中國產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造應用關鍵物質流典型路徑分析方法

齊 宇,朱 坦,*,高 帥,王軍鋒,汲奕君,張 墨,卜欣欣

1 南開大學環(huán)境與社會發(fā)展研究中心, 天津 300071 2 浙江省經濟信息中心, 杭州 310006

中國產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造應用關鍵物質流典型路徑分析方法

齊 宇1,朱 坦1,*,高 帥2,王軍鋒1,汲奕君1,張 墨1,卜欣欣1

1 南開大學環(huán)境與社會發(fā)展研究中心, 天津 300071 2 浙江省經濟信息中心, 杭州 310006

產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造是我國在“十二五”期間和今后一個時期內的一項重要工作,也是在園區(qū)層面實施循環(huán)發(fā)展的主要內容。物質流分析(MFA)是產業(yè)生態(tài)學的核心分析方法,正在成為資源環(huán)境管理領域有效的分析工具。通過梳理物質流分析方法的發(fā)展歷程,指出產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造應用物質流分析存在注重物質規(guī)模而忽視環(huán)境影響、黑箱過程不利定量研究、小區(qū)域研究適用性不強以及隱藏流造成的數(shù)據(jù)誤差等方面問題,同時通過大量調查實踐,認為園區(qū)循環(huán)化改造可從企業(yè)開展清潔生產、促進園區(qū)內和園區(qū)間的產業(yè)共生、加強園區(qū)資源循環(huán)基礎設施建設3個領域入手,在將園區(qū)全部企業(yè)分為生產性企業(yè)、再生性企業(yè)和資源循環(huán)基礎設施企業(yè)3種類型基礎上,提出關鍵流概念及其識別思路,探索構建物質流路徑歸類評價方法框架,歸納出8條典型物質流路徑,為提升園區(qū)物質流管理水平提供方法依據(jù),并選取天津經濟技術開發(fā)區(qū)作為典型案例進行研究,最后對我國產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造應用物質流分析方法進行了展望。

產業(yè)園區(qū)；循環(huán)化改造；關鍵流；物質流路徑歸類

1 中國產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造概況

中國產業(yè)園區(qū)包括經濟技術開發(fā)區(qū)、高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)、保稅區(qū)、出口加工區(qū)以及各類專業(yè)園區(qū)等,園區(qū)建設是一種有效推動產業(yè)集聚、促進資源高度集中的發(fā)展模式。我國現(xiàn)已建設省級以上園區(qū)逾2000家,其中各類國家級園區(qū)超過300家,這些園區(qū)為集約發(fā)展提供良好的基礎設施、制度保障和服務條件等綜合發(fā)展平臺,是工業(yè)化提升、城鎮(zhèn)化加快的重要載體。

園區(qū)循環(huán)化改造是我國在“十二五”期間和今后一個時期內的一項重要工作,也是在園區(qū)層面實施循環(huán)發(fā)展的主要內容,其基本遵循是以區(qū)域的資源環(huán)境承載能力為基礎,根據(jù)物質流和產業(yè)關聯(lián)性,結合本區(qū)域的產業(yè)和資源的比較優(yōu)勢,合理延伸產業(yè)鏈,促進資源的高效利用、反復利用、循環(huán)利用,提高資源產出率。

國家發(fā)改委將物質流分析與管理作為推進園區(qū)循環(huán)化改造的一個重要技術方法,圍繞園區(qū)循環(huán)化改造成效可量化的指標、空間布局的合理性分析以及加強物質流分析與管理3個方面提出了工作任務[1]。

2 產業(yè)園區(qū)應用物質流分析方法遇到的問題

2.1 發(fā)展歷程

物質流分析理論的萌芽可以追溯到100多年前,當時的研究主要集中在物質代謝理論。Jarob Moleshott 1557年最早提出了物質代謝的概念,認為這是一種生命代謝現(xiàn)象,是生命體與環(huán)境進行物質、能量交換的過程[2]。在20世紀,物質流分析理論的思想開始出現(xiàn)在不同的研究領域。在社會學領域,馬克思在《資本論》和《經濟學批判大綱》等著作中多次使用物質代謝的概念,用來闡述人類勞動、生產和商品交換等問題。在經濟學領域,Leontief在20世紀30年代運用輸入輸出平衡分析的方法,定量分析了美國經濟系統(tǒng)以貨幣計量的物流狀況[2]。到了20世紀70年代,物質流分析的理論開始進入f資源環(huán)境領域,最早的兩個理論成果是城市新陳代謝和城市或流域的污染物遷移路徑分析。之后,學術界又提出了更具有現(xiàn)代環(huán)境管理意義的物質平衡理論和工業(yè)代謝理論。在此基礎上,德國Wuppertal研究所在20世紀90年代初提出了物質流賬號體系和隱藏流；歐盟委員會組建了服務于物質流分析國際合作的Con Account平臺；世界資源研究所完成了“工業(yè)經濟的物質基礎”的研究,分析了美國、日本、德國、奧地利和荷蘭的物質輸入流,又完成了“國家之重”的研究,分析了上述國家的物質輸出流。此后,多個國家和地區(qū)開展了物質流分析,并且形成了歐盟統(tǒng)計局“歐盟方法體系”和世界資源環(huán)境所的“WRI方法體系”兩大方法體系[3- 6]。

