工业生态系统综述

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1、工业生态系统综述摘 要：本文分析了工业生态系统的基本特征及核心内容， 阐述了工业生态系统 建设的基础、原则及其对策。关键词 ：工业生态系统；生态效率；对策一、工业生态系统的特征传统的工业经济活动是一种从环境中调入原材料 而将大量多余的副产品以废 物的形式排放到环境中去 的开放体系，无法实现环境与经济的协调发展。针对 这 种开放的经济活动及其对自然环境的影响， 工业生态学 家通过比拟生物新陈 代谢过程和生态系统的结构与功 能 * 特别是物质流与能量流运动规律 +，提出了 工业生态 系统。工业生态系统是指在一定的区域或范围内， 由制 造业企业和服 务业企业组成，通过企业间物质循环和能 量流动的功能

2、流 * 物质流、能量流、 信息流和价值流 + 相 互作用、相互联系而形成的生态工业体系。 即把工业经 济 活动视为一种类似于自然生态系统的循环体系，其中 一个企业产生的废物 * 或 副产品 + 作为下一个企业的“营 养物” * 原料+，形成企业“群落”工业链。因 此可以说， 工业生态系统是一个循环体系， 其物质流与能量流可多 层次循环利 用，而使工业生态系统的熵值不断减少，遵 循耗散结构原理，达到系统良性循 环。 生态工业是一种根据工业生态学基本原理建立的、 符合生态系统环境承载 力、物质和能量高效组合利用， 以及工业生态功能稳定协调的新型工业组合。 工业生态 系统具有以下特性： 1. 物质循

3、环和能量流动 工业生态系统把经济活动组织成 “资源产品再 生资源”物质反复循环流动 过程，实现物质闭路循环和 能量多级利用。一个企业产生的废物经过处理总可 以找 到合适的去处，即工业生态系统通过建立 “生产者消 费者分解者” 的“工业链”，形成互利共生网络，使物质循环和能量流动畅通，物质和能量充 分利用。整个工业 生态系统基本上不产生废物或只产生很少的废物， 实现 工业 废物“低排放”甚至“零排放” 。但工业生态系统要维 持稳定和有序，需要外部 生态系统输入物质和能量。2. 企业动态演化 工业生态系统 “ 工业群落”中的企业都有一个 “ 生存 期” ，每个企业都遵 循或服从“ 适者生存”和“

4、优胜劣汰”的 进化法则。企业在工业生态系统中 生存时间的长短取决于 社会的各种限制因素、企业的生存能力以及同社会环境 的 适应性等方面因素的叠加作用。 在市场经济体制下， 企业 可通过购买或出让 排污权而自由进入或退出工业“ 生态系 统” ：当企业的经济实力、生产技术 水平、治污工艺水平等 处于落后状态时，在总量控制目标下，即将按 “ 逆行 演替” 退出该工业生态系统；反之，当一个企业的经济实力、生产 技术水平、 治污工艺水平等处于先进状态时，它可通过购 买排污权， 按“ 顺行演替” 进 入该工业生态系统。3. 工业生态系统的脆弱性在工业生态系统中， 任何一个企业生产经营状况都会 干扰与其相互

5、联系的企 业。如果一家企业的原料来源主要 是另一家企业产生的废料，那么当提供废料 的企业因无法 预料的偶发因素而影响到生产并因此无法提供足够的或 质量无 法保证的废料时， 这家企业就会陷于瘫痪。 这种 企业间联系渠道的单一性， 导 致工业生态系统的脆弱性。 所以，工业生态系统要维持稳定，企业就要随时寻 找自己 的原料被利用的可能性以及用其他厂家废料作为原料的 可能性， 并保 证这种可能性变成现实且能持续运行。4. 工业生态系统的双重性 工业生态系统的双重性是指工业生态系统不仅受 到生态学规律的约束，同时还 要受到市场经济规律的制 约。一个生态学上合理而经济学上不合理的工业生态 系 统是无法生存

