì)上的影響，而生物載體材質(zhì)的不同對水體修復(fù)效果會產(chǎn)生極大的影響。傳統(tǒng)意義上的生物載體是塑料材質(zhì)，并將懸掛在生物載體框架以下，其作用原理是：在生物載體表面形成生物膜以提高生態(tài)浮床系統(tǒng)中微生物量達(dá)到強化生態(tài)浮床的修復(fù)效果，在其表面形成的微生物是復(fù)雜的、多樣的、雜亂的叢生，并無特定的靶向污染物，在復(fù)合污染較重的現(xiàn)在存在一定的優(yōu)勢。但是塑料材質(zhì)生物載體存在親和性和親水性差而導(dǎo)致微生物量少、附著困難［19］。而且對于以氮素為主要污染物且C／N低的地表水修復(fù)過程中來說并無太大的價值，因為脫氮過程中涉及硝化和反硝化過程，反硝化過程需要補充有機碳以提高脫氮效果，而塑料材料生物載體并不能提供碳源，投加液體碳源存在計量無法控制和運行管理復(fù)雜等問題，如果以人工合成高聚物作為生物載體和碳源雖然可以實現(xiàn)良好的脫氮過程和硝化菌群的富集，但費用過高［20，21］；所以天然纖維素物質(zhì)是理想的碳源、載體，不僅天然親水性和生物親和性可以實現(xiàn)生物量的最大化和掛膜的最快化，而且生物釋碳按需供給和，其來自極為廣泛（農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物等。對于磷含量相對較高的地表水體修復(fù)時，塑料材質(zhì)或天然纖維素材質(zhì)的生物載體應(yīng)用于生態(tài)浮床中則效果較差，根據(jù)生物除磷均以排泥的方式，地表水體污染物濃度較輕，污泥量少或無污泥，無排泥也就除磷效果很低?，F(xiàn)在一些工藝中為了提高除磷效果，采用一些孔隙多樣化吸收磷或含有某些能夠與磷發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的生物載體以提高除磷效果。

4展望

第8篇：生物耦合技術(shù)范文

循環(huán)經(jīng)濟與傳統(tǒng)經(jīng)濟不同(筆者將二者用和作形象的比較)。從物質(zhì)流的流徑來看，傳統(tǒng)經(jīng)濟是一種按“資源一十生產(chǎn)_÷廢物_+排放”和“資源生產(chǎn)_+產(chǎn)品一消費廢物排放”的流程運作的非循環(huán)或單向直線式的技術(shù)經(jīng)濟模式，所示的是對其抽象簡化的情況。在這種模式下，生產(chǎn)所需要的資源幾乎都直接取自于自然界；生產(chǎn)和生活垃圾(即“廢物”)也幾乎都直接排向了環(huán)境。自然環(huán)境成為人類經(jīng)濟活動賴以進(jìn)行的“取料場”和“垃圾場”。循環(huán)經(jīng)濟則是一種按“資源生產(chǎn)廢物廢物資源化生產(chǎn)_+產(chǎn)品”和“資源_÷生產(chǎn)產(chǎn)品消費廢物廢物資源化生產(chǎn)”這兩種循環(huán)式流程運作的技術(shù)經(jīng)濟模式。循環(huán)經(jīng)濟運行過程比較復(fù)雜，可以抽象簡化為所示的情況?！皬U物資源化”是資源再生過程，即“廢物”經(jīng)過匯集、分解或某種技術(shù)的處理而成為可被再利用的資源的過程。前一種循環(huán)式流程，即“資源生產(chǎn)-+廢物廢物資源化生產(chǎn)_+產(chǎn)品一十”，是發(fā)生于生產(chǎn)領(lǐng)域的“小循環(huán)”或“中循環(huán)”。所謂小循環(huán)，‘是指發(fā)生于企業(yè)等經(jīng)濟實體單位內(nèi)部不同工序或產(chǎn)品生產(chǎn)之間的“廢物”循環(huán)再利用和余能梯級利用。中循環(huán)，則是指發(fā)生于產(chǎn)業(yè)集中區(qū)(包括虛擬型產(chǎn)業(yè)園區(qū)④)內(nèi)企業(yè)之間、產(chǎn)業(yè)之間、生產(chǎn)區(qū)域之間的“廢物”相互再利用和余能梯級利用。如通過建立產(chǎn)業(yè)生態(tài)園區(qū)，把屬于不同產(chǎn)業(yè)的企業(yè)按照它們之間的生態(tài)關(guān)系集中并鏈接起來，構(gòu)成產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈網(wǎng)，形成企業(yè)間的產(chǎn)業(yè)代謝和共生耦合關(guān)系，從而使一個企業(yè)的“三廢”和余能成為其他企業(yè)所需要的投人物或能源。

后一種循環(huán)式流程，即“資源_生產(chǎn)產(chǎn)品_÷消費廢物_÷廢物資源化-+生產(chǎn)_+”，屬于社會層面上的大循環(huán)，它是社會服務(wù)和消費領(lǐng)域產(chǎn)生的“廢”舊物品通過回收和資源化處理回饋到生產(chǎn)領(lǐng)域加以循環(huán)再利用或再制造的過程。上述所有循環(huán)并非一次性的，而是循環(huán)往復(fù)以至無窮，是與社會生產(chǎn)和再生產(chǎn)活動相匹配的循環(huán)與再循環(huán)的永續(xù)過程。循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)由動脈系統(tǒng)和靜脈系統(tǒng)組成。動脈系統(tǒng)(如或上部所示)肩負(fù)著“生產(chǎn)一消費”職能，負(fù)責(zé)向社會提品，推動著“資源生產(chǎn)消費”過程。在該過程中，經(jīng)過生產(chǎn)性消費，一部分投入物被有序化為產(chǎn)品，另一部分則被去功能化而成為“廢物”。經(jīng)過生活性消費，產(chǎn)品被去功能化而成為“廢品”。但實際上大多“廢物”和“廢品”只是資源或產(chǎn)品被部分去功能化的結(jié)果，它們?nèi)跃哂幸欢ǖ氖褂脙r值。靜脈系統(tǒng)(如下部所示)就擔(dān)負(fù)著對這些“廢物品”進(jìn)行“匯集(回收)資源化處理循環(huán)再利用”或?qū)o使用價值的有害廢棄物進(jìn)行最后的無害化處理的職能。循環(huán)經(jīng)濟在內(nèi)容上既不單指靜脈系統(tǒng)的經(jīng)濟活動(簡稱靜脈經(jīng)濟)，更不單指動脈系統(tǒng)的經(jīng)濟活動(簡稱動脈經(jīng)濟)，而是指二者發(fā)生耦合與互動所共同形成的具有自我循環(huán)機制的經(jīng)濟復(fù)合體。在這里，耦合是指循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)中某些企業(yè)(產(chǎn)業(yè))之間或企業(yè)內(nèi)部工序之間的關(guān)于“廢物”的互補互需的“供求”關(guān)系，或者社會服務(wù)和消費領(lǐng)域指向生產(chǎn)領(lǐng)域的“廢品”供給關(guān)系。如一個企業(yè)或工序輸出的“廢物”經(jīng)過“廢物資源化”處理成為另一個(一些)企業(yè)或工序所需要的輸人物。只有發(fā)生耦合，靜脈經(jīng)濟才能與動脈經(jīng)濟相互作用而形成更大的復(fù)合系統(tǒng)即循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)，也才能產(chǎn)生新的系統(tǒng)功能或效應(yīng)。筆者認(rèn)為，循環(huán)經(jīng)濟是以動脈經(jīng)濟為基礎(chǔ)，并以靜脈經(jīng)濟的出現(xiàn)和發(fā)展及其與動脈經(jīng)濟的耦合互動為其形成和存在的標(biāo)志的。動脈經(jīng)濟肩負(fù)著最基本的經(jīng)濟職能，即生產(chǎn)_÷流通_÷消費。沒有動脈經(jīng)濟，“廢物”就無以產(chǎn)生，更無以被循環(huán)再利用，靜脈經(jīng)濟也不可能出現(xiàn)和存在，從而也就根本談不上循環(huán)經(jīng)濟。但是，若沒有靜脈經(jīng)濟，也絕不會有通常意義上的循環(huán)經(jīng)濟。傳統(tǒng)經(jīng)濟就基本屬于沒有靜脈經(jīng)濟的較純粹的動脈經(jīng)濟。

在傳統(tǒng)經(jīng)濟模式下，由于不存在靜脈經(jīng)濟系統(tǒng)，因而動脈經(jīng)濟帶來的巨量人為的“廢物”只能被直接排向自然環(huán)境。而正是由于自然環(huán)境對這些過量的突如其來的“廢物”難以適時分解和承受才造成環(huán)境污染和生態(tài)破壞；而且，人類將這些具有剩余使用價值的“廢物”置于無用之地而丟棄所造成的資源浪費，也導(dǎo)致動脈經(jīng)濟系統(tǒng)對原生物質(zhì)資源消耗的激增而造成資源危機。筆者認(rèn)為，循環(huán)經(jīng)濟本質(zhì)上是以“廢物”資源的循環(huán)再利用為核心和關(guān)鍵的自循環(huán)經(jīng)濟。所謂自循環(huán)，也可稱“內(nèi)循環(huán)”，是指由靜脈經(jīng)濟與動脈經(jīng)濟的耦合與互動而形成的關(guān)于“廢物”在經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)部的反饋式自我循環(huán)流動，包括前文提及的小循環(huán)、中循環(huán)和大循環(huán)。循環(huán)經(jīng)濟使原本在傳統(tǒng)經(jīng)濟中被直接排向環(huán)境的“廢物”被迫返回經(jīng)濟系統(tǒng)而與環(huán)境相脫離，與社會生產(chǎn)和再生產(chǎn)環(huán)節(jié)相鏈接，從而形成“廢物”在經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)部的自我循環(huán)和再利用機制，使循環(huán)經(jīng)濟成為一種具有創(chuàng)造綠色GDP功能并有經(jīng)濟效率的環(huán)境友好型經(jīng)濟。循環(huán)經(jīng)濟之所以是環(huán)境友好型經(jīng)濟，完全是由其獨特的白循環(huán)機制決定的。結(jié)合圖l和④分析如下：假定在傳統(tǒng)經(jīng)濟模式下，獲得一定質(zhì)和量的產(chǎn)出，需要消耗的原生物質(zhì)資源數(shù)量為A，而排向環(huán)境的廢物的數(shù)量為E(如圖l所示)。而在循環(huán)經(jīng)濟模式下，獲得同樣的產(chǎn)出，需要消耗的原生物質(zhì)資源的數(shù)量則僅為a(a<A甚至a<<A)，而排向環(huán)境的“廢物”的數(shù)量則僅為e(e<E甚至e<<E)(如所示)。

