工业生态系统特性

三、工业生态系统特性

生态工业是一种根据工业生态学基本原理建立的、符合生态系统环境承载力、物质和能量高效组合利用，以及工业生态功能稳定协调的新型工业组合。工业生态系统具有以下特性：

1.工业生态群落

在生态系统中，生态群落是由不同的生物种群依据一定特性的组成关系和结构组成的，其主要特征包括物种多样性、垂直结构、优势种、群落生境和稳定性。工业生态学的倡导者认为，工业企业联合体或共生体就相当于工业生态群落。工业生态群落至少包括相互关联的一些工业企业，为了各自的经济利益(减少固定投资和降低生产成本)而在某些方面(如能源共享、原材料或副产品的再利用等)实现合作。

在工业生态群落中，存在不同的种群，即各个行业部门，它们在群落中的地位和作用是不同的。自然生态系统中不同种群之间的联系是通过食物链网络起来的。工业系统中当然没有以实体形式进行相互“捕食”的关系。然而对于在工业系统中流动的物质和能量来说，不同行业部门对这些物质和能量是存在“捕食”关系的。简单的例子就是一个企业的副产品或废料被另一企业作为原料生产新的产品。

2.物质循环和能量流动

自然生态系统各组成部分之间建立的营养关系是网状关系，由此构成了生态系统的营养结构。在自然生态系统内，物质得以充分的利用，并形成封闭循环。工业系统有其特定的能量流动和信息交换，与自然生态系统不同，工业系统各企业和部门之间物质供应的是一线性开放系统，它们的“食物”关系呈线性状态，各企业或工业部门之间的相互联系很小。如何借鉴自然生态系统物质与能量流动的规律与方式，了解工业系统中物质与能量流动的规律，从而在工业系统内实现物质的封闭循环，这正是工业生态学的一个重要研究领域和基本课题。

工业生态系统把经济活动组织成“资源—产品—再生资源”物质反复循环流动过程，实现物质闭路循环和能量多级利用。一个企业产生的废物经过处理总可以找到合适的去处，即工业生态系统通过建立“生产者—消费者—分解者”的“工业链”，形成互利共生网络，使物质循环和能量流动畅通，物质和能量充分利用。整个工业生态系统基本上不产生废物或只产生很少的废物，实现工业废物“低排放”甚至“零排放”。但工业生态系统要维持稳定和有序，需要外部生态系统输入物质和能量。

3.企业动态演化

工业生态系统“工业群落”中的企业都有一个“生存期”，每个企业都遵循或服从“适者生存”和“优胜劣汰”的进化法则。企业在工业生态系统中生存时间的长短取决于社会的各种限制因素、企业的生存能力以及同社会环境的适应性等方面因素的叠加作用。在市场经济体制下，企业可通过购买或出让排污权而自由进入或退出工业“生态系统”：当企业的经济实力、生产技术水平、治污工艺水平等处于落后状态时，在总量控制目标下，即将按“逆行演替”退出该工业生态系统；反之，当一个企业的经济实力、生产技术水平、治污工艺水平等处于先进状态时，它可通过购买排污权，按“顺行演替”进入该工业生态系统。

4.工业生态系统的脆弱性

在工业生态系统中，任何一个企业生产经营状况都会干扰与其相互联系的企业。如果一家企业的原料来源主要是另一家企业产生的废料，那么当提供废料的企业因无法预料的偶发因素而影响到生产并因此无法提供足够的或质量无法保证的废料时，这家企业就会陷于瘫痪。这种企业间联系渠道的单一性，导致工业生态系统的脆弱性。所以，工业生态系统要维持稳定，企业在市场中就要有多种进出物质的渠道，犹如生态系统中的“狡兔三窟”。企业要随时寻找自己的废料被利用的可能性，以及利用其他厂家废料作为原料的可能性，并保证这种可能性变成现实且能持续运行。

5.工业生态系统的双重性

工业生态系统的双重性是指工业生态系统不仅受到生态学规律的约束，同时还要受到市场经济规律的制约。一个生态学上合理而经济学上不合理的工业生态系统是无法生存的，市场调节对工业生态系统中的企业的荣衰与成败以及整个系统的稳定性起着决定性的作用。所以，一个稳定运行的工业生态系统必然具有经济学原理和生态学原理相结合的完美性。为此，人的主动性在提高工业生态系统运行效率方面应发挥积极作用。运用当代环境伦理道德观使企业在保证整个工业生态系统的生态效率的前提下追求经济效益，决不能仅仅只为追求本企业的经济效益而损害系统的整体利益。