6、的， 市场调节对工业生态系统中的企业的 荣衰与成败以及整个 系统的稳定性起着决定性的作 用。所以，一个稳定运行的工业生态系统必然具 有经济 学原理和生态学原理相结合的完美性。 为此，人的主动 性在提高工业生 态系统运行效率方面应发挥积极作 用。运用当代环境伦理道德观使企业在保证 整个工业生 态系统的生态效率的前提下追求经济效益， 决不能仅仅 只为追求本 企业的经济效益而损害系统的整体利益。二、工业生态系统核心内容1. 生态效率 工业生态系统研究的核心问题之一是，如何应用系统 核心理论和方法提高工业 生态系统生态效率。生态效率是 指在提供有价格竞争优势的、满足人类需求和 保证生活质 量的产品和服

7、务的同时， 逐步降低产品和服务生命周期的 生态影响 和资源强度。生态效率是一个技术与管理概念， 关注最大限度提高能源和物料 投入，以降低单位产品的资 源消耗和污染物排放，实现物质和能源利用效率的 最大化 和废物产量的最小化， 并提高效率、 降低费用和增强竞争 力。其主要研 究内容是物质集成和能量集成。(1) 物质集成：工业生态系统的物质集成既要研究单 个企业从原料到产品的一 个或多个生产过程的物质集成， 实现环境与经济综合优化目标；又要研究多个 企业间的物 质集成，即研究一个企业产生的废物如何作为另一个企业 的原料， 在各企业间实现物质最大程度利用，达到工业生 态系统对外的“ 零排放” 。 为

8、此，需要对各企业内部的各个 生产过程进行物质转化集成研究，采用环境友 好的反应路 径、集成方法和反应器网络综合方法， 实现废物在各生产 环节最大 程度的循环利用。(2) 能量集成： 工业生态系统的能量集成是研究工 业生态系统内能量的有效利 用，不仅包括企业内部各个 生产过程的能量有效利用以及各个生产过程的能量 传 递，还包括各企业间能量的高效交换， 即一个企业多余 的能量如何作为另一 个企业的热源加以利用。2. 支撑技术体系工业生态系统的健康有序发展，除了要培育好成 熟、完善的市场机制外， 还需要一系列的绿色技术体系 来支撑。绿色技术主要包括预防污染的减废或无 废工艺 技术和绿色产品技术，同时

9、包括必要的治理污染的末端 技术，主要有： (1)清洁生产和生命周期分析技术。这是绿色技术体系的核心，清洁生产技术 包括清洁生产和清洁的产品，不 仅要实现生产过程的无污染或少污染，而且生 产出来的产 品在使用和最终报废处理过程中不会对环境造成损害。 对 工业生态 系统内各企业的产品及其生产过程进行生命周 期分析，包括从原料、工艺、产 品到消费回收等工业生态全 过程的环境影响分析。研究如何应用有限的、不确 定的数 据，方便地做出客观的生命周期评价， 以及工业生态过程 的物质和能量 平衡、 工业生态指标体系的建立等。( 2)废物资源化技术。 研究和开发废物资源化工艺， 进行环境友好的工艺替代， 如原

10、料、催化剂的无害化技 术、产品可降解技术、材料生产中的“非物质化”技术等。（ 3）污染治理技术。 即传统意义上的环境工程技术， 其特点是不改变生产系统 或工艺程序，只在生产过程的 末端通过净化废物实现污染控制。（ 4）再循环和重复利用技术。 这是工业生态系统重 要的技术载体， 包括资源重 复利用技术、能源综合利用 技术、废物回收综合利用技术、产品替代技术等。 如进行 水的重复利用技术研究， 尽量减少对水的需求和最大限 度减少进入水处 理系统和生态系统的废水量。同时研究 能源替代和物质回收技术，围绕企业废 物和副产品开发 重复利用的新工艺使工业生态系统提高交换废物与材 料的能 力，主要是研究如何

11、把废物变成可用于其它企业 +或用途 , 的转化和分离技术。（ 5）信息管理和决策支持技术。 工业生态系统的建 立和完善需要大量的信息支 持，如企业的生产、经营状 况、市场信息、新的可利用的清洁生产工艺等。为 此，应 利用互联网技术， 将这些信息有序地组织和建立一个信 息管理系统， 并 在此基础上进一步建立工业生态系统仿 真和决策支持，对系统内不同成员间的 物流和能流组合 进行研究， 对整个系统的生态技术做出估计， 并进行环 境经济 多目标规划。（6）制度创新技术。 研究可促进生态工业系统的创 新制度，即如何在市场规则、 财务制度、法律法规方面做 出相应的调整，可以使生态工业思想贯穿于整个生 产

