生態工業園區企業鏈接規劃的方法研究＊

王作棠 張 朋 盧學峰 段天宏 辛 林 黃溫鋼 王建華

（1.中國礦業大學煤炭資源與安全開采國家重點試驗室，江蘇省徐州市，221116；2.中國礦業大學礦業工程學院，江蘇省徐州市，221008；3.徐州礦務集團有限公司，江蘇省徐州市，221006）

1 前言

工業生態學的一個重要研究內容是生態工業園區（EIP）的設計與管理。EIP是一個包括自然、工業和社會的復合體，它通過成員之間的副產物和廢物的交換、能量和廢水的逐級利用、基礎設施的共享來實現園區在經濟效益和環境方面的協調發展。生態工業園區企業鏈接規劃，其目的是通過少量投入，引進廢棄物資源利用企業，通過不同企業及行業鏈接，延長企業及行業產業鏈，消納企業清潔生產推進后排放的污染物質，進一步減輕整個園區工業發展對環境的壓力，將園區污染物質排放減小到最低限度。

2 企業（或群落）環境互利共生關系判斷的方法

2.1 單個企業（或群落）的生產模型及環境壓力指數的計算方法

企業（或群落）資源利用和污染物排放分析是園區代謝分析的前提，園區物質與能量代謝分析是生態工業園建設中企業（或群落）鏈接的基礎。在此基礎上，可以建立如圖1所示的企業（或群落）的生產模型。在模型圖的制作過程中，為了順利實現企業鏈接和對鏈接的投資及成本進行評估，對于同一類物質或能量，還需要進行詳細的劃分。將圖1的模型進行簡化可以得到如圖2所示的簡化生產模型：任何企業（或群落）在生產的過程中總會消耗一定的物質或能量（假定企業（或群落）j消耗的第n種非廢棄物質或能量的量用ijn表示），其在生產一定量產品（假定企業（或群落）j生產的第k種產品或服務的量用ojk表示）的同時，總會向環境排放一定量的廢棄物質（假定企業（或群落）j排放的第m種廢棄物的量用pjm表示）。

圖1 企業（或群落）的生產模型

圖2 企業（或群落）的簡化生產模型

針對現行環境效益評價體系存在的問題，借鑒能源足跡壓力指數的概念和方法，不考慮企業（或群落）之間的鏈接，單個企業（或群落）j的環境壓力指數可以用公式（1）進行描述：

ijl——企業（或群落）j在生產過程中消耗的第l種物質或能量的量；

yl——企業（或群落）j所處環境能夠提供的第l種物質或能量的總量；

wjr——企業（或群落）j在生產中所排放的第r種污染物的濃度或能量的損失率；

nr——根據園區所在地污染物容納能力或或行業平均排放指標計算的第r物質允許的排放總量或能量總損失量；

pjr——第r種污染物的排放量或能量的損失量。

式（1）中第一部分表示企業（或群落）j在向環境獲取資源時向環境施加的環境壓力。式中表示第r種污染物的毒性或能源的相對損失率，通過其與第r種污染物的排放量或能量的損失量pjr的乘積來衡量第r種污染物或能量的損失而向環境施加的環境壓力。顯然，在滿足各污染物或能量損失率的國家相關環境標準的基礎上，式（1）中加號左右兩部分的數值都必須小于1。

2.2 2個企業（或群落）的環境壓力指數的計算方法

針對現行的循環經濟環境效益評價存在的問題，基于同樣的原理，2個企業（或群落）j和k進行生產時，對自然環境的環境壓力指數可以通過式（2）進行計算，從而能夠很好地解決上述問題。即對自然環境的環境壓力指數等于2個企業（或群落）j和k對自然環境的環境壓力指數之和。

并可得出以下三條推論：(1)三個核心任務都無法完全自動完成，因此大腦在執行沒意見任務時都需要使用精力資源；(2)三種核心任務之間相互競爭，至少是部分競爭的關系對精力資源的需求就會增加，大于只執行一項任務的認知負荷。(3)在大多數時候，口譯員在工作時的認知水平處于接近于飽和的狀態。導致議員大腦的處理能力跟不上，最終導致輸出的譯文質量下降。

式中：STYL（S）——2個企業（或群落）在未建立生態產業鏈時對自然環境的環境壓力指數；

STYL（j）——企業（或群落）j造成的環境壓力指數；

STYL（k）——企業（或群落）j造成的環境壓力指數。

2.3 2個企業（或群落）環境互利共生關系的定性判斷方法

在進行2個企業（或群落）環境互利共生關系的定量化判斷之前可以先進行定性化判斷，有利于在眾多的企業中減少鏈接的次數，同時提高鏈接的效率。一個簡單的方法就是對2個企業的生產進行詳細探究并畫出如圖2所示的簡化生產模型圖，并將圖中的所有定量化的向量用它們各自的物質或能量項來代替，從而變成相應的集合。互利共生度可以通過式（3）進行簡單計算：

式中：HLGSD——互利共生度；

J——污染集合和輸入集合匹配元素個數；

K——輸入集合相同元素個數；

L——輸出集合相同元素個數。

互利共生度數值越大的表明這2個企業（或群落）的環境互利共生關系最好。煤炭地下導控氣化多聯產是最重要的潔凈煤技術之一，同樣面臨一個應該與已有的哪些企業之間存在比較好的環境互利共生關系以及應該加入到哪個園區而使企業之間能夠很好地實現循環經濟模式的問題。本文選取了與之待鏈接的3個企業，建立了如圖3～6所示的企業生產簡化模型圖，為了比較煤炭地下導控氣化多聯產企業與其他3個企業的環境互利共生關系，將它們的污染集合和輸入集合進行比較，見表1。經過比較，大致可以判斷煤炭地下導控氣化多聯產企業與煉焦企業的共生度最好，其次與冶鐵、煉鋼企業共生度較好，而與煤矸石磚廠、水泥廠的共生度最差。

