生態(tài)工業(yè)園區(qū)工業(yè)代謝及共生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解析.pdf

1、工業(yè)園區(qū)是工業(yè)企業(yè)的集聚區(qū)，是近30余年來我國最有活力、最有潛力的經(jīng)濟增長區(qū)域，為國民經(jīng)濟發(fā)展做出了突出貢獻。但由于工業(yè)企業(yè)的高度集聚，導(dǎo)致工業(yè)園區(qū)還具有資源能源消耗強度大、污染排放集中等特征。為了緩解工業(yè)園區(qū)經(jīng)濟產(chǎn)出與資源節(jié)約、環(huán)境污染之間的矛盾，以產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)理論為基礎(chǔ)的生態(tài)工業(yè)園區(qū)建設(shè)得到快速開展。生態(tài)工業(yè)園區(qū)是我國推行循環(huán)經(jīng)濟戰(zhàn)略的實施主體之一，至2016年底，共有48家園區(qū)被正式批準為國家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)，另有45家園區(qū)被批準開

2、展國家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)建設(shè)。在十余年的建設(shè)實踐中，生態(tài)工業(yè)園區(qū)在經(jīng)濟發(fā)展、物質(zhì)減量與循環(huán)以及污染控制等方面取得了明顯的成效，但同時也暴露出園區(qū)工業(yè)代謝機理不清及產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)特征模糊等問題，嚴重制約了生態(tài)工業(yè)園區(qū)的進一步發(fā)展。
　　園區(qū)的工業(yè)代謝效率及產(chǎn)業(yè)共生結(jié)構(gòu)是影響生態(tài)工業(yè)園建設(shè)效果的主要因素，對工業(yè)代謝過程的全面理解是建立產(chǎn)業(yè)共生關(guān)系并提高園區(qū)生態(tài)效率的前提。本文在全面綜述了國內(nèi)外生態(tài)工業(yè)園區(qū)工業(yè)代謝研究以及產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研

3、究進展的基礎(chǔ)上，結(jié)合對我國典型生態(tài)工業(yè)園區(qū)進行現(xiàn)場調(diào)研，發(fā)現(xiàn)了針對產(chǎn)業(yè)鏈及園區(qū)層面工業(yè)代謝研究比較缺乏、對園區(qū)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)特征研究不夠深入等問題。也正是如此導(dǎo)致我國生態(tài)工業(yè)園區(qū)的管理與調(diào)控缺乏精細化數(shù)據(jù)支撐，難以從工業(yè)過程層面診斷園區(qū)存在的問題并提出有針對性的解決方案。因此，本文嘗試進行園區(qū)工業(yè)代謝以及產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)特征研究，并探究生態(tài)工業(yè)園區(qū)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演變與工業(yè)代謝效率之間的聯(lián)系，從而摸清園區(qū)運行狀態(tài)，從過程控制的角度指導(dǎo)園區(qū)產(chǎn)

4、業(yè)共生發(fā)展。具體的研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)建立了產(chǎn)業(yè)鏈及園區(qū)層面的元素流分析模型及評價指標體系，補充和豐富了工業(yè)代謝理論方法在產(chǎn)業(yè)鏈及園區(qū)尺度的研究與應(yīng)用。
　　通過對關(guān)鍵元素的工業(yè)代謝水平進行動態(tài)分析與評價，識別了限制園區(qū)工業(yè)代謝效率提高的主要環(huán)節(jié)與影響因素，為進一步提高生態(tài)工業(yè)園區(qū)工業(yè)代謝效率具有重要的指導(dǎo)意義。信發(fā)氯堿產(chǎn)業(yè)鏈案例研究表明，從元素代謝角度來看，自2008年產(chǎn)業(yè)鏈形成以來，由于技術(shù)進步及各項廢物回用

5、措施的實施，系統(tǒng)生產(chǎn)效率及資源效率均逐年提高，到2011年，系統(tǒng)生產(chǎn)效率達到64.15％，系統(tǒng)資源效率達到98.50％。氯元素主要以廢水中氯離子的形式排放，包括鹵水運輸、廢鹽酸、廢堿液、汽提廢水、離心母液等環(huán)節(jié)，系統(tǒng)損失率為0.54％;從資源產(chǎn)出角度來看，氯堿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢正逐漸由提高物質(zhì)利用效率和減少污染物排放向產(chǎn)品深加工上轉(zhuǎn)變，以此來獲取更高的產(chǎn)業(yè)鏈系統(tǒng)的資源產(chǎn)出率。祥光生態(tài)工業(yè)園案例研究表明，園區(qū)銅精礦使用效率逐年提高，2012年

6、銅元素資源利用率達到99.11％，其伴生的硫元素資源利用率也達到98.84％。園區(qū)工業(yè)代謝水平提高的主要原因在于選礦單元的穩(wěn)定運行使得含銅廢料均可以被回收再用。祥光生態(tài)工業(yè)園區(qū)銅元素主要以冶煉渣的形式流失，而硫元素的主要損失途徑為廢氣的排放。因此提出園區(qū)應(yīng)通過繼續(xù)進行技術(shù)創(chuàng)新，降低冶煉渣銅含量，并改進制酸技術(shù)，提高二氧化硫捕集率等進一步提高工業(yè)代謝水平。
　　(2)構(gòu)建了產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)模型，創(chuàng)新性的提出了“共生圈”的概念，揭

