第22卷第3期河北工业科技V ol.22,No.3 2005年5月H ebei Jour nal of Industr ial Science and T echno log y M ay2005文章编号:1008-1534(2005)03-0162-05发展生态工业的基本原则赵风云1,董丽华1,王建英1,刘洪杰1,金涌2(1.河北科技大学化学与制药工程学院,河北石家庄050018;2.清华大学化学工程系,北京100084)摘要:生态工业就是最大限度地减少乃至消除废弃物,将工业副产物转化成可以再利用的产品或资源的一种工业化模式。

生态工业的发展可以在实现改善环境的同时,提高企业的经济效益。

本文详细阐述了发展生态工业应遵循的耦合共生、循环减量、演变进化和集体优先4项基本原则,并结合这些原则给出了一些具体实例。

关键词:生态工业;基本原则;发展;循环经济中图分类号:X17114文献标识码:APrinciples for industrial ecologyZH AO Feng-yun1,DONG L-i hua1,WANG Jian-ying,LIU H ong-jie1,JIN Yong2(1.Co llege o f Chemical and Phar maceutical Eng ineering,H ebei U niversit y of Science and T echno lo gy,Shijiazhuang H ebei 050018,China; 2.Depar tment of Chemical Eng ineering,T sing hua U niv ersity,Beijing100084,China)Abstract:T he pr imar y concerns o f industr ial ecolog y ar e w ast e minimizatio n and the conversio n of by-product s into reusable pr oducts or resour ces.T he a pplicat ion of industr ial eco lo gy improv es t otal env iro nmental qua lity while satisfying the eco no mic demands o f industry in a w in-w in situation.In the paper four pr inciples fo r industrial eco lo gy including coupling sy mbiosis,cir-cular ly reducing quant ities,g radual evo lv ement,and collectiv ity pr ior ity are intr oduced.Some examples ar e pr esented.Key words:industria l ecolog y;basic principles;develepment;circular econom y随着工业化进程的不断深入,日益严重的环境污染和资源危机已对人类的生存和社会的发展构成威胁,中国长期以来/高投入、高产出、高污染、低效率0的经济发展模式使这一矛盾更加突出。

21世纪中国经济面临的主要挑战就是如何在平均资源和能源利用率明显小于世界平均水平、环境污染及生态退化严重的情况下,实现可持续发展。

发展生态工业是建设循环经济型社会的根本出路。

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及和谐的生态功能的网络型和进化型工业。

在收稿日期:2004-12-10;修回日期:2005-03-10责任编辑:张士莹基金项目:河北省科技攻关项目(03213541D,04213508D)作者简介:赵风云(1962-),女,河北正定人,高级工程师,主要从事化学反应工程方面的研究。

资源综合利用和清洁生产的基础上,从区域范围应用生态学和系统工程原理对企业生产的原料、产品和废物进行统筹考虑,促使现代工业实现可持续发展[1,2]。

生态工业的目标是达到成熟的生态系统,即物质实现闭合循环,能量实现最优利用。

发展生态工业就是要坚持走新型工业化道路,运用循环经济和工业生态学理论,大力推行清洁生产,从工业源头和生产全过程控制工业污染,用高新技术、先进适用技术和绿色技术改造传统工业,引导企业向园区聚集,引进关键的链接项目增加企业的关联度,延长产业链,培育一批生态工业园区。

为了发展生态工业,实现资源循环利用、能源优化利用和污染源头治理的总目标,人们应该遵循以下几项基本原则。

1 耦合共生原则111 产品共生产品共生是根据给定资源和预期可能的中间产物或产品,构成多产品共生的反应路径,以使经济目标最优和废物排放最小。

例如:电炉炼磷工艺,该工艺是将磷矿石、焦炭和石英石按照一定的配比均匀混合成炉料,加入密闭的电炉内,在高温下进行化学反应获得黄磷蒸气,再经冷却得到固体黄磷产品。

绝大多数生产黄磷的企业此生产过程副产的大量的尾气和矿渣,其中的尾气都被以/火炬0的形式燃烧放空,大部分矿渣被直接排放,这不仅使企业产品结构单一,降低了资源利用率,而且还严重污染环境,增加了环境负担。

据统计,每生产1t 黄磷就会产生2500~2700m 3尾气,尾气中一氧化碳是主要成分,体积分数为85%~95%,可作为燃料使用。

为了获得更好的收益,大多数企业可以将尾气净化提纯,合成附加值更高的二甲醚、甲酸等碳一化工产品。

另外,副产的主要成分为硅酸钙的矿渣也可以再经深加工制成微晶玻璃砖等产品。

这样,在得到黄磷产品的同时,废弃的黄磷尾气和磷矿渣也被完全利用,从而实现多种产品的共生,加速工业的生态化转型。

1.2 产业链延续国民经济长期、健康、稳定、持续的发展,需要企业内部的各产业环节相互链接、相继发展,形成一个/产业链0。

只有国民经济中各产业一环扣一环地不断发展、延伸,形成一个有机链条,才能真正实现产业链延续,达到资源循环利用的目标。

例如:在纯碱工业生产过程中,已将盐化工、煤化工和有机化学工业3大产业链接在一起,该产业链形成了纯碱、尿素、有机硅的联产(见图1)。

该过程得到了3种产品(纯碱、尿素和二甲基二氯硅烷),加强了3大产业的链接(盐化工、煤化工和有机化学工业),实现了3大效益的统一(经济效益、环境效益和社会效益),为实现资源综合利用和环境保护的有机统一,走出了一条用生态科技产业技术发展循环经济之路。

