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1、生態(tài)工業(yè)技術的概念、特征及比較研究
摘要：基于工業(yè)生態(tài)學理論提出了生態(tài)工業(yè)技術的定義，即生態(tài)工業(yè)技術是指按照工業(yè)生態(tài)學和系統(tǒng)科學原理，把2個或多個生產過程或生產單元鏈接起來，形成結構和功能協調、資源和能源效率高、環(huán)境污染排放少、經濟產出高效的工業(yè)共生體和復合型生態(tài)產業(yè)鏈網的方法和手段.在此基礎上，從鏈接(或關聯)性、資源效率、環(huán)境效應及經濟效果等方面對生態(tài)工業(yè)技術的內涵和特征進行了剖析，比較分析了生態(tài)工業(yè)技術與傳統(tǒng)工業(yè)技術之間在理論建構基礎、創(chuàng)新目標、產業(yè)結構、資源代謝、環(huán)境績效等方面的差異性.最后，選取“高爐渣生產水泥”典型生態(tài)工業(yè)技術進行了案例分析.
關鍵詞：工業(yè)生態(tài)學；生
2、態(tài)工業(yè)技術；特征；比較；
工業(yè)技術創(chuàng)新與進步是實現工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的源動力.然而，由于傳統(tǒng)工業(yè)技術忽視了環(huán)境資源的稀缺性和生態(tài)過程的多樣性，以追求單一的經濟效益為目標，導致傳統(tǒng)工業(yè)技術推動下的工業(yè)化進程加深與環(huán)境污染日益加重的尷尬局面，因此傳統(tǒng)工業(yè)技術的生態(tài)化創(chuàng)新與發(fā)展迫在眉睫.筆者基于工業(yè)生態(tài)學理論，提出了生態(tài)工業(yè)技術的概念，并進行了比較研究和典型案例分析.
1生態(tài)工業(yè)技術概念提出的背景
人類工業(yè)化歷程表明，工業(yè)系統(tǒng)是人類社會與自然生態(tài)系統(tǒng)相互作用最為強烈的一個子系統(tǒng).在人類各種經濟活動中，工業(yè)活動對自然環(huán)境作用最大，由此造成對自然環(huán)境的影響和損害也最為嚴
3、重[1].工業(yè)對環(huán)境的影響本質上是工業(yè)技術生態(tài)負效應的表現，生態(tài)環(huán)境危機是技術在逆生態(tài)模式下不斷擴張后不可避免的結果.康芒納[2]認為，人類發(fā)展對資源和環(huán)境等自然資本的影響主要受到人口增長、富裕程度和技術能力的約束，而人口和富裕這2個因素的增長不足以解釋環(huán)境污染的高速增長，顯然，環(huán)境危機與技術變革緊密相關.傳統(tǒng)工業(yè)技術體系是依據物理和化學原理建構的，其物質轉化過程是線性的而非網狀的，開環(huán)的而非閉環(huán)的.工業(yè)技術進步主要通過勞動生產率單一指標衡量，卻基本忽視了技術使用對生態(tài)環(huán)境的影響.日益加深的傳統(tǒng)工業(yè)技術所產生的生態(tài)負效應成為人類經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的強大制約因素，迫使人們開始關注工業(yè)技術的生態(tài)
4、化問題.
為徹底解決工業(yè)活動帶來的環(huán)境污染問題，歐美等發(fā)達國家率先提出了以末端治理為主導的工業(yè)污染控制技術體系.不可否認，末端治理技術在控制工業(yè)污染方面曾起到過積極作用，可能還將長期主宰環(huán)境問題的治理環(huán)節(jié)，然而，由于其存在著種種缺陷和不足，不能從根本上解決環(huán)境污染問題，還可能產生惡性經濟效益[3].在這種情況下，探索新的更有效的環(huán)境污染預防與控制技術成為工業(yè)界和學術界的緊迫課題.
