第六章 生态产业系统.ppt

1、清 洁 生 产Cleaner production,授课教师：郭 伟 e-mail: guowei-1976- Tel:第六章 生态产业系统,在产业体系中，工业共生使不同企业之间通过废物交换、物质能量梯级利用或基础设施共享等再组织形成的生态产业系统，不仅提升了参与企业的生存及获利能力，还有效提高了系统整体的资源能源利用效率，减轻了对资源环境的压力。 因此，生态产业系统是清洁生产在产业整体层面上的宏观体现。 本章首先从技术角度简述生态产业系统的概念与变化过程，然后重点阐述工业共生的类型及其特征，最后概述生态产业系统的规划框架及方法。,值得指出的是，生态产业系统的形成，不

2、单单是技术方面的再组织问题，更为重要的是社会，经济因素的影响。 限于篇幅，本书对此不再展开讨论。,第一节 生态产业系统,一、生态产业系统 一般认为，自然生态系统中无所谓废物，大自然精巧的安排使得一个生物体所排出的废物成为另一个生物体的食物或者同化为养分； 自然生态系统也无所谓污染，大自然自有它合理的时间尺度和空间尺度，一切物质出于自然又归于自然。,第一节 生态产业系统,一、生态产业系统 然而，人类的出现尤其是工业革命后大规模生产体系的出现改变了自然循环生生不息的格局和过程。 终于，人们逐渐开始意识到，社会经济体系也应该像自然生态体系一样使物质和能量得到充分合理的利用。 正如美国学者T.E. G

3、raedel指出的：“任何一个产业系统都不是孤立的，而是与周围其他系统相关联。生态化的产业系统追求整个系统从原料、中间产物、废物到最后产品的物质循环，达到资源、能源和投资的最优利用。”,第一节 生态产业系统,一、生态产业系统 可以认为，生态产业系统是这样一种系统：它是一种根据生态学原理建立的、既与自然生态系统和谐相处，又自身具有稳定协调的产业结构，以使物质和能量得以高效、循环利用的产业组合系统。 生态产业系统应该是一个由众多产业企业所构成的人工复合生态系统，其中也可以包括社区和一些自然体。,第一节 生态产业系统,一、生态产业系统 这些成员之间以物质、能量和信息为纽带，相互联结、相互依赖，并最终

4、形成类似于自然生态系统的“食物链网”结构，实现物质转换和价值增值功能，如图6-1所示。 其中，(a)和(b)示出了传统产业系统与生态产业系统的区别。,第一节 生态产业系统,一、生态产业系统 如何促使传统产业体系向生态产业体系演进已经成为当前的研究热点领域，并逐渐形成了一个相对独立的学科工业生态学。 工业生态学，又称产业生态学，属于应用生态学的一个分支，它以生态学的观点研究工业化背景下人类社会经济活动与生态环境的相互关系，考察人类社会从取自环境到返回环境的物质转化全过程，探索实现生态化的途径。,第一节 生态产业系统,一、生态产业系统 它把包含人类生产消费活动的经济系统看作整个生物圈中的一个子系统

5、，该系统不单单受到社会经济规律的支配和制约，更要受自然生态规律的支配和制约。 为了谋求人类社会和自然的和谐共存，技术圈和生物圈的兼容，解决途径就是使经济活动在一定程度上仿效生态系统的结构原则，遵循自然规律，最终实现经济系统尤其是产业系统的生态化。,第一节 生态产业系统,一、生态产业系统 美国学者Thomas Graedel和 B.R. Allenby在工业生态学一书中提到：工业生态学要求从根本上转变传统的基于污染末端治理的环境保护观念，全面、系统地将环境因素纳入产品、服务的设计开发过程，通过资源充分循环和能源高效利用，来实现经济与环境兼容、人与自然和谐共处的可持续发展目标。,第一节 生态产业系

6、统,一、生态产业系统 工业生态学的诞生本身也是一个不断演进的过程。 按照欧美所主导的国际工业生态学学会的提法，工业生态学作为一门学科诞生的标志物是1989年由美国人Robert Frosch和Nicolas Gallopoulos在科学美国人(Scientific Americans)上发表的可持续工业发展战略一文。,第一节 生态产业系统,一、生态产业系统 事实上，工业生态学作为术语早已分别在法国、日本和苏联等国家出现。 我国在20世纪80年代由著名生态学家马世骏先生提出了工业生态学的概念。 1990年清华大学席德立教授出版的无废工业工业发展的新模式一书也对工业生态系统进行了阐述。,第一节 生

7、态产业系统,一、生态产业系统 目前，工业生态学已经有了国际性的组织，即国际工业生态学协会(ISIE)。 该学会成立于2000年，自2001年起每两年召开一次国际性大会。 该学会认为，工业生态学主要研究工业进程中出现的生态问题及其解决办法，旨在通过组织环境科学家、工程师、决策者、管理者以及环境志愿者之间的活动，来找出解决复杂生态问题的创新性方法。,第一节 生态产业系统,二、生态工业园区 生态工业园区(ecoindustrial park)建设是工业生态学的重要实践领域。 它是依据工业生态学理论建立的一种新型工业组织形式。 生态工业园通过模拟自然生态系统中生产者消费者分解者的循环途径来设计或者改造

8、产业系统，以实现物质闭路循环和梯级利用； 通过建立产业系统的“产业链”而形成工业共生网络，以实现对物质、能量等资源的最优化利用，建立可持续的经济系统。,第一节 生态产业系统,二、生态工业园区 生态工业园区正在成为许多国家工业园区改造和发展的方向。 20世纪90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。 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，其他国家如中国、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。（见表6-1）,第二节 工业共生,一、工业共生的含义 工业共生是