這樣，循環(huán)經(jīng)濟通過“廢物”資源的循環(huán)再利用，不僅極大地提高了資源利用效率，節(jié)約了資源成本，而且最終被排向環(huán)境的廢棄物大為減少，使環(huán)境污染壓力驟減。這樣，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，可以在不影響經(jīng)濟流量甚至還可在適度增加經(jīng)濟流量的情況下，將污染排放降至環(huán)境自凈能力所容許的范圍之內(nèi)，從而使經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展成為可能。需要指出的是，自然環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，因而任何技術(shù)經(jīng)濟模式都不可避免地會使人類的經(jīng)濟活動與外部自然環(huán)境達(dá)成“外循環(huán)”關(guān)系。這種“外循環(huán)”關(guān)系，是人與自然發(fā)生聯(lián)系的“臍帶”和橋梁：一方面，人類要從自然環(huán)境中獲取物質(zhì)和能源，另一方面又向自然環(huán)境排放或多或少的垃圾，從而對自然環(huán)境產(chǎn)生“索取”與“排放”的雙重不利影響。筆者認(rèn)為，人類經(jīng)濟活動的環(huán)境影響程度，卻會因經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)部是否存在自循環(huán)機制而存在很大的差別。在循環(huán)經(jīng)濟模式下，經(jīng)濟活動中的“廢物”一經(jīng)產(chǎn)生便會被推向自我循環(huán)通道而被循環(huán)再利用，從而產(chǎn)生資源“減量化”效應(yīng)，即降低經(jīng)濟系統(tǒng)與自然環(huán)境之間的物質(zhì)(原生物質(zhì)資源和廢棄物)外循環(huán)流量，使經(jīng)濟系統(tǒng)能夠與自然環(huán)境達(dá)成良性的“外循環(huán)”，實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。由于傳統(tǒng)經(jīng)濟系統(tǒng)不存在“廢物”自循環(huán)機制，因而不得不使幾乎所有“廢物”一經(jīng)產(chǎn)生便通過“外循環(huán)”通道而被直接排向環(huán)境，從而導(dǎo)致環(huán)境問題?？梢?，傳統(tǒng)經(jīng)濟與自然環(huán)境之間所構(gòu)成的外循環(huán)，是一種惡性的，讓自然環(huán)境難以承受的，因而是不可持續(xù)的外循環(huán)。循環(huán)經(jīng)濟以“廢物”在經(jīng)濟系統(tǒng)中的“內(nèi)循環(huán)”來達(dá)到“雙減量”的效果，既減少了對自然生態(tài)系統(tǒng)的原生物質(zhì)資源的攫取和消耗，又減少了向自然生態(tài)系統(tǒng)的污染排放，從而使經(jīng)濟系統(tǒng)在“人”和“出”兩個方面與自然環(huán)境達(dá)成和諧的“外循環(huán)”，促進(jìn)經(jīng)濟與環(huán)境兩個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)共生。以“廢物內(nèi)循環(huán)”的強化來換取“外循環(huán)”的和諧與永續(xù)，正是循環(huán)經(jīng)濟的特殊功能。

二、循環(huán)經(jīng)濟是全生態(tài)仿生經(jīng)濟

經(jīng)過極其長期的進(jìn)化和自然選擇而形成的生物個體，其結(jié)構(gòu)、功能和運行方式最能體現(xiàn)大自然的和諧原則和優(yōu)化原則，最符合“經(jīng)濟”規(guī)律。科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，動物器官用料耗能之節(jié)約，結(jié)構(gòu)之精巧，“工作”性能之優(yōu)越，是人造機器設(shè)備所無法比擬的。但它也為人類的技術(shù)發(fā)明展示了廣闊的仿生前景，從而使人類技術(shù)仿生實踐每每獲得成功。類似地，自然生態(tài)系統(tǒng)的運行也有著非常突出的經(jīng)濟有效性和環(huán)境友好性。由于食物鏈(網(wǎng))的存在，自然生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)總能得到最充分的利用而幾乎不產(chǎn)生廢物。這種“先進(jìn)”的自然生態(tài)原型，也為人類經(jīng)濟系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供了可資模仿的絕佳模板。以植物、動物和微生物為主體構(gòu)成的自然生態(tài)系統(tǒng)，主要包含宏微觀兩種最基本的生物鏈，即捕食性食物鏈(如上部所示)與腐生性食物鏈(如下部所示)。前一種食物鏈以“生產(chǎn)者”植物為起點，由植物一食植動物食肉動物，后者捕食前者。該食物鏈呈現(xiàn)出“生產(chǎn)一消費”的宏觀過程。后一種食物鏈即腐生性食物鏈，也叫分解鏈(如下部所示)，以生物殘體(動植物和微生物的尸體)為起點，它們被微生物所分解，最終還原成能為植物所吸收利用的CO，、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、磷酸鹽等無機營養(yǎng)物，還有有機質(zhì)(植物的優(yōu)質(zhì)肥料)等，它呈現(xiàn)出“廢物分解、原料再生”的微觀還原過程。以上兩種食物鏈耦合銜接，形成自然生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)代謝過程。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，自然生態(tài)系統(tǒng)中的“無機營養(yǎng)物植物一食植動物食肉動物”捕食性食物鏈，與人類經(jīng)濟活動中的產(chǎn)業(yè)鏈即“自然資源一中間產(chǎn)品A一中間產(chǎn)品B一最終產(chǎn)品”是何其相似!

因此，我們可以把經(jīng)濟領(lǐng)域中產(chǎn)業(yè)鏈或產(chǎn)品循環(huán)(即動脈經(jīng)濟鏈)看成是人類不自覺地對自然生態(tài)系統(tǒng)中捕食性食物鏈的模仿。從這種意義上說，具有單純動脈經(jīng)濟特征的傳統(tǒng)經(jīng)濟，是一種半生態(tài)仿生經(jīng)濟。因為它未能將生態(tài)仿生進(jìn)行到底，它只是模仿了自然生態(tài)系統(tǒng)的一部分(上部所示部分)而不是全部。對于自然生態(tài)系統(tǒng)來說，分解還原作用是至關(guān)重要的。假如自然界沒有分解還原者(微生物)，那么，動物的排泄物和各種生物死亡后的殘體就會越積越多，最終充斥地球，而作為初級生產(chǎn)者的植物也終將失去無機營養(yǎng)物來源而滅絕。地球物理環(huán)境中的無機營養(yǎng)物質(zhì)是有限的，沒有了分解還原(再生)作用，地球上的這些物質(zhì)將會隨著植物對其不斷吸收利用和沿食物鏈的傳遞而最終被全部固化到生物殘體中去，整個自然生態(tài)系統(tǒng)就會因徹底“斷糧”而消亡。同樣，“廢物分解、原料或資源再生”功能對于人類經(jīng)濟社會也是極其重要的。傳統(tǒng)經(jīng)濟正是因為缺乏這種功能而導(dǎo)致資源與環(huán)境問題的日益惡化。筆者認(rèn)為，循環(huán)經(jīng)濟走的則是徹底的全生態(tài)仿生之路，即它是全面模仿自然生態(tài)系統(tǒng)的“產(chǎn)品循環(huán)”和“廢物循環(huán)”機制或功能的全生態(tài)仿生經(jīng)濟。從產(chǎn)品的角度來看，傳統(tǒng)經(jīng)濟中的企業(yè)或產(chǎn)業(yè)之間的關(guān)系也是一種循環(huán)關(guān)系，比如A企業(yè)的產(chǎn)品會成為B企業(yè)的投入，而B企業(yè)的產(chǎn)品會成為C企業(yè)的投入，最后，C企業(yè)的產(chǎn)品又可能成為A企業(yè)的投入；或者一個企業(yè)要輸入多個企業(yè)的產(chǎn)品作為其生產(chǎn)所需的材料或零部件，又把本企業(yè)的產(chǎn)品輸往多個其他企業(yè)——這種“產(chǎn)品循環(huán)”，是社會化、工業(yè)化大生產(chǎn)的基本要求和特征。