從技術角度看，末端治理不能從根本上解決工業(yè)污染問題，清潔生產雖然通過持續(xù)改進生產工藝、設備及產品設計、原材料，從源頭預防污染和減少廢物產生，但由于僅限于單個企業(yè)內部，因此不能解決區(qū)域性的工業(yè)污染問
5、題.工業(yè)生態(tài)學[3]為人們深刻認識技術與環(huán)境的關系，重新審視和評價傳統(tǒng)工業(yè)技術的建構理論、性能特點、使用方式合理性等問題提供了一個全新視角，同時也為從根本上解決工業(yè)活動對環(huán)境的影響提供了一體化方案.生態(tài)工業(yè)是基于工業(yè)生態(tài)學理論的具體實踐模式，它從企業(yè)群落、區(qū)域層面入手，仿照自然生態(tài)系統(tǒng)中物質和能量流動方式規(guī)劃和設計工業(yè)生產系統(tǒng)，形成一種全新的、生態(tài)化的工業(yè)生產系統(tǒng)或工業(yè)生產組織形式[4—5].實質上，工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)組成成員之間形成的共生關系是借助一類具有“鏈接”功能的技術的支持，該類技術就是生態(tài)工業(yè)技術.
2生態(tài)工業(yè)技術的定義和內涵
生態(tài)工業(yè)技術是指按照工業(yè)生態(tài)學和系統(tǒng)科學原
6、理，把2個或多個生產過程或生產單元鏈接起來，形成結構和功能協調、資源和能源效率高、環(huán)境污染排放少、經濟產出高效的工業(yè)共生體和復合型生態(tài)產業(yè)鏈網的方法和手段.
廣義上，生態(tài)工業(yè)技術是指在工業(yè)系統(tǒng)中使用的能夠使系統(tǒng)內部的物能效率最大化和污染排放最小化的所有與環(huán)境友好的技術，例如無廢工藝、清潔生產、綠色化學、綠色制造、生態(tài)工程等.
狹義上，生態(tài)工業(yè)技術是指依據工業(yè)生態(tài)學原理和生態(tài)設計原則建構的一套新的工藝流程、新的工藝方法，以及新能源、新材料、新技術的使用方法.它使工業(yè)系統(tǒng)中2個或2個以上的生產環(huán)節(jié)或生產體系形成“工業(yè)共生”關系，整個工業(yè)系統(tǒng)形成有序的工業(yè)營養(yǎng)結構和食物鏈、網，從
7、而達到既合理利用自然資源，又將工業(yè)生產過程對環(huán)境的破壞作用降低至最低水平的目的，獲得良好的生態(tài)、經濟和社會效益.
從生態(tài)工業(yè)技術的定義中可以看出：
a.生態(tài)工業(yè)技術建構的理論基礎是工業(yè)生態(tài)學和系統(tǒng)科學原理，其最終目標是通過對傳統(tǒng)工業(yè)技術的生態(tài)創(chuàng)新，實現傳統(tǒng)工業(yè)系統(tǒng)的生態(tài)化轉型，核心是生態(tài)效率[6]，即在實現經濟效益最大化的同時，降低從原料開采、產品加工和制造、產品消費直至產品廢棄后回收利用的生命周期中的物耗和能耗強度，減少廢物產生量和最終排放量，使工業(yè)活動產生的生態(tài)環(huán)境負荷最小化.
b.從生態(tài)工業(yè)技術的功能來看，它是重構工業(yè)生產組織的基本方法和手段.借助于生態(tài)工業(yè)
8、技術，2個工業(yè)生產過程或單元形成了一個具有特定物質轉化功能的工業(yè)共生體，而多個工業(yè)共生體則形成了復合型的生態(tài)產業(yè)鏈網，也即工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，其物質流動由線性模式轉變?yōu)殒湱h(huán)狀模式，從而使得資源、能源、投資及人力資本得到最優(yōu)化和高效利用，工業(yè)生產過程、產品對生態(tài)環(huán)境的影響最小化.
c.從生態(tài)工業(yè)技術轉化的對象看，它既屬于產品深加工技術，也是一類資源再生技術.在一個特定的工業(yè)共生體中，下游生產單元把上游單元輸出的“產品”作原料進行深加工，顯著增加了“產品”的價值；而以“廢物”作為全部或部分原料，又使得上游生產單元產生的“廢物”變成了再生資源.
d.從生態(tài)工業(yè)技術的環(huán)境功能看，由于它利
9、用了上游生產單元產生的廢物，從而使得整個工業(yè)共生體的廢物排放量顯著減少，降低了可能造成的環(huán)境污染和風險，因而它也屬于一類環(huán)境技術.
