王作棠 張 朋 盧學(xué)峰 段天宏 辛 林 黃溫鋼 王建華

（1.中國礦業(yè)大學(xué)煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)試驗(yàn)室，江蘇省徐州市，221116；2.中國礦業(yè)大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇省徐州市，221008；3.徐州礦務(wù)集團(tuán)有限公司，江蘇省徐州市，221006）

1 前言

工業(yè)生態(tài)學(xué)的一個重要研究內(nèi)容是生態(tài)工業(yè)園區(qū)（EIP）的設(shè)計與管理。EIP是一個包括自然、工業(yè)和社會的復(fù)合體，它通過成員之間的副產(chǎn)物和廢物的交換、能量和廢水的逐級利用、基礎(chǔ)設(shè)施的共享來實(shí)現(xiàn)園區(qū)在經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境方面的協(xié)調(diào)發(fā)展。生態(tài)工業(yè)園區(qū)企業(yè)鏈接規(guī)劃，其目的是通過少量投入，引進(jìn)廢棄物資源利用企業(yè)，通過不同企業(yè)及行業(yè)鏈接，延長企業(yè)及行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，消納企業(yè)清潔生產(chǎn)推進(jìn)后排放的污染物質(zhì)，進(jìn)一步減輕整個園區(qū)工業(yè)發(fā)展對環(huán)境的壓力，將園區(qū)污染物質(zhì)排放減小到最低限度。

2 企業(yè)（或群落）環(huán)境互利共生關(guān)系判斷的方法

2.1 單個企業(yè)（或群落）的生產(chǎn)模型及環(huán)境壓力指數(shù)的計算方法

企業(yè)（或群落）資源利用和污染物排放分析是園區(qū)代謝分析的前提，園區(qū)物質(zhì)與能量代謝分析是生態(tài)工業(yè)園建設(shè)中企業(yè)（或群落）鏈接的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，可以建立如圖1所示的企業(yè)（或群落）的生產(chǎn)模型。在模型圖的制作過程中，為了順利實(shí)現(xiàn)企業(yè)鏈接和對鏈接的投資及成本進(jìn)行評估，對于同一類物質(zhì)或能量，還需要進(jìn)行詳細(xì)的劃分。將圖1的模型進(jìn)行簡化可以得到如圖2所示的簡化生產(chǎn)模型：任何企業(yè)（或群落）在生產(chǎn)的過程中總會消耗一定的物質(zhì)或能量（假定企業(yè)（或群落）j消耗的第n種非廢棄物質(zhì)或能量的量用ijn表示），其在生產(chǎn)一定量產(chǎn)品（假定企業(yè)（或群落）j生產(chǎn)的第k種產(chǎn)品或服務(wù)的量用ojk表示）的同時，總會向環(huán)境排放一定量的廢棄物質(zhì)（假定企業(yè)（或群落）j排放的第m種廢棄物的量用pjm表示）。

圖1 企業(yè)（或群落）的生產(chǎn)模型

圖2 企業(yè)（或群落）的簡化生產(chǎn)模型

針對現(xiàn)行環(huán)境效益評價體系存在的問題，借鑒能源足跡壓力指數(shù)的概念和方法，不考慮企業(yè)（或群落）之間的鏈接，單個企業(yè)（或群落）j的環(huán)境壓力指數(shù)可以用公式（1）進(jìn)行描述：

ijl——企業(yè)（或群落）j在生產(chǎn)過程中消耗的第l種物質(zhì)或能量的量；

yl——企業(yè)（或群落）j所處環(huán)境能夠提供的第l種物質(zhì)或能量的總量；

wjr——企業(yè)（或群落）j在生產(chǎn)中所排放的第r種污染物的濃度或能量的損失率；

nr——根據(jù)園區(qū)所在地污染物容納能力或或行業(yè)平均排放指標(biāo)計算的第r物質(zhì)允許的排放總量或能量總損失量；

pjr——第r種污染物的排放量或能量的損失量。

式（1）中第一部分表示企業(yè)（或群落）j在向環(huán)境獲取資源時向環(huán)境施加的環(huán)境壓力。式中表示第r種污染物的毒性或能源的相對損失率，通過其與第r種污染物的排放量或能量的損失量pjr的乘積來衡量第r種污染物或能量的損失而向環(huán)境施加的環(huán)境壓力。顯然，在滿足各污染物或能量損失率的國家相關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，式（1）中加號左右兩部分的數(shù)值都必須小于1。

2.2 2個企業(yè)（或群落）的環(huán)境壓力指數(shù)的計算方法

針對現(xiàn)行的循環(huán)經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益評價存在的問題，基于同樣的原理，2個企業(yè)（或群落）j和k進(jìn)行生產(chǎn)時，對自然環(huán)境的環(huán)境壓力指數(shù)可以通過式（2）進(jìn)行計算，從而能夠很好地解決上述問題。即對自然環(huán)境的環(huán)境壓力指數(shù)等于2個企業(yè)（或群落）j和k對自然環(huán)境的環(huán)境壓力指數(shù)之和。