2.2 實踐中遇到的理論問題

通過對物質流發(fā)展歷程的梳理,結合我國產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造的應用實踐情況看,產業(yè)園區(qū)作為區(qū)域層面應用物質流分析的主要方面,園區(qū)應用物質流分析方法雖然能夠在一定程度上反映目標系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)間物質流動關系,而且正在成為資源環(huán)境管理領域有效的分析工具[7-13],但同時存在需要解決的問題,主要包括4個方面。

(1)物質流分析注重物質規(guī)模而忽視環(huán)境影響

物質流指標與資源環(huán)境影響的關聯(lián)度較弱,對可持續(xù)發(fā)展的指導意義低,區(qū)域物質流指標體系已經逐步融合到循環(huán)經濟、低碳發(fā)展等區(qū)域可持續(xù)發(fā)展理念中, 為制定區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略提供了量化可能[14],并可為政府決策提供參考[15],然而指標層面多應用于宏觀經濟社會發(fā)展評估,很難深入考察區(qū)域物質流具體流程與區(qū)域經濟社會發(fā)展機制對資源環(huán)境的微觀影響。如何從指標層面的經濟社會宏觀評估走向資源環(huán)境影響評估,是區(qū)域物質流分析的應用方向。

(2)黑箱過程不利于定量研究

目前物質流的分析框架普遍將經濟系統(tǒng)視為“黑箱”,大部分區(qū)域物質流分析的案例研究都是從物質輸入輸出(Input-output)、存量與流量模型(Stock and flow, STAF)、材料流分析(Substance flow analysis, SFA)和區(qū)域動態(tài)模型(Regional dynamic model)等傳統(tǒng)研究框架出發(fā)[16- 17],只有少數(shù)案例對分析框架做了部分改進[18- 20]。如何將“黑箱”變?yōu)椤盎蚁洹鄙踔痢鞍紫洹?？如何定量研究系統(tǒng)內部各環(huán)節(jié)的物質綜合利用規(guī)律？都是亟待深入研究的問題。

(3)小區(qū)域研究適用性不強

目前成功的物質流研究均著眼于國家大尺度和大區(qū)域,物質種類的多樣性和物質流過程的復雜性,使得小尺度和小區(qū)域調查、統(tǒng)計、分析內容不規(guī)范,研究的數(shù)據(jù)可得性差。

(4)隱藏流造成的數(shù)據(jù)誤差

總物質需求受隱藏流干擾,不確定性大,隱藏流系數(shù)難以確定。區(qū)域內部物質流動過程存在復雜性和差異性,區(qū)域物質流分析的指標體系沿用國家層面物質分類和指標設計進行評估[21-22],一些案例雖然在此基礎上有所改進[18],但整體變動不大。如何合理校正和規(guī)避隱藏流造成的數(shù)據(jù)誤差而不影響物質流分析的精度,是區(qū)域層面應用物質流分析應重點探討的內容。

3 中國產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造物質流路徑分析總體框架

受有中國特色的企業(yè)層面推行清潔生產、園區(qū)層面建設生態(tài)工業(yè)園、社會層面建設循環(huán)型社會的循環(huán)經濟發(fā)展模式啟發(fā),產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造可以從企業(yè)開展清潔生產、促進園區(qū)內和園區(qū)間的產業(yè)共生、加強園區(qū)資源循環(huán)基礎設施建設3個領域入手,在園區(qū)的地理范圍內,在不同層面上,針對不同的目標系統(tǒng),應用物質流分析理論與方法,并與現(xiàn)有工作有機結合,為提升園區(qū)物質流管理水平提供方法依據(jù)。

針對物質流分析注重物質規(guī)模而忽視環(huán)境影響和隱藏流造成的數(shù)據(jù)誤差問題,本文提出關鍵流的概念,關注物質消耗大宗和環(huán)境影響顯著的關鍵流以增強物質流分析在小區(qū)域的可行性,以關鍵流替代總物質流分析,屏蔽隱藏流的影響；針對黑箱過程不利于定量研究的問題,提出物質流路徑分類評價方法框架,通過將物質循環(huán)路徑進行分類,將傳統(tǒng)的“黑箱”模型細化為“灰箱”；通過對關鍵流及路徑分類的研究,確立標準化的數(shù)據(jù)統(tǒng)計口徑,提升區(qū)域物質流分析的數(shù)據(jù)可得性,解決物質流在小區(qū)域研究方面適用性不強的問題[23-30]。

3.1 特定目標系統(tǒng)的設定

物質流分析是基于特定目標系統(tǒng)物質流動情況展開的,特定目標系統(tǒng)可以是某個國家、城市、行業(yè)或企業(yè)等。產業(yè)園區(qū)中企業(yè)是物質流分析的基本單元,以企業(yè)處理廢棄物的方式為標準,將企業(yè)分為生產性企業(yè)、再生性企業(yè)和資源循環(huán)基礎設施企業(yè)3類。生產性企業(yè)指主要原材料(輸入端)是原生物質,主要產品(輸出端)是原生產品；再生性企業(yè)指主要原材料(輸入端)是廢舊物質,主要產品(輸出端)是再生產品；資源循環(huán)基礎設施企業(yè)主要包括能源基礎設施企業(yè)、水資源基礎設施企業(yè)、固體廢棄物基礎設施企業(yè)等類型。

