（环境工程专业论文）生态工业园的规划设计与评价.pdf

摘要 污染与发展之间日益尖锐的矛盾早在几十年前就已引起了人们的重视，但如何 解决这一矛盾一直是萦绕在人们乃至环保专业人士心中的难题。近几十年，对这一 矛盾的解决主要还是停留在废物的末端治理上，但从长远看，这种方法只是将废物 从一种形式转化成了另一种形式，该废物并没有从地球上消失，也很少被重新利用 进入新的流程，所以这种方法是治标不治本的。况且，多数企业考虑到自身的经济 利益，在环保上的投资仅仅是为了通过国家的环境标准，而不是积极自愿的参与， 更有甚者，一些企业的废物处理装置仅仅是一种摆设，只是应付环境管理部门的一 种手段和工具。显然要想让企业积极主动参与，就必须在保护环境的同时增加企业 利润。那么，我们如何在增加企业利润的同时保护环境持续健康发展呢? 生态工业 概念的提出给了我们一个相对比较完美的解决方案，而工业生态学的一个最重要的 实践就是生态工业园。 本文按照生态工业园的建立、评价、发展、改进的顺序统筹全文，即按照生态 工业园的规划设计、生态工业园所带来的效益分析、生态工业园综合能力的评价及 研究、生态工业园活力的评价及研究的顺序安排全文。 第一章简单回顾了生态工业的发展背景，叙述了生态工业学的概念、研究内容 和研究方法，并对其在工业体系中的应用进行了初步探讨，讲述了工业生态学的发 展存在的问题。 工业生态学的一个最重要实践就是生态工业园。第二章论述了生态工业园在国 内外的现状与发展，针对我国的一些具体情况，在本章最后笔者对生态工业园在我 国的发展提出了五点建议。 第三章以上海地区为例，比较详细的叙述了生态工业园规划设计的思路和步 骤，并建立了虚拟的生态工业示范园。 第四章以第三章的虚拟生态工业示范园为例，对生态工业园的效益评估进行了 详细的研究与探讨。 第五章针对始终没能得以解决的如何评价生态工业园的综合能力问题展开了 探讨，本文从经济效益、环境效益、社会效益三方面入手建立了生态工业园综合能 力的评价模型，并具体介绍了评价模型的使用方法，从而使各生态工业园的综合能 力得以评价。其中，笔者还提出了生态工业园柔性的概念。 由于我国的生态工业园尚处于起步阶段，没有太多的经验可以借鉴，因此如何 科学地管理运营生态1 业园是对我国政府和生态工业园管理人员的一个重要挑战， 要想科学地运营、管理生态工业园，首先要了解生态工业园的发展现状和制约生态 工业园发展的重要因素，从而通过政府和生态工业园管理部门对这些制约因素的不 断调节与改进促进生态工业园的健康持续发展。为此，第六章在对生态工业园的构 成要素充分研究及调研的基础上笔者提出了生态工业园活力的概念，建立了生态工 业园活力评价指标体系，在评价方法上运用了层次分析法( a h p ) ，该方法便于政 府和生态工业园管理人员进行决策，从而不断地对生态工业园进行改进。 关键词：工业生态学生态工业园综合能力柔性活力 d e s i g na n d e v a l u a t i o no fe c o - i n d u s t r i a l p a r k s ( e i p ) a b s t r a c t t h ec o n t r a d i c t i o nb e t w e e np o l l u t i o na n dd e v e l o p m e n ta r o u s e dp e o p l e sa t t e n t i o n d e c a d e sa g o ，b u th o wt os e t t l et h ec o n t r a d i c t i o nh a sa l w a y sb e e nad i f f i c u l tp r o b l e mf o r p e o p l e ，e s p e c i a l l yt h ee n v i r o n m e n t a l i s t s i nt h ep a s ty e a r s ，t h es e t t l e m e n tt ot h ep r o b l e m h a sb e e nm o s t l yb o t t o md i s p o s u r e ：t h em e a n so n l yt r a n s f o r m sw a s t ef r o mo n ef o r mt o a n o t h e r , a n dt h ew a s t ed o e s n td i s a p p e a rf r o m t h ee a r t ho ri sr e u s e di nt h en e w f l o w , t h u s t h i sc a n tr e s o l v et h ep r o b l e mu l t i m a t e l y m o r e o v e r ，t h i n k i n go v e rt h e i ro w ne c o n o m i c p r o f i t ，m a n yc o r p o r a t i o n sa r ej u s tt op a s st h ee n v i r o n m e n t