并可得出以下三條推論：(1)三個核心任務(wù)都無法完全自動完成，因此大腦在執(zhí)行沒意見任務(wù)時都需要使用精力資源；(2)三種核心任務(wù)之間相互競爭，至少是部分競爭的關(guān)系對精力資源的需求就會增加，大于只執(zhí)行一項任務(wù)的認(rèn)知負(fù)荷。(3)在大多數(shù)時候，口譯員在工作時的認(rèn)知水平處于接近于飽和的狀態(tài)。導(dǎo)致議員大腦的處理能力跟不上，最終導(dǎo)致輸出的譯文質(zhì)量下降。

式中：STYL（S）——2個企業(yè)（或群落）在未建立生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈時對自然環(huán)境的環(huán)境壓力指數(shù)；

STYL（j）——企業(yè)（或群落）j造成的環(huán)境壓力指數(shù)；

STYL（k）——企業(yè)（或群落）j造成的環(huán)境壓力指數(shù)。

2.3 2個企業(yè)（或群落）環(huán)境互利共生關(guān)系的定性判斷方法

在進(jìn)行2個企業(yè)（或群落）環(huán)境互利共生關(guān)系的定量化判斷之前可以先進(jìn)行定性化判斷，有利于在眾多的企業(yè)中減少鏈接的次數(shù)，同時提高鏈接的效率。一個簡單的方法就是對2個企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)行詳細(xì)探究并畫出如圖2所示的簡化生產(chǎn)模型圖，并將圖中的所有定量化的向量用它們各自的物質(zhì)或能量項來代替，從而變成相應(yīng)的集合?；ダ采瓤梢酝ㄟ^式（3）進(jìn)行簡單計算：

式中：HLGSD——互利共生度；

J——污染集合和輸入集合匹配元素個數(shù)；

K——輸入集合相同元素個數(shù)；

L——輸出集合相同元素個數(shù)。

互利共生度數(shù)值越大的表明這2個企業(yè)（或群落）的環(huán)境互利共生關(guān)系最好。煤炭地下導(dǎo)控氣化多聯(lián)產(chǎn)是最重要的潔凈煤技術(shù)之一，同樣面臨一個應(yīng)該與已有的哪些企業(yè)之間存在比較好的環(huán)境互利共生關(guān)系以及應(yīng)該加入到哪個園區(qū)而使企業(yè)之間能夠很好地實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的問題。本文選取了與之待鏈接的3個企業(yè)，建立了如圖3～6所示的企業(yè)生產(chǎn)簡化模型圖，為了比較煤炭地下導(dǎo)控氣化多聯(lián)產(chǎn)企業(yè)與其他3個企業(yè)的環(huán)境互利共生關(guān)系，將它們的污染集合和輸入集合進(jìn)行比較，見表1。經(jīng)過比較，大致可以判斷煤炭地下導(dǎo)控氣化多聯(lián)產(chǎn)企業(yè)與煉焦企業(yè)的共生度最好，其次與冶鐵、煉鋼企業(yè)共生度較好，而與煤矸石磚廠、水泥廠的共生度最差。

圖6 煤矸石磚廠、水泥廠的簡化生產(chǎn)模型

2.4 2個企業(yè)（或群落）環(huán)境互利共生關(guān)系的定量化判斷

定性化的判斷方法能夠較快地為需要鏈接的企業(yè)（或群落）提供大概的方向，從而為定量化的判斷打下基礎(chǔ)，但是，定性化判斷方法的精確度因?yàn)槿狈Χ炕臄?shù)據(jù)而不是非?？煽浚虼?，還需在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定量化的判斷。圖7是2個企業(yè)（或群落）的循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模型，圖中只是示意性地畫出了2個企業(yè)（或群落）之間廢棄物資源的循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用，企業(yè)（或群落）j在生產(chǎn)過程中的任一階段產(chǎn)生的廢棄物或能量的量（用污染向量表示）經(jīng)過一定的凈化或轉(zhuǎn)化甚至不需要凈化或轉(zhuǎn)化都可能成為另一個鏈接配對企業(yè)或群落k在生產(chǎn)過程中任一階段所需的原料或者能量（用輸入向量表示）的一部分，這意味著企業(yè)（或群落）j在把向自然環(huán)境排放的廢棄物從wkr×pkr降低到w′kr×p′kr的同時，企業(yè)（或群落）k在生產(chǎn)過程中把向自然環(huán)境中索取的資源從ikl減少到i′kl，從而降低了對生態(tài)環(huán)境的壓力，反之亦然。所以在制作上述循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模型圖的時候，生產(chǎn)過程中任一階段所需的原料或者能量都應(yīng)該在圖7的輸入項中出現(xiàn)，生產(chǎn)過程中的任一階段產(chǎn)生的廢棄物或能量的量都應(yīng)該在圖7的污染物項中出現(xiàn)。

