用工業(yè)生態(tài)學(xué)理論優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)體系

章桂琴

(秦皇島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)環(huán)保局,河北秦皇島066004)

用工業(yè)生態(tài)學(xué)理論優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)體系

章桂琴

(秦皇島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)環(huán)保局,河北秦皇島066004)

工業(yè)生態(tài)是人類社會(huì)發(fā)展之必然。在闡述工業(yè)生態(tài)學(xué)基本理論的基礎(chǔ)上,以廢物再資源化為指導(dǎo)思想,對(duì)秦皇島市金海糧油豆油生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化組合,以豆油生產(chǎn)為“優(yōu)勢(shì)種群”(核心環(huán)節(jié)),將其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的“廢物”作為下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)的原料,即“資源—產(chǎn)品—再生資源”或“資源—產(chǎn)品—消費(fèi)—再資源化”的循環(huán)式流程,建立工業(yè)生態(tài)體系,取得生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等多種效益的共贏。

工業(yè)生態(tài);優(yōu)化;構(gòu)建;生產(chǎn)體系;循環(huán)經(jīng)濟(jì)

環(huán)境污染和資源短缺問題伴隨著現(xiàn)代工業(yè)和現(xiàn)代科技的發(fā)展而日益嚴(yán)重,為此,人們開始重新思考人與自然的關(guān)系,探尋更合理的發(fā)展模式。1987年,聯(lián)合國“關(guān)于環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)”首先提出了可持續(xù)發(fā)展的觀點(diǎn),1992年聯(lián)合國環(huán)發(fā)大會(huì)的主題就是環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展,達(dá)成了世界性的共識(shí)。1994年聯(lián)合國大會(huì)又提出了“零”排放的概念,認(rèn)為就整個(gè)地球而言,通過循環(huán)利用,廢棄物排放有可能減少為零。至此,人們開始摸索以自然生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)共生理論為基礎(chǔ)建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)社會(huì),走人與自然和諧的后工業(yè)社會(huì)的道路。

所謂循環(huán)經(jīng)濟(jì)本質(zhì)上是一種生態(tài)型經(jīng)濟(jì),就是運(yùn)用生態(tài)學(xué)規(guī)律來指導(dǎo)人類社會(huì)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng),是一種與環(huán)境和諧的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。它不同于傳統(tǒng)的“資源—產(chǎn)品—污染物排放”單向流動(dòng)的線性經(jīng)濟(jì),而是將經(jīng)濟(jì)活動(dòng)組織為“資源—產(chǎn)品—再生資源”或“資源—產(chǎn)品—消費(fèi)—再資源化”的循環(huán)式流程,以物質(zhì)流和能量流的循環(huán)鏈為基礎(chǔ)構(gòu)成生產(chǎn)和消費(fèi)系統(tǒng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),以資源低開采、高利用、低排放為特征,物質(zhì)和能源在這個(gè)不斷循環(huán)往復(fù)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)體系中得到合理和持久的利用。這種經(jīng)濟(jì)增長方式是解決可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中資源和環(huán)境制約問題的最佳模式。[1]

工業(yè)生態(tài)是循環(huán)經(jīng)濟(jì)最主要的組成部分,是工業(yè)體系各組成部分及其同生物圈關(guān)系全面的、一體化的整合。它是在模仿自然生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)則和調(diào)節(jié)機(jī)制的基礎(chǔ)上,以集約再循環(huán)理論組織起來的鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的工業(yè)生產(chǎn)體系。

