礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)研究進(jìn)展及展望

李元棟，張 瑞

(中國礦業(yè)大學(xué)(北京)管理學(xué)院，北京 100083)

21世紀(jì)初期，國際社會(huì)加大對(duì)全球CO2排放量控制與治理力度。碳排放較高的煤炭工業(yè)生產(chǎn)成為各國在生態(tài)環(huán)境問題治理上的主要對(duì)象。雖然清潔能源的使用不斷增加，但煤炭仍然是主體能源。在這樣的背景下，人們開始將研究方向轉(zhuǎn)向人類生產(chǎn)活動(dòng)與自然環(huán)境之間的聯(lián)系與規(guī)律。

環(huán)境學(xué)家和工業(yè)界人士對(duì)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展模式進(jìn)行了大量的探索，形成生態(tài)學(xué)與工業(yè)活動(dòng)相結(jié)合而產(chǎn)生的交叉學(xué)科產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)。與此同時(shí)，人們以產(chǎn)業(yè)共生理論為基礎(chǔ)[1]，模仿自然生態(tài)系統(tǒng)“生產(chǎn)者-消費(fèi)者-分解者”物質(zhì)循環(huán)及交換原理改造工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)[2]，建立資源高效利用、物質(zhì)流動(dòng)閉環(huán)和降低廢棄物排放的發(fā)展模式，生態(tài)工業(yè)園逐漸成為我國繼經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)[3]后發(fā)展的第三代產(chǎn)業(yè)園區(qū)。本文分析了生態(tài)工業(yè)園的產(chǎn)生及發(fā)展過程，對(duì)礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園區(qū)建設(shè)模式和研究重點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)論述。

1 生態(tài)工業(yè)園的起源

隨著產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的理論研究與實(shí)踐探索的快速發(fā)展，生態(tài)工業(yè)園的研究成為產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的重要研究內(nèi)容，同時(shí)也是產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的途徑。

1.1 產(chǎn)業(yè)共生理論的起源

產(chǎn)業(yè)共生最早出現(xiàn)在1974年的國際雜志《經(jīng)濟(jì)地理》(Journal of Economic Geography)上，George T.Renner在描述區(qū)域內(nèi)產(chǎn)業(yè)之間存在物質(zhì)能量交換有機(jī)關(guān)系時(shí)首次使用了產(chǎn)業(yè)共生。產(chǎn)業(yè)共生是一定區(qū)域范圍內(nèi)的企業(yè)為提高資源利用率，減少工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)，增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，提高企業(yè)競爭優(yōu)勢而進(jìn)行合作的一種經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象。通過物質(zhì)能量流動(dòng)將各企業(yè)相互關(guān)聯(lián)，使物質(zhì)閉路循環(huán)和能量多級(jí)利用。

1.2 生態(tài)工業(yè)園的萌芽時(shí)期

20世紀(jì)50年代，世界上第一個(gè)生態(tài)工業(yè)園凱隆堡(Kalunborg)在丹麥誕生，也是世界上最早的產(chǎn)業(yè)共生體系[4]。凱隆堡地區(qū)水資源缺乏，發(fā)電廠產(chǎn)生大量冷卻水直接排放，不僅造成水資源的浪費(fèi)還要交納廢水排放稅，許多當(dāng)?shù)仄髽I(yè)由于水資源供給不足發(fā)展受到阻礙。為此，其他企業(yè)與發(fā)電廠簽訂協(xié)議，發(fā)電廠將冷卻水、余熱、粉煤灰和蒸汽等代謝產(chǎn)物輸送給這些企業(yè)利用。產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的中心是一座1 500 MW的燃煤發(fā)電廠(Asns發(fā)電站)，并與該區(qū)域其他幾家企業(yè)有物質(zhì)代謝與能量流動(dòng)的聯(lián)系。這座發(fā)電廠產(chǎn)生的剩余熱量除了輸送給了附近的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，還為3 500個(gè)當(dāng)?shù)氐募彝ス┡?，發(fā)電廠產(chǎn)生的高壓蒸汽還輸送給制藥和酶制造商N(yùn)ovo Nordisk，這種熱量的充分利用減少了排放到附近海洋的熱污染量。另外，電廠產(chǎn)生的副產(chǎn)品含有石膏，石膏被出售給墻板制造商，大量建筑材料制造商的石膏需求都以這種方式得到滿足，這大大減少了石膏礦的開采量[5]。此外，發(fā)電廠產(chǎn)生的粉煤灰和熟料用于道路建設(shè)和水泥生產(chǎn)，企業(yè)使用經(jīng)過處理的廢水比取用新水源節(jié)約成本約75%，建筑材料公司和水泥廠利用粉煤灰做原料也減少了原料成本。凱隆堡生態(tài)工業(yè)園經(jīng)過幾十年的發(fā)展，凱隆堡產(chǎn)業(yè)共生體系逐步成為產(chǎn)業(yè)共生模式的典范[6]。2002年的一項(xiàng)研究表明，通過產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)，挪威國家石油公司為發(fā)電廠供水總量達(dá)到95%以上，這比1990年的70%有所上升，當(dāng)時(shí)挪威國家石油公司(煉油廠)排出的120萬m3廢水中，發(fā)電廠僅重新使用了9 000 m3[7]。凱隆堡產(chǎn)業(yè)共生體系對(duì)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)模式進(jìn)行了首次探索，為21世紀(jì)的生態(tài)工業(yè)園的發(fā)展模式奠定了基礎(chǔ)。