a lc r i t e r i o nb u tn o tt ot a k ep a r t i n a c t i v e l l y f u r t h e r m o r e ，t h e w a s t e d i s p o s a l s o fs e v e r a l c o r p o r a t i o n s a r e o n l y o f o r n a m e n t sa n dm e a n st ot a c k l em a n a g e m e n td e p a r t m e n to fe n v i r o n m e n t o b v i o u s l y , f o r t h e c o r p o r a t i o n s a c t i v ea t t e n t i o n ，w em u s ti n c r e a s e c o r p o r a t i o n sp r o f i t a sw e l la s p r o t e c t i n ge n v i r o n m e n t t h e nh o w t od oi t ? t h ei n d u s t r i a le c o l o g yc o n c e p tp r o v i d e sa w e l lr e s o l u t i o n w h i l e ，o n em o s t i m p o r t a n tp r a c t i c eo f i n d u s t r i a le c o l o g y i se i r t h e p a p e rn a r r a t e si no r d e ro fb u i l d i n g ，a p p r a i s i n g ，d e v e l o p i n ga n da m e l i o r a t i n go f e i p , n a m e l y , t h el a y o u to fe i p ，t h eb e n e f i ta n a l y s i so fe i p ，t h ei n t e g r a t e dc a p a b i l i t y a p p r a i s e m e n t ，t h ee n e r g ya p p r a i s e m e n ta n ds t u d ya b o u te i r c h a p t e r ir e v i e w sb r i e f l yt h eb a c k g r o u n do fe i p sd e v e l o p m e n t ，t h ec o n c e p t ，s t u d y c o n t e n t sa n ds t u d ym e t h o d o l o g yo fe i p , t h e ni n t r o d u c e st h ea p p l i c a t i o no fe i pi n i n d u s t r i a ls y s t e m sa n dt h ee x i s t i n gi s s u e sa b o u te i p sd e v e l o p m e n t e i pi sam o s ti m p o r t a n tp r a c t i c eo fi n d u s t r i a le c o l o g y c h a p t e ri ir e l a t e sp r a c t i c e a n dd e v e l o p m e n to fe i pb o t ha b r o a da n dh o m e a tl a s t ，t h ew r i t e rp u tf o r w a r d st of i v e s u g g e s t i o n s t ot h ed e v e l o p m e n to fe i pa th o m e c h a p t e ri i i t a k e ss h a n g h a ir e g i o na sa l le x a m p l ea n dr e l a t e si nd e t a i lt h o u g h t sa n d s t e p so f e i p sd e s i g na n de s t a b l i s h m e n t c h a p t e ri v c a l c u l a t e sa n ds t u d i e st h eb e n e f i t so fe i pi nc h a p t e ri i i c h a p t e r vs t u d i e st h ei n t e g r a t e dc a p a b i l i t yo fe i p , u pt on o w , h a s n tb e e nf u l l y d e a l tw i t h t h i sp a p e re s t a b