在圖7的基礎(chǔ)上，可以對建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式之后的2個企業(yè)（或群落）j和k組成的系統(tǒng)對自然環(huán)境的環(huán)境壓力指數(shù)重新進(jìn)行計算，即：

式中：STYL′（S）——2個企業(yè)（或群落）在建立生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈后對自然環(huán)境的環(huán)境壓力指數(shù)；

STYL′（j）——企業(yè)（或群落）j在建立生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈后造成的環(huán)境壓力指數(shù)；

yl——企業(yè)（或群落）j在建立生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈后所處環(huán)境能夠提供的第l種物質(zhì)或能量的總量；

w′jr——企業(yè)（或群落）j在建立生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈后在生產(chǎn)中所排放的第r種污染物的濃度或能量的損失率；

nr——在建立生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈后根據(jù)園區(qū)所在地污染物容納能力或或行業(yè)平均排放指標(biāo)計算的第r物質(zhì)允許的排放總量或能量總損失量；

p′jr——在建立生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈后第r種污染物的排放量或能量的損失量。

表1 煤炭地下導(dǎo)控氣化多聯(lián)產(chǎn)企業(yè)與其他3個企業(yè)的環(huán)境互利共生關(guān)系定性判斷表

圖7 2個企業(yè)（或群落）的循環(huán)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模型

同樣，建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式之后的2個企業(yè)（或群落）j和k組成的系統(tǒng)在滿足各污染物或能量損失率的國家相關(guān)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，公式（4）加號左右兩部分的數(shù)值都必須小于1。在以上計算的基礎(chǔ)上比較應(yīng)用公式（5）計算出來的不同鏈接模式的相對環(huán)境壓力降低百分率（Δ），就可以清楚地判斷各個不同鏈接模式之間的環(huán)境互利共生關(guān)系的好壞。

在對山西省陽泉市某循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計的過程中，首先對園區(qū)周邊的煉焦企業(yè)、冶鐵企業(yè)、煉鋼企業(yè)、煤矸石磚廠和水泥廠以及待建的耗煤300萬t／a的煤炭地下導(dǎo)控氣化多聯(lián)產(chǎn)企業(yè)的物質(zhì)與能量代謝進(jìn)行了詳細(xì)的分析計算，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用上述定量化方法對待建的煤炭地下導(dǎo)控氣化多聯(lián)產(chǎn)企業(yè)與園區(qū)周邊的煉焦企業(yè)、冶鐵企業(yè)、煉鋼企業(yè)、煤矸石磚廠和水泥廠的相對環(huán)境壓力降低百分率進(jìn)行了計算，結(jié)果見表2。 很明顯可以看到，煤炭地下導(dǎo)控氣化多聯(lián)產(chǎn)企業(yè)與煉焦企業(yè)的共生度最好，其次是與冶鐵、煉鋼企業(yè)共生度較好，而與煤矸石磚廠、水泥廠的共生度最差。

表2 煤炭地下導(dǎo)控氣化多聯(lián)產(chǎn)企業(yè)與其他3個企業(yè)的環(huán)境互利共生關(guān)系定量判斷表

3 結(jié)論

在投資新建企業(yè)的過程中，需要判斷新建的企業(yè)與已有的哪些企業(yè)之間存在比較好的環(huán)境互利共生關(guān)系以及應(yīng)該加入到哪個園區(qū)而使企業(yè)之間能夠很好地實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，從而使這些企業(yè)形成的系統(tǒng)對環(huán)境形成的壓力降至最低。本文提出了一種簡單易行的分析判斷方法，經(jīng)過現(xiàn)有案例的分析和計算證明這種方法具有較好的適應(yīng)性，計算簡單、快捷。

［1］ 楊繼賢，張冰，張秀云，田莉雅.基于多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式研究［J］.中國煤炭，2010（8）

［2］ 馬俊杰.工業(yè)園生態(tài)化建設(shè)方法與應(yīng)用研究［D］.西安：西安建筑科技大學(xué)，2007

［3］ 任蓉.山西焦化行業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)評價指標(biāo)體系研究［D］.太原：太原理工大學(xué)，2010

［4］ 陳定江，李有潤，沈靜珠，胡山鷹.生態(tài)工業(yè)園區(qū)的MINLP模型［J］.過程工程學(xué)報，2002（1）

［5］ 劉建興，許肅.福建省1990～2008年能源足跡強(qiáng)度及生態(tài)壓力分析［J］.中國礦業(yè)，2010（9）

［6］ 肖玲，董林林，蘭葉霞.基于生態(tài)壓力指數(shù)的江西省生態(tài)安全評價［J］.地域研究與開發(fā)，2008（1）

［7］ 陳定江，李有潤，沈靜珠，胡山鷹.工業(yè)生態(tài)學(xué)的系統(tǒng)分析方法與實(shí)踐［J］.化學(xué)工程，2004（4）