工業(yè)生態(tài)體系類似于自然生態(tài)系統(tǒng)的群落概念,也可稱為“工業(yè)生態(tài)群落”。在這個(gè)群落(體系)中存在一個(gè)核心種類(環(huán)節(jié)),大量控制能流和物流,并對(duì)其它種類(環(huán)節(jié))有強(qiáng)烈的影響,這個(gè)核心種類就類似于自然系統(tǒng)中的“優(yōu)勢(shì)種”。人工構(gòu)建工業(yè)生態(tài)群落(體系)時(shí),正是圍繞著選定的“優(yōu)勢(shì)種”,以其生產(chǎn)過程中的物質(zhì)和能量流為主要結(jié)構(gòu)鏈,根據(jù)生態(tài)學(xué)基本原理,從廢料重新作為資源利用、封閉物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)、減少消耗性排放、提高資源利用率、能源脫碳等方面入手,構(gòu)建起一個(gè)有效的工業(yè)生態(tài)聯(lián)合體。因此,“優(yōu)勢(shì)種”的確定和系統(tǒng)的整體優(yōu)化整合是構(gòu)建工業(yè)生態(tài)的關(guān)鍵所在。對(duì)于區(qū)域性的、大尺度的生態(tài)工業(yè)園區(qū)的建設(shè),國內(nèi)外學(xué)者已做了大量的研究,而局部小尺度,以某個(gè)起經(jīng)濟(jì)核心作用的企業(yè)做為“優(yōu)勢(shì)種”構(gòu)建局部工業(yè)生態(tài)型生產(chǎn)體系的研究還鮮見報(bào)道。本研究以秦皇島市金海糧油有限公司為例,對(duì)單個(gè)工業(yè)項(xiàng)目建設(shè)時(shí),從區(qū)域整體出發(fā),以建設(shè)項(xiàng)目為核心(“優(yōu)勢(shì)種”),優(yōu)化建設(shè)項(xiàng)目構(gòu)建工業(yè)生態(tài)體系進(jìn)行探索。

1 構(gòu)建工業(yè)生態(tài)體系的基本生態(tài)學(xué)理論

人工構(gòu)建工業(yè)生態(tài)體系所運(yùn)用的基本生態(tài)學(xué)理論概括起來有:系統(tǒng)論、協(xié)調(diào)論和循環(huán)論。[2～4]

系統(tǒng)論是指生態(tài)系統(tǒng)中各組分相互依存、相互聯(lián)系、相互作用、相生相克、互為因果形,成一個(gè)有機(jī)整體。模仿自然系統(tǒng)建立起來的工業(yè)生態(tài)體系也可稱為“生態(tài)工業(yè)園區(qū)”,其概念不局限于地理上毗鄰地區(qū)相似產(chǎn)業(yè)的聚集,一個(gè)生態(tài)工業(yè)園區(qū)完全可以包括附近的居住區(qū),或者包括一個(gè)離得很遠(yuǎn)的企業(yè)。系統(tǒng)中的企業(yè)以合作關(guān)系建立物質(zhì)循環(huán)鏈,一個(gè)企業(yè)的廢料可作為另一個(gè)企業(yè)的原料,一個(gè)企業(yè)投入產(chǎn)出的變化,往往會(huì)使其它企業(yè)的功能和效應(yīng)也隨之相應(yīng)變化。如卡倫堡工業(yè)生態(tài)體系,阿斯耐斯瓦爾蓋發(fā)電廠的燃料來源變化,燃料中含有釩,結(jié)果影響了吉普洛克石膏材料廠的產(chǎn)品質(zhì)量,在石膏中檢出了大量的釩,迫使阿斯耐斯瓦爾蓋發(fā)電廠不得不改變工藝,減少釩的累積。

協(xié)調(diào)論就是自然界中任一穩(wěn)態(tài)的生態(tài)系統(tǒng)在一定時(shí)期內(nèi)均有相對(duì)穩(wěn)定而協(xié)調(diào)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能。其中結(jié)構(gòu)是組成系統(tǒng)的組分的種類及其數(shù)量、密度、空間和時(shí)間的分布與搭配,相互作用的內(nèi)容與方式;功能是指系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制,決定了系統(tǒng)的性質(zhì)、生產(chǎn)力、自凈能力、緩沖能力以及它對(duì)環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的效益和危害,也是系統(tǒng)相對(duì)穩(wěn)定和持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。系統(tǒng)的這種協(xié)調(diào)機(jī)制,可最大限度充分利用空間和營養(yǎng)生態(tài)位,充分發(fā)揮物質(zhì)生產(chǎn)潛力,通過調(diào)整系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的良性循環(huán)和多級(jí)利用,達(dá)到環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等多種效益共贏。如熱電聯(lián)網(wǎng)工程,既充分利用了電廠余熱,又取代了一批小鍋爐,降低了能耗,減少了污染,實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)和能源的多級(jí)利用,獲得了多種效益。因此一個(gè)協(xié)調(diào)系統(tǒng)的整體效益往往大于各組分效益的簡單加和。