從這種意義上說，傳統(tǒng)經(jīng)濟也是模仿了自然生態(tài)系統(tǒng)的“循環(huán)”功能的“循環(huán)經(jīng)濟”或“生態(tài)經(jīng)濟”。但是，傳統(tǒng)經(jīng)濟是沒有把“生態(tài)循環(huán)仿生”進(jìn)行到底的“半循環(huán)經(jīng)濟”或“半生態(tài)經(jīng)濟”——因為它僅僅是對自然生態(tài)系統(tǒng)的“產(chǎn)品循環(huán)”的仿生而未包含對其“廢物循環(huán)”的仿生的重要內(nèi)容。量上的缺失必然導(dǎo)致質(zhì)上的不同。部分地而不是全部地模仿自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)功能的傳統(tǒng)經(jīng)濟，絕不是真正意義上的循環(huán)經(jīng)濟，它必然會因缺乏“廢物循環(huán)”而使經(jīng)濟社會加速走向不可持續(xù)的盡頭。只有全面徹底地模仿自然生態(tài)系統(tǒng)的“產(chǎn)品循環(huán)”和“廢物循環(huán)”功能的經(jīng)濟，才是真正意義上的循環(huán)經(jīng)濟。實際上，現(xiàn)在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界所指稱的循環(huán)經(jīng)濟，實際上就是這樣一種全面模仿自然生態(tài)系統(tǒng)即既模仿自然生態(tài)系統(tǒng)的“產(chǎn)品循環(huán)”功能，又模仿其“廢物循環(huán)利用”機制的“雙循環(huán)”技術(shù)經(jīng)濟模式，因而它在本質(zhì)上是一種全生態(tài)仿生經(jīng)濟。經(jīng)濟系統(tǒng)也只有實施全面生態(tài)仿生，才能使“廢物”在經(jīng)濟系統(tǒng)中循環(huán)利用起來，才能使產(chǎn)品與“廢物”相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化起來，人類也才能夠在這種轉(zhuǎn)化過程中既源源不斷地享受產(chǎn)品帶給人們的效用而同時又不給自然環(huán)境帶來傷害，最終實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)然，“廢物”循環(huán)和再利用是循環(huán)經(jīng)濟的關(guān)鍵和核心，因為只有實現(xiàn)了“廢物”循環(huán)和再利用，也才能實現(xiàn)原生資源消耗和污染排放的減量化，才能把人類經(jīng)濟活動的環(huán)境影響降到最低限度。循環(huán)經(jīng)濟對自然生態(tài)系統(tǒng)的模仿并非克隆式的，而主要是從技術(shù)經(jīng)濟角度，撇開自然生態(tài)系統(tǒng)的具體物質(zhì)形態(tài)而對其捕食性食物鏈(相當(dāng)于“產(chǎn)品循環(huán)”)與腐生性食物鏈(相當(dāng)于“廢物循環(huán)”)所體現(xiàn)出來的物質(zhì)循環(huán)代謝功能和機制的模仿。循環(huán)經(jīng)濟也是節(jié)能的。

在能量流動方面，循環(huán)經(jīng)濟與自然生態(tài)系統(tǒng)相似，但在能量利用上，循環(huán)經(jīng)濟卻比自然生態(tài)系統(tǒng)高明。自然生態(tài)系統(tǒng)中的能量是沿食物鏈單向逐級遞減式流動的，每經(jīng)過一級，就有大部分能量轉(zhuǎn)化為熱而散失掉，因而無法循環(huán)再利用。而循環(huán)經(jīng)濟中的能量，雖然也是逐級遞減的，但能量可以得到一定程度的回收再利用，如垃圾回收焚燒產(chǎn)熱發(fā)電。再者，循環(huán)經(jīng)濟通過能量梯級利用①的方式，在不增加投人的情況下即可大幅度地提高一次能源的利用率。循環(huán)經(jīng)濟模仿自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)(包括產(chǎn)品和廢物)循環(huán)和能源梯級利用機制來組織生產(chǎn)，形成企業(yè)內(nèi)部、產(chǎn)業(yè)之間和企業(yè)與社會之間的“廢物”和余能的循環(huán)或梯級利用的閉環(huán)體系，從而獲得有經(jīng)濟效率的經(jīng)濟與環(huán)境效果。丹麥卡倫堡生態(tài)工業(yè)園就是典型例證。丹麥卡倫鎮(zhèn)將熱力發(fā)電廠、煉油廠、生物制藥廠、板材廠、硫酸廠、水泥廠、種植養(yǎng)殖、園藝等通過廢物或副產(chǎn)品的貿(mào)易方式聯(lián)系在一起，形成一個產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)。不僅減少了廢物產(chǎn)生量和處理費用，經(jīng)濟效益也十分明顯，園區(qū)每年增收均達(dá)1000萬美元。循環(huán)經(jīng)濟對自然生態(tài)系統(tǒng)全面仿生的結(jié)果，從內(nèi)容上看，是“廢物”循環(huán)與產(chǎn)品循環(huán)的耦合，是靜脈經(jīng)濟與動脈經(jīng)濟的互動。從效果上看，是低消耗、低排放、無污染的經(jīng)濟與環(huán)境雙贏的結(jié)局。根據(jù)生態(tài)仿生原理建立的循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)，可以是有生命的(如生態(tài)農(nóng)業(yè))，也可以是非生命的(如生態(tài)工業(yè))，但其內(nèi)部各企業(yè)或產(chǎn)業(yè)之間的關(guān)系一定是“有機”的、生態(tài)化的。

農(nóng)業(yè)是利用動物植物等生物的生長發(fā)育規(guī)律，通過培育動植物生產(chǎn)食品及工業(yè)原料的產(chǎn)業(yè)，因而農(nóng)業(yè)生態(tài)化更接近自然生態(tài)系統(tǒng)的實際，更容易實現(xiàn)和發(fā)展。人類走上全生態(tài)仿生經(jīng)濟即循環(huán)經(jīng)濟之路，經(jīng)歷了一個長期認(rèn)識和覺悟的自然歷史過程。充裕的自然資源和廣袤的清潔自然環(huán)境，使經(jīng)濟發(fā)展初期的人類很自然而然地選擇了在當(dāng)時來看是最省心、最易行的單向直線式經(jīng)濟模式，并確實取得了經(jīng)濟上的巨大成功。而隨著時間的推移，尤其到20世紀(jì)60年，傳統(tǒng)經(jīng)濟模式所導(dǎo)致的資源環(huán)境問題尤其環(huán)境污染問題日益凸現(xiàn)出來，使人類認(rèn)識到環(huán)境保護(hù)的重要性。但在實踐上所采取的末端治理措施仍未擺脫線性思維模式，既不能達(dá)到預(yù)期的環(huán)保效果，又缺乏經(jīng)濟效率。實際上，早在1966年，美國經(jīng)濟學(xué)家博爾丁(KennethE．Boulding)就在其《即將到來的地球宇宙飛船經(jīng)濟學(xué)》一文中首次提出了“循環(huán)經(jīng)濟”概念。在他看來，地球就像在太空中的宇宙飛船，經(jīng)濟的無序增長遲早會使其中有限的資源耗盡，而生產(chǎn)和消費過程中排出的廢料也將使飛船污染，毒害船內(nèi)的乘客，飛船內(nèi)的生命系統(tǒng)就會走向毀滅。為避免這種悲劇發(fā)生，人類必須改變線性經(jīng)濟方式，向自然生態(tài)系統(tǒng)學(xué)習(xí)，以“循環(huán)式經(jīng)濟”替代“單程式經(jīng)濟”-3J。在循環(huán)經(jīng)濟方面，反倒是實踐落后于理論，直到2O世紀(jì)8O年代，才有少數(shù)發(fā)達(dá)國家(如德國和日本)率先實行循環(huán)經(jīng)濟。

自然生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過億萬年進(jìn)化，形成了完備的、經(jīng)濟的運作機制(生態(tài)規(guī)律)，它像一只“無形的手”在支配著自然生態(tài)系統(tǒng)，使其以最經(jīng)濟有效的方式運作和調(diào)節(jié)。人類的經(jīng)濟系統(tǒng)也有一只“看不見的手”即市場機制，它也在調(diào)解著人類經(jīng)濟系統(tǒng)的運作，力圖使資源得到最有效的配置。但是，在傳統(tǒng)經(jīng)濟下，市場這只“看不見的手”對于曾使用過但尚有“剩余使用價值”的“廢物”資源來說，其有效配置資源的功能卻表現(xiàn)出極大的局限性。我們?nèi)祟惾裟茏杂X地將經(jīng)濟和自然兩種優(yōu)化配置資源的“看不見的手”同時用于調(diào)節(jié)人類的經(jīng)濟活動，那將是完美的、理想的狀態(tài)。循環(huán)經(jīng)濟就是向自然生態(tài)系統(tǒng)學(xué)習(xí)的一種技術(shù)經(jīng)濟模式，是全生態(tài)仿生經(jīng)濟。傅紅春曾提出經(jīng)濟仿生學(xué)(EconomicBionics)概念_4J，強調(diào)經(jīng)濟活動要模仿生命活動。美國科學(xué)家本娜斯則進(jìn)一步提出仿效大自然的經(jīng)濟學(xué)，強調(diào)人類想要“可持續(xù)的發(fā)展”，必須向“大自然”學(xué)習(xí)5J。也有一種權(quán)威觀點認(rèn)為，循環(huán)經(jīng)濟“本質(zhì)上是一種生態(tài)經(jīng)濟，它要求運用生態(tài)學(xué)規(guī)律而不是機械論規(guī)律來指導(dǎo)人類社會的經(jīng)濟活動”_6J。筆者認(rèn)為，“生態(tài)仿生經(jīng)濟”尤其“全生態(tài)仿生經(jīng)濟”的概念更符合循環(huán)經(jīng)濟的本質(zhì)，循環(huán)經(jīng)濟學(xué)在本質(zhì)上就是“全生態(tài)仿生經(jīng)濟學(xué)”。

三、循環(huán)經(jīng)濟是良性超非線性經(jīng)濟

從系統(tǒng)內(nèi)在作用機制上看，循環(huán)經(jīng)濟是超非線性經(jīng)濟。所謂系統(tǒng)，是指由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合成的、具有一定結(jié)構(gòu)和待定功能的有機整體。經(jīng)濟系統(tǒng)的功能體現(xiàn)為它與外部環(huán)境之間的物質(zhì)輸入與輸出的變換關(guān)系。根據(jù)系統(tǒng)各組成部分之間的作用性質(zhì)和關(guān)系，系統(tǒng)可分為線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)。線性系統(tǒng)只包含由單向作用形成的直線式因果鏈條，各部分之間是互不相干的獨立關(guān)系，其輸出與其輸入成正比，符合疊加原理，即系統(tǒng)整體功效等于各部分單獨作用時的功效之簡單疊加，簡言之，整體等于部分之和。而非線性系統(tǒng)的各部分之間卻是彼此相互影響的，往往發(fā)生多重耦合作用和交互作用(也稱循環(huán)作用)，從而形成雙向或多向的交叉因果關(guān)系或因果網(wǎng)絡(luò)，其輸出不與其輸入成正比，從而使疊加原理失效，即整體功效不再是簡單地等于各部分功效之和，而可能出現(xiàn)不同于“線性疊加”的增益或虧損。如哺乳動物的兩個眼睛就構(gòu)成非線性作用關(guān)系：兩個眼睛的視敏度不是一個眼睛的2倍，而是6一l0倍!