9、生态产业系统的主要特征，也是在系统层面实施清洁生产的核心内容。 共生(Symbiosis)一词来源于希腊语，其概念首先是由德国真菌学家德贝里(Anton De Bary)在1879年提出，它描述生物学中不同种属按某种物质联系生活在一起的现象。,第二节 工业共生,一、工业共生的含义 工业共生(Industrial symbiosis)则是共生现象在产业系统中的自然类比物。 比较来看，自然系统的共生是按照食物链关系，依赖于有规律的再生产和适应性来运作的，而工业共生强调各单元实体间的合作，通过模仿自然生态系统，由共生单元按照共生模式来形成建立生态产业系统。,第二节 工业共生,一、工业共生的含义 例如

10、，图6-2描述了一个典型的工业共生系统，即某企业集团的合成氨-磷铵-水泥-硫酸共生体系。,富含SO2的水泥窑气,副产品,高硫煤,第二节 工业共生,一、工业共生的含义 这个共生系统包含四个单元：磷酸厂、硫酸厂、合成氨厂和水泥厂。 磷矿与硫酸制取得到的磷酸与合成氨反应制得磷铵，副产品磷石膏送往水泥厂生产水泥。 富含SO2的水泥窑气送往硫酸厂生产硫酸和液体SO2，液体SO2去生产溴。,第二节 工业共生,一、工业共生的含义 硫酸送往磷铵厂用于磷铵的生产，合成氨厂与热电厂来的炉渣送水泥厂生产水泥。 因此共存在5个共生关系： 1合成氨厂磷铵厂； 2硫酸厂磷铵厂； 3磷铵厂水泥厂； 4合成氨厂水泥厂； 5水

11、泥厂硫酸厂。,第二节 工业共生,一、工业共生的含义 由于磷铵-水泥-硫酸工业共生系统内各企业节点紧密关联，减少了对环境的压力，因此这种共生关系的存在对共生环境的作用是正向的。 高硫煤的使用还可以避免其他地方可能出现的污染，这也可以看作是系统与外界的一个共生。 同时，共生关系的存在带来的巨大经济效益则会鼓励企业完善这种共生关系，实现环境友好，从而改善所处的共生环境。,第二节 工业共生,一、工业共生的含义 一般地，工业共生可以定义为在一定的共生环境下，由相互关联的共生单元在一定区域聚集，通过这些单元在生产和消费上的相互联结，在更长的产业链和更大的范围内实现物料的循环和再利用，主要包括基础设施、服务

12、、信息等资源共享，副产物和废弃物交换，以及废弃物集中处理等，从而在整体范围内达到降低资源耗费，提高利用效率，以实现经济和环境双赢的目标。,第二节 工业共生,一、工业共生的含义 最早关于工业共生的基本思想可以追溯到1976年联合国欧洲经济委员会一次主题为“无废物技术和生产”会议的论文，其中提出了对工业共生的最初构想。 1989年，Frosch和Gallopoulos在描述“生态产业系统”时受到启发，形成了“工业共生”比较具体的概念。 1989年，Ayres的文章中提到生物圈和工业经济都是“物质转换的系统”，存在“工业共生模式”，工业代谢(industrial metabolism)能够导致物质流

13、和废物流向更高效率的方向变化。,第二节 工业共生,一、工业共生的含义 1997年工业生态学杂志首刊中，编辑Reid Lifset指出“工业共生并不仅仅是关于共处的企业之间的废物交换，而是一种全面的合作”。 工业共生的研究正在从简单的废物流转向复杂的企业网络组织关系，即共生单元(企业)的数目、类型和关联向多样性方向发展，工业共生从成员企业的单一主体行为向企业、政府、非政府部门和公众等多利益主体参与的治理行为转变。,第二节 工业共生,二、工业共生体系的特征 (一) 循环性 按照生态学原理而建立的工业共生系统，具有循环的特征。 共生主要目标之一是把最主要的废弃物在系统内部通过循环利用的方式予以消化。

14、 这就需要采用各种生态设计方法和资源、能源梯级利用，鼓励再生产业，促进物质的循环利用； 同时，对废弃物进行资源化利用，使之重新回到生产或消费领域。,第二节 工业共生,二、工业共生体系的特征 (一) 循环性 共生模式反映了共生单元之间的物质、信息和能量关系，其产生与发展是物质、信息和能量关系作用的直接结果，一旦这种关系消退或丧失，共生模式就消退或丧失，反之这种关系增强或加深，共生模式就会增强或加深。 共生单元之间在给定的时空条件下表现为某些供求关系，存在物质、信息和能量的有效产生、交换和配置。 这些供求关系是共生模式存在和发展的基础。,第二节 工业共生,二、工业共生体系的特征 (二) 多样性 多

15、样性指尽量模仿生物界不断变化的外界环境所导致的生物种类和合作形式的多样性，多样性越强，对变化的外界环境的适应能力就越强。 这种多样性可以促进共生单元某种形式的分工，弥补每一共生单元在功能上的缺陷，还可以促进共生单元的共同进化。,第二节 工业共生,二、工业共生体系的特征 (二) 多样性 物质、信息和能量的交流过程，同时也是共生单元的相互适应、相互激励过程。 具体设计上可以引进不同的产品、不同的生产过程和不同的企业，利用它们对资源和能源需求的差异，实现优势互补，形成灵活、高效的合作关系。,第二节 工业共生,二、工业共生体系的特征 (二) 多样性 生态产业系统具有类似生物群落的群落特征，这种特征使园

