用工业生态学理论优化工业生产体系

章桂琴

(秦皇岛经济技术开发区环保局,河北秦皇岛066004)

用工业生态学理论优化工业生产体系

章桂琴

(秦皇岛经济技术开发区环保局,河北秦皇岛066004)

工业生态是人类社会发展之必然。在阐述工业生态学基本理论的基础上,以废物再资源化为指导思想,对秦皇岛市金海粮油豆油生产进行优化组合,以豆油生产为“优势种群”(核心环节),将其生产过程中产生的“废物”作为下一生产环节的原料,即“资源—产品—再生资源”或“资源—产品—消费—再资源化”的循环式流程,建立工业生态体系,取得生态、经济和社会等多种效益的共赢。

工业生态;优化;构建;生产体系;循环经济

环境污染和资源短缺问题伴随着现代工业和现代科技的发展而日益严重,为此,人们开始重新思考人与自然的关系,探寻更合理的发展模式。1987年,联合国“关于环境与发展委员会”首先提出了可持续发展的观点,1992年联合国环发大会的主题就是环境保护与可持续发展,达成了世界性的共识。1994年联合国大会又提出了“零”排放的概念,认为就整个地球而言,通过循环利用,废弃物排放有可能减少为零。至此,人们开始摸索以自然生态系统的循环共生理论为基础建立循环经济社会,走人与自然和谐的后工业社会的道路。

所谓循环经济本质上是一种生态型经济,就是运用生态学规律来指导人类社会的经济活动,是一种与环境和谐的经济发展模式。它不同于传统的“资源—产品—污染物排放”单向流动的线性经济,而是将经济活动组织为“资源—产品—再生资源”或“资源—产品—消费—再资源化”的循环式流程,以物质流和能量流的循环链为基础构成生产和消费系统的网状结构,以资源低开采、高利用、低排放为特征,物质和能源在这个不断循环往复的经济社会体系中得到合理和持久的利用。这种经济增长方式是解决可持续发展战略中资源和环境制约问题的最佳模式。[1]

工业生态是循环经济最主要的组成部分,是工业体系各组成部分及其同生物圈关系全面的、一体化的整合。它是在模仿自然生态系统的运行规则和调节机制的基础上,以集约再循环理论组织起来的链式网络结构的工业生产体系。

工业生态体系类似于自然生态系统的群落概念,也可称为“工业生态群落”。在这个群落(体系)中存在一个核心种类(环节),大量控制能流和物流,并对其它种类(环节)有强烈的影响,这个核心种类就类似于自然系统中的“优势种”。人工构建工业生态群落(体系)时,正是围绕着选定的“优势种”,以其生产过程中的物质和能量流为主要结构链,根据生态学基本原理,从废料重新作为资源利用、封闭物质循环系统、减少消耗性排放、提高资源利用率、能源脱碳等方面入手,构建起一个有效的工业生态联合体。因此,“优势种”的确定和系统的整体优化整合是构建工业生态的关键所在。对于区域性的、大尺度的生态工业园区的建设,国内外学者已做了大量的研究,而局部小尺度,以某个起经济核心作用的企业做为“优势种”构建局部工业生态型生产体系的研究还鲜见报道。本研究以秦皇岛市金海粮油有限公司为例,对单个工业项目建设时,从区域整体出发,以建设项目为核心(“优势种”),优化建设项目构建工业生态体系进行探索。

1 构建工业生态体系的基本生态学理论

人工构建工业生态体系所运用的基本生态学理论概括起来有:系统论、协调论和循环论。[2～4]

系统论是指生态系统中各组分相互依存、相互联系、相互作用、相生相克、互为因果形,成一个有机整体。模仿自然系统建立起来的工业生态体系也可称为“生态工业园区”,其概念不局限于地理上毗邻地区相似产业的聚集,一个生态工业园区完全可以包括附近的居住区,或者包括一个离得很远的企业。系统中的企业以合作关系建立物质循环链,一个企业的废料可作为另一个企业的原料,一个企业投入产出的变化,往往会使其它企业的功能和效应也随之相应变化。如卡伦堡工业生态体系,阿斯耐斯瓦尔盖发电厂的燃料来源变化,燃料中含有钒,结果影响了吉普洛克石膏材料厂的产品质量,在石膏中检出了大量的钒,迫使阿斯耐斯瓦尔盖发电厂不得不改变工艺,减少钒的累积。