這是非線性作用產(chǎn)生“1+l>2”的系統(tǒng)放大效應(yīng)之結(jié)果。以“廢物”為媒介所形成的反饋、耦合及交互作用或自循環(huán)作用，使循環(huán)經(jīng)濟成為能夠產(chǎn)生良性系統(tǒng)效應(yīng)的超非線性經(jīng)濟。嚴(yán)格說來，包括傳統(tǒng)經(jīng)濟在內(nèi)的所有現(xiàn)實經(jīng)濟系統(tǒng)，都是非線性系統(tǒng)，因為它們都包含非線性作用。我們說傳統(tǒng)經(jīng)濟是線性經(jīng)濟，是僅就其“廢物”處理方式而言的。從物質(zhì)流的流徑來看，傳統(tǒng)經(jīng)濟是一種按“資源一生產(chǎn)廢物排放”和“資源生產(chǎn)一產(chǎn)品消費廢物一排放”的流程運作的非循環(huán)的、單向直線式的技術(shù)經(jīng)濟模式，即在傳統(tǒng)經(jīng)濟中，“廢物”是直接被排向環(huán)境或經(jīng)末端處理后排向環(huán)境而不是被再返回到經(jīng)濟系統(tǒng)中加以循環(huán)再利用的。但就其產(chǎn)品來說，包括傳統(tǒng)經(jīng)濟在內(nèi)的任何工業(yè)經(jīng)濟都是非線性經(jīng)濟。因為它們也存在由耦合作用而形成的物質(zhì)耦合與循環(huán)，即反映社會化大生產(chǎn)要求和特征的產(chǎn)品耦合與循環(huán)。企業(yè)或產(chǎn)業(yè)問以產(chǎn)品為媒介而發(fā)生的生態(tài)關(guān)系、耦合關(guān)系和循環(huán)關(guān)系，導(dǎo)致經(jīng)濟系統(tǒng)中非線性作用的形成。但是，傳統(tǒng)經(jīng)濟的這種非線性是基于產(chǎn)品循環(huán)(產(chǎn)品鏈)而非“廢物”循環(huán)而產(chǎn)生的非線性。與循環(huán)經(jīng)濟相比，傳統(tǒng)經(jīng)濟的非線性要簡單得多，因而其功效也差得多。

就其整體而言，循環(huán)經(jīng)濟則是一種超非線性經(jīng)濟。它不僅包含傳統(tǒng)經(jīng)濟所具有的由產(chǎn)品循環(huán)產(chǎn)生的非線性作用，更包含循環(huán)經(jīng)濟所特有的由“廢物”循環(huán)所產(chǎn)生的非線性作用。不僅如此，循環(huán)經(jīng)濟中的這兩種非線性作用之間又發(fā)生了有序的、相互交織的耦合，從而共同形成一種更加多元和復(fù)雜的非線性作用，我們把它稱作超非線性作用或倍增非線性作用。因此，從這種意義上說，循環(huán)經(jīng)濟在本質(zhì)上是一種由其內(nèi)部的超非線性作用所調(diào)控的經(jīng)濟，簡稱超非線性經(jīng)濟。當(dāng)然，非線性作用及其復(fù)雜性并非一定會使系統(tǒng)產(chǎn)生對人類或環(huán)境有利的功效。因為非線性作用可能導(dǎo)致不同于“線性疊加”的增益，也可能導(dǎo)致不同于“線性疊加”的虧損；既可能使系統(tǒng)整體功能大于部分之和，也可能小于部分之和。而到底出現(xiàn)什么樣的系統(tǒng)效應(yīng)結(jié)果，則決定于系統(tǒng)各部分之間以及系統(tǒng)與外部環(huán)境之間的相互作用的具體性質(zhì)。

由于循環(huán)經(jīng)濟所具有的兩種非線性作用及其耦合而形成的超非線性作用來自于對自然生態(tài)系統(tǒng)的兩種宏微觀物質(zhì)(生物物種及其排泄物和死亡殘體)循環(huán)機制的全面生態(tài)模仿，而且在循環(huán)經(jīng)濟實踐中既考慮產(chǎn)品循環(huán)方面的生態(tài)優(yōu)化，又特別重視“廢物”循環(huán)方面的生態(tài)化的系統(tǒng)性設(shè)計，從而使循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)的超非線性作用只產(chǎn)生良性的即對人類或環(huán)境有利的新功效。循環(huán)經(jīng)濟的成功實踐已經(jīng)表明，循環(huán)經(jīng)濟是統(tǒng)籌經(jīng)濟增長與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的最佳路徑，是實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的理想的技術(shù)經(jīng)濟模式?！皬U物”循環(huán)及其產(chǎn)生的非線性作用，是使循環(huán)經(jīng)濟表現(xiàn)出其特質(zhì)的關(guān)鍵所在。與傳統(tǒng)經(jīng)濟相比，由“廢物”循環(huán)產(chǎn)生的非線性作用，使循環(huán)經(jīng)濟發(fā)生了質(zhì)的變化。第一，循環(huán)經(jīng)濟使經(jīng)濟活動的原因和結(jié)果發(fā)生了轉(zhuǎn)換。在傳統(tǒng)經(jīng)濟中，“廢物”因果鏈條是直線式的，而且因和果是確定不變的。在“資源一生產(chǎn)一廢物一排放”的經(jīng)濟鏈條中，資源投入是原因，產(chǎn)出“廢物”是結(jié)果；在“資源一生產(chǎn)一產(chǎn)品消費廢物排放”的經(jīng)濟鏈條中，產(chǎn)品消費是原因，產(chǎn)出“廢物”是結(jié)果。在這里，沒有反饋，“廢物”均作為人類經(jīng)濟行為的結(jié)果而存在。若沿著上述鏈條繼續(xù)追蹤，可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)經(jīng)濟中的“廢物”繼續(xù)勇往直前而被直接排向環(huán)境，從而成為該直線鏈條的下一個結(jié)果(即環(huán)境污染)的原因。這種因果地位的變化是線性遞推式的，而不是反饋互換式的。

而在循環(huán)經(jīng)濟中，由于“廢物”的反饋和耦合式循環(huán)的存在，原因和結(jié)果經(jīng)常發(fā)生位置轉(zhuǎn)化。從“資源生產(chǎn)廢物一廢物資源化一生產(chǎn)一”循環(huán)鏈網(wǎng)來看，在最初，資源投入是原因，產(chǎn)出“廢物”是結(jié)果；但在其后，接著又出現(xiàn)了“廢物”被資源化之后而被重新再利用的情況，這時，原來作為結(jié)果的“廢物”又成了作為原因的投人物(原材料)——這在典型的傳統(tǒng)經(jīng)濟中是不存在的。而從循環(huán)經(jīng)濟的“資源生產(chǎn)一產(chǎn)品一消費-+廢物一廢物資源化生產(chǎn)”循環(huán)鏈網(wǎng)來看，生產(chǎn)和消費是原因，產(chǎn)生“廢物”是結(jié)果；但是再往后，原來作為結(jié)果的“廢物”又成了生產(chǎn)和消費的投入物(原材料)即原因了——這在典型的傳統(tǒng)經(jīng)濟中也是不存在的。第二，循環(huán)經(jīng)濟改變并優(yōu)化了生產(chǎn)函數(shù)。由于循環(huán)經(jīng)濟對各單項技術(shù)資源(可能還是舊有技術(shù))進(jìn)行了生態(tài)化的重新配置組合，從而使經(jīng)濟系統(tǒng)的投入與產(chǎn)出之間的數(shù)量關(guān)系即生產(chǎn)函數(shù)發(fā)生了重大變化。

與傳統(tǒng)經(jīng)濟相比，在同樣投入的情況下，循環(huán)經(jīng)濟會因“廢物”的循環(huán)再利用而獲得更大的總效益。這顯然是循環(huán)經(jīng)濟引起生產(chǎn)函數(shù)變化的結(jié)果。如快堆核能發(fā)電，是一種核能循環(huán)經(jīng)濟，它可以對熱堆產(chǎn)生的核垃圾(乏燃料)進(jìn)行回收循環(huán)再利用，結(jié)果不僅可以降低核污染風(fēng)險，而且可以使天然鈾的利用率提高6O倍以上①!從長遠(yuǎn)來看，核循環(huán)經(jīng)濟將帶來非常可觀的經(jīng)濟和環(huán)境效益。第三，循環(huán)經(jīng)濟具有有機性，自調(diào)節(jié)性和自組織性。實際上，循環(huán)經(jīng)濟是把經(jīng)濟與環(huán)境視作有機整體來看待的，它擴展了經(jīng)濟領(lǐng)域，并將環(huán)境作為一種特殊的經(jīng)濟資源來配置；在將環(huán)境成本化的基礎(chǔ)上，力圖達(dá)到總體上的增收節(jié)支之經(jīng)濟目的。經(jīng)過數(shù)十億年的進(jìn)化和優(yōu)勝劣汰，現(xiàn)有生物物種皆是最適合生存的物種，它們各司其職，并極為善于相互合作，從而形成自動調(diào)節(jié)、自動抑制過度發(fā)展的機制和力量。作為生態(tài)仿生經(jīng)濟，循環(huán)經(jīng)濟應(yīng)向自然生態(tài)系統(tǒng)學(xué)習(xí)，通過對技術(shù)或產(chǎn)業(yè)的生態(tài)化組合設(shè)計，也把自然生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)良非線性作用繼承下來，從而使循環(huán)經(jīng)濟也表現(xiàn)出有機，即主動性、自調(diào)節(jié)性、自組織性。當(dāng)經(jīng)濟系統(tǒng)在遠(yuǎn)離平衡時，它的不同部分好象能夠“互通信息”，相互制約，按一定方式在大范圍內(nèi)協(xié)調(diào)運動J。這不僅體現(xiàn)在循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)部，而且也存在于它與自然環(huán)境之間。當(dāng)其輸出終端排向環(huán)境的廢物增多時，會提醒經(jīng)濟主體在輸入端加大“減量化”力度，在過程控制中，增大“廢物”的循環(huán)再利用強度；而當(dāng)輸出終端排向環(huán)境的廢物過少而又造成廢物資源化成本過高時，又會提醒經(jīng)濟主體適當(dāng)降低“廢物”資源化的力度，在保證排向環(huán)境的廢物不超過環(huán)境的生態(tài)閾值或環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的前提下節(jié)約經(jīng)濟成本。