參照物質流分析的核心思想,結合產業(yè)園區(qū)實際情況,設定產業(yè)園區(qū)行政區(qū)域為循環(huán)化改造物質流分析的特定目標系統(tǒng),并依據(jù)企業(yè)分類進一步分為四大子系統(tǒng),具體包括生產性企業(yè)子系統(tǒng)、(生產性企業(yè))產業(yè)共生子系統(tǒng)、再生性企業(yè)子系統(tǒng)和資源循環(huán)基礎設施企業(yè)子系統(tǒng)。

3.2 關鍵流識別思路

關鍵流是指園區(qū)和企業(yè)物質流分析中一些特定物質輸入、輸出目標系統(tǒng)的物質流動,特定物質可以根據(jù)物質流分析的任務和目標系統(tǒng)情況來確定。識別關鍵流是探索服務于園區(qū)循環(huán)化改造物質流分析方法的關鍵工作。

(1)關鍵流的概念和研究意義

物質流分析按照研究層次的不同可以劃分為區(qū)域層面物質流分析、行業(yè)層面物質流分析和企業(yè)層面物質流分析。從目前的理論研究和實踐應用來看,在區(qū)域層面、行業(yè)層面和企業(yè)層面都已經開展了相關工作。這些工作能夠在宏觀上較好的描述目標系統(tǒng)物質輸入、輸出、消耗強度和利用效率等方面的情況。但是對一些關鍵物質的流動情況關注不足,致使一些具有特殊資源環(huán)境影響但總量較小的物質在分析結論中沒有得到有效的反映,影響了人類對于物質流動情況的科學認識,難以實現(xiàn)系統(tǒng)、分類、分級的指導。引入“關鍵流”的概念可以有效解決這一問題。此外,園區(qū)循環(huán)化改造物質流分析主要開展園區(qū)和企業(yè)的分析工作,屬于微觀層面,缺乏區(qū)域層面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)(如統(tǒng)計年鑒)支撐,通過引入關鍵流,能夠避免陷入一些難以統(tǒng)計、總量很小、種類繁多的物質核算中,同時將園區(qū)循環(huán)化改造的重點關注物質加以凸顯[31-35]。

(2)園區(qū)循環(huán)化改造中的關鍵流識別思路

國家發(fā)改委在《關于推進園區(qū)循環(huán)化改造的意見》中明確提出,園區(qū)循環(huán)化改造以提高資源產出率為目標,調整產業(yè)結構,優(yōu)化資源配置,推進園區(qū)土地集約利用,大力推行清潔生產,推進企業(yè)間廢物交換利用、能量梯級利用、廢水循環(huán)利用[36]。園區(qū)循環(huán)化改造物質流分析,要重點關注以下幾類物質的流動情況：

1)資源產出率核算中涉及的物質流動情況 國家發(fā)改委在《園區(qū)循環(huán)化改造示范試點實施方案編制指南》中對資源產出率進行了指標解釋,提到：“資源產出率是指主要資源單位消耗量所產出的經濟總量(GDP),請各單位結合自身實際選擇生產過程中消耗的主要資源,并附詳細的資源種類、消耗數(shù)據(jù)和計算過程。其中,主要資源消費總量指初始資源投入總量,單位為萬噸,品種包括：能源資源(煤炭、石油、天然氣),礦產資源(鐵礦、銅礦、鋁土礦、鉛礦、鋅礦、鎳礦、錳礦、石灰石、磷礦、硫鐵礦),木材,工業(yè)用糧；地區(qū)生產總值為2010年不變價。”因此,無論在企業(yè)層面還是在園區(qū)層面開展分析,要將上述物質納入關鍵流。

2)水資源的流動情況 水資源是發(fā)展國民經濟不可缺少的重要資源,國家發(fā)改委在園區(qū)循環(huán)化改造工作中圍繞水資源提出了水資源產出率、工業(yè)用水重復利用率和工業(yè)廢水排放量等參考考核指標。因此,水資源的流動情況可以統(tǒng)籌考慮園區(qū)內新鮮水、廢水、中水和海水淡化等,作為關鍵流進行分析。

3)廢棄物的流動情況 減少廢棄物產生和排放,加強廢棄物綜合利用,是園區(qū)循環(huán)化改造的重點工作。國家發(fā)改委在園區(qū)循環(huán)化改造工作中提出了工業(yè)固體廢物綜合利用率、廢舊資源綜合利用量(含進口)、工業(yè)固體廢物排放量和工業(yè)固體廢物處置量等參考考核指標。園區(qū)層面和企業(yè)層面都要注意廢物流的分析,企業(yè)層面還要注意一般性生產企業(yè)和再生性企業(yè)的差異。

4)危險廢物、有毒有害物質和污染物的排放情況。

5)產品產出情況。

3.3 物質流路徑分類評價方法框架

物質流路徑用于描述物質在物質代謝主體間流動關系,包括物質代謝主體與生態(tài)環(huán)境間的物質交換,主要指某種物質由主體A流向主體B[37-42]。

(1)凝練典型物質流動路徑

本文將產業(yè)園區(qū)中的企業(yè)分為生產性企業(yè)、再生性企業(yè)和資源循環(huán)基礎設施企業(yè)?，F(xiàn)歸納出8條典型物質流路徑(圖1)。