l i s h e sa ni n t e g r a t e dc a p a b i l i t ya s s e s s m e n tm o d e lo ft h ee i p f r o mt h r e ea s p e c t s ：e c o n o m i cb e n e f i t s ，e n v i r o n m e n t a lb e n e f i t s ，a n ds o c i a lb e n e f i t s a n d i n t r o d u c e st h em e t h o d o l o g yt ou s ea b o u tt h em o d e l i na d d i t i o n ，t h ew r i t e rp u t sf o r w a r d t h ec o n c e p ta b o u te i p sf l e x i b i t y a sc h i n a se i ps t u d yi si ni t si a i t i a ls t a g e t h e r e8 r eh a r d l ya n y e x p e r i e n c e st or e f e r t o s oh o wt om a n a g ea n dr u ne i pi sag r a t ec h a l l e n g et om a n a g e r so fe i r7 f or u na n d m a n a g ee i ps c i e n t i f i c a l l y , a tf i r s t ，w es h o u l da tf i r s tb ea c q u a i n t e dw i t ht h ep r a c t i c ea n d d e v e l o p m e n to fe i pa n dt h ei m p o r t a n tf a c t o r s t h a tl i m i te i p s d e v e l o p m e n t ，t h e n g o v e r n m e n t a n d m a n a g e r s o fe i ps h o u l da d j u s ta n da m e l i o r a t et h e s ef a c t o r sc o n s t a n t l yt o a c h i e v ee i p sl a s t i n ga n df i n ed e v e l o p m e n t c h a p t e rv i e x p a t i a t e su p o n t h em e a n i n go f e n e r g y o nt h eb a s i so f s t u d y i n ga n dl o o k i n gi n t oe i p , a n db u i l d sg u i d e l i n es y s t e m so fe i p , b yi n t r o d u c i n ga h p a sa ne s t i m a t em e t h o d ；t h em e t h o di sp r o p i t i o u sf o rt h eg o v e r n m e n t a n dm a n a g e r so fe i pt om a k e d e c i s i o n s ，a n dt oi m p r o v ee i pc o n t i n u o u s l y w a n g y y a n l i ( c o l l e g eo f e n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n d e n g i n e r i n g ) s u p e r v i s e db y z h o um e i h u a k e yw o r d s ：i n d u s t r i a le c o l o g y ；e c o i n d u s t r i a lp a r k ；i n t e g r a t e dc a p a b i l i t y ；f l e x i b i t y e n e r g y 附件一： 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在 导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本 人亲自撰写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 每寺包积 日期：知哆年阁月珂同 附件二： 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权 东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 学位论文作者签名 保密口，在年解密后适用本版权书。 