四、循環(huán)經(jīng)濟是全功能、低壽命周期成本和高價值經(jīng)濟

用價值工程的思維方法對循環(huán)經(jīng)濟的功能和價值進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)經(jīng)濟相比，循環(huán)經(jīng)濟是全功能、低壽命周期成本和高價值的經(jīng)濟。價值工程又稱價值分析，是研究如何以最低的壽命周期成本使對象(產(chǎn)品或活動)具有必要的功能，從而提高其價值的一種技術(shù)經(jīng)濟思想方法。價值(V)是指對象所具有的必要功能(F)與獲得該功能而發(fā)生的壽命周期成本(C)之比，即V=F／C②。價值工程的“價值”概念，不同于其他同名概念，它有“值得”、“合算”之意，類似于“性價比”。某項經(jīng)濟活動的價值越高，表明從事該經(jīng)濟活動就越值得、越合算，表明它越有經(jīng)濟效率。循環(huán)經(jīng)濟的追求與價值工程不謀而合，其基本思想均是：以最低的成本換取所需要的功能。與傳統(tǒng)經(jīng)濟相比，循環(huán)經(jīng)濟使經(jīng)濟活動的功能或目的增加了，其壽命周期成本卻降低了，因而循環(huán)經(jīng)濟的價值提高了。相對于傳統(tǒng)經(jīng)濟，循環(huán)經(jīng)濟能夠成為全功能、低成本、高價值的經(jīng)濟。下面從價值工程的角度，對循環(huán)經(jīng)濟與傳統(tǒng)經(jīng)濟作些比較分析。

(一)功能分析。

在價值工程看來，對于不同的對象，功能有著不同的含義：對于物品來說，功能就是它的用途或效用；而對于活動來說，功能就是它所起的作用或要達(dá)到的目的。就經(jīng)濟活動來說，傳統(tǒng)經(jīng)濟與循環(huán)經(jīng)濟的功能(目的)是不同的：傳統(tǒng)經(jīng)濟的功能或目的只有一個，那就是經(jīng)濟目標(biāo)，即創(chuàng)造GDP；而循環(huán)經(jīng)濟的功能或目的則是兩個：經(jīng)濟目標(biāo)和環(huán)境保護(hù)目標(biāo)，即在創(chuàng)造GDP的同時也要保護(hù)好環(huán)境。創(chuàng)造GDP，是循環(huán)經(jīng)濟的基本功能(當(dāng)然是必要功能)或目的；循環(huán)經(jīng)濟源于環(huán)境保護(hù)，環(huán)境保護(hù)是循環(huán)經(jīng)濟又一重要功能或必要功能。顯然，傳統(tǒng)經(jīng)濟在對經(jīng)濟活動的功能定位上出現(xiàn)了偏差，它僅僅將“創(chuàng)造GDP”作為經(jīng)濟活動的功能(目的)，從而導(dǎo)致“功能不足”的問題。循環(huán)經(jīng)濟正好彌補傳統(tǒng)經(jīng)濟“功能不足”的缺陷，從而成為具有經(jīng)濟與環(huán)保雙重功能(目的)的全功能經(jīng)濟。

(二)壽命周期成本分析。

根據(jù)價值工程，經(jīng)濟活動的周期壽命成本，是指經(jīng)濟主體從事的經(jīng)濟活動所引起的一切直接和間接的成本費用，包括生產(chǎn)成本、使用成本及環(huán)境成本。生產(chǎn)成本是指在產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)制造過程中發(fā)生的全部成本費用；使用成本是指用戶在使用(消費)產(chǎn)品的過程中所發(fā)生的全部費用；環(huán)境成本則是指由于生產(chǎn)、流通和消費等經(jīng)濟活動所引起的環(huán)境保護(hù)支出和環(huán)境污染退化損失。經(jīng)濟活動的其他成本費用往往隨著經(jīng)濟活動的結(jié)束而全部(全額)發(fā)生。但是，經(jīng)濟活動的環(huán)境成本的發(fā)生則具有明顯的滯后性和外部性。一方面，當(dāng)一項經(jīng)濟活動結(jié)束時，其造成的環(huán)境影響往往不會立竿見影般的消失，而可能是緩慢的、持續(xù)的并具有積累性的發(fā)生，因而它所導(dǎo)致的環(huán)境保護(hù)費用和環(huán)境污染或生態(tài)破壞損失(環(huán)境成本)的發(fā)生往往是滯后的。另一方面，無論是經(jīng)濟活動導(dǎo)致的即時發(fā)生的環(huán)境成本費用，還是滯后發(fā)生的環(huán)境成本費用，經(jīng)濟活動主體往往是不承擔(dān)的，即環(huán)境成本具有外部性。所謂外部性，也稱為外部效應(yīng)，是指某經(jīng)濟行為人的活動對其他經(jīng)濟行為人產(chǎn)生了影響，而這種影響又未能通過市場交易或價格體系反映出來的的情形。若這種影響是有益的(如收益增加)，則屬于正外部性；若這種影響是有害的，如企業(yè)排污給周圍居民帶來健康損害這種環(huán)境外部性，則屬于負(fù)外部性。在市場失靈和政府沒有管制的情況下，那些破壞環(huán)境的人可以順利地將他們造成的費用的一部分轉(zhuǎn)嫁到別人甚至后人身上。在歷史上，早期的廠商目光短淺，只重視生產(chǎn)成本的降低；后來，尤其價值工程原理被發(fā)現(xiàn)(20世紀(jì)50年代)以后，廠商變得更聰明了，懂得在產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)階段就著手控制產(chǎn)品的使用成本。誰的產(chǎn)品使用成本低，誰的產(chǎn)品就會贏得更多的買者。因為買者既重視商品的購買成本(與生產(chǎn)成本有關(guān))，又很在意商品的使用成本。但是，在傳統(tǒng)經(jīng)濟模式下，幾乎所有的經(jīng)濟人(包括廠商和消費者)都完全忽視由其經(jīng)濟行為所導(dǎo)致的“那些只是在晚些時候才顯現(xiàn)出來的、通過逐漸的重復(fù)和積累才產(chǎn)生效應(yīng)的較遠(yuǎn)的結(jié)果”_9j，如經(jīng)濟活動的遠(yuǎn)期環(huán)境影響。因為在他們看來，近期的環(huán)境影響是外部性的(污染者不用付費)，而遠(yuǎn)期的環(huán)境影響不僅是外部性的，而且按貼現(xiàn)率來衡量其現(xiàn)值，往往又是小得可以忽略不計的。當(dāng)然，遠(yuǎn)期環(huán)境損失對當(dāng)代人是沒有什么影響，可對于后代人來說，卻是原原本本的現(xiàn)實傷害。環(huán)境影響導(dǎo)致的治理成本和環(huán)境損失是經(jīng)濟活動造成的，理應(yīng)被視作經(jīng)濟活動的壽命周期成本的組成部分。早期的傳統(tǒng)經(jīng)濟根本不考慮經(jīng)濟活動的環(huán)境成本，但這并不意味著它的環(huán)境成本不存在。而恰恰相反，在傳統(tǒng)經(jīng)濟模式下，由于市場對具有公共品特性的環(huán)境資源的配置或調(diào)節(jié)作用失靈，經(jīng)濟活動帶來的環(huán)境成本往往是比較大的。對于我國尤其如此。權(quán)威數(shù)據(jù)表明，近十幾年來，我國由于環(huán)境污染造成的經(jīng)濟損失約占GDP的10％左右_1，而2003年的環(huán)境污染和生態(tài)破壞造成的損失競占到GDP的15％Ll。所以，若將環(huán)境成本考慮進(jìn)去，傳統(tǒng)經(jīng)濟模式下的經(jīng)濟活動的實際壽命周期成本將會是比較高的。而在循環(huán)經(jīng)濟模式下，由于“廢物再循環(huán)原則”的作用，使循環(huán)經(jīng)濟的環(huán)境成本大為降低；還由于余能的回收利用和能量梯級利用帶來節(jié)能效果，也使循環(huán)經(jīng)濟的能耗成本得以降低；再由于輸入端的物質(zhì)“減量化原則”的作用及消費端的產(chǎn)品“再使用原則”的作用，又使得循環(huán)經(jīng)濟的材耗成本得以降低。這一切，使循環(huán)經(jīng)濟的壽命周期成本得到顯著的降低。從這種意義上說，循環(huán)經(jīng)濟是低壽命周期成本(低代價)經(jīng)濟。

