发展生态工业的基本原则

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:A

Principles for industrial ecology

ZH 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 sodium

carbonate 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。

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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 cycle

③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 cycle

2.2 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。

选择具有同样功能产品的生产工艺应以低物耗和低能耗工艺为优先。如煤液化生产车用燃料有以下几种工艺可供选择:一是煤直接加氢液化,需要约5.5t 煤合成1t 液体燃料;二是煤间接液化,约需5t 煤合成1t 液体燃料;三是合成乙醇,但煤为源头,合成路线长,经济上不合理;四是合成二甲醚,尽管二甲醚的热值低于柴油,但是合成1t 二甲醚的煤耗量仅为2.6t 。二甲醚作为新型柴油代用燃料,虽然单位行车里程耗用量与柴油基本相同,但是二甲醚的成本大大低于柴油,而且发动机完全消除了碳烟排放,氮氧化物、一氧化碳等的排放量也大幅度降低[5]

。可见,低物耗和低能耗转化工艺集中体现了循环减量的原则。

3 演变进化原则

3.1 产品智能化和灵巧化

随着对新功能产品需求的增加,智能化和灵巧化水平已经成为衡量产品市场化的一个重要标准。可控释放技术就是典型的产品智能化的例子。传统型的药物在一次性给药时,在体液中的药物浓

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河 北 工 业 科 技 第22卷

度有一个先升后降的过程,最终低于有效浓度而失去作用,因此,需要反复多次给药,这样会造成体内的药物浓度成锯齿形变化。控释药物可以避免体内的药物浓度成锯齿形波动,实现免疫性药物定向输送和定位可控释放[6]。

根据各种植物在不同生长期中对氮、磷、钾各种肥料的需求速率,生产能相应变化释放速率和成分的灵巧化肥,可以同时解决资源节约和环境污染问题。例如:缓释或控释肥料等灵巧化肥,可使肥料释放养分的速度与作物需要养分的量一致,使肥料利用率达到最高,且具有一次大量施用、价廉、高养分和高利用率等优点。3.2 技术密集化

纵观发达国家的经济发展史不难发现,产业结构的技术密集化越快,经济增长就越快。实现技术密集化主要依靠/黏合0技术。例如:应用于生态园区内的/黏合0技术,是将园区内的多产业形成的/网0、/链0的断点相互关联并有机结合起来的一项技术,/黏合0技术的研究可以提升原有生态园区的水平。中国自行开发成功的数十万吨级磷石膏分解成SO 2和CaO 技术,就是一个很好的/黏合0技术(见图5)

。

图5 /黏合0技术的开发

F ig.5 Ex plo itatio n of conglut ination technique

该技术将磷肥厂、水泥厂、高硫煤矿和硫酸厂链接在一起,形成/生产产业网0,构成一个紧密型的/生态群落0,这样不仅可以有效地解决磷石膏污染问题,而且使资源得到充分利用,这种/黏合0技术的优先开发无疑是发展生态工业的重要途径。3.3 生产过程清洁化

清洁生产包括以下内容:一是使用无毒害原料、溶剂、催化剂新工艺代替传统污染工艺;二是生产对环境友好的产品,代替可造成污染的产品;三是采用对环境友好的工艺路线。

分子筛催化剂不仅是无毒无害催化剂,而且还

可以再生,是一类理想的环境友好催化材料,在石油化工和精细化工领域发挥着越来越重要的作用。

新工艺和设备的改进也可导致清洁工艺的成功开发。例如:生产钾肥新工艺采用芒硝与氯化钾进行复分解与结晶分离相结合,可同时得到有用的钾肥和食盐,而且无需耗用硫酸。该工艺在中国已实现工业化生产。

3.4 全生命周期清洁化

生态工业要求产品的整个生产过程都是清洁的,能与自然生态相融合,即产品自其/诞生0至/入葬0的全生命周期都符合上述要求。典型例子为光降解塑料和生物降解塑料的合成问题,近年来该技术已获得显著进展,如以玉米为原料特别是以植物秸秆为原料的聚乳酸塑料合成技术已逐渐成熟,2001年美国投产了1套产量为13.6万t/a 的生产装置。

4 集体优先原则

4.1 生态工业园区的建设

通过多种产业的综合协调发展,使得某一产业的副产物或废料成为另一产业的原料资源加以利用,由模拟自然生态系统建立生态工业系统,通过对/生产者)消费者)分解者0的循环/食物链网0的模拟,形成物质流的/生态产业链0或/生态产业网0,同时能量流形成多次梯级利用,使一定界区内的多行业、多产品得到联合发展,形成生态工业园区。工业生态园区建设建立在物质流、能量流、信息流区域优化组合基础之上,是物质流、能量流、信息流的总体优化利用。

最早形成的丹麦Kalujdbor g 生态工业园区就是在循环经济的生态型生产中脱颖而出的典型的科技工业园区。目前,中国在建立生态工业园区方面也进行了积极实践和大胆探索。例如:鲁北生态工业园区就由于发展生态工业和循环经济引起了社会的广泛关注。它是目前世界上最大的磷铵、硫酸、水泥联合生产园区,也是中国最大的磷复肥生产基地和石膏制硫酸基地,形成了结构紧密、共享共生的生态工业模式,是中国乃至世界上为数不多的、具有多年成功运行经验的生态工业系统,堪称中国循环经济的典范。