不保密呼 尊担j i l 日期：x 噼胡矽日 指导教师签名： 日期：一；年仁月；o 日 哗 习 彖华大学碗i 学位论文生态1 4 目的规划设计与评价 h u舌 随着人类社会的发展，特别是工业化水平的提高，污染和发展之间的矛盾日益尖 锐，如何解决二者之间的矛盾，这已成为一个全球性的课题，也是一个困扰各国政府 和科学家的难题。人们一直试图从理论上和技术上寻找解决这一问题的方法。起初， 各国政府试图通过法律制度限制废物的产生，这在一定程度上起了定的作用，但就 企业本身而言，他们关注最多的往往是利润而不是环境，因而，他们不愿在环保上大 量投资，更有甚者，环保设施形同虚设，只是作为蒙蔽政府的一种手段。因此，要想 让企业积极投身于环保中来，就必须在保护环境的同时增加企业利润。最初主要是利 用清洁生产，但清洁生产本身并不是一个具体的解决问题的技术手段，而只是一种改 善现有生产工艺和产品的战略。目前的大部分实践主要关注于具体生产工艺过程的控 制，即局限于某一工艺过程，而不考虑不同生产系统之间的连接，因此只能解决局部 问题，而对日益紧迫的全球性、地区性重大环境影响的缓解则显得力不从心。清洁生 产的一个理论基础是废物最小化。这在解决具体工艺、产品上取得了较好的效果。但 要从一个地区，一个部门来看，常常要实现废物最小化，在技术上要求较高，在经济 上投入较大，而且在其维持上也存在着诸多的困难。废物资源化、循环利用的思想在 清洁生产中还没有得到很好的应用。清洁生产关注的主要是生产过程，而实际上很多 生态环境问题是与产品的使用和消费相关的。必须将生产与消费结合起来才能从整体 上改善环境。清洁生产的战略主要是面向企业和工艺，对于推动整个产业界走向可持 续发展，为人类提供对环境友好的产品和服务还缺乏足够的推动力。清洁生产关注生 产过程，主要是产品的制造过程，极少跟踪考虑原材料的采掘过程。而目前的环境 问题不仅仅是环境污染问题，自然资源，尤其是不可更新的资源的紧张压力越来越大。 而且很多污染问题也直接来源于原材料的采掘过程。 正是由于清洁生产存在着上述先天的不足，因此，从清洁生产逐步转化到了生态 工业。生态工业是按生态经济原理和知识经济规律组织起来的基于生态系统承载能 力、具有高效的经济过程以及和谐的生态系统功能的网络型工业。而工业生态学是指 用生态学的理论和方法来研究工业生产的一门新兴学科，它把工业生产视为一种类似 于自然生态系统的封闭体系，其中一个单元产生的“废物”或副产品是另一个单元的 “营养物”和投入原料。这样，区域内彼此靠近的工业企业就可以形成一个相互依存， 类似于生态食物链过程的“工业生态系统”。生态工业的一个重要实践就是生态工业 一- 东华大学硕士学位论文 l 态z m 目自m 口镕* 与* 园的建立。通常通过对一定地域空间内不同工业企业间，以及工业企业、居民以及自 然生态系统之问的物质，能源的输入与输出进行优化，从而在浚地域内对物质与能量 进行综合平衡，形成内部资源、能源高效利用，外部废物最小化排放的可持续的地域 综合体，即“生态工业园”。 利用生态工业的理论和思想来规划和运行工业园区可以带来环境和经济的双重 利润，提高园区企业的竞争能力，有利于园区的可持续发展。推而广之，如果我们将 此理论应用于整个社会，形成工业、农业、林业等各行业的闭路循环，那么，世界上 就再也没有废物可言。而且，既节省了处理废弃物的费用又节省了购买原材料的费用， 前景可观。 在国外生态工业园已经有了近十年的历史，至今已取得了很大的进展。自1 9 9 3 年起，在美国已经有了生态工业圆的实验基地，美国可持续发展总统委员会还专门设 立了一个“生态工业园区特别工作组”。截至2 0 0 1 年上半年，美国至少有4 0 个社区建 立了生态工业园项目。在日本，生态工业方法引起了领导人的高度重视，到目前为止 至少有6 0 个生态工业园项目在运行和开发，其中包括正在规划和考虑的项目。在1 9 9 5 年开始，生态工业园项目已在加拿大安大略省多伦多的波特兰工业区展开，据最新研 究，加拿大4 0 个工业区中有9 个被认为具备很强的生态工业园发展的可能性。 而在国内，尽管也建立了一些生态工业园区，而且政府和越来越多的高校及科研 单位对此产生了极大的兴趣，但到目前为止，对其实质性的、系统性的研究仍然较少， 尤其是对生态工业园现状和发展评价方面的研究几乎还处于零。 有鉴于此，且考虑到研究的系统性，本文从虚拟生态工业园的规划设计入手，详 细叙述了生态工业园的规划设计和效益分析，并针对生态工业园的现状和发展从综合 能力和活力两方面建立了其评价模型并对其进行了研究，从而期望为我国生态工业园 的规划设计和评价提供一定的参考依据。 2 一 东华大学硕士学位论文生态i m 目的规t ”与* 价 第一章生态工业的发展背景 至今，在环境治理上主要经历了三种不同层次，即末端治理、清洁生产和生态工 业。末端治理只是将污染物在时间和空间范围内的转移，因此它是治标而不治本的； 清洁生产只是一种改善现有生产工艺和产品的战略而不是一个具体解决问题的技术 手段，且其常局限于某一生产过程而不考虑不同生产系统之间的连接。而生态工业恰 恰站在管理的角度，关注的是整个生产系统之间的关系，从而弥补了清洁生产的上述 不足。 