3生態(tài)工業(yè)技術的屬性和特征
生態(tài)工業(yè)技術具有多重屬性和特征，既具有一般技術的共性特征，也具有與一般技術顯著不同的個性特征.
3.1鏈接(或關聯)性
“鏈接性”(或關聯性)是生態(tài)工業(yè)技術的最基本屬性之一，也是區(qū)別于其他一般技術的最顯著特征.由于生態(tài)工業(yè)技術所具有的“鏈接”屬性，2個或2個以上的工業(yè)生產過程或單元形成了工業(yè)共生體.從這個意義上說，“鏈接性”是辨別或評價生態(tài)工業(yè)技術的基本指標之一.
生態(tài)工業(yè)技術與工業(yè)共生
10、體之間存在著因果關系，即后者是在前者的支持下才得以形成，且后者是前者的“寄主”，即生態(tài)工業(yè)技術寄寓于其支持下形成的工業(yè)共生體之中，工業(yè)共生體是生態(tài)工業(yè)技術存在的“土壤”.例如，鋼鐵廠與建材(水泥)廠是一個工業(yè)共生體，“高爐渣生產水泥技術”是使鋼鐵廠與建材廠進行物質交換的關鍵因素.建材廠采用鋼鐵廠產生的高爐渣作為生產水泥的原料，從而實現了2個生產單元的鏈接與共生.如果失去了該項技術支持，那么“鋼鐵廠-建材廠”工業(yè)共生體就不復存在.同時，利用高爐渣生產水泥生態(tài)工業(yè)技術寄寓于“鋼鐵廠-建材廠”工業(yè)共生體中，“鋼鐵廠-建材廠”共生體如果不存在了，該生態(tài)工業(yè)技術也就失去了意義.
生態(tài)工業(yè)技術的
11、關聯性可用工業(yè)共生體中2個生產單元之間物流強度的大小衡量.一般而言，工業(yè)共生體中2個生產單元交換物質的數量越大，表明該項技術的關聯性越強，否則，關聯性越小.二者之間的物質交換量為零，則表明二者之間不存在關聯.
3.2資源效率與環(huán)境效應
生態(tài)工業(yè)技術的另一個特征是具有較高的資源和能源效率，即顯著減少了單位產品或服務的資源、能源消耗量，提高了資源、能源生產率.
在傳統(tǒng)工業(yè)技術條件下，工業(yè)生產過程和單元基本上是獨立的.在經過一個過程之后，原材料中的一部分轉變?yōu)楫a品，同時，有部分原材料不可避免地變成了“無用”的廢物.由于經濟、技術水平的制約，這些廢物難以被利用或者是由于利
12、用成本太高，最終排放到環(huán)境系統(tǒng)之中，造成了資源浪費和環(huán)境污染.
借助于生態(tài)工業(yè)技術，原本相互獨立的2個或2個以上的工業(yè)生產過程或單元間構成了鏈網結構，形成了結構和功能協調的工業(yè)共生體，一個過程或單元的輸出(產品或廢物)成為另一個過程或單元的輸入(原材料).由于下游生產過程或單元對上游生產過程或單元輸出的物質(產品或廢物)進行了再加工，得到了新的產品，因此對于轉化的初級產品而言，其價值得到了提升；對轉化的廢物而言，其環(huán)境影響和風險被消除.無論是初級產品還是廢物轉化，都提高了資源生產率.同時，工業(yè)共生體中的下游生產過程或單元由于使用了來自上游生產過程或單元的再生資源作為原料，減少了原生資
13、源的使用量，間接地降低了原生資源開發(fā)可能帶來的生態(tài)環(huán)境影響.