1.3 生態(tài)工業(yè)園的發(fā)展時(shí)期

20世紀(jì)70年代，美國在環(huán)境保護(hù)署和可持續(xù)發(fā)展總統(tǒng)委員會(huì)的支持下開始生態(tài)工業(yè)園區(qū)的建設(shè)，到1994年，總統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展理事會(huì)指定了馬里蘭州的巴爾的摩，弗吉尼亞州的查爾斯，德克薩斯州的布郎斯和田納西州的恰塔努加4個(gè)園區(qū)作為生態(tài)工業(yè)園區(qū)的示范點(diǎn)[8]?？偨y(tǒng)可持續(xù)發(fā)展理事會(huì)為此成立特別研究小組，專門研究生態(tài)工業(yè)園從理論模型到具體實(shí)踐的過程和方法。這些生態(tài)工業(yè)園是通過將不同的利益相關(guān)者聚集在一起，為共享資源信息而創(chuàng)建的，并且還鼓勵(lì)物質(zhì)能量交換。這些計(jì)劃目標(biāo)是測試凱隆堡工業(yè)共生模式是否可以應(yīng)用于其他生態(tài)工業(yè)園，并且成功總結(jié)出生態(tài)工業(yè)園的五大特點(diǎn)，作為生態(tài)工業(yè)園建設(shè)的指導(dǎo)方針。這些特征包括：①獨(dú)立經(jīng)濟(jì)實(shí)體與外界環(huán)境和其他實(shí)體之間存在某種形式的物質(zhì)能量交換；②存在物質(zhì)能量交換的實(shí)體地理位置相鄰；③產(chǎn)業(yè)之間擁有成熟度較高的協(xié)作能力；④現(xiàn)有的資源、信息及基礎(chǔ)設(shè)施共享；⑤各產(chǎn)業(yè)可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)利益。德文斯地區(qū)生態(tài)工業(yè)園區(qū)是在美國成功實(shí)施生態(tài)工業(yè)園建設(shè)的一個(gè)很好的例子[9]。加拿大、德國、日本、新西蘭等國家也先后開始生態(tài)工業(yè)園的建設(shè)。我國生態(tài)工業(yè)園建設(shè)起步較晚，2001年全國第一個(gè)生態(tài)工業(yè)園區(qū)規(guī)劃—浙江衢州沈家生態(tài)工業(yè)園區(qū)規(guī)劃完成。