循環(huán)論源于東方哲學(xué)思想。“易經(jīng)”中就以“無平不陂,無往不復(fù)”概括出循環(huán)往復(fù)、周而復(fù)始這一天地萬物遵循的客觀規(guī)律,指出一切矛盾都在循環(huán)的流通過程中解決,如果事物的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)暢通無阻,將會(huì)產(chǎn)生于人于物有利的結(jié)果。在工業(yè)系統(tǒng)中運(yùn)用循環(huán)論可加速系統(tǒng)中副產(chǎn)品和廢物的遷移、轉(zhuǎn)化,疏通系統(tǒng)的物質(zhì)流通和循環(huán)路線,是構(gòu)成工業(yè)生態(tài)體系的基礎(chǔ)。

2 構(gòu)建工業(yè)生態(tài)體系

2.1 項(xiàng)目概況及物流分析

秦皇島金海糧油工業(yè)有限公司位于秦皇島西港區(qū)丙碼頭后沿,是一個(gè)以生產(chǎn)精煉豆油為主體的中外合資企業(yè),主要生產(chǎn)原料是大豆,年耗量72.6萬t,主要產(chǎn)品精煉豆油年產(chǎn)量12.7萬t,副產(chǎn)品豆粕年產(chǎn)量57.4萬t。

工程主要包括大豆榨油和豆油精煉兩條生產(chǎn)線。大豆榨油生產(chǎn)線是原料大豆經(jīng)篩選、去雜質(zhì)、加熱、去皮、破碎、軋胚等預(yù)處理工序后送入浸出工序。浸出工序以正已烷為溶劑,采用一次浸出工藝生產(chǎn)毛豆油。豆油精煉生產(chǎn)線是毛豆油經(jīng)中和、脫脂、脫色、脫臭等工藝過程生產(chǎn)精煉豆油。

按照傳統(tǒng)的“原料—產(chǎn)品—污染物排放”線性工業(yè)模式組織生產(chǎn),其主要物流情況如下:

圖1 金海糧油傳統(tǒng)生產(chǎn)體系物流

由圖1中可以看出,這樣的線性生產(chǎn)體系,將產(chǎn)生大量的大豆粉塵、正己烷廢氣和有機(jī)廢水,在污染環(huán)境的同時(shí),還將造成原料的大量浪費(fèi)。

以生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)為指導(dǎo),運(yùn)用系統(tǒng)論、協(xié)調(diào)論和循環(huán)論原理對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行全面優(yōu)化整合,建立系統(tǒng)內(nèi)部物質(zhì)和能量的循環(huán)鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高資源能源的循環(huán)利用率;以廢物再資源化為指導(dǎo)思想,以豆油生產(chǎn)為“優(yōu)勢(shì)種”(核心環(huán)節(jié)),將其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的“廢物”作為下一生產(chǎn)環(huán)節(jié)的原料,以供應(yīng)鏈形式構(gòu)建下一級(jí)生產(chǎn),如飼料加工、化工生產(chǎn)等,從而建立起一個(gè)高效的工業(yè)生態(tài)體系,使系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)、能量得以合理配置、有效利用,有效地控制廢棄物排放,獲得較高的生態(tài)效率。在工業(yè)生態(tài)體系的構(gòu)建中要特別注意每一個(gè)環(huán)節(jié)生產(chǎn)規(guī)模的匹配,以維護(hù)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)穩(wěn)定。優(yōu)化后的金海糧油生產(chǎn)體系物流情況如下:

圖2 優(yōu)化后的金海糧油生產(chǎn)體系物流

2.2 優(yōu)化“優(yōu)勢(shì)種”構(gòu)建工業(yè)生態(tài)體系

2.2.1 建立、完善生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán),優(yōu)化“優(yōu)勢(shì)種”

通過建立系統(tǒng)內(nèi)部的循環(huán)鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò),能減少系統(tǒng)中原料的輸入和廢物的輸出,充分發(fā)揮物質(zhì)生產(chǎn)潛力,使系統(tǒng)生態(tài)效益達(dá)到最佳。通過對(duì)該項(xiàng)目的物流、能流分析,可建立以下幾個(gè)內(nèi)部循環(huán):大豆原料塵回收系統(tǒng),通過除塵系統(tǒng)回收的原料塵重新回到生產(chǎn)系統(tǒng)中;豆粕塵回收系統(tǒng),回收的豆粕塵進(jìn)入豆粕中;正己烷溶劑循環(huán)系統(tǒng)(循環(huán)率可達(dá)到99.9%),將豆粕烘干系統(tǒng)和毛油蒸發(fā)系統(tǒng)中蒸脫出來溶劑收集后重新投入生產(chǎn)中;蒸汽循環(huán)系統(tǒng),大豆預(yù)處理、豆粕烘干、毛油蒸脫和豆油精煉過程中需要大量的蒸汽加熱,采用封閉管道熱交換系統(tǒng),使蒸汽在管道內(nèi)循環(huán)往復(fù),可節(jié)約能源和水資源消耗。