總之，借助于生態(tài)工業(yè)技術形成的工業(yè)共生體，其資源生產率可通過下游生產過程或單元對上游生產過程或單元輸出的物質進行再加工、再轉化而得到提高，同時減少了原生資源的使用量和廢物排放量，避免或減少了生態(tài)影響和環(huán)境污染.
3.3經濟效果
與傳統(tǒng)工業(yè)技術相比，生態(tài)工業(yè)技術具有較好的經濟效果，同時還能夠帶來一定的生態(tài)和社會效益.
a.產品增值效應.生態(tài)工業(yè)技術是生態(tài)產業(yè)鏈形成的前提條件，具有產品價值增值效應.在一個以“產品原料”為紐帶形成的生態(tài)產業(yè)鏈中，下一個生產過程或單元以上一個生產過程或單元產出的中間產
14、品為原料，隨著生態(tài)產業(yè)鏈的延伸，上一個生產過程產出的初級產品的價值得到顯著提升.
b.資源再生與替代.工業(yè)生產過程中產生的廢物實質上是未予充分利用的原材料，一部分是化學性質基本沒有發(fā)生改變，而僅僅是其物理形態(tài)、大小等發(fā)生改變的廢料，如金屬切割、木材加工產生的碎屑等；另一部分是理化性質發(fā)生較大變化的廢物，如煤炭經過燃燒后形成的粉煤灰等.無論哪種類別的廢物，如果不加利用而排放，就會造成資源浪費和環(huán)境污染.
在工業(yè)共生體中，廢物也是資源，即上一個生產過程或單元的廢物是下一個生產過程或單元的原料.利用廢物進行生產，減少了原生資源使用量，實現了資源替代.從另一層面看，原本可能帶來環(huán)境
15、污染的廢物轉變成資源，并利用生態(tài)工業(yè)技術轉化為具有較大價值的新產品，也表明了生態(tài)工業(yè)技術所具有的環(huán)境和經濟效果.
4生態(tài)工業(yè)技術與傳統(tǒng)工業(yè)技術比較
生態(tài)工業(yè)技術是傳統(tǒng)工業(yè)技術生態(tài)化的結果.與傳統(tǒng)工業(yè)技術相比，無論是在技術建構的理論基礎、資源效率、環(huán)境績效方面，還是在經濟效益方面，二者均存在明顯差異。
生態(tài)工業(yè)技術和傳統(tǒng)工業(yè)技術之間的本質區(qū)別在于其建構的理論基礎.生態(tài)工業(yè)技術以工業(yè)生態(tài)學和系統(tǒng)科學為理論基礎，強調技術的整體性和環(huán)境友好性.它是模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能而建構的技術體系，以生態(tài)效率和綜合效益為創(chuàng)新目標，而不追求單一生產效率或經濟效益.在技術建構上強調
16、反饋作用，技術之間構成網狀、有機聯系，物流上表現為從源到匯再到源，即同時存在2個物流方向相反、相互銜接的物質代謝過程：“資源→產品"的產品代謝[7]和“廢物→資源"的廢物代謝[7]，從而使物質在一個閉環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)，既降低了資源、能源消耗強度，同時減少了廢物排放，減輕了技術對生態(tài)環(huán)境的壓力.
傳統(tǒng)工業(yè)技術原理及模式是建立在物理學、化學基礎之上的，強調普遍性和一致性，而忽視生態(tài)過程的多樣性及與自然的和諧性.技術結構與功能之間缺乏有機聯系，表觀上為離散的、不連續(xù)的，物流上表現為線性的、開環(huán)的，即“資源→產品→廢物"；的單向流動模式.傳統(tǒng)工業(yè)技術系統(tǒng)中主要以產品代謝過程為主，由于缺乏
17、自我調控和反饋機制，資源、能源消耗強度大，效率低，大量中間代謝物及廢棄產品成為不再利用的“廢物”排放到環(huán)境中.