1.4 生態(tài)工業(yè)園的逐步成熟時(shí)期

到21世紀(jì)初，已有超過200個(gè)生態(tài)工業(yè)園，并且有十幾個(gè)被認(rèn)為具有很強(qiáng)的生態(tài)工業(yè)園性質(zhì)[10]。在加拿大，生態(tài)工業(yè)園遍布全國，最著名的是新斯科舍省哈利法克斯的伯恩賽德公園(Burnside park)。與此同時(shí)，在達(dá)爾豪斯大學(xué)生態(tài)效率中心的支持下，1 500多家企業(yè)一直在改善企業(yè)環(huán)境績效和發(fā)展產(chǎn)業(yè)共生體系的合作關(guān)系。隨后，阿爾伯塔省(Alberta)開始了兩個(gè)生態(tài)工業(yè)開發(fā)項(xiàng)目：TaigaNova生態(tài)工業(yè)園位于阿薩巴斯卡油砂(Athabasca oil sands)的中心，而Innovista生態(tài)工業(yè)園是埃德蒙頓(Edmonton)以西約300 km的落基山脈(Rocky Mountains)的門戶[11]。此外，將生態(tài)工業(yè)園發(fā)展用作提高可再生能源行業(yè)的效率研究逐步開始，以太陽能光伏(PV)制造行業(yè)為主產(chǎn)業(yè)的生態(tài)工業(yè)園可以提高制造效率和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)減少生產(chǎn)太陽能電池對(duì)環(huán)境的影響[12]。實(shí)質(zhì)上，這有助于可再生能源行業(yè)的發(fā)展以及替代化石燃料帶來的環(huán)境效益。到2005年初，美國、亞洲、歐洲、南美洲和非洲地區(qū)啟動(dòng)了生態(tài)工業(yè)園的建設(shè)或其他生態(tài)工業(yè)發(fā)展規(guī)劃流程，中國的循環(huán)經(jīng)濟(jì)倡議已經(jīng)成為提高資源使用效率的一項(xiàng)主要戰(zhàn)略。在“亞洲發(fā)展中國家生態(tài)工業(yè)園手冊(cè)”中，已對(duì)亞洲發(fā)展生態(tài)工業(yè)園的理念、策略作出新的布局并納入了建設(shè)議程(這項(xiàng)工作得到了亞洲開發(fā)銀行環(huán)境部的支持)。我們現(xiàn)在將生態(tài)工業(yè)園的概念定義為：生態(tài)工業(yè)園是一個(gè)基于共享資源和可共享的基礎(chǔ)設(shè)施，以企業(yè)間存在密切關(guān)系為特征的制造業(yè)和服務(wù)業(yè)社區(qū)[13]。通過共同努力，產(chǎn)業(yè)共生區(qū)尋求的收益大于各公司通過優(yōu)化個(gè)人績效而實(shí)現(xiàn)的個(gè)人收益總和。生態(tài)工業(yè)園的目標(biāo)是通過綠色設(shè)計(jì)新建或改造公園基礎(chǔ)設(shè)施和工廠，清潔生產(chǎn)技術(shù)的使用，污染預(yù)防和企業(yè)間的合作關(guān)系，提高參與公司的經(jīng)濟(jì)績效，同時(shí)最大限度地減少對(duì)環(huán)境的影響[14]。隨著生態(tài)工業(yè)園建設(shè)的快速發(fā)展，生態(tài)工業(yè)園建設(shè)模式及分析評(píng)價(jià)的研究蓬勃發(fā)展起來，主要涉及產(chǎn)業(yè)物質(zhì)代謝循環(huán)、能量流動(dòng)[15]，生態(tài)工業(yè)園區(qū)設(shè)計(jì)與操作[16]，生態(tài)產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)模型[17]，園區(qū)建設(shè)案例分析[18-19]。從2007年到2010年，34個(gè)國家的生態(tài)工業(yè)園累計(jì)環(huán)境績效指數(shù)(EPI)提高了89.4%，這主要是生態(tài)效率變化引起的改善，而不是環(huán)境保護(hù)技術(shù)提高的結(jié)果。其次，與試驗(yàn)性生態(tài)工業(yè)園區(qū)相比，示范生態(tài)工業(yè)園區(qū)具有更高的平均生態(tài)效率，2010年示范生態(tài)工業(yè)園與試驗(yàn)性生態(tài)工業(yè)園相比為0.611∶0.446，平均環(huán)境績效改善約為60%∶29%[20]。