(三)價值分析。

與傳統(tǒng)經(jīng)濟相比，循環(huán)經(jīng)濟使經(jīng)濟活動的功能倍增了，同時其壽命周期成本也能夠得到大幅度的降低。因而根據(jù)價值公式即“價值=必要功能÷壽命周期成本”，循環(huán)經(jīng)濟模式下的經(jīng)濟活動的價值將有大幅度提高的空間。所以，從價值分析的角度看，循環(huán)經(jīng)濟是一種全功能、低壽命周期成本、具有高價值潛能的經(jīng)濟。當(dāng)然，我們在發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的實踐中，只有按照循環(huán)經(jīng)濟的生態(tài)化特征和“減量化”原則，并用價值工程和技術(shù)經(jīng)濟分析等優(yōu)化方法，科學(xué)地設(shè)計和優(yōu)化循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)，才能實現(xiàn)低壽命周期成本和高價值目標(biāo)。

五、循環(huán)經(jīng)濟是技術(shù)經(jīng)濟范式革命和環(huán)境保護(hù)范式革命

傳統(tǒng)經(jīng)濟模式存在著機制上的重大缺陷，因而導(dǎo)致經(jīng)濟與環(huán)境之間的尖銳矛盾。人類以這種經(jīng)濟模式與自然界打交道，“起初確實取得了我們預(yù)期的結(jié)果，但是往后和再往后卻發(fā)生完全不同的、出乎預(yù)料的影響，常常把最初的結(jié)果又消除了”-l。綠色GDP之所以小于GDP，就是由于經(jīng)濟活動的環(huán)境影響將一部分經(jīng)濟成果給抵消的結(jié)果。人類怎樣才能跳出經(jīng)濟與環(huán)境矛盾的“怪圈”，實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展呢?顯然，最重要的是要從根本上改變傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟范式?！八^技術(shù)經(jīng)濟范式，是指人類為達(dá)到一定的經(jīng)濟社會發(fā)展目標(biāo)而選擇的技術(shù)經(jīng)濟模式”_1。在技術(shù)經(jīng)濟范式中，技術(shù)范式?jīng)Q定經(jīng)濟范式。直線式技術(shù)配置模式帶來傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟模式，而生態(tài)化循環(huán)式技術(shù)配置模式則帶來非線性的循環(huán)經(jīng)濟的技術(shù)經(jīng)濟模式。．傳統(tǒng)線性技術(shù)經(jīng)濟范式是導(dǎo)致資源環(huán)境問題的根源，因而試圖通過改良該技術(shù)經(jīng)濟范式的辦法來解決資源環(huán)境問題是徒勞的。因為在舊范式下去解決舊范式自身帶來的問題，往往存在著“準(zhǔn)解決與余留問題”-l。

一方面，從理論上看，由于存在技術(shù)路徑依賴，“每一項技術(shù)進(jìn)步都與以前的相應(yīng)技術(shù)有關(guān)，既要吸取其成果與工藝方法，又要克服其所包含的與面臨的矛盾，因此，又必然帶來新矛盾，產(chǎn)生新的余留問題，而新的矛盾與余留問題既要求進(jìn)一步加以解決，事實上又比前面的矛盾與問題更難解決”_l。另一方面，從實踐上看亦如此，在傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟范式下，人類對環(huán)境問題的解決也作過不少嘗試，但事實證明，效果并不理想。首先，從技術(shù)路線來看，在傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟范式下，解決環(huán)境污染問題采用的主要是“末端治理”的技術(shù)路線。但這是一種線性治理模式，它存在著技術(shù)難度和經(jīng)濟成本雙遞增的問題，并存在二次污染的可能。其次，從環(huán)境規(guī)制或政策來看：(1)“命令一控制”型環(huán)境規(guī)制屬于行政手段，它雖能在環(huán)境保護(hù)方面起到立竿見影之效，但它明顯缺乏經(jīng)濟效率。(2)外部性理論從經(jīng)濟學(xué)角度，將環(huán)境污染問題歸屬于負(fù)的外部性，而歸罪于市場失靈，因而主張通過征收“庇古稅”或者依照科斯定理對環(huán)境權(quán)或污染權(quán)進(jìn)行產(chǎn)權(quán)界定等經(jīng)濟手段來解決污染問題。雖然其效果明顯并具有一定的經(jīng)濟效率，但它在實踐上尚存在不少棘手問題和障礙?？傊?，傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟范式下的這些措施對于污染問題的解決，都是一種不徹底的“準(zhǔn)解決”。循環(huán)經(jīng)濟則另辟蹊徑，跳出傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟范式，以技術(shù)生態(tài)化集成為手段，巧妙地消除了技術(shù)進(jìn)步非對稱性，實現(xiàn)了技術(shù)經(jīng)濟范式和環(huán)境保護(hù)范式的革命，使資源與環(huán)境問題一并得到迎刃而解。18世紀(jì)工業(yè)革命以來，技術(shù)進(jìn)步顯著加快，但也加劇了技術(shù)進(jìn)步非對稱性趨勢，并因而導(dǎo)致環(huán)境問題【1。從技術(shù)應(yīng)用的環(huán)境影響來看，可將技術(shù)分為三種類型：A型技術(shù)，是指用于經(jīng)濟活動但會帶來明顯污染排放的技術(shù)；B型技術(shù)，是指污染治理技術(shù)；C型技術(shù)，是指用于經(jīng)濟活動但不會或很少帶來污染排放的環(huán)境友好型技術(shù)。所謂技術(shù)進(jìn)步非對稱性，則是指A型技術(shù)與B、c型技術(shù)在創(chuàng)新速度和擴散規(guī)模上的不匹配現(xiàn)象：A型技術(shù)進(jìn)步處于強勢，B、C型技術(shù)進(jìn)步處于弱勢。顯然，要解決環(huán)境污染問題，必須消除技術(shù)進(jìn)步非對稱性問題。

但是，在傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟模式下，試圖通過消除技術(shù)進(jìn)步非對稱性的辦法來解決環(huán)境問題，只能得到一種“準(zhǔn)解決”的效果：(1)強化B型技術(shù)創(chuàng)新，以應(yīng)對A型技術(shù)應(yīng)用帶來的污染排放，但如前所述，這種末端治理模式難以徹底解決問題；(2)強化C型技術(shù)創(chuàng)新，以更多的c型技術(shù)代替A型技術(shù)。雖然這是消除技術(shù)進(jìn)步非對稱性的理想選擇，但從單項技術(shù)角度來看，c型技術(shù)創(chuàng)新難度較大，需要長時間積累，況且有不少A型技術(shù)難有適合的C型技術(shù)來替代的。筆者認(rèn)為，循環(huán)經(jīng)濟是人類技術(shù)經(jīng)濟思維方式的革命和技術(shù)經(jīng)濟范式的革命。因為在循環(huán)經(jīng)濟的技術(shù)經(jīng)濟模式下，通過對單項或集成A型技術(shù)資源的生態(tài)化配置，即以恰當(dāng)?shù)捻樞颉⒎绞胶捅壤龑Ω鞣NA型產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)行生態(tài)化集成，就能在整體上使其轉(zhuǎn)化為無(低)污染排放的c型集成技術(shù)。循環(huán)經(jīng)濟通過生態(tài)化技術(shù)集成的方法，既能夠巧妙地消除技術(shù)進(jìn)步非對稱性，從而達(dá)到使經(jīng)濟活動“產(chǎn)污而不排污”及其經(jīng)濟與環(huán)境的效果。這表明，技術(shù)的綜合運用即對原有技術(shù)的生態(tài)化集成也是一種創(chuàng)新，而且這種創(chuàng)新甚至比單項技術(shù)發(fā)明更能解決資源環(huán)境問題，從局部和經(jīng)濟環(huán)節(jié)上看，經(jīng)濟活動不產(chǎn)生“廢物”幾乎是不可能的。但是，循環(huán)經(jīng)濟的長處就在于，它通過生態(tài)化技術(shù)集成的辦法而使其動脈經(jīng)濟過程所產(chǎn)生的“廢物”被資源化(不是將其排向環(huán)境)，從而達(dá)到發(fā)展經(jīng)濟與環(huán)境保護(hù)的雙重目的——顯然，循環(huán)經(jīng)濟體現(xiàn)的是“對原有技術(shù)的一種顛覆和全面改革”_l，是一種新穎的技術(shù)經(jīng)濟思維方式，是一種特別的技術(shù)進(jìn)步，是一種技術(shù)經(jīng)濟范式革命，也是一種環(huán)境保護(hù)范式的革命。從另一種意義上說，循環(huán)經(jīng)濟是方法論經(jīng)濟或知識經(jīng)濟。循環(huán)經(jīng)濟所體現(xiàn)的生態(tài)仿生經(jīng)濟特征，為我們提供了一種新的觀察角度、新的思維模式和新的行為選擇。為我們解決環(huán)境經(jīng)濟難題，提供了方法論上的靈感。循環(huán)經(jīng)濟最講究技術(shù)生態(tài)化集成方法和方案的創(chuàng)新，最講究方法和方案對環(huán)境經(jīng)濟整體功效的貢獻(xiàn)。從某種意義上說，循環(huán)經(jīng)濟更像田忌賽馬，它可以憑借對原有技術(shù)資源的生態(tài)化組合而不是單項技術(shù)創(chuàng)新而獲得成功。在循環(huán)經(jīng)濟中，方法和方案創(chuàng)新的作用是非常突出的，但其物質(zhì)投入成本相對較低。因為它更倚重思維投入、智力投入，更倚重通過“想方設(shè)法”或“千方百計”所形成的技術(shù)生態(tài)化集成的方案的優(yōu)化，而非大量的物質(zhì)或資金的投入，但它獲得的卻是實實在在的經(jīng)濟效率和環(huán)境保護(hù)效果，獲得的是技術(shù)環(huán)境經(jīng)濟進(jìn)步。