圖1 產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造物質流分析概念模型Fig.1 Concept model on industrial park′s circularization reform by using material flow analysis

關鍵物質流典型路徑1：物質輸入生產性企業(yè)后直接輸出系統(tǒng)。

關鍵物質流典型路徑3：物質輸入生產性企業(yè),首先進行企業(yè)內部生產利用,后外排副產品和廢棄物中的一部分在生產性企業(yè)間交換循環(huán)利用,最后最終廢棄物外排到系統(tǒng)外部。

關鍵物質流典型路徑4：物質輸入生產性企業(yè),首先進行企業(yè)內部生產利用,后外排廢棄物進入再生性企業(yè)再生利用,最后最終廢棄物外排到系統(tǒng)外部。

關鍵物質流典型路徑6：物質輸入生產性企業(yè),首先進行企業(yè)內部生產利用,后外排廢棄物進入資源循環(huán)基礎設施企業(yè)循環(huán)利用,最后最終廢棄物外排到系統(tǒng)外部。

關鍵物質流典型路徑8：物質輸入生產性企業(yè),首先進行企業(yè)內部生產利用,后外排副產品和廢棄物中的一部分在生產性企業(yè)間交換,剩余外排廢棄物進入再生性企業(yè),后剩余廢棄物進入資源循環(huán)基礎設施企業(yè),最后最終廢棄物外排到系統(tǒng)外部。

(2)物質流路徑歸類

物質流路徑歸類是開展物質流管理的關鍵環(huán)節(jié),歸類原則是圍繞3個重點領域,目標是建立以促進提高資源產出率為核心的指標體系?，F(xiàn)將中國產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造物質流分析概念模型中,物質流路徑1和2歸類于重點企業(yè)開展清潔生產,路徑3、4和5歸類于產業(yè)共生,路徑6、7和8歸類于園區(qū)層面的資源循環(huán)基礎設施建設。在構建指標體系時,重點企業(yè)循環(huán)化改造的核心是考核重點企業(yè)的資源產出率,結合企業(yè)具體情況,在重點消耗資源、亟待開展減量化的資源等方面設置考核指標；在促進產業(yè)共生領域,應建立以循環(huán)經濟產業(yè)關聯(lián)度為核心的考核指標,用于描述園區(qū)循環(huán)經濟產業(yè)鏈培育情況和水平；在園區(qū)資源循環(huán)基礎設施企業(yè),建立描述水資源(包括新鮮水、廢水、再生水和海水淡化等)利用、固體廢棄物綜合利用和危險廢物安全處置為核心的指標體系。

4 案例研究

本文選取天津市經濟技術開發(fā)區(qū)作為典型案例,該園區(qū)是國家首批“循環(huán)經濟試點園區(qū)”和首批“循環(huán)化改造試點園區(qū)”,承擔著探索園區(qū)層面應用物質流分析工具的方法學研究任務,園區(qū)圍繞物質流管理開展了一系列工作,為進行案例研究提供了堅實的實踐基礎。由于園區(qū)目前不具備傳統(tǒng)物質流分析所需的大量細致的統(tǒng)計數(shù)據(jù),同時上述總體框架符合園區(qū)物質綜合利用實際情況,因此,案例研究從關鍵物質流典型路徑角度,對園區(qū)物質流進行識別和分析評估。

4.1 關鍵物質流典型路徑識別

依據(jù)目前天津經濟技術開發(fā)區(qū)循環(huán)化改造的實踐基礎,結合《天津濱海新區(qū)產業(yè)共生及節(jié)能減排案例集》及相關實地調研等最新掌握的數(shù)據(jù)資料信息(天津經濟技術開發(fā)區(qū)環(huán)境保護局、天津泰達低碳經濟促進中心提供),本案例中識別出關鍵物質流典型路徑1、2、3、4、6五種類型。

(1)關鍵物質流典型路徑1 以水資源為例,原水輸入A公司(生產性企業(yè))后,直接排放到天津經濟技術開發(fā)區(qū)行政區(qū)域系統(tǒng)邊界外部,廢水排放量為10679.2t/a。

(2)關鍵物質流典型路徑2 以水資源為例,原水輸入A公司(生產性企業(yè))后,產生的廢水首先在公司內部進行循環(huán)利用,然后再排放到天津經濟技術開發(fā)區(qū)行政區(qū)域系統(tǒng)邊界外部,廢水排放量為54158.0t/a。

(3)關鍵物質流典型路徑3 物質輸入A公司(生產性企業(yè))后,每年產生的2400.0t廢木屑作為B公司(生產性企業(yè))的原材料進行資源化利用,最終廢棄物外排到系統(tǒng)外部。

(4)關鍵物質流典型路徑4 物質輸入A公司(生產性企業(yè))后,每年產生的8.0t相機外殼廢棄物作為B公司(再生性企業(yè))的原材料進行資源化利用,最終廢棄物外排到系統(tǒng)外部。

(5)關鍵物質流典型路徑6 物質輸入A公司(生產性企業(yè))后,每年產生的95040.0t廢水,作為B公司(資源循環(huán)基礎設施企業(yè))的原材料進行資源化利用,最終廢棄物外排到系統(tǒng)外部。