1.5 國內(nèi)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)及研究進(jìn)展

從21世紀(jì)開始，我國在生態(tài)工業(yè)園建設(shè)及研究領(lǐng)域呈現(xiàn)快速發(fā)展態(tài)勢。2006年生態(tài)環(huán)境保護(hù)部制訂了《行業(yè)類生態(tài)工業(yè)園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》，規(guī)定了行業(yè)類生態(tài)工業(yè)園區(qū)驗(yàn)收的基本條件和指標(biāo)，將行業(yè)類生態(tài)工業(yè)園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)由經(jīng)濟(jì)發(fā)展、物質(zhì)減量與循環(huán)、污染防控和園區(qū)管理四部分組成，并進(jìn)一步細(xì)分為19個(gè)指標(biāo)[21]。2015年環(huán)境保護(hù)部發(fā)布了國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)《國家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》的公告，自2016年1月1日起實(shí)施并替代《行業(yè)類生態(tài)工業(yè)園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(HJ/T 273—2006)、《綜合類生態(tài)工業(yè)園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》(HJ 274—2009)、《靜脈產(chǎn)業(yè)類生態(tài)工業(yè)園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(HJ/T 275—2006)。2008年發(fā)布《中華人民共和國循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》，2012年修訂2002年制定的《中華人民共和國清潔生產(chǎn)促進(jìn)法》。截止到2016年底，我國經(jīng)批準(zhǔn)有48家生態(tài)工業(yè)園區(qū)為國家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)，批準(zhǔn)開展國家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)建設(shè)的有45家[22]。與此同時(shí)，我國高校開始設(shè)置環(huán)境科學(xué)、清潔生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)、生態(tài)材料和綠色化學(xué)等領(lǐng)域的課程。2002年春季學(xué)期，清華大學(xué)為本科生開設(shè)了第一門工業(yè)生態(tài)學(xué)課程，武漢大學(xué)的鄧南生和吳武發(fā)表了第一本工業(yè)生態(tài)學(xué)教科書[23]。在2002～2015年期間，來自30多個(gè)學(xué)校和科研機(jī)構(gòu)的1 023名本科生參加了產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的課程培訓(xùn)。由于參與者的多樣性，培訓(xùn)定制了四個(gè)知識(shí)模塊：概念和歷史、方法和工具、主題和應(yīng)用程序、政策和觀點(diǎn)[24]。

2 生態(tài)工業(yè)園建設(shè)研究方法

隨著產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)的不斷發(fā)展，產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的研究方法被不斷應(yīng)用到生態(tài)工業(yè)園的建設(shè)研究領(lǐng)域中。生態(tài)工業(yè)園建設(shè)研究方法主要集中于產(chǎn)業(yè)代謝分析和評(píng)價(jià)，主要涉及基于通量的物質(zhì)流分析(MFA)、基于單一物質(zhì)的物質(zhì)流分析(SFA)和生命周期評(píng)價(jià)(LCA)。

2.1 物質(zhì)流分析

物質(zhì)流分析建立在質(zhì)量守恒和能量守恒的早期概念基礎(chǔ)上，Ayres建立以國家層面為系統(tǒng)的第一個(gè)物質(zhì)流動(dòng)賬戶，在20世紀(jì)90年代初提交給奧地利(Steurer，1992)和日本(日本環(huán)境局，1992)，物質(zhì)流分析被稱作一種分析社會(huì)-自然關(guān)系的工具[25]。

物質(zhì)流分析是指在一定時(shí)空范圍內(nèi)，關(guān)于特定系統(tǒng)的物質(zhì)流動(dòng)和存儲(chǔ)的系統(tǒng)性分析，主要有兩種方法，一種是基于同量的物質(zhì)流分析，另一種是基于單一物質(zhì)的物質(zhì)流分析。第一種主要對(duì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)輸入和輸出物質(zhì)的量和結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究；第二種主要針對(duì)單一元素進(jìn)行分析。目前，物質(zhì)流分析對(duì)物質(zhì)或元素流動(dòng)過程的研究由于研究對(duì)象具有流體的特征，為此可以借鑒流體力學(xué)中研究流體流動(dòng)的方法。第一種選定一個(gè)截面，觀察各時(shí)間點(diǎn)通過這個(gè)截面的物理量，獲取通過截面的物質(zhì)的量與時(shí)間變化的數(shù)據(jù)；第二種是在物質(zhì)流體中選擇一個(gè)質(zhì)點(diǎn)作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行跟蹤，獲取質(zhì)點(diǎn)的空間與時(shí)間的數(shù)據(jù)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，物質(zhì)流分析結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用得到快速發(fā)展，其中使用比較多的計(jì)算機(jī)軟件STAN、GABI可以進(jìn)行物質(zhì)流建模，數(shù)據(jù)分析，提供數(shù)據(jù)庫，并且可以將最終結(jié)果轉(zhuǎn)換為圖表。還有將地理信息系統(tǒng)(GIS)利用到生態(tài)工業(yè)園建設(shè)研究中，為產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域建立了龐大的數(shù)據(jù)庫。目前，利用計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)研究物質(zhì)流分析，利用Matlab-simliunk模擬物質(zhì)能量流動(dòng)過程，可以將原有的靜態(tài)分析轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)分析，獲取的數(shù)據(jù)可以更好地反映實(shí)際情況。