7、示了生態(tài)工業(yè)園區(qū)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)的演化機理。
　　基于社會網(wǎng)絡(luò)分析方法，以信發(fā)生態(tài)工業(yè)園區(qū)為案例，建立了以具體的物料、能源載體或關(guān)鍵工序為節(jié)點的園區(qū)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)模型，從節(jié)點及網(wǎng)絡(luò)整體的角度分析了園區(qū)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征。從節(jié)點特征來看，電解鋁、氧化鋁粉、熱電聯(lián)產(chǎn)3個節(jié)點中心度均位于前列，是信發(fā)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中最核心的三個節(jié)點，具有較強的影響力與統(tǒng)治力。2015年氧化鋁粉的節(jié)點重要度比2006年得到了進一步提升，并且氯堿產(chǎn)業(yè)鏈上

8、的相關(guān)節(jié)點也躋身信發(fā)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)的核心層。這一方面是由于“鹵水—液堿”和“蘭炭—電石—電石渣”兩個產(chǎn)業(yè)鏈與鋁產(chǎn)業(yè)鏈在氧化鋁節(jié)點進行了耦合，使得氧化鋁節(jié)點度變大;另一方面歸結(jié)于氧化鋁生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量的赤泥得到了綜合利用。從網(wǎng)絡(luò)整體特征來看，隨著節(jié)點的增加，信發(fā)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)的集聚性及網(wǎng)絡(luò)中心勢均得到降低，其中度數(shù)中心勢降低明顯。這表明新節(jié)點的加入不再僅以網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點為中心，信發(fā)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)得到延展。2015年，共生網(wǎng)絡(luò)所包含的凝聚子

9、群從分別以氧化鋁粉及電解鋁為核心的兩個共生圈發(fā)展為分別以氧化鋁粉、電解鋁以及液堿為核心的三個共生圈。液堿節(jié)點所在的氯堿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促使信發(fā)生態(tài)工業(yè)園區(qū)由以鋁加工為主的產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)進化為鋁加工及氯堿化工并重的多核心產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)。
　　(3)創(chuàng)新性的提出了產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中“生態(tài)節(jié)點”與“生態(tài)邊”的概念，并梳理了產(chǎn)業(yè)共生對園區(qū)物質(zhì)、能量及水代謝的影響機制。
　　生態(tài)節(jié)點是提高園區(qū)物質(zhì)及能量代謝水平的關(guān)鍵節(jié)點，節(jié)點的生態(tài)化演變是產(chǎn)業(yè)共

10、生網(wǎng)絡(luò)進化的主要標志。通過案例分析，對生態(tài)工業(yè)園案例2006年至2015年產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化及園區(qū)運行效果進行對比評價，進一步探究了生態(tài)工業(yè)園區(qū)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與物質(zhì)代謝效率之間的關(guān)聯(lián)。2015年信發(fā)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)中生態(tài)節(jié)點數(shù)量達到了10個，比2006年增加了7個;生態(tài)邊的數(shù)量為16條，比2006年增加了13條。節(jié)點的生態(tài)化轉(zhuǎn)變使園區(qū)工業(yè)固體廢物得到消納，工業(yè)廢水得到循環(huán)利用，能量得以梯級利用。通過對信發(fā)生態(tài)工業(yè)園2006年至2015年

11、固廢產(chǎn)生與處理、綜合能耗、新鮮水耗等指標進行動態(tài)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，信發(fā)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化與園區(qū)各項指標的變化情況互相吻合。具體表現(xiàn)為，新增的8個靜脈產(chǎn)品節(jié)點使原有的3個廢物節(jié)點（赤泥、粉煤灰、鍋爐廢氣）及新增的1個廢物節(jié)點（電石泥）轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)節(jié)點，將園區(qū)工業(yè)固廢綜合利用率由2.86％提升至87.82％;煙道氣余熱回收、蒸汽余熱回收以及物料攜能利用等產(chǎn)業(yè)共生措施提高了能源利用效率，使得園區(qū)能耗強度由14.37tce/萬元降低至3.18t

12、ce/萬元;濕地的建成使用以及城市中水回用項目等措施將工業(yè)用水重復(fù)利用率由87.00％提高至96.15％，園區(qū)新鮮水耗強度也降低到12.75m3/萬元?？梢?，產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)的變化，特別是節(jié)點的生態(tài)化演變是園區(qū)工業(yè)代謝水平提高的關(guān)鍵。
　　(4)針對生態(tài)工業(yè)園區(qū)工業(yè)代謝機理不清及產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)特征模糊等問題，提出了基于過程控制的生態(tài)工業(yè)園區(qū)管控策略。
　　過程控制在生態(tài)工業(yè)園區(qū)層面上的應(yīng)用應(yīng)更突出“生態(tài)”的內(nèi)涵:即從資源能源利用方

13、面，通過提高過程效率，減少過程污染排放及能量損失;從生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈網(wǎng)構(gòu)建方面，通過分析共生鏈網(wǎng)構(gòu)建情況，對園區(qū)項目準入進行把控。其中，基于園區(qū)工業(yè)代謝視角的管控策略是通過強化園區(qū)信息統(tǒng)計系統(tǒng)建設(shè)，搭建園區(qū)工業(yè)代謝分析軟件系統(tǒng)平臺，通過工業(yè)代謝分析結(jié)果，全面掌握園區(qū)生產(chǎn)運行狀態(tài)，及時識別過程異常并采取相應(yīng)措施維護園區(qū)功能的穩(wěn)定;基于產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)視角的管控策略是通過構(gòu)建產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)模型，對園區(qū)產(chǎn)業(yè)共生網(wǎng)絡(luò)特征進行分析，識別共生網(wǎng)絡(luò)存在的問題，并