不同工業(yè)技術模式下的產業(yè)系統(tǒng)，其結構、目標及生態(tài)效應存在顯著差別.傳統(tǒng)工業(yè)技術引導下的產業(yè)體系是逆生態(tài)的，主要以不可再生資源、化石能源為其原材料和動力，投入高，效益低，以單一經濟利益最大化為目標，而忽視資源和環(huán)境承載能力；產業(yè)結構是鏈狀的，而不是網狀的，行業(yè)間、部門間的橫向聯系和共生關系薄弱，缺乏必要的物質、能量的多層分級利用關系，表現為不合理的產業(yè)和產品結構、產業(yè)布局、資源配置、土地利用格局，以及不協調的生產關系，如企業(yè)供需矛盾、技術發(fā)展與環(huán)境保護沖突等.
生態(tài)
18、工業(yè)技術引導下的工業(yè)生產體系是生態(tài)化的，強調以可再生資源和清潔能源為其原材料和動力，具有科技含量高、不可再生自然資源消耗少、環(huán)境污染小、經濟社會和環(huán)境綜合效益好等特征.
5典型案例
高爐渣是冶煉生鐵時從高爐中排出的一種廢渣，經水或空氣急冷處理成顆粒狀，又稱為粒化高爐渣.每生產1t生鐵時高爐渣的排放量，隨著礦石品位和冶煉方法不同而變化.例如采用貧鐵礦煉鐵時，生產1t生鐵產出1.0~1.2t高爐渣；用富鐵礦煉鐵時，生產1t生鐵只產出0.25t高爐渣.
高爐渣是由脈石、灰分、助熔劑和其他不能進入生鐵中的雜質所組成的易熔混合物，從化學成分上看，它屬于硅酸鹽質材料，與水泥成
19、分基本相同；而且高爐渣是在1400~1600℃高溫下形成的熔融體，水淬成粒狀礦渣具有潛在的水硬膠凝性能，在水泥熟料、石灰、石膏等激發(fā)劑作用下，可顯示出水硬膠凝性能，是一種生產水泥的優(yōu)質原料.
借助于“高爐渣生產水泥技術”，上游企業(yè)——鋼鐵廠排出的“廢物”成為下游企業(yè)水泥廠的原料，原本相互獨立的鋼鐵廠和水泥廠形成了工業(yè)共生體，不僅節(jié)約了生產水泥的原料，降低了水泥原料開采可能帶來的生態(tài)環(huán)境影響，消除了高爐渣排放可能對環(huán)境造成的影響；而且可用高爐渣作為水泥混合材料生產礦渣硅酸鹽水泥，每m3混凝土可節(jié)約成本15~25元.目前，用高爐礦渣作為水泥原料，其摻入量可占水泥質量的20%~85%.但隨
20、著摻入量的增加，水泥標號降低.因此，在不降低水泥標號的前提下提高高爐渣摻入量，是該項技術的發(fā)展方向.
國外高爐渣的綜合利用是在20世紀中期開始發(fā)展起來的.目前歐美一些發(fā)達國家已做到當年排渣，當年用完，全部實現了資源化.我國目前高爐渣的利用率在85%以上[8]，生產礦渣水泥是目前?；郀t水渣最主要的利用途徑.隨著我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，高爐渣排量將日益增多.歷年來已經堆積礦渣近151011t，占地約1000km2.這不僅造成了巨大的資源浪費，而且為了處理這些廢渣，國家每年需花費巨額資金修筑排渣場和鐵路線，浪費了大量的人力、物力和財力.因此，大力推廣和應用高爐渣生產水泥技術具有重要的現實意義.
生態(tài)工業(yè)技術是“生態(tài)工業(yè)”這一新型工業(yè)組織形態(tài)形成和發(fā)展的基本支撐條件，是實現工業(yè)發(fā)展可持續(xù)性的重要手段.筆者對生態(tài)工業(yè)技術概念所進行的初步探討，尚需在今后的研究中進一步深化.
生態(tài)工業(yè)技術的概念、特征及比較研究