12、和生活 , 过程。三、工业生态系统建设的原则、基础和对策1. 原则企业共生原则：仿照自然生态系统食物链和食 物网，使一家企业的废物 （输 出） 变成另一家企业的原材料（输入） , 形成 “共生工业链”，实现系统物质流 和能量 流综合协同的封闭循环。环境优化原则：通过对工业生态系统的物流和 能源分析，运用生命周期理 论进行评估，达到降低生产成本和降低消费过程资源和能源的消耗及减少污染物 的产生和排放。积极采用清洁生产技术、无害或低害的 新工艺、新技术，大力 降低原材料和能源消耗，尽可能把 环境污染排放消除在生产过程中，从而实现 少投入、高 产出、低污染。协调发展原则：工业生态系统应充分体现经济和

13、环 境协调发展以及环境促 进经济发展的思想，把结构性污染 治理和产业结构调整结合起来；把削减粗放 型生产模式产 生的大量污染和促进企业采用高新技术改造传统行业结合 起来； 把控制小规模企业生产的大量污染和推动企业资产 重组结合起来； 把生态建设 和推动经济活动结合起来。 , 基础 *!+ 健全的环保产业体系： 要有一种以上 的环保出 口产品，且该产品生产达到相当大的规模， 至少有一家 其它企业利用 该出口产品的主要废物。需要一家或多家 专门的卫星企业，以使第一层次出口 产品的废物转化成 有用原材料，并转化成可上市商品或其它二次投入或供 处置 的最终废物。先进的绿色技术体系：清洁生产和生命周期分

14、 析技术；废物资源化技术； 污染治理技术；再循环和重复 利用技术；信息管理和决策支持技术；制度创新 技术。 建立一种可靠的组织机构和运行机制， 以确保 各参与企业之间技术经济 层面上的长期密切合作。2. 对策（1）建立工业生态系统技术支撑体系 许多工业生态链和闭路循环系统的建立都需要经济合理的技术支撑。 企业权 衡回收和利用副产品和废物 发生的费用与购买新原料和简单处置废物发生的费 用， 一旦后者的费用低于前者的费用， 企业就会选择购买新 原材料和简单处置 废物。因此，首先要借助现代高新技 术，对一些关键的资源回收利用技术、生 态无害化技术、 循环物质性能稳定技术以及闭路循环技术进行攻关， 提

15、 高这些 生态技术的可得性和经济合理性。 ! 建立物质闭路循环，促进污染零排放 在产 品的 设计过程建立体现工业生态系统自然循环的理念物质的闭路循环。这种 闭路循环从技术经济合理的角度是 有限度的，因为工业闭路循环的物质性能具 有螺旋型递 减的规律，所以会降低产品的质量。 且过高的闭路循环会 显著增加 企业的生产成本，降低企业产品的市场竞争 力。这就要求寻找材料高新技术， 使物质成分和性能在多 次循环利用过程中保持稳定状态。 工业生态系统的最高 目标是使所有物质都能循环利 用，而向环境中排放的污染物极小，甚至为零排 放。从环境友好的角度，要求企业的能源和物质全部做到物尽其 用，要建立一 个企业

16、内部的资源回收环节，以满足资源回 收，对生产过程中产生的所有的产 出物进行循环利用。 重新利用废物资源 有步骤地回收利用生产和消 费过程中 产生的废弃物或副产品，是工业生态学得以产生 和发展的最直接的动因，这是 一种工业生态链的行为。相 对污染零排放和闭路循环利用而言，资源重新利用 在技术 上比较容易解决， 这也是工业生态系统建设的核心措施。( 2)积极开展生态工业园区示范点建设，加强生态 工业园区的生态管理 通过 开展生态工业园区试点取得经验，是建立我国 生态工业体系的重要步骤。一是 选择典型企业和大型企 业进行单个企业的生态工业试点，主要通过产品生态设 计、污染零排放、清洁生产等措施进行；二是选择一批现 有的工业园区，根据 工业生态学原理进行生态结构改造， 建立废物交换系统、企业间的闭路循环和 生态链，以及虚 拟生态工业园， 基本实现园区的污染零排放； 三是选择一 批准 备或正在建设的工业园区， 按照工业生态学的原理 进行规划和设计， 起到生态 工业