2.2 生命周期評(píng)價(jià)

生命周期評(píng)估(LCA，也稱為生命周期分析、生態(tài)平衡分析和從搖籃到墳?zāi)沟姆治?是一種分析評(píng)價(jià)技術(shù)，用于評(píng)估從原材料提取到材料生產(chǎn)成產(chǎn)品生命周期各階段的環(huán)境影響，通常包括加工，制造，分銷，使用，維修和保養(yǎng)以及處理或回收。根據(jù)2006年對(duì)生命周期評(píng)估使用行業(yè)進(jìn)行的調(diào)查[26]，LCA主要用于評(píng)估商業(yè)戰(zhàn)略(18%)和研發(fā)(18%)、作為產(chǎn)品或工藝設(shè)計(jì)(15%)、教育(13%)和標(biāo)簽或產(chǎn)品聲明(11%)的投入。在工業(yè)生產(chǎn)方面，LCA將作為諸如歐洲ENSLIC大樓建筑項(xiàng)目的指南或開發(fā)和實(shí)施的工具不斷整合到建筑環(huán)境中，為實(shí)施LCI數(shù)據(jù)的開發(fā)和設(shè)計(jì)過程中的實(shí)施者提供指導(dǎo)[27]。此外，LCA在環(huán)境影響評(píng)估、綜合廢物管理和污染研究方面也發(fā)揮著重要作用[28]。目前，采用VB開發(fā)語言以集成不同種類LCA數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)的連接方式，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)出對(duì)不同行業(yè)具有兼容性、適用性的軟件，通過計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品LCA評(píng)價(jià)功能成為研究的熱點(diǎn)[29]。

3 礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)的兩個(gè)案例分析

3.1 國外礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)典型案例

澳大利亞重要工業(yè)區(qū)Kwinana(西澳大利亞州)生態(tài)工業(yè)園以煤炭工業(yè)為主，Kwinana工業(yè)區(qū)存在許多資源增效利用的機(jī)會(huì)，主要集中在三大領(lǐng)域：水、能源和無機(jī)副產(chǎn)品再利用[30]。工業(yè)園區(qū)包括：①煤礦；②2 000 t/a的氧化鋁精煉廠(Alcoa)；③105 t/a鈦白粉顏料廠(Tiwest)；④850 kg/a的石灰和水泥窯(Cockburn水泥)；⑤一個(gè)135 000桶/d的煉油廠(BP)和一個(gè)800 t/a的生鐵廠(HIsmelt)；⑥CSBP(氨，硝酸銨，氰化物，氯堿和化肥廠)；⑦70萬t/a鎳精煉廠(Kwinana鎳精煉廠)；⑧Nufarm(除草劑和其他農(nóng)用化學(xué)品)；⑨Nufarm Coogee(一種氯化物阿爾法堿廠)；⑩Chemeq(獸用醫(yī)藥產(chǎn)品)以及汽巴和納爾科(水處理和加工化學(xué)品)。此外，還有重要的社會(huì)公共基礎(chǔ)設(shè)施，其中包括Verve Energy擁有的兩個(gè)發(fā)電站(900 MW燃煤、燃油和天然氣以及240 MW聯(lián)合循環(huán)天然氣)，兩個(gè)熱電廠(116 MW的Kwinana熱電聯(lián)產(chǎn)工廠和40 MW的Verve Energy)，兩個(gè)空氣分離設(shè)備(液化空氣和BOC氣體)，港口設(shè)施(弗里曼特爾港務(wù)局)以及水和污水處理廠(水務(wù)公司)。圖1概述了Kwinana礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園的發(fā)展模式。

圖1 Kwinana礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園發(fā)展模式Fig.1 Development model of Kwinana mining area eco-industrial park