六、結(jié)論與政策啟示

(一)結(jié)論

循環(huán)經(jīng)濟是全然模仿自然生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)機制和能量梯級利用規(guī)律而重構(gòu)經(jīng)濟系統(tǒng)，使經(jīng)濟活動的環(huán)境影響(資源開采、環(huán)境污染、生態(tài)沖擊)和壽命周期成本最小化、價值最大化，從而實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的技術(shù)經(jīng)濟模式。從不同角度看，循環(huán)經(jīng)濟都表現(xiàn)出一定的特質(zhì)：從資源經(jīng)濟學(xué)角度看，循環(huán)經(jīng)濟在本質(zhì)上是以資源循環(huán)利用為核心的自循環(huán)經(jīng)濟；從環(huán)境經(jīng)濟學(xué)角度看，循環(huán)經(jīng)濟是環(huán)境友好型經(jīng)濟；從生態(tài)學(xué)角度看，循環(huán)經(jīng)濟是全生態(tài)仿生經(jīng)濟；從系統(tǒng)論角度看，循環(huán)經(jīng)濟是具有良性系統(tǒng)效應(yīng)的超非線性經(jīng)濟；從經(jīng)濟學(xué)角度看，循環(huán)經(jīng)濟是實現(xiàn)技術(shù)資源、自然資源與環(huán)境資源綜合優(yōu)化配置的可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟；從價值工程角度看，循環(huán)經(jīng)濟是全功能、低壽命周期成本(低代價)、高價值的經(jīng)濟；從哲學(xué)角度看，循環(huán)經(jīng)濟是方法論經(jīng)濟，是知識經(jīng)濟；從技術(shù)進(jìn)步角度看，循環(huán)經(jīng)濟是消除技術(shù)進(jìn)步非對稱性的理想路徑，是人類技術(shù)經(jīng)濟思維方式的革命、技術(shù)經(jīng)濟范式革命和環(huán)境保護(hù)范式革命。

(二)政策啟示

本文從不同視角審視循環(huán)經(jīng)濟的本質(zhì)特征，有助于我們深刻認(rèn)識循環(huán)經(jīng)濟，更好地駕馭和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟。循環(huán)經(jīng)濟的本質(zhì)特征，對于我們發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟具有以下政策啟示意義：

第一，在發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的過程中，應(yīng)著眼于從更大空間范圍來規(guī)劃和設(shè)計循環(huán)經(jīng)濟實體系統(tǒng)。根據(jù)自然資源、產(chǎn)業(yè)資源及其“廢物”資源、技術(shù)資源等分布情況，對循環(huán)經(jīng)濟進(jìn)行寬視野的系統(tǒng)性設(shè)計，以使更大范圍的更多的經(jīng)濟活動能夠納入到統(tǒng)一的循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)之中，從而實現(xiàn)資源更充分的循環(huán)再利用，提高規(guī)模效益。

第二，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，應(yīng)重點配套發(fā)展靜脈經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)。靜脈經(jīng)濟的存在和完善與否，是循環(huán)經(jīng)濟能否形成和發(fā)展的決定性因素。因此，要發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，必須相應(yīng)發(fā)展靜脈經(jīng)濟，并使之與動脈經(jīng)濟相匹配、耦合與協(xié)調(diào)發(fā)展。

第三，按照循環(huán)經(jīng)濟的客觀要求，推動循環(huán)經(jīng)濟的接口技術(shù)、端口技術(shù)和整體設(shè)計優(yōu)化技術(shù)的創(chuàng)新和進(jìn)步。筆者把能夠通過“廢物”、副產(chǎn)品和余能將各產(chǎn)業(yè)(或企業(yè)、工序、產(chǎn)業(yè)園區(qū))按照其生態(tài)關(guān)系(產(chǎn)業(yè)鏈網(wǎng))鏈接起來的技術(shù)，叫做循環(huán)經(jīng)濟的接口技術(shù)。它主要包括“廢物”資源化技術(shù)(如回收處理技術(shù)、“廢物”再利用技術(shù)、綠色再制造技術(shù))、能源梯級利用技術(shù)(如低溫余熱發(fā)電技術(shù))等。有了更多更先進(jìn)的接口技術(shù)，就能使更多的產(chǎn)業(yè)或企業(yè)鏈接耦合起來，從而實現(xiàn)內(nèi)容更廣泛的“廢物”和余能的循環(huán)再利用或梯級利用，提高循環(huán)經(jīng)濟的覆蓋范圍，提高“廢物”資源的配置效率和經(jīng)濟效率。筆者把與循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)的輸入端和輸出端的環(huán)境經(jīng)濟活動有關(guān)的技術(shù)，如資源減量化技術(shù)或替代技術(shù)、可再生能源技術(shù)等，叫做端口技術(shù)。如我國的SWR技術(shù)，可將生活垃圾進(jìn)行分離(能對垃圾中的金屬、玻璃、紙張、電池等廢棄物進(jìn)行自動分離回收)，并能將分離所得到的固體有機廢棄物進(jìn)行迅速的分解并轉(zhuǎn)化為有機肥料，既實現(xiàn)了垃圾的資源化，又減少了環(huán)境污染，是目前生活垃圾資源化處理的國際頂尖技術(shù)。開發(fā)先進(jìn)適用的輸入端技術(shù)，有助于原生資源的節(jié)約利用，也有助于有效減少后續(xù)經(jīng)濟活動的產(chǎn)污量；開發(fā)先進(jìn)適用的輸出端技術(shù)，有助于末端治理的有效性的提高。在不少情況下，即使是在循環(huán)經(jīng)濟的“終端”也可能有廢棄物排放。零排放是理想境界，也能在一定程度上實現(xiàn)，但不可能完全實現(xiàn)。先進(jìn)的末端治理技術(shù)、無害化技術(shù)有助于實現(xiàn)零污染或輕污染。筆者把根據(jù)產(chǎn)業(yè)之間的生態(tài)關(guān)系對循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)進(jìn)行整體優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)，叫做整體設(shè)計優(yōu)化技術(shù)，它包括生態(tài)產(chǎn)業(yè)園區(qū)技術(shù)集成與優(yōu)化技術(shù)、生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)；除此之外，還應(yīng)該包括關(guān)于循環(huán)經(jīng)濟建設(shè)項目的技術(shù)經(jīng)濟分析技術(shù)和環(huán)境影響評價技術(shù)，這些技術(shù)對于優(yōu)化循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)設(shè)計是不可缺少的。

第四，在實施循環(huán)經(jīng)濟的過程中，既要從技術(shù)上設(shè)計一個合理可靠的循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)，使其具有技術(shù)上的可行性和環(huán)保上的有效性；更須從經(jīng)濟角度建立健全循環(huán)經(jīng)濟各經(jīng)濟主體之間的責(zé)任落實、收益分享、風(fēng)險分擔(dān)、共同發(fā)展的機制和體制。循環(huán)經(jīng)濟系統(tǒng)是超非線性經(jīng)濟系統(tǒng)，循環(huán)經(jīng)濟實體中的各產(chǎn)業(yè)、企業(yè)或工序處于一種產(chǎn)業(yè)代謝和共生耦合的復(fù)雜關(guān)系之中，因而一個微小的漲落都有可能與系統(tǒng)內(nèi)部的非線性相互作用藕合而形成“巨漲落”¨，導(dǎo)致無法衡量的戲劇性后果。因此，建立可靠、穩(wěn)固的循環(huán)經(jīng)濟的經(jīng)濟共同體，是極其重要的。

第五，循環(huán)經(jīng)濟是低成本地實現(xiàn)環(huán)境外部性內(nèi)部化的理想方式。循環(huán)經(jīng)濟中動脈經(jīng)濟具有傳統(tǒng)主流經(jīng)濟特征，市場機制對其傳統(tǒng)資源的配置和調(diào)節(jié)是有效的。但是，循環(huán)經(jīng)濟中的靜脈經(jīng)濟卻是非傳統(tǒng)、非主流的“新生”經(jīng)濟，是市場失靈和外部性易發(fā)領(lǐng)域。雖然循環(huán)經(jīng)濟在技術(shù)上已巧妙地將環(huán)境外部性內(nèi)部化了，但由于受到傳統(tǒng)經(jīng)濟慣性和“廢物觀”的影響，在循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展初期，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟仍需要政府政策的引導(dǎo)、推動和全社會的支持。當(dāng)循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展到一定階段，“視廢為寶”的價值觀得到一定程度的普及之時，市場機制將會自發(fā)地對“廢物”資源(剩余資源)的配置發(fā)揮應(yīng)有的市場調(diào)節(jié)作用，從而整個循環(huán)經(jīng)濟就能全面融入市場經(jīng)濟體系之中。

第9篇：生物耦合技術(shù)范文

一、生物法

生物法在污水處理中應(yīng)用廣泛，能夠有效地去除BOD5、COD、氨氮、硫化物及油類，有降解污染物種類多，效率高、抗沖擊能力強、運行費用低等優(yōu)點，目前，國內(nèi)外應(yīng)用廣泛的生物處理方法主要有活性污泥法和膜生物反應(yīng)器法。

1.活性污泥法

活性污泥法為最早的生物處理法，目前煉油廠采用的活性污泥法多為好氧曝氣活性污泥法，此法對BOD5和COD的去除比較有效，但是無法除磷脫氮，而且容易出現(xiàn)污泥膨脹或者流失的現(xiàn)象，導(dǎo)致外排水的水質(zhì)不穩(wěn)定。為了達(dá)到更高的排放要求，一些新的工藝和技術(shù)被研究并應(yīng)用于生產(chǎn)中。