2.2.2 采用清潔生產(chǎn)工藝,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)減量排放,提高資源、能源的利用率

減量排放包括兩方面的含義:一是生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn),對(duì)環(huán)境友好,很少排放;二是產(chǎn)品對(duì)環(huán)境友好,在循環(huán)過程中變成廢物的量很少,而且廢物對(duì)環(huán)境無害。[1]根據(jù)《秦皇島金海糧油12.7萬噸豆油生產(chǎn)線環(huán)境影響報(bào)告書》,該項(xiàng)目單位產(chǎn)品能耗、物耗、水資源消耗水平低,原料破粉率低,損耗少,產(chǎn)品收率高,而且產(chǎn)品具有低纖維、低尿素毒、高蛋白的品質(zhì),屬清潔生產(chǎn)項(xiàng)目,系統(tǒng)排放實(shí)現(xiàn)了減量化。

2.2.3 廢物再資源化,以廢物為原料,以供應(yīng)鏈構(gòu)建系統(tǒng)

按照傳統(tǒng)工業(yè)觀念,該項(xiàng)目將產(chǎn)生大量廢棄物和副產(chǎn)品。主要廢棄物有加工大豆雜質(zhì),精煉生產(chǎn)線的廢白土、皂腳和游離脂肪酸,污水處理站泥餅、油渣及鍋爐房爐渣、脫硫除塵廢渣等。在這些廢棄物中,除大豆雜質(zhì)主要成分為砂石、土塊、豆梗、鐵屑等暫無資源化價(jià)值外,其它廢棄物和副產(chǎn)品均可作為其它生產(chǎn)環(huán)節(jié)的原料。廢白土打入豆粕中,與豆粕一起做為飼料外售,進(jìn)入生物食物鏈;皂腳、游離脂肪酸和污水處理站油渣均可外賣給化工廠做化工原料,進(jìn)入新的生產(chǎn)環(huán)節(jié);鍋爐爐渣運(yùn)至海港區(qū)制磚廠(約7 km左右)做原料;脫硫除塵系統(tǒng)產(chǎn)生的廢渣可送往10 km外的撫寧縣北部水泥工業(yè)基地做水泥原料。污水處理站的泥餅可送往7 km處的海港區(qū)東部污水處理廠制肥分廠做有機(jī)復(fù)合肥原料,進(jìn)入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。此外還可將污染較輕的工業(yè)下水用作綠化用水,剩余部分作為港口作業(yè)除塵用水,實(shí)現(xiàn)廢水的再資源化。

這樣以豆油生產(chǎn)為“優(yōu)勢(shì)種”,與飼料加工、畜牧飼養(yǎng)、化工廠、水泥廠、制磚廠、生物有機(jī)制肥廠、廠區(qū)綠化和港口作業(yè)等環(huán)節(jié)組合成一個(gè)相互聯(lián)系、相互依存、協(xié)調(diào)共生的一體化系統(tǒng),可同步獲得生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

2.2.4 廢水、廢氣治理一體化考慮,節(jié)約水資源

燃煤煙氣采用濕法除塵脫硫,因蒸發(fā)、廢渣帶出等因素,每年耗水15萬m3左右。使用新鮮水,勢(shì)必增加水資源消耗。將污水處理站排水(14.3萬m3/a)回用,作為除塵、脫硫用水,不僅水質(zhì)完全滿足要求,水量也基本持平。這樣不僅節(jié)約了水資源,降低水消耗,提高水的重復(fù)利用率,而且廢水也可望實(shí)現(xiàn)零排放。此外,將廢水、廢氣治理一體化考慮,以廢(水)治廢(氣),還可節(jié)約水處理成本,所產(chǎn)生的效益是多方面的。