3.2 國內(nèi)礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)典型案例

中國能源投資集團(tuán)所屬準(zhǔn)格爾能源集團(tuán)生態(tài)工業(yè)園是以煤炭為主產(chǎn)業(yè)，在此基礎(chǔ)上發(fā)展電力，電解鋁及鋁加工業(yè)，鐵路運(yùn)輸業(yè)，生態(tài)牧場等形成的產(chǎn)業(yè)共生體系。準(zhǔn)格爾能源集團(tuán)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市，地處內(nèi)蒙古中南部、山西省與陜西省北部交界處，煤炭資源雄厚，是中國重要的煤炭生產(chǎn)基地之一。準(zhǔn)格爾能源集團(tuán)擁有兩大的露天礦(哈爾烏素煤礦、黑代溝煤礦)，準(zhǔn)格爾礦區(qū)煤炭資源儲(chǔ)量豐富，煤炭地質(zhì)儲(chǔ)量267.6億t，得天獨(dú)厚的煤炭資源和露天開采的技術(shù)優(yōu)勢使兩個(gè)礦年產(chǎn)6 900萬t，巨大的煤炭開采量使煤炭的高效利用及減小環(huán)境擾動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)面影響顯得尤為重要。目前準(zhǔn)格爾能源集團(tuán)各產(chǎn)業(yè)協(xié)作程度及共生體系趨向成熟，主要產(chǎn)業(yè)包括：①兩個(gè)露天礦(哈爾烏素煤礦、黑代溝煤礦)是整個(gè)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)的基礎(chǔ)；②兩個(gè)煤炭洗選廠(準(zhǔn)格爾能源有限公司選煤廠、哈爾烏素露天煤礦選煤廠)；③一個(gè)煤矸石發(fā)電廠(神華準(zhǔn)能集團(tuán)矸石電廠)產(chǎn)能36.32億kW/a。電廠每年利用矸電煤133.17萬t，產(chǎn)生廢水161.12萬m3，用于露天礦除塵；④電解鋁廠(準(zhǔn)格爾旗大路煤電鋁園區(qū))產(chǎn)能12.5萬t/a，利用粉煤灰及爐渣30萬t/a，利用率為29.4%；⑤鋁制品加工廠；⑥兩條鐵路(所屬大準(zhǔn)鐵路公司)；⑦一個(gè)炸藥生產(chǎn)廠(神華準(zhǔn)能源炸藥廠)每年利用廢油473.90 t；⑧生態(tài)牧場。圖2概述了準(zhǔn)格爾能源集團(tuán)生態(tài)工業(yè)園的發(fā)展模式。

圖2 準(zhǔn)格爾能源集團(tuán)礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園發(fā)展模式Fig.2 Development model of Zhungeer energy group mining area eco-industrial park

3.3 礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)及研究趨勢

通過對(duì)國內(nèi)外礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)模式以及發(fā)展過程的研究，礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)的核心是產(chǎn)業(yè)共生體系的形成，產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)墙ㄔO(shè)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

礦區(qū)生態(tài)工業(yè)的發(fā)展過程需要一個(gè)較長的時(shí)期，在這個(gè)過程中需要對(duì)產(chǎn)業(yè)共生體系的發(fā)展不斷修正。對(duì)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)過程中出現(xiàn)的問題及時(shí)修改，對(duì)產(chǎn)業(yè)共生體系中不合理的布局及時(shí)調(diào)整，不斷增強(qiáng)共生系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高共生體系質(zhì)量和效率。為此，本文將管理學(xué)中PDCA(計(jì)劃-執(zhí)行-檢查-調(diào)整)的思想用于礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園的建設(shè)過程和發(fā)展的控制及持續(xù)改進(jìn)。具體步驟(設(shè)計(jì)-建設(shè)-運(yùn)營-調(diào)整)如下所述。

1) 設(shè)計(jì)階段。分析區(qū)域的地理位置、自然資源、發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)類型，確定發(fā)展生態(tài)工業(yè)園的類型。首先依據(jù)產(chǎn)業(yè)共生理論使園區(qū)內(nèi)各產(chǎn)業(yè)形成產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)，其次采用物質(zhì)流分析研究產(chǎn)業(yè)代謝及物質(zhì)流量，最終對(duì)園區(qū)內(nèi)各產(chǎn)業(yè)上下游位置及產(chǎn)能進(jìn)行優(yōu)化配置。

