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物质循环的理论解析

【摘要】:通过对比图2.2和图2.3可知,物质循环延长了产业链条,增加了回收再利用阶段,从而改变了废弃物直接排放的模式,使可利用资源重新回到生产或消费过程,减少自然资源的开采量和废弃物的处理量。图2.2物质单向流动过程图2.3物质循环过程清洁生产的概念在于“过程”控制。

图2.1 物质闭合循环系统

资料来源:汝宜红.资源管理学[M].北京:中国铁道出版社,2001:1-6.

物质循环理论是研究清洁生产实施的重要理论基础。何强等(2004)从生态学的角度定义物质循环,称为自然生态系统的所有物质,借助自然能量的流动,不断从自然界获取并整合成新物质,以及不停分解为原始的简单物质用于重新利用的两个同步过程,进行着持续的物质循环。汝宜红(2001)从人工生态系统的角度指出物质循环也称为物质资源循环,是指系统内不同形态的资源之间循环转化的过程,如图2.1所示。这里,“资源”一词,狭义上仅指自然资源,而广义上则包含了自然资源、产品资源、废弃物和再生资源,其中废弃物定向转化为再生资源是实现物质循环的重要环节。根据循环方式不同,物质循环包括两类:

(1)过程循环。通过提高资源利用效率和直接再使用的方式,降低资源和能源在生产中的消耗,这种方式不仅减少了废弃物排放,而且可以提高经济效益。

(2)终端循环。通过回收和再加工环节对废弃物进行多次循环利用,实现排放最小化和再生资源利用的最大化。

赵一平等(2006)针对传统的物质循环模式提出了广义的物质循环模型应该以提高资源利用率为核心,通过全过程的“减量化、再使用、再循环”实现从源头减少废弃物的产生,包含了资源采选、生产、消费和消费后四个环节。循环经济的实现方式主要借助于物质的循环,实现了资源单向、线性的一次性利用方式向循环、闭合的重复利用方式转变。通过对比图2.2和图2.3可知,物质循环延长了产业链条,增加了回收再利用阶段,从而改变了废弃物直接排放的模式,使可利用资源重新回到生产或消费过程,减少自然资源的开采量和废弃物的处理量。

图2.2 物质单向流动过程

图2.3 物质循环过程

清洁生产的概念在于“过程”控制。所有的过程都伴随着物质流向和数量的转变,而环境影响是由整个生命周期中所有物质的流向和流量所决定的(陈效逑等,2003)。环境问题产生的根源是物质代谢的规模,代谢规模越大,人类对环境的扰动范围和程度就越大,造成的环境损害也越大。社会经济系统的物质吞吐量、物质的构成、排放方式和排放速率,在一定程度上可以作为表征社会代谢的指标。因此,清洁生产的实施对象应该是这种闭合的循环过程,并通过分析建筑与自然的关系以及建筑内部各要素的相互制约,来实现清洁生产目标。

物质循环理论在建筑工程全生命周期的体现是再利用阶段对建筑工程清洁生产实施的重要性。建筑循环再利用阶段,就是让建筑元素重新进入建筑的生命周期,实现可持续发展。以往的大量研究中所提及的建筑生命周期只考虑到报废、拆除处理阶段为止(张丽等,2005;刘猛等,2009)。这是不全面的。随着建筑垃圾产生量的与日俱增,国内外建筑企业逐渐开始重视建筑垃圾的再利用。建筑垃圾再利用是指采用科学手段,使建筑垃圾有再生资源的功能。而建筑垃圾是指建筑物的建设、维修、拆除过程中所产生的非建筑产品的排出物。建筑垃圾可能造成的环境危害有占用土地、破坏土壤、污染水体、污染空气、影响市容等。

循环再生的过程包含两个部分:材料循环再生和构件循环再生(师帅等,2011)。循环再生可以实现自然资源的可持续利用和建筑的可持续发展。从生态经济系统的角度看,废弃物被认为是“放错了位置的资源”。回收利用以生产新型建材,是建筑垃圾资源化的主要实现方式之一。因此,建筑垃圾再利用是今后建筑垃圾处理的必经之路,且已经被认为是建筑生命周期不可缺少的阶段。

图2.4 建筑生命周期中的再利用阶段

建筑可持续再利用可以归纳为建筑材料、建筑配构件、建筑空间和外部环境四个层级。前两个层级主要针对物质(本书的研究对象),后两个层级主要针对空间。参考发达国家关于建筑副产品再利用的案例(黄宗益等,2002;李南,2009),本书分析了建筑垃圾再利用过程,如图2.4所示,建筑垃圾经过再利用阶段可以分解为再生资源与废弃物,部分再生资源可以直接作为原料进行重复再利用,如建筑构件;而大部分再生资源要经过处理后作为建筑原材料进行循环利用。从再利用的角度看,废弃物包括了经过处理后可再生利用并作为原材料的物质和不能作为原材料使用的物质。前者可以重新进入建筑生命周期,而后者作为污染物向环境排放。由此我们可以看出,再利用阶段的目的是尽量增加可以重新进入建筑全生命周期的物质量,减少向环境排放的无用物质(即不能再进入建筑生命周期)。

建筑生命周期的再利用环节不仅可以缓解环境的压力,而且可以减少建筑原料的开采量,节约建筑成本,从而实现环境和经济的可持续发展。完整的建筑生命周期不仅要考虑建筑垃圾的处理阶段,更应该包含垃圾再利用环节。要减少生产过程对环境的影响,废物的回收利用是一个不得不考虑的指标。将可回收利用的相关原辅料及废物进行充分再利用,是实施清洁生产的重要措施。