2 循环减量原则2.1 资源循环利用为了解决垃圾问题,从生产、流通、消费等各个方面尽可能做到对环境带来小的压力,人们应大力推进资源的循环再利用。

1)通过功能修复和局部更新进行产品直接再利用 在将废弃物作为一种新资源进行循环再利用时,通过修复废弃物功能或翻新破损的局部进而实图1 纯碱-有机硅-尿素产业链延续Fig.1 Industr y chain pr olongation of sodiumcarbonate and o rg anic silicon and urea现产品直接再利用的方法不失为一个推进资源循环利用的良策。

例如:煤矿储煤皮带廊的功能修复。

随着煤矿地面原煤存储量的不断攀升,储煤皮带廊框架遭受破坏的事故也逐渐增多,能否以经济、快速的方法恢复煤矿的正常生产直接影响着煤矿的经济效益[3]。

修复该储煤系统就是一个很好的解决办法,即在原有的皮带廊框架基础上,安装用于结构围护的钢框架,这样不仅最大限度地降低了经济成本,而且还充分利用了现有资源,实现了资源的再利用。

轮胎的翻新也可充分体现资源再利用这一特点。

仅中国每年就产生废旧轮胎达5000多万条,为了有效降低这种固体废弃物对环境造成的污染和弥补橡胶资源的不足,俄罗斯开发了使用臭氧的轮胎翻新技术,此技术生产的再生橡胶不仅质量好,而且对环境无污染[4]。

与此同时,中国也开发了注胶法轮胎翻新技术,此项技术可大大提高翻新轮胎质量,延长其使用寿命,提高橡胶资源综合利用率。

2)通过物理加工进行资源循环利用 在资源的循环利用中,物理加工法最能体现出节能降耗的优点。

一般地,对于使用过程中性能改变不多的废旧材料,物理加工是再生利用的主要方法。

为了达到减少资源消耗和资源有效利用的目的,中国大多采用生物降解法回收再利用废旧纸张等木材制品。

3)通过化学反应进行资源循环利用 对某些元素而言,化学循环指的是元素在热和化学试剂作用下,发生氧化、还原等反应,形成可以进一步利用的其他产物的一种循环。

从分析重要元素如氯、碳、氢等在工业系统内的循环代谢入手,研究资源循环利用,既可节约资源,又可减少环境污染[5]。

下面分别以氯元素、碳元素和氢元素的循环为例进行阐述。

①氯元素的循环 氯元素的循环见图2。

163第3期 赵风云等 发展生态工业的基本原则图2 氯元素的循环F ig.2 Chlo rine cycle氯元素参与许多重要的工业反应,但不能全部进入最终产品,部分生成氯化氢副产物。

氯化氢溶于水形成盐酸后腐蚀性极强,很容易污染环境。

如果能开发出节能的H Cl →Cl 2技术,实现氯元素的循环利用,不仅可以解决氯化氢的污染问题,而且在一定程度上还会解决氯气资源的不足,为工厂带来巨大的经济效益。

②氢元素的循环 氢是唯一能够持续减少二氧化碳排放的载能体。

再生氢氧燃料电池就是一个很好的氢元素循环的例子(见图3),它是以液态氢作为燃料的储能电池,是将光催化裂解技术与氢氧燃料电池技术相结合的可充放电电池,可以使2H 2+O 2→2H 2O+电能与其逆过程循环进行,通过光催化裂解技术/再生0氢气和氧气,在起到蓄能作用的同时,也达到了氢元素的循环利用。

图3 氢元素的循环F ig.3 H y dr og en cycle③碳元素的循环 碳元素的循环见图4。

自然环境中,植物通过光合作用将二氧化碳转化放出氧气,该过程是稳定地球环境的最大的生态体系。

近年来,有学者提出,采用生态学方法(如植物的光合作用)减少大气中过多的二氧化碳气体,可减弱温室效应,恢复碳元素的生态平衡。

首先,植物在光能作用下,把来自空气的二氧化碳和土壤中的水分转化成储存着能量的淀粉、纤维素等有机物;其次,依靠淀粉酶的活力把淀粉等有机物转化成糖,再将糖进一步由酵母转化成最终产品,如酒精、生物质油等;最后,可将酒精作为绿色环保型燃料应用到其他领域,最终形成一个生态型的碳元素循环。

图4 碳元素的循环F ig.4 Carbon cycle2.2 低物耗和低能耗工艺优先为促进工业的生态化,对于人均资源缺乏、能源紧张,而综合能耗在各大国中居于高位的中国而言,改变传统的生产工艺,尽量少投入、多产出,使生产的高物耗、高能耗向低物耗、低能耗方向转变显得尤为重要。