圖2 關鍵物質流典型路徑Fig.2 Typical way of key material flow

4.2 關鍵物質流典型路徑分析評估

通過以上對關鍵物質流典型路徑的識別,在識別出的典型路徑1、2、3、4、6中,物質流路徑1和2歸類于重點企業(yè)開展清潔生產,概念模型中推測存在的物質流典型路徑均有多個實踐案例,顯示區(qū)域開展清潔生產工作基礎扎實,企業(yè)內部資源利用效率較高；路徑3和4歸類于產業(yè)共生,3種理論存在的物質流中識別出2種,同時存在大量的產業(yè)共生案例,表明區(qū)域開展產業(yè)共生工作效果顯著,極大地提升了區(qū)域資源產出率；物質流路徑6歸類于園區(qū)層面的資源循環(huán)基礎設施建設,表明資源循環(huán)基礎設施建設已具備一定的基礎,在今后的循環(huán)化改造中需進一步鼓勵資源循環(huán)基礎設施企業(yè)的建設,特別是提供資源化利用技術和管理咨詢服務的資源循環(huán)基礎設施企業(yè),例如水資源、能源等基礎設施企業(yè),豐富、完善典型物質流的建設。

4.2.1 關鍵物質流典型路徑基本情況分析

表1對關鍵物質流典型路徑進行了定量分析評估。

從案例數(shù)及其占比看,路徑類型4和路徑類型6案例數(shù)所占比例較多,分別為32.88%和34.25%,說明再生性企業(yè)和資源循環(huán)基礎設施企業(yè)在關鍵物質流典型路徑的形成過程中作用顯著,如果沒有再生性企業(yè)和資源循環(huán)基礎設施企業(yè)存在,案例數(shù)占比將減少67.13%,總CO2減排量將減少44.19%,總經濟效益將減少50.02%,說明將產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造的工作重點放在引進和培育再生性企業(yè)和資源循環(huán)基礎設施企業(yè)上很有必要,未來應有針對性的選擇適合園區(qū)廢棄物產生特點的補鏈企業(yè)(再生性企業(yè)和資源循環(huán)基礎設施企業(yè))入駐,提高資源產出率；同時,路徑類型5、7、8沒有相關案例存在,一部分原因在于再生性企業(yè)和資源循環(huán)基礎設施企業(yè)之間產生物質流聯(lián)系難度較高,也說明關鍵物質流典型路徑在產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內部還有進一步優(yōu)化的空間。

從總體指標來看,總CO2減排量路徑類型2和路徑類型4占比分別為38.03%和42.48%,總經濟效益路徑類型2和路徑類型4占比分別為34.32%和34.62%,說明企業(yè)內部物質循環(huán)利用和通過再生性企業(yè)循環(huán)利用實現(xiàn)的物質減量化和經濟效益最大化占主導地位,顯示園區(qū)開展企業(yè)清潔生產工作和引入補鏈企業(yè)成效顯著,對提高區(qū)域資源產出率和由此帶來的經濟效益產生了重要的作用。

從平均指標來看,平均CO2減排量路徑類型3為100000.00萬元/個為最大值,平均經濟效益路徑類型3為417.00萬元/個為最大值,說明生產性企業(yè)間一旦尋找到合適原材料和廢棄物的交換機會,能通過物質交換利用帶來較多的物耗、能耗下降及經濟效益,未來應繼續(xù)完善基于副產品和廢棄物交易的網(wǎng)絡平臺,發(fā)現(xiàn)更多交易機會,提高資源產出率,降低交易成本。

表1 關鍵物質流典型路徑分析評估

關鍵物質流典型路徑1作為常規(guī)類型,未做統(tǒng)計及討論

4.2.2 關鍵物質流典型路徑案例CO2減排量和經濟效益分布情況分析

圖3是各類型關鍵物質流典型路徑的案例數(shù)量和年CO2減排量分布情況。在識別出的關鍵物質流典型路徑2中的19個案例中,有CO2減排量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的案例為14個,除0—1t區(qū)間外的各區(qū)間均有分布且案例數(shù)量較為平均,說明企業(yè)通過開展清潔生產工作,能夠普遍降低能耗、物耗,提高資源產出率,并且如果有合適的工藝改進和設備升級,會帶來較大的資源產出率提升。

在識別出的關鍵物質流典型路徑4中的24個案例中,有CO2減排量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的案例為21個,主要分布在0—2500t區(qū)間,說明區(qū)域內再生性企業(yè)能夠廣泛的利用生產性企業(yè)產生的廢棄物進行資源化利用,在一定程度上提高區(qū)域資源產出率,相應提高區(qū)域整體的資源利用水平,并且存在所有案例CO2減排量最大值204448.00t/a,對應的企業(yè)為電子廢棄物再生性企業(yè),說明電子信息產業(yè)作為園區(qū)主導產業(yè),產生大量的電子廢棄物,相關再生性企業(yè)的存在,能夠極大的提高某一類廢棄物的資源化利用水平。

在識別出的關鍵物質流典型路徑6中的25個案例中,有CO2減排量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的案例為13個,主要集中在1—100t區(qū)間,共有8個案例,實現(xiàn)包括節(jié)電、節(jié)水、節(jié)材在內的多種資源循環(huán)利用,說明資源循環(huán)基礎設施企業(yè)作為再生性企業(yè)的補充,可以全面資源化利用生產性企業(yè)產生的多種廢棄物,起到“兜底”的顯著作用。