16、区产品的种类、生产规模等对资源供应、市场需求以及外界环境的随机波动具有较大的弹性，从而提高生态产业系统的抗干扰能力。 多样性是这种群落结构的基础。多样性包括园区行业与企业组成的多样性、企业规模及企业间联系的多样性等。,第二节 工业共生,二、工业共生体系的特征 (三) 整体性 共生是一项复杂的系统工程，各层次的共生必须能够全面反映可持续发展的各个方面，具有层次高、涵盖广、系统性强的特点。 因此在研究共生时，应该按照系统理论，从工业园、区域等整体上进行系统考虑。 首先要根据当地的环境条件和资源限制考虑生态产业系统的发展。再者要考虑协调性。,第二节 工业共生,二、工业共生体系的特征 (三) 整体性

17、协调性包括共生单元的类型与数量的协调、要素运行规律的协调以及系统结构与功能的协调等方面。 第三要考虑合作性。 合作是工业共生的本质特征之一。 首先不是单元之间的相互排斥，而是单元之间的相互合作；不是共生单元的相互替代，而是相互补充、相互促进。,第二节 工业共生,二、工业共生体系的特征 (四) 增效性 增效性是指提高工业共生的效率与效益。 增效性是共生单元、共生模式与共生环境共同作用的结果。 主要通过两个途径来实现，一是降低产业系统的物质和能量消耗，二是减少污染物的排放，寻求在减少污染、节约资源、保护环境的基础上互利多赢。,第二节 工业共生,二、工业共生体系的特征 (四) 增效性 通过共生关系，

18、实现减量，鼓励可再生资源的重复利用，有效降低本企业的资源消耗和废物产生； 通过引入资源综合利用的共生单元，进行副产品交换，实现系统废弃物排放最小化。,第二节 工业共生,二、工业共生体系的特征 (四) 增效性 值得注意的是，尽管模仿自然生态系统的工业共生将各企业连接在一起形成工业网络，具有很多优点，比如，提高了资源的使用效率、减少了废物的产生、为企业增加了收入等，但它毕竟不是一个真正意义上的生态系统，还存在许多不同之处，具体表现在以下几个方面：,第二节 工业共生,二、工业共生体系的特征 (四) 增效性 首先，工业共生在实际运作过程中，并非所有的废物都能得到利用。 工业共生网络中循环流动的仅是那些

19、能够作为下游企业原料的副产品，并且必须具有数量充足、可分离和价值高等特点，同时满足这些条件并非是轻而易举的，尤其对于网络中的众多中小企业更是如此；,第二节 工业共生,二、工业共生体系的特征 (四) 增效性 其次，副产品供应的不确定性严重影响着工业共生网络的稳定。 一般来说，企业的生产活动受原料供应状况的影响，当副产品作为原料在工业共生网络中交换时，上游企业所供应的副产品数量的改变势必会影响下游企业的生产活动，这种副产品供应的不确定性经常使下游企业的生产发生波动。,第二节 工业共生,二、工业共生体系的特征 (四) 增效性 此外，在工业共生的运作过程中还存在其他障碍，如法律障碍、信息障碍、技术障碍

20、和组织障碍等，这些都对工业共生网络的稳定性构成威胁。 由此可见，影响工业共生发展的限制性因素不仅是技术问题，在很多情况下，协调与管理各合作企业之间关系往往比技术问题更为重要。,第三节 工业共生类型,一、按共生层次分类 按照考虑系统边界的不同，可以将工业共生分为三个层次：共生单元内部、共生单元之间和区域内。 单元内部，一般指的是企业，它是共生的基础，通过这种内部共生，可以从源头上达到资源及能源的高效利用，减轻环境压力； 单元之间，一般是指企业之间，通过单元之间共生，可以消除单个单元内部共生难以消除的环境影响和资源浪费；,第三节 工业共生类型,一、按共生层次分类 区域内共生是指包含企业、基础设施、

21、居民等更广范围内的共生，通过这种共生，可以充分共享区域资源，多方面实现资源综合利用，从区域层次上协调环境、资源和经济的关系，提升其所在区域社会、经济水平。 如图6-3描述了三个层次的系统共生模式。,第三节 工业共生类型,(一) 企业内部共生 企业是生态产业系统的基本组成，企业内部车间或生产要素之间的共生就成为共生系统建设的基础。 在一个企业内，基于改进原料、工艺和产品，以及过程中物质和能量循环等，进行各个生产子系统的共生设计，有助于提高生产过程的资源利用与废物循环回用效率。 企业内部的共生系统，其本质正是单个企业生产过程清洁生产的部分内容。,第三节 工业共生类型,(一) 企业内部共生 在原材料

22、的使用过程中，通过对每一部分建立物料平衡，掌握物料在生产过程中的流向与流量，考察企业的资源利用效率与废物形成数量，并据此提出改进方案，其具体方法包括企业绿色设计、污染预防、能源有效使用及企业内部合作。,第三节 工业共生类型,(二) 企业之间共生 企业之间共生是通过考察共生系统各类企业的产品和废弃物的性质，使企业之间形成共享资源和互换副产品的共生组合。 如以上游产品生产过程中产生的废料作为下游产品的生产原料，最大限度地提高资源利用率。 由企业共生所形成的企业之间的链接关系称共生关系。 图6-4是企业之间原料、能量流程简图，它描绘了企业之间共生和共生关系。,第三节 工业共生类型,(二) 企业之间共