1 1 工业生态的起源和概念的提出 生态工业是在清洁生产的基础上发展起来的。清洁生产是关于产品的生产过程的 一种新的，仓q 造性的思维方式。清洁生产意味着对生产过程和产品持续运用整体预防 的环境战略以期降低人类和环境的风险。对于产品，清洁生产意味着减少或降低产品 从原材料使用到最终处置的整个生命周期的不利影响。对于生产过程，清洁生产意味 着节约原材料和能源，取消使用有毒原材料，再生产过程排放废物之前减少或降低废物 的数量和毒性。清洁生产本身并不是一个具体的解决问题的技术手段，它是一种改善 现有生产工艺和产品的战略。目前的大部分实践主要关注与具体生产工艺过程的控 制，即局限于某一生产过程，而不考虑不同生产系统之间的连接，因此只能解决局部 问题，而对日益紧迫的全球性、地区性重大环境影响的环境显得力不从心。同时，废 物资源化，循环利用的思想在清洁生产中还没有得到很好的应用。 正是由于清洁生产存在着上述先天的不足，因此，从生态学家、环境学家和产业 界认识都在扩展和深化清洁生产的概念和内容，逐渐转向于9 0 年代发展起来的生态 工业。 生态工业是按生态经济原理和知识经济规律组织起来的基于生态系统承载能力、 具有高效的经济过程以及和谐的生态系统功能的网络型工业。工业生态学是研究生态 工业的一门学问，该词最早出现于6 0 年代至7 0 年代的科技文献中，但是真正深入的 研究并得以发展是在9 0 年代初。它是由工程学、生态学和生物经济学交叉构成的一 个崭新学科。通过比拟生物新陈代谢过程和生态系统的结构和功能，形成了工业生态 学的思想i j j 。 工业生态学的基本概念：各个制造工艺摄入原材料并产生要销售的产品加上要处 置的废物的传统工业活动模式，应当转变成一种更加一体化的模式：一种工业生态系 3 一 末肇大学碗士学位论文态i m 目规划* * 与* 价 统。在这样种系统中，能量和物质的消耗是优化的，而且一种过程的排出物，无论 是石油炼制过程的废催化剂、发电过程的飞灰和底灰，还是消费产品的废塑料容器， 都用作另一种过程的原材料1 2 】。 地球生命形式的最低阶段，潜在的可用资源如此丰富，生命的存在基本上不对可 利用资源构成伤害，这种简单生命形式的生态过程，可以描述为线性的，即单组分的 物质流动不依靠其他生命形式的物质流动，这种模式称之为i 一型生态，见图1 。1 ( a ) 。 这个定义隐含的一个意思是：生物生态系统整体是可以长期维持的，虽然系统的 个别组元可能经历短暂的扩张或衰亡期。在生物生态系统范围内，系统内相临近资源 是有限的，其结果是各个生命组分是相互关联的。在这种由生命相关性造成的内部压 力下，进化产生了我们所熟知的富有效率的生态运行系统。根据这个系统，相临近的 范围非常大，但在生态系统的边界流入和流出的物质量( 输入资源和排除废物) 却十 分的小。这种称为“i i 一型生态”，如图1 1 ( b ) 所示。这种系统比第一种更富有效率， 但长期发展，单向物质流动显然是不稳定的。为了改变这种状态，达到系统内最终稳 定，自然界进行了长期的进化、选择、优化。从而使生物生态系统进行到几乎完全 的物质循环。这里“资源”和“废物”是相对的，一个物种的废物可以是另一个物种 的资源，这种称为“i i i 型生态”，见图1 1 ( c ) 。在这个生物系统内部，物质是封闭 循环的，只有太阳能作为永恒的输入能源1 3 j 。为人类的发展而使用材料和资源与工业 过程的理想方式是类似这个整体生物模型的方式的。 、 无限资源制生态系统单元卜无限废物 、 f a )“i 型”生态系统中的线性物质流 能源和有限资源 能源 ( b )“i i - 型”生态系统中的准循环物质流 ( c )“i i i 一型”生态系统中的循环物质流 图1 - 1 生物生态系统的三种模型 一d 限废物 东华大学硕士学位论文 生志i 业目的规划* * 与* 价 现在许多材料的使用方式同过去一样，是非常浪费的，材料在一次单一的正常使 用后，就在经济系统中变质了，耗散了或消灭了。正如图i - 2 ( a ) 所示。 无限的能源 无限的资源 无限的能源 无限的咨澡 最低量的能源和资源 a 、线性 b 、准循环式 废能源 产品 废物副产品 废能源和副产品 c 、循环式 图1 2 工业生态系统的三种模型 它 公司的原料 要改变这种不良的工业系统，必须改变生态观念，构建新的工业生态模式，即工 业系统从线性循环和准循环向循环式转化【4 】。 生态工业就是要实现这种转化。工业要实现闭路循环，必须要联合并协调各部门 间的合作，主要有以下四种部门，即无机原料和有机原料的获取部门，材料的处理部 门，产品的制造部门，消费品、废品的处理部门弘】。生态工业的中心目的就是联合并 协调社会各部门的运作，最终实现人类社会的可持续发展。 1 2 工业生态学的基本理论 工业生态学是一门迅速发展的系统科学分支，它从局部地区和全球三个层次上系 统地研究产品、工艺、产业和经济部门中的环境的能流和物流，其焦点是研究产业界 在降低产品生命周期过程的环境压力中的作用，产品生命周期包括原材料的采掘和生 产、产品制造、产品使用和废弃物的管理【6 】。 1 2 1 工业生态学的方法 工业生态学的思想包括了全过程管理系统观，即在产品的整个生命周期内不应对 环境和生态系统造成危害，产品生命周期对应于工业生态学形成了三种方法1 、面向 物料的分析方法工业代谢；2 、面向产品的分析方法生命周期方法；3 、面向 区域的研究方法工业生态园建设。 