圖3 泰達園區(qū)各類型關鍵物質流典型路徑案例數(shù)量和CO2減排量分布之 (a) 直方圖與 (b) 箱線圖Fig.3 Number and CO2 emission reduction of cases in four categories of material flow path at TEDA (a) histogram and (b) box plot

圖4是各類型關鍵物質流典型路徑的案例數(shù)量和年經濟效益分布情況。在識別出的關鍵物質流典型路徑2中的19個案例中,有經濟效益統(tǒng)計數(shù)據(jù)的案例為12個,其中6個案例經濟效益集中在中部100—250萬元區(qū)間,占全部案例的50%,并且案例圍繞中部區(qū)間成對稱分布狀態(tài),說明通過開展清潔生產工作,較容易產生適中的經濟效益,并且如果有合適的工藝改進和設備升級,會帶來較大的經濟回報。

圖4 泰達園區(qū)各類型關鍵物質流典型路徑案例數(shù)量和經濟效益分布之 (a) 直方圖與 (b) 箱線圖Fig.4 Number and economic profits of cases in four categories of material flow path at TEDA (a) histogram and (b) box plot

在識別出的關鍵物質流典型路徑3中的5個案例中,有經濟效益統(tǒng)計數(shù)據(jù)的案例為3個,其中2個案例位于中部區(qū)間,1個案例經濟效益較高,達到1093.00萬元。

在識別出的關鍵物質流典型路徑4中的24個案例中,有經濟效益統(tǒng)計數(shù)據(jù)的案例為22個,分布在除250—500萬元、500—1000萬元和1000—1500萬元的所有區(qū)間,說明再生性企業(yè)產生的經濟效益分布較廣泛,小規(guī)模投入一般會產生小規(guī)模產出,高強度投入帶來高產出,并且存在所有案例經濟效益最大值1872.54萬元,對應的企業(yè)為輪胎再生性企業(yè),主要和再生性物品對應的原生物品價值高低有關。

在識別出的關鍵物質流典型路徑6中的25個案例中,有經濟效益統(tǒng)計數(shù)據(jù)的案例為19個,主要分布在中部區(qū)間附近,案例數(shù)量較為平均,每個區(qū)間主要包括3個案例左右,說明資源循環(huán)基礎設施企業(yè)較容易和生產性企業(yè)形成關鍵物質流典型路徑,并且具有較高的經濟性。

4.3 小結

根據(jù)以上關鍵物質流典型路徑識別及分析評估內容,下一步在圍繞物質流管理統(tǒng)計口徑進一步完善的條件下,可全面系統(tǒng)收集園區(qū)企業(yè)的相關數(shù)據(jù)信息,建立園區(qū)關鍵物質流分類分級管理評價體系,核心內容包括園區(qū)正向關鍵物質流和逆向關鍵物質流的管理需求、管理目標、管理思路和管理任務等方面內容,并以關鍵物質流典型路徑為管理工具,提出物質流的優(yōu)化、管理與調控選擇對策,并進行后評估,提高區(qū)域資源產出率。

5 展望

物質流分析作為產業(yè)生態(tài)學的核心分析方法,正在成為資源環(huán)境管理領域的有效分析工具。本文針對目前物質流分析注重物質規(guī)模而忽視環(huán)境影響、把目標系統(tǒng)視為“黑箱”而忽略內部物質流動規(guī)律、圍繞園區(qū)層面的研究適用性不強,及隱藏流造成數(shù)據(jù)誤差等存在的突出問題,以物質流分析思想為指導,通過長期調查實踐,提出了關鍵流識別思路和物質流路徑分類評價方法,為解決上述問題提供了切入點,未來可以重點關注各種關鍵物質流典型路徑的物質流動組成、流動特點、流動效率、流動的關鍵影響因素,以及資源產出率、循環(huán)經濟產業(yè)關聯(lián)度等物質流核心指標,并可從園區(qū)物質流的統(tǒng)計與歸類、識別分析與評估、管理體系建設、園區(qū)物質流管理的制度保障體系建設和信息化平臺建設等方面,深入探討物質流管理體系建設的具體內容和相關標準,使物質流分析真正成為推動我國循環(huán)化改造工作走向科學、規(guī)范和有效的資源環(huán)境管理工具[18,43-45]。

致謝：天津市經濟技術開發(fā)區(qū)環(huán)境保護局衛(wèi)紅梅局長、宋雨燕副局長、王健和天津泰達低碳經濟促進中心趙雅斐在實地調研方面給予支持;日本立命館大學王韜高級研究員對本文寫作給予幫助，特此致謝。

[1] 國家發(fā)展和改革委員會. 園區(qū)循環(huán)化改造示范試點實施方案編制指南. 北京: 國家發(fā)展和改革委員會, 2012.

[2] Ayres R U. The life-cycle of chlorine, Part I: chlorine production and the chlorine-mercury connection. Journal of Industrial Ecology, 1997, 1(1): 81- 94.

[3] Korhonen J. Special issue of the journal of cleaner production, ‘from material flow analysis to material flow management′: strategic sustainability management on a principle level. Journal of Cleaner Production, 2007, 15(17): 1585- 1595.