23、生 原材料和能源利用可以分为两类，一类是粗线所表示的利用过程，其中天然的原料和能源经过生产转化为产品，并通过运输而实现消费，在生产过程中，附带有副产品及三废产生，同时产品在运输和使用过程中，也存在废弃物的产生，这是传统的线性经济过程。 另一类是粗线和细线共同表示的物质循环和能源流动过程，即在生态产业系统中，通过建立和设计企业之间副产品和废弃物交换，形成一个或多个共生关系，这就是企业间的共生过程。,第三节 工业共生类型,(三) 区域内共生 在区域层次上，在资源支撑和环境承载等共生环境约束下，把产业和社会看成一个系统，使该系统产生的废弃物经过再生返回到生产和消费过程，形成物质的闭路循环。 与所在区

24、域的生态及经济等相互作用、相互制约、相互影响从而导致双方共同发展。 区域内共生模式如图6-5所示。,第三节 工业共生类型,二、按组织形式分类 在生物学中，按照双方相互依赖程度，生物种群共生可分为兼性共生、单向专性共生、双向专性共生和偏利共生。 其中，兼性共生、单向专性共生和双向专性共生均属于互惠共生的范畴。 共生组织形式及其生物学涵义如表6-2所示。 借鉴这种分类方法，也可将工业共生分为四类。,第三节 工业共生类型,(一) 偏利共生 偏利共生关系的特点体现在偏利性上，即对一方无害而对另一方有利。 偏利共生关系中必定存在一种共生单元具有强烈的利他倾向，并且这种共生单元的利他倾向并不影响其自身的存

25、在与发展。 在共生单元内部资源有限的情况下，将外部优势资源整合到企业减少经济活动对环境负面影响的业务活动中，实现环境质量的改善和自身的持续发展。,第三节 工业共生类型,(一) 偏利共生 常见的有两种形式：一是设备共享，即多家企业将某辅助生产系统外包给同一家专业化企业运营和维护； 二是废物流集中，即多家企业将生产过程中产生的污水、废弃物统一交由同一家专业企业处理，比如荷兰鹿特丹工业区的生态规划项目(INES，industrial ecosystem project)。,第三节 工业共生类型,(一) 偏利共生 荷兰鹿特丹港口地区是典型的重化工业集群，包括7家精炼厂、11家无机化工企业和13家石油化

26、工企业。 为改善环境问题，该地区于1994年启动INES工业系统生态开发项目，压缩空气设备共享和生物污泥集中处理是其中两个主要的子项目。 4家来自有机化工、无机化工、铝加工业和水泥业的企业将压缩空气生产系统外包给同一家压缩空气系统供应商，项目实施后的成本和能源均节约20，CO2年排放量减少2 775 t。,第三节 工业共生类型,(一) 偏利共生 另外，污泥处理项目是针对园区12家企业每年排放的57 kt 的生物污泥开展的，预计每年可节约成本在25万-50万美元，减少生物污泥1920。 此后，lNES相继开展了能源、废弃物交换项目。 目前，INES项目已取得了可观的经济和环境效益，节约成本1亿美

27、元以上，每年经济收益达到1 600万美元，能源节约157.6 MW，CO2排放量减少272.5 kt，氮氧化物排放量减少225.7 t。,第三节 工业共生类型,(二) 兼型共生 所谓兼型工业共生，是指在共生合作过程中各个共生单元互不从属、处于对等的地位，各单元之间通过开展多渠道、多层次的原料替代和资源利用以及信息、资本和人才的流动，达成紧密合作关系，彼此间相互获利，实现资源互补。 图6-6是兼型工业共生示意图。,第三节 工业共生类型,(二) 兼型共生 在兼型工业共生系统中，当两家企业之间的交换不再为任何一方带来利益时，就终止共生模式，再寻求与其他企业的合作。 另外，一家企业会同时与多家企业进行

28、资源的交流。这样企业之间不存在依附关系，没有严格的资源约束，共生模式较为灵活，受外界环境变动的影响相对较小。 因此，在一定条件下这种工业共生进化容易实现。兼型工业共生在目前国内外生态工业实践中普遍存在。,第三节 工业共生类型,(二) 兼型共生 成员企业可以是毗邻的若干大型重工业企业，如鹿特丹港口区有80家流程工业，包括7家精炼厂、11家无机化工厂和13家石化企业； 也可以是区域中分散的若干产业类型的企业，如奥地利Styria省的涵盖50家企业，涉及农业、食品加工、塑料、纺织、造纸业、能源业以及各种废弃物处理者等多个行业的复杂工业循环网络； 还可以是产业区若干中小型企业，如位于加拿大哈立法科斯的

29、伯恩赛德生态工业园(burnsid industrial park)。,第三节 工业共生类型,(二) 兼型共生 伯恩赛德工业园内有1 300多家企业，来自石油化工、造纸、印刷、仓储服务、配送、包装、建筑、油漆回收等数十个不同行业。 同一行业的不同企业在原料、产品和副产品种类上存在差异，这保证企业有多种可能输入和输出。 经过近十年的发展，各企业之间已基本建立工业共生关系，能量的梯次流动和废物的循环利用在园区内已普遍出现。 图6-7是伯恩赛德工业园工业共生示意图。,第三节 工业共生类型,(三) 单向专性共生 单向专性工业共生是常见的组织形式。 它是指许多中小型企业分别围绕一家或几家大型核心企业进行