2) 建設(shè)階段。在產(chǎn)業(yè)園建設(shè)過程中，資源共享能力和企業(yè)協(xié)作水平影響產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的質(zhì)量和效率。

3) 運(yùn)營階段。保證園區(qū)的正常高效運(yùn)轉(zhuǎn)，通過實(shí)際運(yùn)營積累經(jīng)驗(yàn)以及分析在運(yùn)營過程中發(fā)現(xiàn)的問題，使工業(yè)園區(qū)發(fā)展不斷完善。

4) 調(diào)整階段。處理運(yùn)營階段出現(xiàn)的問題，保證園區(qū)的科學(xué)持續(xù)發(fā)展。在生態(tài)工業(yè)園的建設(shè)和發(fā)展過程中需要反復(fù)執(zhí)行上述步驟。

3.4 園區(qū)建設(shè)發(fā)展過程中存在的問題

生態(tài)工業(yè)園的建設(shè)是以產(chǎn)業(yè)共生模式發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念達(dá)到物質(zhì)資源再利用、再循環(huán)和減量化，核心是通過建設(shè)多條產(chǎn)業(yè)鏈形成產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)。礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園的建設(shè)沿著提高物質(zhì)資源和伴生產(chǎn)物的綜合利用率、降低能耗和污染物排放兩條主線并行發(fā)展。

在提高物質(zhì)資源利用率方面，以煤矸石為主的伴生產(chǎn)物的綜合利用是整個(gè)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)中的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈，根據(jù)煤矸石成分含量不同可以形成煤矸石-電廠-制鋁業(yè)、水泥及建筑材料等延伸產(chǎn)業(yè)鏈，除此之外，煤矸石還可以代替化石燃料和生產(chǎn)化工產(chǎn)品。當(dāng)前，煤矸石利用產(chǎn)業(yè)鏈存在的問題主要體現(xiàn)為：由于技術(shù)的局限性，大量煤矸石發(fā)電廠出現(xiàn)煤矸石利用效率低甚至不使用；其次煤矸石化工產(chǎn)業(yè)鏈中提取效率低下且高耗能、高污染現(xiàn)象嚴(yán)重。在降低能耗和污染排放方面，煤炭企業(yè)在對(duì)粗放式發(fā)展導(dǎo)致的環(huán)境污染補(bǔ)救，引進(jìn)一批減少能耗和排放的設(shè)備和技術(shù)。與此同時(shí)，為了使伴生產(chǎn)物及固體廢棄物得到綜合利用，在產(chǎn)業(yè)鏈的建設(shè)過程中又引進(jìn)一批高耗能高污染的產(chǎn)業(yè)，使還未緩解的生態(tài)問題重蹈覆轍。

運(yùn)營發(fā)展階段的主要問題包括：①新技術(shù)的使用生產(chǎn)效率提高，上游企業(yè)代謝產(chǎn)物不能滿足下游企業(yè)所需；②煤炭市場競爭以及行業(yè)發(fā)展不景氣使企業(yè)無法正常經(jīng)營，導(dǎo)致生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈斷裂；③區(qū)域政策調(diào)整限制企業(yè)生產(chǎn)從而導(dǎo)致共生系統(tǒng)破壞；④資源枯竭導(dǎo)致資源導(dǎo)向型企業(yè)停產(chǎn)，煤炭資源為主產(chǎn)業(yè)的生態(tài)工業(yè)園可能會(huì)消失；⑤區(qū)域與區(qū)域之間的合作，園區(qū)的不斷發(fā)展使生態(tài)工業(yè)園的范圍不斷擴(kuò)大，鄰近區(qū)域的工業(yè)協(xié)同發(fā)展也會(huì)使原有的產(chǎn)業(yè)共生格局發(fā)生改變。

為此，在園區(qū)建設(shè)過程中需要重視對(duì)新建產(chǎn)業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估，使產(chǎn)業(yè)鏈切實(shí)發(fā)揮提質(zhì)增效的作用。在建設(shè)規(guī)劃階段，采用物質(zhì)流分析以及生命周期評(píng)估，對(duì)所建產(chǎn)業(yè)鏈或整個(gè)產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的物質(zhì)代謝及運(yùn)營的經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行系統(tǒng)仿真，根據(jù)模擬及預(yù)測的結(jié)果進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)。在生態(tài)工業(yè)園的建設(shè)中，產(chǎn)業(yè)間的配合協(xié)作水平、資源信息共享程度、產(chǎn)業(yè)鏈中企業(yè)數(shù)量和種類的合理配置、對(duì)伴生物及廢棄物的合理利用以及做到物質(zhì)循環(huán)閉環(huán)是生態(tài)工業(yè)園健康高效發(fā)展的必要條件。