[4] Binder C R. From material flow analysis to material flow management Part I: social sciences modeling approaches coupled to MFA. Journal of Cleaner Production, 2007, 15(17): 1596- 1604.

[5] Binder C R. From material flow analysis to material flow management Part II: the role of structural agent analysis. Journal of Cleaner Production, 2007, 15(17): 1605- 1617.

[6] 王如松, 馬世俊. 邊緣效應及其在經濟生態(tài)學中的應用. 生態(tài)學雜志, 1985, (2): 38- 42.

[7] 畢軍, 黃和平, 袁增偉, 劉凌軒. 物質流分析與管理. 北京: 科學出版社, 2009.

[8] 高吉喜. 可持續(xù)發(fā)展理論探索——生態(tài)承載力理論、方法與應用. 北京: 中國環(huán)境科學出版社, 2001: 60- 63.

[9] 謝振華. 關于循環(huán)經濟理論與政策的幾點思考. 中國環(huán)境報, 2003- 11- 15.

[10] 諸大建, 朱遠. 生態(tài)文明背景下循環(huán)經濟理論的深化研究. 中國科學院院刊, 2013, 28(2): 207- 218.

[11] Marina Fischer-Kowalski. Society′s Metabolism The Intellectual History of Materials Flow Analysis, Part I, 1860- 1970. Journal of Industrial Ecology, 1998, 2(1): 61- 78.

[12] 段寧. 城市物質代謝及其調控. 環(huán)境科學研究, 2004, 17(5): 75- 77.

[13] 施曉清, 楊建新, 王如松, 趙吝加. 產業(yè)生態(tài)系統(tǒng)資源代謝分析方法. 生態(tài)學報, 2012, 32(7): 2012- 2024.

[14] Barles S. Society, energy and materials: the contribution of urban metabolism studies to sustainable urban development issues. Journal of Environmental Planning and Management, 2010, 53(4): 439- 455.

[15] Kleijn R. Adding it all up the sense and non-sense of Bulk-MFA. Journal of Industrial Ecology, 2001, 4(2): 7- 8.

[16] Bao Z M, Zhang S S, Chen Y, Liu S L, Zhang Y, Wang H L. A review of material flow analysis // Proceedings of 2010 International Conference on Management and Service Science (MASS). Wuhan: IEEE, 2010: 1- 8.

[17] 邢芳芳, 歐陽志云, 楊建新, 鄭華, 羅婷文. 經濟-環(huán)境系統(tǒng)的物質流分析. 生態(tài)學報, 2007, 26(2): 261- 268.

[18] 陳波, 楊建新, 石垚, 歐陽志云. 城市物質流分析框架及其指標體系構建. 生態(tài)學報, 2010, 30(22): 6289- 6296.

[19] 石 磊, 樓俞. 城市物質流分析框架及測算方法. 環(huán)境科學研究, 2008, 21(4): 196- 200.

[20] 徐一劍, 張?zhí)熘? 基于三維物質投入產出表的區(qū)域物質流分析模型. 清華大學學報(自然科學版), 2007, 47(3): 356- 360.

[21] 黃和平, 畢軍, 張炳, 李祥妹, 楊潔, 石磊. 物質流分析研究述評. 生態(tài)學報, 2007, 27(1): 368- 379.

[22] Bringezu S, Schütz H, Moll S. Rationale for and interpretation of economy-wide materials flow analysis and derived indicators. Journal of Industrial Ecology, 2003, 7(2): 43- 64.

[23] 武娟妮, 石磊. 工業(yè)園區(qū)氮代謝——以江蘇宜興經濟開發(fā)區(qū)為例. 生態(tài)學報, 2010, 30(22): 6208- 6217.

[24] 戴鐵軍, 陸鐘武. 鋼鐵企業(yè)生態(tài)效率分析. 東北大學學報: 自然科學版, 2005, 26(12): 1168- 1173.

[25] 劉毅, 陳吉寧. 中國磷循環(huán)系統(tǒng)的物質流分析. 中國環(huán)境科學, 2006, 26(2): 238- 242.

[26] 徐一劍, 張?zhí)熘? 石磊, 陳吉寧. 貴陽市物質流分析. 清華大學學報: 自然科學版, 2004, 44(12): 1688- 1691, 1699- 1699.

[27] 于術桐, 黃賢金. 區(qū)域系統(tǒng)物質代謝研究——以江蘇省南通市為例. 自然資源學報, 2005, 20(2): 212- 221.

[28] 黃和平, 畢軍. 基于物質流分析的區(qū)域循環(huán)經濟評價——以常州市武進區(qū)為例. 資源科學, 2006, 28(6): 20- 27.

[29] Jan Kovanda. Incorporation of recycling flows into economy-wide material flow accounting and analysis: a case study for the Czech Republic. Resources, Conservation and Recycling, 2014, 92: 78- 84.

[30] Kotani K, Masunaga S. Environmental impact assessment of chlorine in liquid crystal display glass (LCDG) based on material flow analysis. Journal of Environmental Management, 2012, 112: 304- 308.

[31] 高昂, 張道宏. 基于時間維度的循環(huán)經濟物質流特征研究. 中國人口·資源與環(huán)境, 2010, 20(9): 13- 17.