2.2.5 使用清潔能源,實(shí)現(xiàn)能源脫氮

豆油生產(chǎn)過程中需要大量蒸汽,而廠址因其大規(guī)模的原料、產(chǎn)品進(jìn)出轉(zhuǎn)運(yùn)要求靠近碼頭,因而從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益綜合來考慮,項(xiàng)目在近期區(qū)域內(nèi)尚無集中供熱條件的前提下,使用燃煤鍋爐自行供熱是比較可行的方案。從長遠(yuǎn)來看,待天然氣工程實(shí)施后,應(yīng)改用天然氣供熱,實(shí)現(xiàn)能源脫氮,使系統(tǒng)演替逐步趨于成熟。

3 結(jié)束語

工業(yè)生態(tài)是對(duì)全社會(huì)成員的挑戰(zhàn),其構(gòu)建的關(guān)鍵不是技術(shù)開發(fā),而是觀念和決策,只要根據(jù)生態(tài)結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的物質(zhì)和能量流進(jìn)行優(yōu)化,所有的技術(shù)都會(huì)傾向于變得“清潔”。金海糧油項(xiàng)目從整體上體現(xiàn)了工業(yè)生態(tài)的理念,從物質(zhì)、能量流內(nèi)部循環(huán),廢物再資源化,提高資源利用率,排放減量化和能源脫氮等方面對(duì)生產(chǎn)體系進(jìn)行優(yōu)化,取得較佳的生態(tài)效率。但是工業(yè)生態(tài)的效益與其規(guī)模關(guān)系密切,循環(huán)周期越短,循環(huán)范圍越小,從經(jīng)濟(jì)上來說就越合算。因而以金海糧油項(xiàng)目為中心的工業(yè)生態(tài)體系還不盡完善,有待于進(jìn)一步優(yōu)化整合。如副產(chǎn)品豆粕產(chǎn)量很大,應(yīng)就近建飼料加工廠;原料運(yùn)輸量大,可在市郊選擇合適區(qū)域作為大豆生產(chǎn)基地,充分利用系統(tǒng)中的有機(jī)復(fù)混肥,發(fā)展大豆生產(chǎn)等等,逐步建立系統(tǒng)的封閉循環(huán),促進(jìn)系統(tǒng)演替,使系統(tǒng)趨于完善。

[1]李汝雄,王建基.循環(huán)經(jīng)濟(jì)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路[J].環(huán)境保護(hù),2000,(11):29-30.

[2]蘇倫.埃爾克曼.工業(yè)生態(tài)學(xué)[M].北京:經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)出版社,1999.

[3]廖宗文.工業(yè)廢物的農(nóng)用資源化:理論、技術(shù)和實(shí)踐[M].北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1996.

[4]楊持.生態(tài)學(xué)[M].北京:高等教育教育出版社,2008.

[5]勞愛樂,耿勇.工業(yè)生態(tài)學(xué)和生態(tài)工業(yè)園[M].北京:化工工業(yè)出版社,2003.

[6]鄧南圣,吳峰.工業(yè)生產(chǎn)學(xué)—理論與應(yīng)用[M].北京:化工工業(yè)出版社,2002.

Optimizing Industry Manufacturing System with Industrial Ecological Theory

Zhang Guiqin
(Environmental Protection Bureau of Qinhuangdao Economic&Technological Development Zone,Qinhuangdao Hebei066004)

Industrial ecology is the inevitable outcome of the development of human society.Based on elaborating the basic theory of industrial ecology and with the guidance of waste reresource principle,the research optimized soybean oil manufacturing system of Qinhuangdao Goldensea Grain and Oil Co.,Ltd,took soybean oil manufacture as“dominant species”(the key chain),used“wastes”in manufacturing process as materials of the next link,namely,circular flowchart of“resource—product—recycling resource”or“resource—product—consumption—recycling resource”,established industrial ecological system and realized winwin of ecological,economic and social benefits.

industrial ecology;optimization;establishment;manufacturing system;circular economy

X24

A

1008-813(2010)03-0005-04

10.3969/j.issn.1008-813X.2010.03.002

2010-03-22

章桂琴(1957—),女,1992年畢業(yè)于中國環(huán)境干部管理學(xué)院,現(xiàn)工作于秦皇島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)環(huán)保局,主要研究清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排。