协调论就是自然界中任一稳态的生态系统在一定时期内均有相对稳定而协调的内部结构和功能。其中结构是组成系统的组分的种类及其数量、密度、空间和时间的分布与搭配,相互作用的内容与方式;功能是指系统运行机制,决定了系统的性质、生产力、自净能力、缓冲能力以及它对环境、社会和经济的效益和危害,也是系统相对稳定和持续发展的基础。系统的这种协调机制,可最大限度充分利用空间和营养生态位,充分发挥物质生产潜力,通过调整系统的内部结构和功能,实现生产的良性循环和多级利用,达到环境、社会和经济等多种效益共赢。如热电联网工程,既充分利用了电厂余热,又取代了一批小锅炉,降低了能耗,减少了污染,实现了物质和能源的多级利用,获得了多种效益。因此一个协调系统的整体效益往往大于各组分效益的简单加和。

循环论源于东方哲学思想。“易经”中就以“无平不陂,无往不复”概括出循环往复、周而复始这一天地万物遵循的客观规律,指出一切矛盾都在循环的流通过程中解决,如果事物的循环运转畅通无阻,将会产生于人于物有利的结果。在工业系统中运用循环论可加速系统中副产品和废物的迁移、转化,疏通系统的物质流通和循环路线,是构成工业生态体系的基础。

2 构建工业生态体系

2.1 项目概况及物流分析

秦皇岛金海粮油工业有限公司位于秦皇岛西港区丙码头后沿,是一个以生产精炼豆油为主体的中外合资企业,主要生产原料是大豆,年耗量72.6万t,主要产品精炼豆油年产量12.7万t,副产品豆粕年产量57.4万t。

工程主要包括大豆榨油和豆油精炼两条生产线。大豆榨油生产线是原料大豆经筛选、去杂质、加热、去皮、破碎、轧胚等预处理工序后送入浸出工序。浸出工序以正已烷为溶剂,采用一次浸出工艺生产毛豆油。豆油精炼生产线是毛豆油经中和、脱脂、脱色、脱臭等工艺过程生产精炼豆油。

按照传统的“原料—产品—污染物排放”线性工业模式组织生产,其主要物流情况如下:

图1 金海粮油传统生产体系物流

由图1中可以看出,这样的线性生产体系,将产生大量的大豆粉尘、正己烷废气和有机废水,在污染环境的同时,还将造成原料的大量浪费。

以生态学观点为指导,运用系统论、协调论和循环论原理对项目进行全面优化整合,建立系统内部物质和能量的循环链式网络结构,提高资源能源的循环利用率;以废物再资源化为指导思想,以豆油生产为“优势种”(核心环节),将其生产过程中产生的“废物”作为下一生产环节的原料,以供应链形式构建下一级生产,如饲料加工、化工生产等,从而建立起一个高效的工业生态体系,使系统内的物质、能量得以合理配置、有效利用,有效地控制废弃物排放,获得较高的生态效率。在工业生态体系的构建中要特别注意每一个环节生产规模的匹配,以维护系统的协调稳定。优化后的金海粮油生产体系物流情况如下:

图2 优化后的金海粮油生产体系物流

2.2 优化“优势种”构建工业生态体系

2.2.1 建立、完善生产系统内部的物质循环,优化“优势种”

通过建立系统内部的循环链式网络,能减少系统中原料的输入和废物的输出,充分发挥物质生产潜力,使系统生态效益达到最佳。通过对该项目的物流、能流分析,可建立以下几个内部循环:大豆原料尘回收系统,通过除尘系统回收的原料尘重新回到生产系统中;豆粕尘回收系统,回收的豆粕尘进入豆粕中;正己烷溶剂循环系统(循环率可达到99.9%),将豆粕烘干系统和毛油蒸发系统中蒸脱出来溶剂收集后重新投入生产中;蒸汽循环系统,大豆预处理、豆粕烘干、毛油蒸脱和豆油精炼过程中需要大量的蒸汽加热,采用封闭管道热交换系统,使蒸汽在管道内循环往复,可节约能源和水资源消耗。

2.2.2 采用清洁生产工艺,实现系统减量排放,提高资源、能源的利用率

减量排放包括两方面的含义:一是生产过程实现清洁生产,对环境友好,很少排放;二是产品对环境友好,在循环过程中变成废物的量很少,而且废物对环境无害。[1]根据《秦皇岛金海粮油12.7万吨豆油生产线环境影响报告书》,该项目单位产品能耗、物耗、水资源消耗水平低,原料破粉率低,损耗少,产品收率高,而且产品具有低纤维、低尿素毒、高蛋白的品质,属清洁生产项目,系统排放实现了减量化。