[32] 李虹, 田生, 理明佳. 物質流指標下的工業(yè)經濟解耦問題研究. 中國人口·資源與環(huán)境, 2014, 24(1): 132- 139.

[33] 孫曉梅, 崔兆杰, 朱麗, 劉雷. 生態(tài)工業(yè)園運行效率評價指標體系的研究. 中國人口·資源與環(huán)境, 2010, 20(1): 124- 128.

[34] 吳開亞, 劉曉薇, 張浩. 基于物質流分析方法的安徽省環(huán)境載荷及其減量化研究. 資源科學, 2011, 33(4): 789- 795.

[35] 劉偉, 鞠美庭, 楚春禮, 邵超峰, 田文鑫. 區(qū)域環(huán)境-經濟系統(tǒng)物質流與能流分析方法及實證研究. 自然資源學報, 2011, 26(8): 1435- 1445.

[36] 國家發(fā)展和改革委員會. 關于推進園區(qū)循環(huán)化改造的意見. 北京: 國家發(fā)展和改革委員會, 2012.

[37] 鐘若愚. 中國資源生產率和全要素生產率研究. 經濟學動態(tài), 2010, (7): 28- 33.

[38] 陳敏鵬, 郭寶玲, 劉昱, 夏旭, 陳吉寧. 磷元素物質流分析研究進展. 生態(tài)學報, 2015, 35(20): 6891- 6900.

[39] 石垚, 楊建新, 劉晶茹, 陳波, 王如松. 基于MFA的生態(tài)工業(yè)園區(qū)物質代謝研究方法探析. 生態(tài)學報, 2010, 30(1): 228- 237.

[40] 趙卉卉, 王遠, 谷學明, 王義琛, 周婧, 孫友勝. 基于物質流和生態(tài)足跡的可持續(xù)發(fā)展指標體系構建——以安徽省銅陵市為例. 生態(tài)學報, 2012, 32(7): 2025- 2032.

[41] Huang S L, Lee C L, Chen C W. Socioeconomic metabolism in Taiwan: emergy synthesis versus material flow analysis. Resources, Conservation and Recycling, 2006, 48(2): 166- 196.

[42] Kovanda J, Weinzettel J, Hak T. Analysis of regional material flows: the case of the Czech Republic. Resources, Conservation and Recycling, 2009, 53(5): 243- 254.

[43] 李慧明, 王軍鋒. 加強物質流分析和調控是發(fā)展循環(huán)經濟的關鍵. 經濟縱橫, 2006, (2): 24- 26.

[44] 朱坦, 王天天. 資源型城市產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑. 中國發(fā)展, 2012, 12(5): 9- 12.

[45] 李慧明, 王軍鋒, 左曉利, 朱紅偉等著. 內外均衡,一體循環(huán)——循環(huán)經濟的經濟學思考. 天津：天津人民出版社,2007.

Preliminary exploration of the Chinese industrial park′s circularization reform using key material flow analysis

QI Yu1, ZHU Tan1,*, GAO Shuai2, WANG Junfeng1, JI Yijun1, ZHANG Mo1, BU Xinxin1

1ResearchCenterforenvironmentalandsocialdevelopment,NankaiUniversity,Tianjin300071,China2ZhejiangEconomicInformationCenter,Hangzhou310006,China

The industrial park′s circular reconstruction is an important task in the 12th Five-Year Plan in China. It is also a chief component of circular development at the industrial-park level. As the primary analytical method of industry ecology, material flow analysis (MFA) is an effective analysis tool in the resource and environment management field. In this paper, we outline MFA′s developmental process and summarize several defects: MFA placed more weight on quantity than influence; its black-box process is unsuited to quantitative study; its applicability is weak in small-scale analyses; and the hidden flow caused deviations. Based on massive investigative practice, three domains were extracted to perform the industrial park′s circularization reform, which were a cleaner production in enterprise; promotion of industrial symbiosis within and among industrial parks; enhancement of the park′s infrastructure construction. The enterprises in the industrial park were sorted into three types: manufacturing, reproductive, and resource-environment infrastructure. A new concept, key flow, was suggested and its recognition method was developed. After constructing the method frame of material flow path classification and evaluation, eight kinds of typical material flow paths were summarized and speculated to enhance the management level of material flow. Simultaneously, we choose TEDA as a typical case study. Finally, the prospect of Chinese industrial park′s circularization reform using material flow analysis was anticipated.

industrial park; circular reconstruction; key material flow; material flow path classification

天津市哲學社會科學研究規(guī)劃項目(TJYY15-006)；南開大學亞洲研究中心資助研究項目(AS1420)；中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助項目(NKZXB1411)

2015- 08- 15;

2016- 05- 30

10.5846/stxb201508151708

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhutan@nankai.edu.cn, qiyu@nankai.edu.cn

齊宇,朱坦,高帥,王軍鋒,汲奕君,張墨,卜欣欣.中國產業(yè)園區(qū)循環(huán)化改造應用關鍵物質流典型路徑分析方法.生態(tài)學報,2016,36(22):7335- 7345.

Qi Y, Zhu T, Gao S, Wang J F, Ji Y J, Zhang M, Bu X X.Preliminary exploration of the Chinese industrial park′s circularization reform using key material flow analysis.Acta Ecologica Sinica,2016,36(22):7335- 7345.