生态工业园区企业链接规划的方法研究＊

王作棠 张 朋 卢学峰 段天宏 辛 林 黄温钢 王建华

（1.中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点试验室，江苏省徐州市，221116；2.中国矿业大学矿业工程学院，江苏省徐州市，221008；3.徐州矿务集团有限公司，江苏省徐州市，221006）

1 前言

工业生态学的一个重要研究内容是生态工业园区（EIP）的设计与管理。EIP是一个包括自然、工业和社会的复合体，它通过成员之间的副产物和废物的交换、能量和废水的逐级利用、基础设施的共享来实现园区在经济效益和环境方面的协调发展。生态工业园区企业链接规划，其目的是通过少量投入，引进废弃物资源利用企业，通过不同企业及行业链接，延长企业及行业产业链，消纳企业清洁生产推进后排放的污染物质，进一步减轻整个园区工业发展对环境的压力，将园区污染物质排放减小到最低限度。

2 企业（或群落）环境互利共生关系判断的方法

2.1 单个企业（或群落）的生产模型及环境压力指数的计算方法

企业（或群落）资源利用和污染物排放分析是园区代谢分析的前提，园区物质与能量代谢分析是生态工业园建设中企业（或群落）链接的基础。在此基础上，可以建立如图1所示的企业（或群落）的生产模型。在模型图的制作过程中，为了顺利实现企业链接和对链接的投资及成本进行评估，对于同一类物质或能量，还需要进行详细的划分。将图1的模型进行简化可以得到如图2所示的简化生产模型：任何企业（或群落）在生产的过程中总会消耗一定的物质或能量（假定企业（或群落）j消耗的第n种非废弃物质或能量的量用ijn表示），其在生产一定量产品（假定企业（或群落）j生产的第k种产品或服务的量用ojk表示）的同时，总会向环境排放一定量的废弃物质（假定企业（或群落）j排放的第m种废弃物的量用pjm表示）。

图1 企业（或群落）的生产模型

图2 企业（或群落）的简化生产模型

针对现行环境效益评价体系存在的问题，借鉴能源足迹压力指数的概念和方法，不考虑企业（或群落）之间的链接，单个企业（或群落）j的环境压力指数可以用公式（1）进行描述：

ijl——企业（或群落）j在生产过程中消耗的第l种物质或能量的量；

yl——企业（或群落）j所处环境能够提供的第l种物质或能量的总量；

wjr——企业（或群落）j在生产中所排放的第r种污染物的浓度或能量的损失率；

nr——根据园区所在地污染物容纳能力或或行业平均排放指标计算的第r物质允许的排放总量或能量总损失量；

pjr——第r种污染物的排放量或能量的损失量。

式（1）中第一部分表示企业（或群落）j在向环境获取资源时向环境施加的环境压力。式中表示第r种污染物的毒性或能源的相对损失率，通过其与第r种污染物的排放量或能量的损失量pjr的乘积来衡量第r种污染物或能量的损失而向环境施加的环境压力。显然，在满足各污染物或能量损失率的国家相关环境标准的基础上，式（1）中加号左右两部分的数值都必须小于1。

2.2 2个企业（或群落）的环境压力指数的计算方法

针对现行的循环经济环境效益评价存在的问题，基于同样的原理，2个企业（或群落）j和k进行生产时，对自然环境的环境压力指数可以通过式（2）进行计算，从而能够很好地解决上述问题。即对自然环境的环境压力指数等于2个企业（或群落）j和k对自然环境的环境压力指数之和。

并可得出以下三条推论：(1)三个核心任务都无法完全自动完成，因此大脑在执行没意见任务时都需要使用精力资源；(2)三种核心任务之间相互竞争，至少是部分竞争的关系对精力资源的需求就会增加，大于只执行一项任务的认知负荷。(3)在大多数时候，口译员在工作时的认知水平处于接近于饱和的状态。导致议员大脑的处理能力跟不上，最终导致输出的译文质量下降。

式中：STYL（S）——2个企业（或群落）在未建立生态产业链时对自然环境的环境压力指数；

STYL（j）——企业（或群落）j造成的环境压力指数；

STYL（k）——企业（或群落）j造成的环境压力指数。

2.3 2个企业（或群落）环境互利共生关系的定性判断方法

在进行2个企业（或群落）环境互利共生关系的定量化判断之前可以先进行定性化判断，有利于在众多的企业中减少链接的次数，同时提高链接的效率。一个简单的方法就是对2个企业的生产进行详细探究并画出如图2所示的简化生产模型图，并将图中的所有定量化的向量用它们各自的物质或能量项来代替，从而变成相应的集合。互利共生度可以通过式（3）进行简单计算：

式中：HLGSD——互利共生度；

J——污染集合和输入集合匹配元素个数；

K——输入集合相同元素个数；

L——输出集合相同元素个数。

互利共生度数值越大的表明这2个企业（或群落）的环境互利共生关系最好。煤炭地下导控气化多联产是最重要的洁净煤技术之一，同样面临一个应该与已有的哪些企业之间存在比较好的环境互利共生关系以及应该加入到哪个园区而使企业之间能够很好地实现循环经济模式的问题。本文选取了与之待链接的3个企业，建立了如图3～6所示的企业生产简化模型图，为了比较煤炭地下导控气化多联产企业与其他3个企业的环境互利共生关系，将它们的污染集合和输入集合进行比较，见表1。经过比较，大致可以判断煤炭地下导控气化多联产企业与炼焦企业的共生度最好，其次与冶铁、炼钢企业共生度较好，而与煤矸石砖厂、水泥厂的共生度最差。