2.2.3 废物再资源化,以废物为原料,以供应链构建系统

按照传统工业观念,该项目将产生大量废弃物和副产品。主要废弃物有加工大豆杂质,精炼生产线的废白土、皂脚和游离脂肪酸,污水处理站泥饼、油渣及锅炉房炉渣、脱硫除尘废渣等。在这些废弃物中,除大豆杂质主要成分为砂石、土块、豆梗、铁屑等暂无资源化价值外,其它废弃物和副产品均可作为其它生产环节的原料。废白土打入豆粕中,与豆粕一起做为饲料外售,进入生物食物链;皂脚、游离脂肪酸和污水处理站油渣均可外卖给化工厂做化工原料,进入新的生产环节;锅炉炉渣运至海港区制砖厂(约7 km左右)做原料;脱硫除尘系统产生的废渣可送往10 km外的抚宁县北部水泥工业基地做水泥原料。污水处理站的泥饼可送往7 km处的海港区东部污水处理厂制肥分厂做有机复合肥原料,进入农田生态系统。此外还可将污染较轻的工业下水用作绿化用水,剩余部分作为港口作业除尘用水,实现废水的再资源化。

这样以豆油生产为“优势种”,与饲料加工、畜牧饲养、化工厂、水泥厂、制砖厂、生物有机制肥厂、厂区绿化和港口作业等环节组合成一个相互联系、相互依存、协调共生的一体化系统,可同步获得生态、经济和社会效益。

2.2.4 废水、废气治理一体化考虑,节约水资源

燃煤烟气采用湿法除尘脱硫,因蒸发、废渣带出等因素,每年耗水15万m3左右。使用新鲜水,势必增加水资源消耗。将污水处理站排水(14.3万m3/a)回用,作为除尘、脱硫用水,不仅水质完全满足要求,水量也基本持平。这样不仅节约了水资源,降低水消耗,提高水的重复利用率,而且废水也可望实现零排放。此外,将废水、废气治理一体化考虑,以废(水)治废(气),还可节约水处理成本,所产生的效益是多方面的。

2.2.5 使用清洁能源,实现能源脱氮

豆油生产过程中需要大量蒸汽,而厂址因其大规模的原料、产品进出转运要求靠近码头,因而从环境、经济和社会效益综合来考虑,项目在近期区域内尚无集中供热条件的前提下,使用燃煤锅炉自行供热是比较可行的方案。从长远来看,待天然气工程实施后,应改用天然气供热,实现能源脱氮,使系统演替逐步趋于成熟。

3 结束语

工业生态是对全社会成员的挑战,其构建的关键不是技术开发,而是观念和决策,只要根据生态结构对系统内的物质和能量流进行优化,所有的技术都会倾向于变得“清洁”。金海粮油项目从整体上体现了工业生态的理念,从物质、能量流内部循环,废物再资源化,提高资源利用率,排放减量化和能源脱氮等方面对生产体系进行优化,取得较佳的生态效率。但是工业生态的效益与其规模关系密切,循环周期越短,循环范围越小,从经济上来说就越合算。因而以金海粮油项目为中心的工业生态体系还不尽完善,有待于进一步优化整合。如副产品豆粕产量很大,应就近建饲料加工厂;原料运输量大,可在市郊选择合适区域作为大豆生产基地,充分利用系统中的有机复混肥,发展大豆生产等等,逐步建立系统的封闭循环,促进系统演替,使系统趋于完善。

[1]李汝雄,王建基.循环经济是实现可持续发展的必由之路[J].环境保护,2000,(11):29-30.

[2]苏伦.埃尔克曼.工业生态学[M].北京:经济日报出版社,1999.

[3]廖宗文.工业废物的农用资源化:理论、技术和实践[M].北京:中国环境科学出版社,1996.

[4]杨持.生态学[M].北京:高等教育教育出版社,2008.

[5]劳爱乐,耿勇.工业生态学和生态工业园[M].北京:化工工业出版社,2003.

[6]邓南圣,吴峰.工业生产学—理论与应用[M].北京:化工工业出版社,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年毕业于中国环境干部管理学院,现工作于秦皇岛经济技术开发区环保局,主要研究清洁生产、节能减排。