30、运作，从而形成生态产业系统。 单向专性生态产业系统可以分为：单一核心和多核心单向专性系统。 当只存在一家核心企业时，围绕该核心企业所建立的工业共生网络称为单中心单向专性共生网络。,第三节 工业共生类型,(三) 单向专性共生 比如一些大型企业集团，围绕集团核心业务建立或者加盟一系列的中小企业，充分利用各种副产品和原材料，形成工业共生系统。 当存在两家或更多的核心企业时，由此而建立的工业共生称为多核心单向专性系统，因为存在多个核心企业，产业类别的多样化使得有较多资源及副产品的交换可能。,第三节 工业共生类型,(三) 单向专性共生 芬兰Jyvaskyla市能源供应系统是一个以Rauhalhti电厂为

31、核心，Saynastalo胶板厂、Kangas造纸厂、居民供暖公司、Greenlandia园艺公司等多家企业组成的工业共生体，工业共生的特征主要体现在热电联产和工业废弃物利用两个方面，如图6-8。,第三节 工业共生类型,(三) 单向专性共生 Rauhalhti电厂是核心企业，不仅为居民提供电力和热能，也为Kangas造纸厂提供多余蒸汽。 同时，Rauhalhti电厂吸收saynastalo郊区包括胶板厂、锯末厂在内的多家企业的废木料、废木屑作燃料。通过热电联产和废弃物利用使外部进口燃料的消耗量下降40，能源效率达到8095，CO2的排放量降低30，SO2的排放量降低50。,第三节 工业共生类型

32、,(四) 双向专性共生 所谓双向专性共生，是指企业之间通过资源的相互利用实现共生合作，但与兼性共生不同的是，这种组织形式中，企业间物资流、能源流的流量占各自输入、输出的相当比例。 在地域空间范围和候选企业数量有限的情况下，这种结构容易导致企业间的过度依赖，进而威胁整个组织的稳定性。 双向专性共生类型的例子如丹麦卡伦堡生态工业园。,第三节 工业共生类型,(四) 双向专性共生 卡伦堡生态工业园主要有电厂、炼油厂、石膏厂、生物制药厂等核心企业，工业共生主要体现在这些企业之间能源、水、副产品和废弃物流上的合作。 其中，电厂和炼油厂在蒸汽、冷却水上的交换比例较大，具有双向专性工业共生的特征。 电厂每年向

33、炼油厂提供相当于炼油厂总需求量40左右的蒸汽。 同时，炼油厂每年为电厂提供的冷却水可为电厂节约75的新鲜水用量，提供的再生水相当于电厂总发电量一半的耗水量。,第三节 工业共生类型,三、按产业结构分类 (一) 产业间共生模式 主要指第一、二、三产业之间存在的物质共生模式，比如林电纸生态工业园。 该种林电纸生态工业园是以林业为基础企业，热电厂为核心企业构筑的生态工业园。 热电厂采用循环流化床锅炉燃烧来自森林业的碎木、树皮等，燃烧产物灰是很好的肥料，用于园艺或农业；二氧化碳被森林系统吸收；热电厂的电、热供给造纸厂，降低造纸成本。 图6-9为林电纸生态工业园共生系统。,热电厂,碎木树皮,燃烧产物灰,电

34、、热,二氧化碳,电、热,第三节 工业共生类型,(一) 产业间共生模式 某生态工业园区中存在轻工产业、化工产业、医药产业、第三产业及禽畜养殖业之间的共生链接。 如图6-10所示。,第三节 工业共生类型,(一) 产业间共生模式 味精股份有限公司在味精生产过程中产生废糖渣、废母液，其中废糖渣可作为饲料生产原料，建立饲料加工集团。 废母液可回收菌体蛋白饲料，余下的废液作为硫氨复合化肥的生产原料，蛋白饲料作为禽畜养殖业的原材料，禽畜养殖业生产过程产生的废弃物和化肥产品可供农业生产使用。,第三节 工业共生类型,(一) 产业间共生模式 啤酒厂在啤酒生产过程中产生的酒糟和废酵母可作为生产蛋白饲料的原材料，制药

35、厂维生素C(VC)生产过程产生的菌丝体也可作为生产蛋白饲料的原材料，蛋白饲料可作为饲料集团的系列产品，饲料集团的产品为禽畜养殖业提供原料，禽畜养殖业产生的排泄废物可作为生产肥料的原材料，其产品可用于农业。 农产品大麦、大米、玉米可作为啤酒厂生产的原材料，玉米经过加工的玉米浆，供制药厂生产VC作原材料，玉米淀粉供味精厂生产味精时作原料。,第三节 工业共生类型,(二) 单一产业共生模式 考虑到共生系统内不同企业的利益主体的差异，对单一产业模式又可细分为单一利益主体型和多利益主体型。,第三节 工业共生类型,1单一利益主体型 单一利益主体型，主要指以某一大型的联合企业为主体，围绕联合企业所从事的核心生

36、产过程建立生产链，以此形成的生态产业系统。 这一模式中，各种生产流程都集中在企业内部，所有企业属于集团所有。 冶金、石化、食品等行业中的许多大型企业集团，适合建立这类工业共生系统。,第三节 工业共生类型,1单一利益主体型 例如，为实现系统中的物质循环高效利用，某集团总公司构建的磷铵-水泥-硫酸共生系统(PSC产业链)、海水多级利用和盐碱电联产三条产业链(图6-11所示)。 又如某矿业集团，它以煤炭和油页岩资源开采为主，通过延伸资源的加工产业链，构建生态产业系统，实现废弃物的资源化回收和循环利用。,磷铵-水泥-硫酸,第三节 工业共生类型,2多利益主体型 多利益主体型，是指系统内各个企业成员属于不