圖6 煤矸石磚廠、水泥廠的簡化生產模型

2.4 2個企業（或群落）環境互利共生關系的定量化判斷

定性化的判斷方法能夠較快地為需要鏈接的企業（或群落）提供大概的方向，從而為定量化的判斷打下基礎，但是，定性化判斷方法的精確度因為缺乏定量化的數據而不是非常可靠，因此，還需在此基礎上進行定量化的判斷。圖7是2個企業（或群落）的循環經濟生產模型，圖中只是示意性地畫出了2個企業（或群落）之間廢棄物資源的循環經濟利用，企業（或群落）j在生產過程中的任一階段產生的廢棄物或能量的量（用污染向量表示）經過一定的凈化或轉化甚至不需要凈化或轉化都可能成為另一個鏈接配對企業或群落k在生產過程中任一階段所需的原料或者能量（用輸入向量表示）的一部分，這意味著企業（或群落）j在把向自然環境排放的廢棄物從wkr×pkr降低到w′kr×p′kr的同時，企業（或群落）k在生產過程中把向自然環境中索取的資源從ikl減少到i′kl，從而降低了對生態環境的壓力，反之亦然。所以在制作上述循環經濟生產模型圖的時候，生產過程中任一階段所需的原料或者能量都應該在圖7的輸入項中出現，生產過程中的任一階段產生的廢棄物或能量的量都應該在圖7的污染物項中出現。

在圖7的基礎上，可以對建立循環經濟模式之后的2個企業（或群落）j和k組成的系統對自然環境的環境壓力指數重新進行計算，即：

式中：STYL′（S）——2個企業（或群落）在建立生態產業鏈后對自然環境的環境壓力指數；

STYL′（j）——企業（或群落）j在建立生態產業鏈后造成的環境壓力指數；

yl——企業（或群落）j在建立生態產業鏈后所處環境能夠提供的第l種物質或能量的總量；

w′jr——企業（或群落）j在建立生態產業鏈后在生產中所排放的第r種污染物的濃度或能量的損失率；

nr——在建立生態產業鏈后根據園區所在地污染物容納能力或或行業平均排放指標計算的第r物質允許的排放總量或能量總損失量；

p′jr——在建立生態產業鏈后第r種污染物的排放量或能量的損失量。

表1 煤炭地下導控氣化多聯產企業與其他3個企業的環境互利共生關系定性判斷表

圖7 2個企業（或群落）的循環經濟生產模型

同樣，建立循環經濟模式之后的2個企業（或群落）j和k組成的系統在滿足各污染物或能量損失率的國家相關環境標準的基礎上，公式（4）加號左右兩部分的數值都必須小于1。在以上計算的基礎上比較應用公式（5）計算出來的不同鏈接模式的相對環境壓力降低百分率（Δ），就可以清楚地判斷各個不同鏈接模式之間的環境互利共生關系的好壞。

在對山西省陽泉市某循環經濟園區進行規劃設計的過程中，首先對園區周邊的煉焦企業、冶鐵企業、煉鋼企業、煤矸石磚廠和水泥廠以及待建的耗煤300萬t／a的煤炭地下導控氣化多聯產企業的物質與能量代謝進行了詳細的分析計算，在此基礎上應用上述定量化方法對待建的煤炭地下導控氣化多聯產企業與園區周邊的煉焦企業、冶鐵企業、煉鋼企業、煤矸石磚廠和水泥廠的相對環境壓力降低百分率進行了計算，結果見表2。 很明顯可以看到，煤炭地下導控氣化多聯產企業與煉焦企業的共生度最好，其次是與冶鐵、煉鋼企業共生度較好，而與煤矸石磚廠、水泥廠的共生度最差。

表2 煤炭地下導控氣化多聯產企業與其他3個企業的環境互利共生關系定量判斷表

3 結論

在投資新建企業的過程中，需要判斷新建的企業與已有的哪些企業之間存在比較好的環境互利共生關系以及應該加入到哪個園區而使企業之間能夠很好地實現循環經濟模式，從而使這些企業形成的系統對環境形成的壓力降至最低。本文提出了一種簡單易行的分析判斷方法，經過現有案例的分析和計算證明這種方法具有較好的適應性，計算簡單、快捷。

［1］ 楊繼賢，張冰，張秀云，田莉雅.基于多聯產系統的煤化工循環經濟發展模式研究［J］.中國煤炭，2010（8）

［2］ 馬俊杰.工業園生態化建設方法與應用研究［D］.西安：西安建筑科技大學，2007

［3］ 任蓉.山西焦化行業循環經濟評價指標體系研究［D］.太原：太原理工大學，2010

［4］ 陳定江，李有潤，沈靜珠，胡山鷹.生態工業園區的MINLP模型［J］.過程工程學報，2002（1）

［5］ 劉建興，許肅.福建省1990～2008年能源足跡強度及生態壓力分析［J］.中國礦業，2010（9）

［6］ 肖玲，董林林，蘭葉霞.基于生態壓力指數的江西省生態安全評價［J］.地域研究與開發，2008（1）

［7］ 陳定江，李有潤，沈靜珠，胡山鷹.工業生態學的系統分析方法與實踐［J］.化學工程，2004（4）