4.2 静脉产业的实践

在日本,人们把将废弃物转换为再生资源的企业形象地归入/静脉产业0,因为这些企业能使生活垃圾和工业垃圾变废为宝,循环利用,如同将含有较多二氧化碳的血液送回心脏的静脉。

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第3期 赵风云等 发展生态工业的基本原则

目前,在水资源的静脉产业领域中,水的循环利用已有很多实践;在固体资源领域也有很多实践,如现今电力行业的热电联产和粉煤灰的再利用都已被广泛采用。静脉产业的资源利用方式提高了资源的使用效率,减少了环境污染,同时又具有良好的经济效益,使环境效益和经济效益真正得到统一。专家认为,静脉产业不仅将成为建设循环经济型社会的主力军,而且能扩大就业机会和促进经济发展,有着广阔的前景。

5结语

面对21世纪新型工业化发展的挑战和知识经济时代的到来,人们必须掌握好耦合共生、循环减量、演变进化和集体优先的原则,并将这些原则有针对性地用于规划工业生产系统,使传统的工业发展模式向生态化方向发展,实现循环经济的可持续发展。

参考文献:

[1]赵小苗,赵小惠1知识经济和技术创新[J]1河北工业科技,

2001,18(1):7-9.

[2]金涌,董丽华,赵风云1循环经济与科学技术[J]1河北科技

大学学报,2004,25(4):1-6.

[3]韩世普,丛林.权台煤矿储煤皮带廊修复方法[J].煤炭科技,

2002,(4):41-42.

[4]姚琳.全球废旧轮胎的再利用[J].汽车与社会,2001,(5):

45-46.

[5]金涌,李有润,冯久田1生态工业:原理与应用[M].北京:

清华大学出版社,2003.

[6]陈蓉,陆瑾,戚慧心.控释药物[J].生物学通报,1998,33

(6):21-22.

提升科技论文被SCI和EI收录几率指要

要提升科技论文被SCI和EI收录几率,应在尽可能充分了解SCI和EI的同时,充分认清科技论文的学术水平是基础,编排格式是条件,投稿途径是关键。但SCI,EI的收录要求是前提,因此在尽可能提高论文学术水平的同时,也必须完善好SCI,EI对论文题目、作者姓名的汉语拼音、题目、摘要、关键词、图题和表题及文后参考文献表等的要求,并且加注论文来源、选好投稿途径。

论文题目题目应简明、确切、不要太长(20个汉字以内)、不要太笼统;英文题目起首处不要使用定冠词和不定冠词,如the,a,an等。题目中也不要列入非公知公用的符号、代号,以及数学公式、化学结构式等。

作者姓名的汉语拼音姓名的汉语拼音应按GB/T16159)1996《汉语拼音正词法基本规则》拼写。应把作者姓氏置前,名字置后,首字母大写。一般不要将姓氏写在名字后,也不要将名字缩写。多作者姓名之间用/,0隔开。

工作单位工作单位名称称谓的中文和英文译名应相互一致且都要规范、统一、稳定。SCI在团体著者索引中列出的作者所在的国家名、城市名和单位名都是作者在原文中提到的,如果作者单位写法不一致,例如,河北科技大学河北省分析测试研究中心、河北科技大学分析测试研究中心、河北省分析测试研究中心、河北科技大学分析测试中心等几种写法的英文译名都会被各自当成一种单位名称分别列出,不会统一列入为规范的/河北科技大学河北省分析测试研究中心0名下,而势必造成论文统计结果的误差。

对于多作者论文,只要各作者所署的国家名、城市名、单位名、部门名稍有不同,SCI在团体著者索引中也会按不同部门重复著录同一篇论文,而在统计论文被引次数时按重复、著录次数计算。有些作者在外单位或外国学习、进修期间发表论文时,是只用外单位或外国工作单位署名,还是同时也用本国、本工作单位署名,对论文被引次数统计是有影响的。

英文摘要国际重要检索系统通常采用英语,它们在收录一篇论文或论文摘要时,主要看英文摘要写得好不好,所以提高英文摘要编写质量非常关键。这就要求:摘要内容通常以100~150个词且尽可能详尽具体的事实数据表明研究的目的、方法、结果和结论4个要素,而不用公式、图表、参考文献序号表达内容,不去介绍常识,不进行评论,不与论文题目和前言内容重复或雷同。另外要用过去时态表达作者工作,用现在时态表达作者的结论,且尽量用主动语态代替被动语态。

EI中国网站(http://ww w.ei.or https://www.360docs.net/doc/402472021.html,)的期刊收录一栏,专门列有对EI数据库文摘的要求,可据以进行摘要写作。

文后参考文献表论文的参考文献反映了研究者对他人研究成果的借鉴情况,可以反映论文作者、刊文期刊、录刊数据库(如SCI,EI等)的特色,是SCI,EI等数据库编校者选刊、选文的重要依据。据悉,中文期

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