37、同的利益主体。 例如某工业区的食品行业生态产业系统，以骨干企业味精厂、啤酒厂为支撑，与主导产业协同发展，并与其他企业形成生态产业系统。 如图6-12所示。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,由于共生系统的复杂性，构建共生系统必然为一个繁复的过程。 从系统分析和管理角度可以将整个过程进行分解，形成研究工业共生系统设计的步骤和方法。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,一、提出问题 收集各有关方面的资料，进行调查与监测，了解对象系统的性质、特点，弄清问题的关键和瓶颈所在。 在构建共生系统中，需要明确该区自然环境概况、区域位置、资源禀赋状况、产业类型(结构)、各产业原料输入与输出情况、产品及副产物

38、的产量及流向、污染物的排放及利用等情况，为下一步确定目标和建立分析模型奠定基础。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,二、确定目标 分析确定系统的目标及要求，是建立系统的关键和出发点。 确定目标，就是确定为达到目的所应完成的各项具体指标。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,二、确定目标 从资源综合利用方面考虑，目标可以为各类废弃物充分利用，实现系统各类物质的最小排放。 从环境承载力方面考虑，最大允许的各类工业污染物的排放不能超过其最大环境容量。 从经济效益方面考虑，各类方案的所得经济效益最大，同时要尽可能使各方案的投资最小。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,三、数据清单分析 1描述目标区

39、域内的能源、水和物质流动的特点，并绘制已有的副产品交换网络 利用工业代谢分析研究获取目标区域内主要的能源、水和物质的流动情况资料，目标区域可能是一个工业园区、若干工业园区或者是一个更大的工业地区。 要形成一份正在交换的副产品、可用于交换的主要副产品和废弃物、垃圾处理厂、焚烧处理设施等的目录。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,三、数据清单分析 1描述目标区域内的能源、水和物质流动的特点，并绘制已有的副产品交换网络 首先对区域物流进行定性分析，然后再定量分析哪些副产品可以减少污染，哪些副产品可以开展交换。下面是一些需要收集的常用数据： 按照材料种类核算垃圾场所能处理的废物的比例和数量； 来自不

40、同部门的副产品(废物)的信息(名称、数量、质量)，如工业、商业、机关和居民等；,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,三、数据清单分析 1描述目标区域内的能源、水和物质流动的特点，并绘制已有的副产品交换网络 可以参与地方或全国性的废物交换的材料； 再循环项目中收集到的材料的种类和数量； 主要的废热排放源和数量； 主要废水排放源、数量和污染物浓度； 工业投入产出的数据。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,2可作为交换的副产品种类 生态产业系统的各组成单元之间的副产品交换是工业共生的最直接形式，也是最容易达到系统环境与经济效益的途径。 在进行产业间废弃物交换时，应该注意： (1) 副产品物种分析：

41、首先全面了解系统有何种进驻企业，了解各企业会产生何种副产品，产业所需要的副产品原料是什么，表6-3描述了各种产业产生的副产品中可交换的物种。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,2可作为交换的副产品种类 (2) 供需平衡分析：企业间供需平衡，既要考虑到副产品的质量，亦要考虑到市场需求与销售问题。 (3) 副产品品质：唯有良好的副产品品质，才能被需求企业接受再利用，若企业副产品无品质而言，则可大大降低资源回收中心或企业购买的可能性。 (4) 分类分流原则：企业可能产生多种副产品、多股废水、多种包装品，若无法将其分类管理贮存，则将造成后续处理和再利用的难度。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,2

42、可作为交换的副产品种类 (5) 信息平台：除建设网络与废弃物交换信息平台外，更应注重其应用的方便性、信息透明程度、电脑系统相容性等问题。 (6) 运输问题：不论水、物料、能量，要进行再利用，前提是要有一套便利的运输系统或企业间的连接管道，才能进行交换作业。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,四、工业代谢分析 备选方案产生后，需要对每一个方案进行分析和评价。 可运用工业代谢方法对其共生后的物质流动进行分析。 工业代谢是指原材料、能源和劳动力转化为最终产品和废物的所有过程的完整集合。 工业代谢分析方法是认识某个区域内工业系统中元素代谢和物质流动的一种行之有效的分析方法，其依据是质量守恒定律。,第

43、四节 工业共生系统设计步骤和方法,四、工业代谢分析 工业代谢分析方法旨在揭示经济活动中纯物质的数量与质量规模，展示构成生产活动的全部物质的流动与存储。 因此，工业代谢分析的主要工作在于通过建立物质结算表，估算物质流动与存储的数量，同时也指出工业活动的物质利用情况。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,四、工业代谢分析 代谢分析应对物质从最初的开采，到工业生产、产品消费使用，直至变成最终的废弃物这一全过程进行跟踪，以环境为最终的考察目标，追踪资源在从提炼到经过工业生产和消费体系后变成废物的整个过程中物质和能量的流向，给出系统造成污染的总体评价，并力求找出造成污染的主要原因。,第四节 工业共生系统

44、设计步骤和方法,四、工业代谢分析 工业代谢分析是对区域产业系统现状分析的有力手段，它的优点在于： 首先，可以提供关于工业体系运行机制的一个整体理解，有助于人们去确定真正的问题所在并选择优先解决的目标； 其次，它使人们能够采取各种政策措施以控制和预防污染扩散； 最后，它可以使人们认识污染的历史与变化过程。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,四、工业代谢分析 工业代谢方法可以适用于不同层次的分析要求，既可以是全球性、国家性或是地区性的工业生产分析，也可以是对某一个具体行业、公司或是特定场所的调查分析。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,五、共生系统结构设计 (一) 功能组成单元 生态产业系统的