图6 煤矸石砖厂、水泥厂的简化生产模型

2.4 2个企业（或群落）环境互利共生关系的定量化判断

定性化的判断方法能够较快地为需要链接的企业（或群落）提供大概的方向，从而为定量化的判断打下基础，但是，定性化判断方法的精确度因为缺乏定量化的数据而不是非常可靠，因此，还需在此基础上进行定量化的判断。图7是2个企业（或群落）的循环经济生产模型，图中只是示意性地画出了2个企业（或群落）之间废弃物资源的循环经济利用，企业（或群落）j在生产过程中的任一阶段产生的废弃物或能量的量（用污染向量表示）经过一定的净化或转化甚至不需要净化或转化都可能成为另一个链接配对企业或群落k在生产过程中任一阶段所需的原料或者能量（用输入向量表示）的一部分，这意味着企业（或群落）j在把向自然环境排放的废弃物从wkr×pkr降低到w′kr×p′kr的同时，企业（或群落）k在生产过程中把向自然环境中索取的资源从ikl减少到i′kl，从而降低了对生态环境的压力，反之亦然。所以在制作上述循环经济生产模型图的时候，生产过程中任一阶段所需的原料或者能量都应该在图7的输入项中出现，生产过程中的任一阶段产生的废弃物或能量的量都应该在图7的污染物项中出现。

在图7的基础上，可以对建立循环经济模式之后的2个企业（或群落）j和k组成的系统对自然环境的环境压力指数重新进行计算，即：

式中：STYL′（S）——2个企业（或群落）在建立生态产业链后对自然环境的环境压力指数；

STYL′（j）——企业（或群落）j在建立生态产业链后造成的环境压力指数；

yl——企业（或群落）j在建立生态产业链后所处环境能够提供的第l种物质或能量的总量；

w′jr——企业（或群落）j在建立生态产业链后在生产中所排放的第r种污染物的浓度或能量的损失率；

nr——在建立生态产业链后根据园区所在地污染物容纳能力或或行业平均排放指标计算的第r物质允许的排放总量或能量总损失量；

p′jr——在建立生态产业链后第r种污染物的排放量或能量的损失量。

表1 煤炭地下导控气化多联产企业与其他3个企业的环境互利共生关系定性判断表

图7 2个企业（或群落）的循环经济生产模型

同样，建立循环经济模式之后的2个企业（或群落）j和k组成的系统在满足各污染物或能量损失率的国家相关环境标准的基础上，公式（4）加号左右两部分的数值都必须小于1。在以上计算的基础上比较应用公式（5）计算出来的不同链接模式的相对环境压力降低百分率（Δ），就可以清楚地判断各个不同链接模式之间的环境互利共生关系的好坏。

在对山西省阳泉市某循环经济园区进行规划设计的过程中，首先对园区周边的炼焦企业、冶铁企业、炼钢企业、煤矸石砖厂和水泥厂以及待建的耗煤300万t／a的煤炭地下导控气化多联产企业的物质与能量代谢进行了详细的分析计算，在此基础上应用上述定量化方法对待建的煤炭地下导控气化多联产企业与园区周边的炼焦企业、冶铁企业、炼钢企业、煤矸石砖厂和水泥厂的相对环境压力降低百分率进行了计算，结果见表2。 很明显可以看到，煤炭地下导控气化多联产企业与炼焦企业的共生度最好，其次是与冶铁、炼钢企业共生度较好，而与煤矸石砖厂、水泥厂的共生度最差。

表2 煤炭地下导控气化多联产企业与其他3个企业的环境互利共生关系定量判断表

3 结论

在投资新建企业的过程中，需要判断新建的企业与已有的哪些企业之间存在比较好的环境互利共生关系以及应该加入到哪个园区而使企业之间能够很好地实现循环经济模式，从而使这些企业形成的系统对环境形成的压力降至最低。本文提出了一种简单易行的分析判断方法，经过现有案例的分析和计算证明这种方法具有较好的适应性，计算简单、快捷。

［1］ 杨继贤，张冰，张秀云，田莉雅.基于多联产系统的煤化工循环经济发展模式研究［J］.中国煤炭，2010（8）

［2］ 马俊杰.工业园生态化建设方法与应用研究［D］.西安：西安建筑科技大学，2007

［3］ 任蓉.山西焦化行业循环经济评价指标体系研究［D］.太原：太原理工大学，2010

［4］ 陈定江，李有润，沈静珠，胡山鹰.生态工业园区的MINLP模型［J］.过程工程学报，2002（1）

［5］ 刘建兴，许肃.福建省1990～2008年能源足迹强度及生态压力分析［J］.中国矿业，2010（9）

［6］ 肖玲，董林林，兰叶霞.基于生态压力指数的江西省生态安全评价［J］.地域研究与开发，2008（1）

［7］ 陈定江，李有润，沈静珠，胡山鹰.工业生态学的系统分析方法与实践［J］.化学工程，2004（4）