1.1A/O法

這種工藝是在膜法A/O工藝的基礎(chǔ)上改造而成的，主要是為了克服污水中油類在生物膜上形成油膜而影響處理效果的問題，試驗將A段改為了活性污泥系統(tǒng)，顏家保等[1]對這種工藝進(jìn)行了試驗研究，結(jié)果表明對于氨氮、COD、油類等去除較好，出水的水質(zhì)能夠滿足國家相關(guān)的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，但是當(dāng)水中的油類濃度高于22mg/L時，對消化反應(yīng)有明顯的抑制作用，因此進(jìn)水中油類濃度的高低成為這種工藝處理效果的限制因素之一。

1.2氧化溝法

采用常規(guī)的推流式鼓風(fēng)曝氣，氧化溝出水后經(jīng)消毒池消毒后進(jìn)入過濾罐過濾，處理合格后的水進(jìn)行回用，這種方法在我國也有應(yīng)用，如撫順石化公司二廠污水處理氧化溝工程，廣州石油化工總廠等。

2.膜生物反應(yīng)器法

膜生物反應(yīng)器法中發(fā)展較快且應(yīng)用較多的有生物濾池法和生物接觸氧化法。生物濾池是一種廢水處理的生物反應(yīng)器，用于廢水處理的各類微生物附著生長在上面，該工藝可以單獨用于廢水處理，也可以和其他的工藝組合處理廢水。生物接觸氧化法兼有生物膜和活性污泥法的優(yōu)點，工作穩(wěn)定、操作簡單、懸浮生長、與廢水接觸性良好。陳洪斌等[2]將懸浮調(diào)料生物接觸氧化法應(yīng)用于煉油廢水的處理中，這種工藝COD、BOD5的去除較好，而且對于油類、硫化物和酚類等污染物可以徹底去除。

二、化學(xué)法

化學(xué)法主要有高級氧化技術(shù)、電化學(xué)凝聚法和化學(xué)絮凝法。它的處理對象主要是廢水中的生物毒性物質(zhì)、難于生物降解的溶解性有機物或膠體物質(zhì)。

1.高級氧化技術(shù)

主要是通過氧化劑在催化或者非催化條件下所產(chǎn)生的自由基在一段時間內(nèi)迅速分解水中的有機污染物，特別是能夠高效分解水中的劇毒物質(zhì)氰化物和氨氮，對于酚類、醛類、鹵代烴類污染物也有極高的分解能力。目前，應(yīng)用較廣的高級氧化技術(shù)主要有 Fenton 氧化、臭氧氧化、超聲氧化和光催化氧化等技術(shù) 。高級氧化技術(shù)最顯著的特點是能夠產(chǎn)生大量而活潑的羥基自由基（?OH），并能與有機物發(fā)生反應(yīng)，生成的自由基可以繼續(xù)參加羥基自由基的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，進(jìn)一步發(fā)生氧化分解反應(yīng)直至有機物降解為二氧化碳、水和無害鹽。陳怡[3]等采用絮凝氣浮-臭氧生物活性碳串聯(lián)工藝對煉油廢水進(jìn)行深度處理。研究結(jié)果表明，工藝運行控制條件成熟可靠，具有較好的抗沖擊性能。對主要污染物如 COD、石油類等去除率可達(dá)到 80%左右，單位運行成本可控制在0.754 元/m3。

2.電化學(xué)凝聚法

利用可溶性電極（鐵電極或鋁電極）電解產(chǎn)生的陽離子與由水電離產(chǎn)生的氫氧根負(fù)離子結(jié)合生成的膠體與廢水中的污染物顆粒發(fā)生凝聚作用來達(dá)到凈化廢水的目的的一種方法。目前，國內(nèi)外使用較多的是小間隙(1mm)高流速旋轉(zhuǎn)電極裝置，普遍存在的問題是陽極易發(fā)生鈍化現(xiàn)象，雖然這方面的研究較多，但仍然沒有在根本上得到解決。 Ivonne[4]等將以鋁為電極的電化學(xué)凝聚工藝與生物吸附工藝聯(lián)合處理成分復(fù)雜的工業(yè)含鹽廢水。結(jié)果顯示，在最優(yōu)操作條件（pH 值為 8，電流密度為 45.45 A/m2）下，CODcr 去除率達(dá) 84%，BOD 去除率達(dá) 78%，色度和濁度去除率分別達(dá)到 97%、98%。

3.化學(xué)絮凝法

化學(xué)絮凝法是向廢水中投加絮凝劑，通過絮凝和凝聚作用產(chǎn)生的絮狀體帶走水體中懸浮物、膠體等污染物，實現(xiàn)去除水中污染物、凈化水質(zhì)的目的。郭亞妮[9]等采用聚硅酸硫酸鋁絮凝劑處理煉油廢水，并與傳統(tǒng)使用的 PAC進(jìn)行絮凝比較。結(jié)果表明，PASS 效果優(yōu)于 PAC，煉油廢水經(jīng)過絮凝-砂濾處理后，出水 pH、COD、石油類物質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

三、物化法

利用物理化學(xué)的原理和化工單元操作去除水中的雜質(zhì)。既能處理雜質(zhì)濃度低的污水，也能處理雜質(zhì)濃度很高的污水，通常作為廢水的深度處理技術(shù)。物理化學(xué)法深度處理含鹽廢水的技術(shù)主要有膜分離技術(shù)（電滲析、反滲透、膜蒸餾技術(shù)）和吸附法等。

1.膜分離技術(shù)

主要用于煉油廢水的脫油、去除懸浮物或者除鹽，能夠有效地脫除廢水中色度、臭味，去除多種離子、有機物和微生物，出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，但是需要投資大，污水處理量小。

2.吸附法

主要是利用了多孔性固體（稱為吸附劑）吸附廢水中一種或幾種污染物（稱為吸附質(zhì)），以回收或去除某些污染物，從而使廢水得到凈化的方法。常用的吸附劑有活性炭與大孔吸附樹脂等。吸附法的主要優(yōu)點在于廢水處理程度高，出水水質(zhì)比較穩(wěn)定，處理后水中的 BOD、COD、SS 等通常都很低，如果輔以其他處理措施，可以達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。缺點是投資和處理費用高。Abe[5]指出在煉油廢水經(jīng) API 隔油池-壓力浮選-砂濾處理后，再以活性炭吸附，對于污染物的去除有良好的效果。

四、組合法

在實際處理中，運用單一的方法往往效果不好，近年來，發(fā)展了一些生物、化學(xué)及物化方法之間相互組合的方法，得到了良好的處理廢水的效果。

1.生物活性炭法

這種方法既有很高的吸附性能，又能利用微生物的分解作用去除被吸附的物質(zhì)，提高活性炭的使用周期，降低水處理的成本。劉鐵民等[6]對撫順石化分公司石油二廠污水處理場出水采用 PAC、PAM 絮凝沉淀池精濾器臭氧氧化活性炭塔除氨器工藝進(jìn)行深度處理，出水油、CODMn、NH3-N、懸浮物分別在 0.15 mg/L、2.13 mg/L、0.20 mg/L、7mg/L。

2.電-生物耦合技術(shù)

硝基苯類、 鹵代酚、 鹵代烴、 還原染料等都是重要的工業(yè)原料或產(chǎn)品, 但它們都很難被微生物所降解。以前這類廢水的處理一直是企業(yè)面臨的一項難題。中國科學(xué)院過程工程研究所經(jīng)過深入研究發(fā)明了電- 生物耦合技術(shù), 利用電催化反應(yīng)將水中難降解有機物催化還原(或氧化 )成生物易降解的有機分子,微生物則在同一個反應(yīng)器中同時將它們徹底去除。以含硝基苯質(zhì)量濃度為 100 mg /L的廢水為例, 經(jīng)過 10h的處理,硝基苯去除率大于 98%，COD去除率大于 90%,出水達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)[7]。

3.絮凝-磁分離技術(shù)

這種技術(shù)是化學(xué)絮凝法和磁分離技術(shù)的相互結(jié)合，是在傳統(tǒng)的絮凝工藝基礎(chǔ)上加入磁粉，形成絮凝核心強化了絮凝的效果，提高了絮凝體的密實性，大大加快了絮體的沉降速度。魯風(fēng)芹等[8]采用了這種技術(shù)對煉油中的含鹽廢水進(jìn)行了處理和研究，研究發(fā)現(xiàn)鹽的最高去除率可以達(dá)到 56 % ,CODcr濃度由 120 mg/L降到 54 mg /L，能夠滿足外排廢水的新排放標(biāo)準(zhǔn)要求。這種技術(shù)具有處理能力大、效率高占地面積小、能量消耗少、設(shè)備簡單緊湊等一系列優(yōu)點。

五、展望

綜上所述，目前國內(nèi)外學(xué)者對煉油廢水深度處理作了比較多的研究。但由于處理技術(shù)的局限性、經(jīng)濟性和穩(wěn)定性的限制，影響了其工業(yè)化應(yīng)用。就目前研究成果來看，煉油廢水的處理可能在以下幾個方面有良好的發(fā)展前景：

1.將膜技術(shù)和微生物技術(shù)結(jié)合起來在含油廢水處理方面有著廣闊的應(yīng)用前景

2.尋求更加經(jīng)濟、簡單、處理時間短的技術(shù)解決當(dāng)前臭氧氧化、厭氧生物濾池、電解氧化的不足，提高處理效果

3.高效菌群選育及生物強化技術(shù)的應(yīng)用

參考文獻(xiàn)：

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[2]陳洪斌，龐小東，李建忠等.懸浮填料生物接觸氧化法處理煉油廢水明[J].中國給水排水，2002,.18(9):42一44.

[3]陳怡,盧建國.混凝氣浮-臭氧生物活性碳串聯(lián)工藝深度處理煉油廢水的應(yīng)用研究[J].石油化工環(huán)境保護(hù),2005,28（2）:7-11

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[6]劉鐵民,王鐵漢,王春芝,等.臭氧―活性炭技術(shù)在煉油廠污水深度處理及回用中的應(yīng)用[J].遼寧城鄉(xiāng)環(huán)境科技,2003,23(4): 43- 44.