45、整体规划和设计，直接关系到系统的运行和管理，故系统的组成对整体功能绩效而言相当的重要。 有效的共生设计，有助于区内各组织单位的分工合作，使得系统内产业的环境绩效和经济效益大为提升。 下面是几个生态产业系统普遍具有的功能组成单元。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(一) 功能组成单元 (1) 产业生产区：是指一般构成产业系统的生产单位的产业，各产业的主要功能是建设或者进行企业间的工业共生合作、清洁生产、生态设计、过程优化等工作。 这需要对预加入系统的产业的现状和绩效进行评价，并促使系统内厂商的参与，提供相关信息与技术给待加入成员。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(一) 功能组成单元 (

46、2) 资源回收处理中心：也可称为资源回收园区，或者静脉系统，主要工作为进行产业生产区副产品和废弃物的资源化工作，并回收处理过的原料给企业，或者将副产品制作成资源化产品进入市场流通包括污水处理系统、焚化系统、能源回收系统等。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(一) 功能组成单元 (3) 信息平台与管理中心：提供园区服务的管理机构，是园区正常运行的关键部门之一。 一套完整方便的信息平台，可有效增加企业间资源回收利用率以及副产品交换比例，还能给企业提供一个技术、沟通、信息咨询的渠道，也利于向社会大众发布信息。 例如加拿大Nova Scotia的Burnside园区，园区内设置了生态效率中心(Ec

47、o-Efficiency Centre)，它就充当园区的管理员角色；,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(一) 功能组成单元 (3) 信息平台与管理中心：提供园区服务的管理机构，是园区正常运行的关键部门之一。 而Nova Scotia的废弃物交换中心(Nova Scotia Materials Exchange)则扮演了提供Burnside及其他园区废弃物交换信息的角色，所有企业所需要的或提供的资源项目、数量、品质等均上报给中心，并且信息完全公开。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(一) 功能组成单元 (4) 研发中心：主要进行过程技术改进和优化、资源化技术创新、管理方法改进以及技术培训

48、与推广等工作，并与学术单位或团体合作进行研究，帮助产业系统与企业达到可持续发展的目标。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(一) 功能组成单元 (4) 研发中心： 在理清生态产业系统普遍具有的功能组成单元与其相关工作责任后，进一步分析进驻企业类型及生态产业系统应具有的元素。 生态产业系统进驻产业群的可能形式如下：一般传统工业群；高科技产业群；加工出口产业群；资源回收相关事业产业群；环保科技产业群；开发绿色产品的企业群；服务产业群；混合发展产业群(工商及住宅区)。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(二) 共生系统构建 首先要明确共生单元副产物或废弃物(能)在现有条件下的利用途径，利用物质和

49、能量循环平衡原理，在各共生单元间建立链接，同时再对还未充分利用而具有利用价值的污染物或副产品加以设计，构筑上下游企业。 因物质和能量利用途径较多，在共生系统构建过程时常需产生几个备选方案。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(二) 共生系统构建 1主要组成单元 生态产业系统结构可以分为三部分：资源生产(生产者)、加工生产(消费者)和还原生产(分解者)，它们共同组成生态产业网络。 资源生产企业相当于自然生态系统中的初级生产者，主要承担不可再生资源、可再生资源的开发利用，为工业生产提供初级原料和能源；,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(二) 共生系统构建 1主要组成单元 加工生产企业相当于生

50、态系统中的消费者，把资源生产企业的初级资源加工成目的产品； 还原生产企业则将各种副产品再资源化，或进行无害化处理，或加工转化为新的产品。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(二) 共生系统构建 1主要组成单元 生产者：包括利用基本原料生产出初级产品的初级生产者和进行初级产品的深度加工和高级产品生产的高级生产者(化工厂、机械、食品厂、服装厂等)； 初级物质生产者是指使用基本原料生产直接消费品或者生产初级产品供给其他企业作为原料的企业，如采矿厂、冶炼厂和热电厂等。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(二) 共生系统构建 1主要组成单元 消费者：不直接生产“物质化”产品，但利用生产者提供的产品，

51、供自身运行发展，同时产生生产力和服务功能的行业，如银行、商业等。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(二) 共生系统构建 1主要组成单元 分解者：把企业产生的副产品和废物进行处置、转化、再利用，提供给其他企业作为原料，如资源回收公司、资源再生公司等。 资源回收再生企业包括利用无用的废弃物加工制造原材料的企业、从事拆卸可在市场上出售的可再利用的部件和材料的企业。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(二) 共生系统构建 1主要组成单元 有些企业利用回收技术从废物中提取有用的物质，如从液体和固体废弃物中提炼金属；有些企业利用再循环技术提供可再利用的副产品，如可循环塑料。 这些企业扮演着重要的中介

52、角色。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(二) 共生系统构建 2核心企业的确定 核心企业使用和传输的物质最多、能量流动的规模最大，带动和牵制着其他企业和行为的发展，居于中心地位，也是生态产业系统的“链核”，它对构筑工业共生起着关键的作用。 在一个生态产业系统中，核心企业可以一个、也可以多个。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(二) 共生系统构建 2核心企业的确定 可将煤炭、火电、石油、化工、钢铁、水泥、电子行业、农副产品加工业等物质加工企业作为核心企业，也可以将废弃物处理中心作为核心企业。以卡伦堡为例，其中阿斯内斯(Asoaes)火力发电厂，斯塔托伊尔(Statoil)炼油厂，诺沃诺迪