东华大学碗士学位论文 志业目的规划* ”与* n 1 2 1 1 工业代谢分析 工业代谢是模拟生物和自然生态系统代谢功能的一种系统分析方法，主要侧重于 对产业系统中的物流和能量流进行模拟和分析，与自然生态系统相似，产业生态系统 同样应包括四个基本组分，即生产者、消费者、再生者和外部环境，通过分析系统结 构变化，进行功能模拟和分析产业流( 输出流、产出流) 来研究产业生态系统的代谢 和控制方法。通常采用的方法有“供给链网”分析( 类似“食物链网”) 和物质平衡 核算。 1 2 1 2 生命周期评价 生命周期评价是“一种对产品、生产工艺以及活动对环境的压力进行评价的客观 过程，它是通过对能量和物质利用以及由此造成的环境废物排放进行辩识和量化来进 行的，其目的在于评估能量和物质利用，以及废物排放对环境的影响，寻求改善环境 影响的机会以及如何利用这种机会。这种评价贯穿于产品、工艺和活动的整个生命周 期，包括原材料提取与加工；产品制造、运输以及销售；产品的使用、再利用和维护； 废物循环和最终废物弃置。” 7 1 生命周期评价称为国际标准化组织所颁布的1 s 0 1 4 0 0 0 环境管理体系中面向产品 的最重要工具。1 9 9 7 年6 月颁布了i s 0 1 4 0 4 0 标准，将生命周期评价分为四个有机联 系的部分：定义目标与确定范围：清单分析；影响评价和解释【8 1 。 对产品进行生命周期评价的主要目的在于寻求改善产品环境影响的机会与方法， 从而为产品生态设计与开发提供技术支持，一系列新的设计理论和方法，如生命周期 设计( l c d ) ，生命周期工程( l c e ) ，为环境而设计( d f e ) ，为拆解而设计( d f d ) ， 为再循环设计( d f r ) 等成为工业界研究与应用的热点 9 1 。生命周期评价也是目前工 业生态学中最重要的方法。 1 2 1 3 生态工业园建设 在生态系统中，物质循环从生产者、消费者和分解者之间进行循环，所有的物质 都得到利用，废物的概念毫无意义。然而，在工业系统中，物质以线性方式移动，即 从制造者送到消费者，然后直接进入空气、水体或垃圾场，废物可以说是人类造成的 一种无意义的产出。 通常通过对一定地域空间内不同工业企业问，以及工业企业、居民以及自然生态 系统之间的物质，能源的输入与输出进行优化，从而在该地域内对物质与能量进行综 合平衡，形成内部资源、能源高效利用，外部废物最小化排放的可持续的地域综合体， 东华大学硕士学位论文 生态i m 目的规划m 计与评价 即“生态工业园”。 建立一种高效的生态工业园就是模拟自然生态系统，建立产业物流“供给网”， 进行物流的“闭路再循环”。具体措施可采取：新生产工艺中最大限度的利用再循环 材料，高效利用原料所蕴含能量，最大限度减少“废物”产生，以及重新确定“废物” 价值，使其可作为其他生产过程的原材料。总之，要在生态工业园内的个体( 企业) 间形成一种高效的“食物网”供给关系。在该系统中不存在“废物”，应将所有废物 作为产品来认识和利用。 按照生态学中的“共生”原理，不同生物体之间通过食物链相互依存，或互利， 或一方有利。在工业系统中，每个生产系统( 或企业) 的输入和输出有可能与其它生 产系统有着密切的关系，可以相互连结，从而减少输入和输出，从而降低成本，减轻 环境释放压力。 1 2 2 工业生态学科的研究内容 工业生态学与经济管理、生态学、系统工程、绿色技术及环境学科等学科之间是 彼此联系，彼此交叉的。如图1 3 所示： 圈1 3 工业生态学与其它学科之间的联系 工业生态学的研究内容如图1 - 4 所示： 图1 - 4 工业生态学的研究内容 1 东华大学硕士学位论文 生i m 目规* - 1 - 与* 价 1 3 关于生态工业的新思路、问题讨论及前景展望 生态工业观点即生产过程中无废物可言，任何一个公司所产生的副产品都可作为 一个公司的原材料。总体工业生态系统可以看作一个大的生态循环系统。该系统为“闭 路循环”，正如生态系统一样。但是，生态工业这种思维并不是2 0 世纪六七十年代 才出现并被人们接受的，早在几个世纪以前就已经有了这种思想，只是2 0 世纪末这 种思想被逐步理论化。 图卜5 为多个公司组成的循环系统。 新 能材 量料 能量 资源 能量 资源 能量 资源 能新 量材 料 图1 5 公司间的循环体系 当然，生态工业的推广还存在一定的问题： ( 1 ) 观念上认为工业生态学是属于未来的或不适合本公司或本地区； ( 2 ) 缺乏工业生态学的知识，没有实践经验； ( 3 ) 谁来组织和怎样组织几个公司也是生态工业推广中存在的问题： ( 4 ) 现有技术装备不适合技术的推广； ( 5 ) 要想更换设备，培养技术人员必然需要大量资金 。 面对以上问题：一要加大宣传力度，让人们充分认识到工业生态学不但可以通过 “废物”利用创造新价值，而且减少了大量的治理废物的费用；二要鼓励科研人员 通过建立数学模型来研究设计各公司之间合作的最佳方案；三要通过政府加大生态工 业投资；四要鼓励各个公司联合运作并给予适当补贴；五要通过现代电信技术加速技 术传播。 