4 礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園發(fā)展重點(diǎn)及展望

作為一種新的工業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,礦區(qū)及其他行業(yè)生態(tài)工業(yè)園的研究范疇逐步擴(kuò)大、研究方法層出不窮，生態(tài)工業(yè)園的建設(shè)總體呈現(xiàn)模式具體化、方法系統(tǒng)化、涉及領(lǐng)域多樣化、分析手段集成化。從筆者的角度分析，礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)和研究的重點(diǎn)呈現(xiàn)以下幾個(gè)方面的趨勢。

4.1 產(chǎn)業(yè)共生成為礦區(qū)未來發(fā)展模式

煤炭工業(yè)經(jīng)歷長期的粗放式發(fā)展，行業(yè)整體效率低下，高耗能、高污染、高排放使得礦區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化嚴(yán)重，物質(zhì)資源循環(huán)利用和廢棄物閉環(huán)流動(dòng)已成為行業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的瓶頸。經(jīng)過幾年的行業(yè)調(diào)整規(guī)模以上煤炭企業(yè)已成為行業(yè)主體，企業(yè)稟賦資源、人力和財(cái)力優(yōu)勢，是發(fā)展產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)重要基礎(chǔ)。與此同時(shí)，產(chǎn)業(yè)共生模式創(chuàng)造的副產(chǎn)品價(jià)值鏈也是企業(yè)追求的發(fā)展模式。

4.2 涉及產(chǎn)業(yè)類型及區(qū)域不斷增加

礦區(qū)生態(tài)工業(yè)建設(shè)以煤炭為中心發(fā)展的同時(shí)，注重發(fā)展非煤產(chǎn)業(yè)，增加園區(qū)壽命。隨著信息技術(shù)和交通物流業(yè)的快速發(fā)展，礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)范圍從企業(yè)層面的產(chǎn)業(yè)共生擴(kuò)展到更大區(qū)域范圍的產(chǎn)業(yè)共生。龐大復(fù)雜的共生體系包含了更多的企業(yè)種類和數(shù)量，提高了資源信息的共享程度和自然資源利用率，增強(qiáng)了共生系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性，并在一定程度上提高了生態(tài)工業(yè)園的壽命。

4.3 煤炭科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必要性

煤炭科學(xué)各領(lǐng)域技術(shù)的革新都推動(dòng)著煤炭生產(chǎn)力的進(jìn)步，同樣清潔生產(chǎn)技術(shù)、循環(huán)利用技術(shù)、提質(zhì)增效技術(shù)、污染治理技術(shù)是礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)和發(fā)展的重點(diǎn)。當(dāng)前礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)出現(xiàn)的問題核心還是體現(xiàn)在技術(shù)條件難以支撐產(chǎn)業(yè)共生系統(tǒng)的高效運(yùn)行。為此，對(duì)相應(yīng)領(lǐng)域技術(shù)的研發(fā)成為煤炭企業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，同時(shí)也促進(jìn)了煤炭工業(yè)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步。

4.4 礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)逐步標(biāo)準(zhǔn)化

礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園在建設(shè)過程中不斷積累形成科學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)方法流程和運(yùn)營管理辦法，產(chǎn)業(yè)生態(tài)學(xué)方法和系統(tǒng)仿真技術(shù)逐步運(yùn)用到建設(shè)過程中。與此同時(shí)，政府部門也不斷規(guī)范行業(yè)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，使得礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園建設(shè)有了借鑒和利用的標(biāo)準(zhǔn)。園區(qū)建設(shè)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化也成為今后礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園發(fā)展的重點(diǎn)。

4.5 礦區(qū)生態(tài)工業(yè)園評(píng)價(jià)體系多元化

園區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系從能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和技術(shù)四方面建立，可以研究各系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，也可以研究兩系統(tǒng)間或更多系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r。園區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系多元化可以整體反應(yīng)園區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀，也可從多個(gè)角度體現(xiàn)園區(qū)的發(fā)展水平。