53、斯克(Novonordisk)制药公司可以看成核心企业。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,(二) 共生系统构建 3生态产业链 将自然生态系统食物链理论用于产业系统设计，就是借鉴自然系统的食物链原理，依据产业系统中物质、能量、信息流动的规律和各成员之间的类别、规模、地理位置上的匹配关系，在各企业部门之间构建生态产业链条，进行产品供应，副产品交换，实现物质、能量和信息的交换，促进资源利用和物质循环。 建设生态产业链，即建立物质循环生态产业链、能量梯级利用生态产业链、水循环利用产业链和信息链等。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,3生态产业链 (1) 物质循环生态产业链：指系统中各成员之间进行

54、物质传递、供应、副产品交换的生态产业链。 如卡伦堡生态工业园区中，燃油厂-发电厂，发电厂粉煤灰-水泥厂，发电厂石膏-石膏板材厂，炼油厂硫-硫酸厂，生物制品厂酵母-养猪场以及生物制品厂发酵污泥-地方农场。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,3生态产业链 (1) 物质循环生态产业链： 物质共生包括共生单元自身的物质转化和交换，共生单元之间的产品、副产物或废物交换、再生循环等。 物质共生过程中，首先确定共生单元间上下游关系，根据物质供需方的要求，对物质流动的路线、流量和组成进行调整，完成工业共生系统的构建。 同时，应尽可能考虑资源的回收利用或梯级利用，最大限度地降低对物质资源的消耗。,第四节 工业

55、共生系统设计步骤和方法,3生态产业链 (1) 物质循环生态产业链： 例如：某系统中各行业通过物质利用，形成较为复杂的共生系统，如图6-13所示。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,3生态产业链 (1) 物质循环生态产业链： 该系统内的各类企业通过各种产品和副产物的流动共生在一起。 冶金企业中产生的煤气和煤焦油可以作为化工企业的生产原料、能源燃料和电力企业的能源燃料。 冶金行业产生的炉渣、钢渣和部分煤矸石以及电力行业产生的粉煤灰、石膏作为建材业的原料。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,3生态产业链 (2) 能量梯级利用：各成员依据能量品质的差异，进行能量集成，实现梯级利用，如热电联产、热电

56、冷三联供等。 能量共生是实现生态产业系统内能量有效利用的途径，不仅要包括每个共生单元内能量的有效利用，而且也包括各单元之间的能量交换，即一个单元多余的能量作为另一单元的能源加以利用。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,3生态产业链 (2) 能量梯级利用： 能量共生的实现方式包括：减少能量消耗，采用节能技术、节能工艺以及再生能源的使用； 合理使用能源，避免能量数量上和质量上的损耗，实行按质梯级用能、集中供热和热电联产； 开发可再生能源和清洁能源，优化用能结构等。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,3生态产业链 (2) 能量梯级利用： 图6-14为能量共生系统示意图。,第四节 工业共生系统设计

57、步骤和方法,3生态产业链 (2) 能量梯级利用： 在该系统中，能量共生的实现方式采取集中供热和热电联产。 在电能利用方面，除供发电企业内部使用外，进入供电网络，进行统一供电。 在热能利用方面，设置集中供热设施，收集热电厂和钢铁企业产生的大量热能，供应居民生活所需热能。 同时在区域附近建盖蔬菜大棚，利用集中供热设施的热能发展蔬菜农业。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,3生态产业链 (3) 水资源共生： 主要采用节水工艺、中水回用、废水再生循环以及用水网络优化等方式，目的在于减少新鲜水使用量。 图6-15为一个水资源共生系统示意图。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,3生态产业链 (3) 水

58、资源共生： 共生单元之间的水资源共生主要有五条途径。 一是废水作为生产或以废治废原料供其他单元使用。 二是废水梯级使用，将一个单元排出的水质较好的废水，用于邻近另一单元对水质要求不高的环节，如循环冷却水的排放部分。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,3生态产业链 (3) 水资源共生： 三是废水集中回用，若干邻近单元共建水循环系统，对于若干企业产生的同样性质的废水，先集中、后再统一回用到其他企业。 四是废水处理设施共享，比如在工业园区建立分布式和集中式相结合的污水处理系统，充分发挥其规模效应，减少企业废物处理的投入，降低总体处理费用，提高园区的总体经济效益。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法

59、,3生态产业链 (3) 水资源共生： 五是用水网络优化，将共生系统的所有用水过程视为一个用水网络，对其进行优化设计，建立区域水闭路循环系统，提高整体用水效率。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,3生态产业链 (3) 水资源共生： 如图6-15所示的系统内有两大用水和污水大户：钢铁企业和电力企业。 用水量和排放的废水较多，而且大部分为冷却用水，将电力企业的冷却水用于建材工业的水泥行业和制砖业，钢铁企业的废水用于洗煤企业的洗煤用水，无法进行梯级利用或梯级利用富余的生产污水进入园区污水处理厂，此外，园区生活污水也进入污水处理厂。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,3生态产业链 (3) 水资源共生： 污水处理厂排出的中水，再循环进入电力企业和焦化企业使用，同时部分中水可用于园区绿化。 这样既实现了水的梯级使用，又实现了废水处理设施共享。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,3生态产业链 (4) 信息共生：共生单元之间有效的物质、能量交换和集成，必须以了解彼此供求信息为前提。 同时共生系统建设需要大量的信息支持，这些信息包括共生单元有害及无害废物的组成、废物的流向，相关共生系统中产业的生产信息、市场发展信息、技术信息、法律法规信息、人才信息、工业生态学其他相关领域的信息等。,第四节 工业共生系统设计步骤和方法,3生态产