石磊1 施漢昌1 錢易1 沈靜珠2 李有潤2
（1清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系
2清華大學(xué)化學(xué)工程系）

1. 前言

　　生態(tài)工業(yè)園區(qū)(Eco-Industrial Park，EIP)已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)工業(yè)發(fā)展所追求的理想模式。美國、法國、日本、菲律賓以及我國紛紛開展了生態(tài)工業(yè)園區(qū)的實(shí)踐工作，從生態(tài)學(xué)的視角研究現(xiàn)有工業(yè)體系的各組成部分之間以及它們與生物圈之間的相互關(guān)系，并從中探索工業(yè)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量利用的各種復(fù)雜模式。這些工作對工業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)化產(chǎn)生了積極的作用。然而，生態(tài)工業(yè)園區(qū)畢竟是一個新鮮的概念，其規(guī)劃和建設(shè)工作還處于起步階段。因此，迫切需要建立有關(guān)的理論框架和開發(fā)相關(guān)的支持工具。本文從化學(xué)化工的角度對生態(tài)工業(yè)園區(qū)產(chǎn)品－工藝體系的規(guī)劃進(jìn)行了初步探討，提出了基于廢物交換思想的規(guī)劃框架。

2. 化工園區(qū)生態(tài)規(guī)劃的總體框架

　　生態(tài)工業(yè)園區(qū)強(qiáng)調(diào)成員要素之間的物質(zhì)能量交換以及基礎(chǔ)設(shè)施的共享。其中，廢物交換是生態(tài)鏈構(gòu)成的重要手段，也因此成為生態(tài)工業(yè)園區(qū)標(biāo)志性的特征。基于廢物交換思想，本文提出了生態(tài)工業(yè)園區(qū)產(chǎn)品－工藝體系的三層規(guī)劃框架：
　　·現(xiàn)有工藝體系的廢物交換
　　·工藝改進(jìn)基礎(chǔ)上工藝體系的廢物交換
　　·與產(chǎn)品規(guī)劃耦合基礎(chǔ)上工藝體系的廢物交換
　　應(yīng)當(dāng)指出，工藝改進(jìn)和產(chǎn)品規(guī)劃的考慮使得廢物交換超越了傳?quot;末端"意義上的廢物處理和處置，而是強(qiáng)調(diào)廢物的削減、回用和循環(huán)。從廢物交換入手，尋求工業(yè)園區(qū)范疇內(nèi)廢物削減、回用和循環(huán)的最大可能性，為生態(tài)工業(yè)園區(qū)工藝體系的規(guī)劃提供了便捷的思路和關(guān)鍵的手段。正是基于這一思路，本文從化學(xué)化工的視角運(yùn)用化工過程"洋蔥"模型和層次概念設(shè)計的原則和方法，構(gòu)建了如圖1所示的園區(qū)產(chǎn)品－工藝體系規(guī)劃的框架。首先，建立并識別以單元合成反應(yīng)為基本模塊的產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)；然后識別副產(chǎn)品和廢物網(wǎng)絡(luò)，辨析園區(qū)的廢物總量以及重要物質(zhì)的工業(yè)代謝途徑，并以此為根據(jù)確定關(guān)鍵的工藝改進(jìn)和產(chǎn)品規(guī)劃方案；最后，進(jìn)行能量、水等公用工程的規(guī)劃與設(shè)計。

3. 案例研究

　　應(yīng)用上述規(guī)劃框架，對國內(nèi)某化工園區(qū)進(jìn)行規(guī)劃。首先收集園區(qū)基本工藝數(shù)據(jù)，建立并識別園區(qū)的產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)、副產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)和廢物網(wǎng)絡(luò)。從產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)可知，該園區(qū)可大體包含農(nóng)副產(chǎn)品、無機(jī)礦物產(chǎn)品、脂肪族產(chǎn)品和芳香族產(chǎn)品4個系列，但缺乏支柱性產(chǎn)品，其產(chǎn)品發(fā)育仍處于初級階段；從副產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)可知，園區(qū)只有少數(shù)具有顯著經(jīng)濟(jì)效益的副產(chǎn)物如鹽酸等得到了收集和利用；從廢物網(wǎng)絡(luò)可知，園區(qū)大多數(shù)工藝對廢物的回收、處理和處置都是極其有限的。對氯、硫酸、氨和氫氧化鈉等的工業(yè)代謝分析表明，園區(qū)酸使用量超過堿使用量約14％，而堿的排入環(huán)境量卻過量約8％。同時，這些工業(yè)代謝分析為工藝改進(jìn)和產(chǎn)品規(guī)劃提供了可靠的基礎(chǔ)和依據(jù)。
　　應(yīng)用清潔生產(chǎn)的方法和工具，對園區(qū)工藝體系提出改進(jìn)方案，如原料替代、反應(yīng)條件和分離條件改變等。在對這些方案進(jìn)行整體評價和優(yōu)選的基礎(chǔ)上，進(jìn)行園區(qū)物質(zhì)集成工作，重新構(gòu)建園區(qū)的廢物交換網(wǎng)絡(luò)。工業(yè)代謝表明，這些方案不僅部分解決了園區(qū)鹽酸大量過剩的問題，大大削減了氯、硫酸根等離子的排放，而且使得園區(qū)整體的酸堿趨向平衡，有利于污水處理廠的操作。對園區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的產(chǎn)品規(guī)劃，推薦了桔子深加工、大蘇打和機(jī)械加工類（ 消耗鹽酸）等產(chǎn)品，從而更進(jìn)一步地削減了園區(qū)廢物的排放，提高了園區(qū)整體的資源利用效率。最后，在上述方案基礎(chǔ)上，對能量和水等公用工程進(jìn)行重新規(guī)劃和設(shè)計。

4. 結(jié)論

　　將“廢物交換”的思想拓展到工藝系統(tǒng)的改造和產(chǎn)品系統(tǒng)的規(guī)劃領(lǐng)域，從工業(yè)活動的前端進(jìn)行產(chǎn)品－工藝體系的規(guī)劃和設(shè)計，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會的協(xié)調(diào)發(fā)展。在產(chǎn)品－工藝體系的規(guī)劃方面，采用了漸進(jìn)方式，即首先立足于現(xiàn)有工藝系統(tǒng)的廢物交換分析；然后在工藝優(yōu)化基礎(chǔ)上重復(fù)這一步驟；最后結(jié)合產(chǎn)品規(guī)劃提出廢物的理想利用模式，并在此基礎(chǔ)上提出公用工程設(shè)施的規(guī)劃設(shè)計，從而完成整個工業(yè)園區(qū)工藝體系的規(guī)劃。