生态工业给人类工业活动带来全新的做法，我们将把用于建立昂贵的填埋场地和 用于废物后处理的费用转用于设计避免那些废物的产生。本世纪的工厂将考虑通过改 末华大学碗士学垃论文生态1 4 目的规* 自* 价 进设计和更高效的生产来减少废物和污染，而不是考虑事后如何处理，制造者们将不 仅仅关心产品生产后和用完后将会产生什么，而是注意到产品的整个生命周期i ”】。今 后，完整的回收市场以及相应的社会规则将逐步形成。经过我们的共同努力，在2 1 世纪，环境法律和实践相结合的体系将建立起来。将来，我们的后代将不可能在自然 中找到任何工业和生活残留物。 生态工业用系统的、长远的眼光来研究和改进人类工业经济的发展，为我们从根 本上解决环境问题提供了一个系统的框架。生态工业不仅创造了大量的经济效益，而 且从根本上解决了污染问题和资源枯竭问题。随着研究的深入，技术的成熟，以及相 关政策和法规的建立，生态工业将成为2 l 世纪人类最终解决污染与发展问题的最佳 方案。 末华大学碗i 学位论文生i m 目m 划计与* 价 第二章生态工业园在国内外的现状与发展 2 1 生态工业的实践一一生态工业园 2 1 1 概念的提出 生态工业的逐步完善为工业园的发展指明了方向，使其向生态工业园发展3 】。 1 9 9 3 年，受到卡伦堡的启发，美国商人保罗霍克恩在商业生态学一书中，提 出了工业生态系统和生态工业园的问题。1 9 9 4 年，加拿大新斯科舍省达尔胡西大学 的一个研究小组明确提出了生态工业园的设想。1 9 9 6 年，美国可持续发展总统委员 会主办了专题讨论会4 】。最近，生态工业园更是成为关注的焦点和学者讨论的热点。 对生态工业园的概念，各学者主要阐述如下： 1 9 9 5 ，c o t e 和h a l l 从e i p 的运作目标角度将e i p 定义为“e i p 是一个工业系统， 它保存着自然和经济资源；并减少生产、物质、能量、风险和处理的风险与责任；改 善运作效率、质量、工人的健康和公共形象；而且它还提供废物的利用和销售获利的 机会。”1 1 5 1 l o w e ，m o r a n 和h o l m e s 等学者认为“e i p 是制造业和服务业的共同体，通过环 境与资源管理方面的合作( 这也是制造业和服务业追求的环境和经济绩效) 产业共同 体通过合作寻求集体利益，这一利益大于每个个体的在最优化时实现的利益总和。” 1 6 1 目前比较认可、完善的定义为：生态工业园区是依据循环经济理论和工业生态学 原理而设计成的一种新型工业组织形态；通过正确模拟自然生态系统来设计工业园区 的物流和能流，并基于生态系统承载能力、具有高效的经济过程及和谐的生态功能的 网络型进化型工业f l ”；是生态工业的聚集场所，它由若干企业、自然生态和居民区共 同构成，彼此合作并与地方社区协调发展的一个区域性系统。其目标是通过两个或两 个以上的生产体系或环节之间的系统耦合使物质和能量多级利用、高效产出或持续利 用；通过废物交换、循环利用、清洁生产等手段最终实现园区的污染“零排放” 1 8 1 1 9 1 。 按照生态学中的“共生”原理，不同生物体之间通过食物链相互依存，或互利， 或一方有利。在工业系统中，每个生产系统( 或企业) 的输入和输出有可能与其它生 产系统有着密切的关系，可以相互连结，从而减少输入和输出，从而降低成本，减轻 环境释放压力【2 0 】。 东华大学颈士学位论文生态i m 目的规设计守* 价 2 1 2 生态工业园区的类型 虽然目前全球的生态工业园区己为数不少，而且其建园目的及管理模式也各不相 同，但可以把它们总结、归纳为以下3 类】1 2 2 】： ( 1 ) 全新规划型 该类园区在良好规划和设计的基础上从无到有进行开发建设，主要吸弓l 那些具有 “绿色制造技术”的企业入园，并创建一些基础设施，这些企业可以进行废水、废热 等的交换。这一类工业园投资大，对其成员的要求较高如。 ( 2 ) 现有改造型 如我国的贵港国家生态工业( 制糖) 示范园区，该类园区是对现已存在的工业企 业通过适当的技术改造，在区域内成员间建立废物和能量的交换关系。因为很多传统 的工业园区都面临环境污染严重、企业之间的相互合作少等问题，所以这类e i p 是目 前研究最多的一类，也是最有实际应用价值的； ( 3 ) 虚拟型 如美国的b r o w n s v i l l e 生态工业园，该园区不严格要求其成员在同一地区，它是 利用现代信息技术，通过园区信息系统，首先在计算机上建立成员间的物、能交换联 系，然后再在现实中加以实施，这样园区内企业可以和园区外企业发生联系。虚拟型 园区可以省去一般建园所需的昂贵的购地费用，避免建立复杂的园区系统和进行艰难 的工厂迁址工作，具有很大的灵活性，其缺点是可能要承担较昂贵的运输费用。 2 1 3 生态工业园区的建立原则 2 3 1 【2 4 】【2 5 3 生态工业园区是所有工业生产模式中最复杂的、层次最高的一种仿自然生态系统 的工业生产模式，它建立时既不能完全按照自然生态系统的形式照搬，又不能主观的 凭空想象其“共生链”，必须结合实际，符合多种原则： ( 1 ) 、建立e i p 的前提条件也是基本原则，即当地至少有一家大型企业( 或工业部门) 来利用该出口产品转化成有用形式之后的主要废物，只有满足这个原则才有可能形成 “工业生态链”。 ( 2 ) 、要以提高区域系统的总体功能和综合效益为目标，有时局部利益应当服从总体 的利益，所以应有一种可靠的组织结构和运行机制，以确保参与企业之间技术经济层 面上的长期密切合作。 ( 3 ) 、在保持质量和安全的同时努力降低单位生产中原材料的使用，应注重资源的合 理利用，采用物质和能量的多层次分级利用，使系统的物质能量转化率较高。 末华大学碗二e 学位论|生怠z m 圊的蜕t 计与评价 ( 4 ) 、减少对不可再生能源的依赖性，注重有机能源的投入，保持系统物质、能量输 入输出的动态平衡。 ( 5 ) 、以废物预防为基本设计原则，并确保园区的设计、基本结构、建筑和工业工程 符合这个原则，为此应优先采用生态技术。 ( 6 ) 、在自然系统吸收环境影响的能力范围内，使工业、商业、原材料、产品和服务 多样化，以不断提高系统的抗逆性和稳定性。 ( 7 ) 、必须预先建立e i p 信息系统，以便进行资源共享、信息查询和获得网上帮助， 包括园区工业网络设计、物质流集成设计、清洁生产技术、环境管理手段等。 当然，e i p 的具体实施原则很多，这里不再一一赘述。 2 2 生态工业园区在国外的建设 现在，生态工业园区已成为许多国家工业园区改造和完善的方向。一些发达国家， 如丹麦、美国、加拿大等工业园区环境管理先进的国家，很早就开始规划建设生态工 业示范园区，其他国家如泰国、印度尼西亚、菲律宾、纳米比亚和南非等发展中国家 也正积极兴建生态工业园区。2 0 世纪9 0 年代以来，生态工业园区开始成为世界工业 园区发展领域的主题，并取得了较丰富的经验。 2 2 1 生态工业园在国外的主要发展状况 自1 9 9 3 年起，在美国已经有了生态工业园的实验基地，美国可持续发展总统委 员会还专门设立了一个“生态工业园区特别工作组”。截至2 0 0 1 年上半年，美国至少 有4 0 个社区建立了生态工业园项目1 2 6 1 。 在日本，生态工业方法引起了领导人的高度重视，到目前为止至少有6 0 个生态 工业园项目在运行和开发，其中包括正在规划和考虑的项目。 在1 9 9 5 年开始，生态工业园项目已在加拿大安大略省多伦多的波特兰工业区展 开，据最新研究，加拿大4 0 个工业区中有9 个被认为具备很强的生态工业园发展的 可能性1 2 ”。 2 2 2 国外大学生态工业研究动态 ( 1 ) 、m i t ，1 9 9 7 年在美国首次开设工业生态学课，设立了跨院系的“技术、商业和 环境”项目，用以组织学术界、政府、公司之间的成果交流，促进生态工业学科研究 的发展。 ( 2 ) 、y a l e ，成立了“工业和环境管理研究中心”，于1 9 9 7 年组织出版了全球第一份 l , j k 生态学杂志j o f i n d u s t r i a le c o l o g y ，由m i t 出版社出版。 末华大学硕0 学位论文l 志z 业固的规m * n - 与* n ( 3 ) 、c o m e l l ，组织了由工程学院、环境学院等组成的研究中心，开展了生态工业园 区的舰划工作，包括b r o w n s w i l l e 生态工业园区的规划等。 ( 4 ) 、p r i n c e t o n ，成立生态工业研究中心，开展了工业生态代谢分析等研究工作 这些国外著名大学的研究工作为生态工业的发展提供了理论和技术支撑。 2 2 3 生态工业园在国外的具体实践 在发达国家，从2 0 世纪9 0 年代就开始规划建设生态工业示范园区。但目前国外 最成功的生态工业园区是丹麦的卡伦堡生态工业区1 。 卡伦堡是丹麦一个仅有2 万居民的d , m 业城市，主要以火力发电和炼油为主。其 共生体系中主要有5 家企业：阿斯耐斯燃煤火力发电厂、斯塔朵而炼油厂、挪伏挪尔 迪斯科制药和工业酶加工厂、吉普洛克石膏板材厂和土壤修复公司。具体运营如下： 1 、炼油厂排放的水冷却发电厂的发电机组。 2 、发电厂产生的蒸汽回头又供给炼油厂，同时也供给制药和工业酶加工厂。而且， 发电厂把蒸汽出售给石膏板材厂和市政府( 用于市政分区供暖系统，它还给一家大型 养殖场提供热水。 3 、1 9 9 0 年发电厂安装了脱硫装置，燃烧气体中的硫与石灰反应生成石膏供给石膏板 材厂作原材料。 4 、炼油厂生产的多余燃气可以作为燃料供给发电厂和石膏板材厂。 5 、制药厂产生污泥可作为肥料。 6 、发电厂产生的飞灰可制水泥，也可修路。 7 、炼油厂产生的硫可供给硫酸厂。 图2 1 卡伦堡生态工业园案例 下表给出了卡伦堡工业共生体基本的经济和环境效益数据。2 0 年间卡伦堡总共 东华大学颤i 学位论文生态i m 目的规划设计与评价 投资1 6 个废料交换工程，投资额估计为6 0 0 0 万美元，而由此产生的效益估计为每年 10 0 0 万美元i ”】。 表一：卡伦堡共生体每年的环境与经济效益t 【1 0 1 副产物废物的循环利用节约的资源减少污染排放，r e 灰7 0 0 0 0 硫2 8 0 0油4 5 0 0 0 c o ，1 7 5 0 0 0 石膏2 0 0 0 0 0煤3 0 0 0 0 s o ，1 0 2 0 0 污泥中的氮8 0 0 0 0 0水6 0 0 0 0 0 m 磷