6.生态效率

工业生态系统研究的核心问题之一，是如何应用系统核心理论和方法提高工业生态系统生态效率。生态效率是指在提供有价格竞争优势的、满足人类需求和保证生活质量的产品和服务的同时，逐步降低产品和服务生命周期的生态影响和资源强度。生态效率是一个技术与管理概念，关注最大限度提高能源和物料投入，以降低单位产品的资源消耗和污染物排放，实现物质和能源利用效率的最大化和废物产量的最小化，并提高效率、降低费用和增强竞争力。其主要研究内容是物质集成和能量集成。

(1)物质集成。工业生态系统的物质集成既要研究单个企业从原料到产品的一个或多个生产过程的物质集成，实现环境与经济综合优化目标；又要研究多个企业间的物质集成，即研究一个企业产生的废物如何作为另一个企业的原料，在各企业间实现物质最大程度利用，达到工业生态系统对外的“零排放”。为此，需要对各企业内部的各个生产过程进行物质转化集成研究，采用环境友好的反应路径、集成方法和反应器网络综合方法，实现废物在各生产环节最大程度的循环利用。

(2)能量集成。工业生态系统的能量集成是研究工业生态系统内能量的有效利用，不仅包括企业内部各个生产过程的能量有效利用以及各个生产过程的能量传递，还包括各企业间能量的高效交换，即一个企业多余的能量如何作为另一个企业的热源加以利用。

7.支撑技术体系

工业生态系统的健康有序发展，除了要培育好成熟、完善的市场机制外，还需要一系列的绿色技术体系来支撑。绿色技术主要包括预防污染的减废或无废工艺技术和绿色产品技术，同时包括必要的治理污染的末端技术，主要有：

(1)清洁生产和生命周期分析技术。这是绿色技术体系的核心，清洁生产技术包括清洁生产和清洁的产品，不仅要实现生产过程的无污染或少污染，而且生产出来的产品在使用和最终报废处理过程中不会对环境造成损害。对工业生态系统内各企业的产品及其生产过程进行生命周期分析，包括从原料、工艺、产品到消费回收等工业生态全过程的环境影响分析。研究如何应用有限的、不确定的数据，方便地做出客观的生命周期评价，以及工业生态过程的物质和能量平衡、工业生态指标体系的建立等。

(2)废物资源化技术。研究和开发废物资源化工艺，进行环境友好的工艺替代，如原料、催化剂的无害化技术、产品可降解技术、材料生产中的“非物质化”技术等。

(3)污染治理技术。即传统意义上的环境工程技术，其特点是不改变生产系统或工艺程序，只在生产过程的末端通过净化废物实现污染控制。

(4)再循环和重复利用技术。这是工业生态系统重要的技术载体，包括资源重复利用技术、能源综合利用技术、废物回收综合利用技术、产品替代技术等。如进行水的重复利用技术研究，尽量减少对水的需求和最大限度减少进入水处理系统和生态系统的废水量。同时研究能源替代和物质回收技术，围绕企业废物和副产品开发重复利用的新工艺使工业生态系统提高交换废物与材料的能力，主要是研究如何把废物变成可用于其他企业或用途的转化和分离技术。

(5)信息管理和决策支持技术。工业生态系统的建立和完善需要大量的信息支持，如企业的生产、经营状况、市场信息、新的可利用的清洁生产工艺等。为此，应利用互联网技术，将这些信息有序地组织和建立一个信息管理系统，并在此基础上进一步建立工业生态系统仿真和决策支持，对系统内不同成员间的物流和能流组合进行研究，对整个系统的生态技术做出估计，并进行环境经济多目标规划。

(6)制度创新技术。研究可促进生态工业系统的创新制度，即如何在市场规则、财务制度、法律法规方面做出相应的调整，可以使生态工业思想贯穿于整个生产(和生活)过程。

8.工业生态系统的平衡

工业生态系统的长期稳定发展有赖于整个系统的平衡。这种平衡的内在机制是市场价值规律，而平衡的实现要靠系统内部具有自动调节的机制和能力。当系统的某一组成部分出现机能异常时，就可能被不同组成部分的调节所抵消。而当某一组成失效(如破产、搬迁等)，造成系统生态链中断或部分脱节时，必须有其他组成成员填补空位或使用新途径的生态链。系统的组成部分越复杂，能量流动和物质循环的途径越复杂，其调节能力就越强。但这种内在调节能力也有一定限度。因此，有必要辅以人为调控手段，这种调控手段来源于工业生态系统的协调管理机构。