工業(yè)生態(tài)學第二章

工業(yè)生態(tài)學第二章第一頁，共五十九頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容：——工業(yè)生態(tài)學的基本概念及理論依據(jù)——工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的對比分析——工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的進化過程及現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展模式——實現(xiàn)工業(yè)生態(tài)化的方法及實施途徑第二頁，共五十九頁，2022年，8月28日第一節(jié)工業(yè)生態(tài)學的概念及理論基礎工業(yè)生態(tài)學是一門新興的綜合型交叉學科，是生態(tài)、環(huán)境、能源、經(jīng)濟、信息技術(shù)、系統(tǒng)工程等多學科交叉融合而形成的。作為生態(tài)工業(yè)的基礎學科，它研究的是工業(yè)系統(tǒng)與自然環(huán)境之間的相互作用及相互聯(lián)系，為工業(yè)系統(tǒng)與自然環(huán)境間的協(xié)調(diào)發(fā)展提供全新的理論框架及具體的、可供操作的方法。一、工業(yè)生態(tài)學定義第三頁，共五十九頁，2022年，8月28日二、產(chǎn)生背景第四頁，共五十九頁，2022年，8月28日

縱觀解決環(huán)境問題的途徑和方法，大體可分為3個層次：第1層：是廢物的末端治理及達標排放；第2層：是清潔生產(chǎn)，著眼于廢物的源減少及清潔工藝和清潔產(chǎn)品的替代，重點是單個工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)過程；第3層：是生態(tài)工業(yè)，它考慮到不同生產(chǎn)過程之間的物質(zhì)集成和能量集成，以實現(xiàn)廢物的循環(huán)利用和能量的高效利用。第五頁，共五十九頁，2022年，8月28日

末端治理對環(huán)境污染的防治是無奈和短視的行為。它可能對工業(yè)帶來的負面影響是：a.末端治理需要較多的投資，且建設周期長運行費用高，經(jīng)濟效益低，給政府和企業(yè)帶來沉重的經(jīng)濟負擔，并且理所當然地轉(zhuǎn)嫁到消費者身上；b.生產(chǎn)過程中本來可以回收利用的材料沒有得到回收利用，而且隨‘‘三廢”排入環(huán)境或填埋掉，造成資源和能源的極大浪費及二次污染等，使環(huán)境污染加劇；c.末端處理處置廢物也帶來環(huán)境風險，如廢物填埋、貯存過程中可能造成的污染泄漏等；d.落后的生產(chǎn)工藝、設備可能使工人處于有毒、有害的工作環(huán)境中，生產(chǎn)的產(chǎn)品可能使用戶的健康受到損害。第六頁，共五十九頁，2022年，8月28日近20年來,工業(yè)生態(tài)學經(jīng)歷了萌發(fā)、誕生和蓬勃發(fā)展等幾個階段。1、萌發(fā)階段

20世紀60年代末，日本政府通產(chǎn)省的工業(yè)機構(gòu)咨詢委員會下屬的“工業(yè)-生態(tài)工作小組”在1972年5月發(fā)表“工業(yè)生態(tài)學：生態(tài)學引入工業(yè)政策的引論”的報告。1983年，比利時的政治研究與信息中心出版了《比利時生態(tài)系統(tǒng)：工業(yè)生態(tài)研究》專著。他們認為，工業(yè)社會是一個由生產(chǎn)力、流通與消費、它所用的原料與能源以及所生產(chǎn)廢料等構(gòu)成的生態(tài)系統(tǒng)，可運用生態(tài)學的理論與方法來研究現(xiàn)代工業(yè)社會運行機制。三、工業(yè)生態(tài)學的產(chǎn)生與發(fā)展第七頁，共五十九頁，2022年，8月28日2、工業(yè)生態(tài)學的誕生

1989年9月，由美國通用汽車公司的研究部副總裁羅伯特·福羅什(RobertFroseh)和負責發(fā)動機研究的尼古拉斯·加羅布勞斯(NicolasGallopoulos)在《科學美國人》上發(fā)表的題為《可持續(xù)工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》文章中正式提出了工業(yè)生態(tài)學的概念。兩位作者在這篇文章中提出：“在傳統(tǒng)的工業(yè)體系中，每一道制造工序都獨立于其他工序，通過消耗原料生產(chǎn)出即將被銷售的產(chǎn)品和相應的廢料；我們完全可以運用一種更為一體化的生產(chǎn)方式來代替這種過于簡單化的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，那就是工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。在這樣的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)里，能源和材料的消費被最優(yōu)化了，一個過程的排放物可以作為另一個過程的原材料?！钡诎隧摚参迨彭?，2022年，8月28日3、蓬勃發(fā)展的階段

20世紀90年代初，美國科學院舉行多次會議，對工業(yè)生態(tài)學的概念、內(nèi)容、方法和應用前景等問題進行了研討，形成了工業(yè)生態(tài)學的基本框架。美國電信企業(yè)AT&T官員Allenby，于1992年首次完成了工業(yè)生態(tài)學博士論文的答辯。1993年，清潔生產(chǎn)雜志(JournalofCleanerproduction，J．Cleanerprod.)出版，該雜志經(jīng)?？l(fā)有關(guān)工業(yè)生態(tài)學研究的文章。1993年6月29日，美國成立了可持續(xù)發(fā)展總統(tǒng)委員會(PCSD)。該委員會于1996年10月17～18日在Virginia召開了有關(guān)工業(yè)生態(tài)學的重要研究領(lǐng)域生態(tài)工業(yè)園區(qū)(eco-industrialparks)的工作會議，對生態(tài)工業(yè)園區(qū)的定義、建設原則、美國生態(tài)工業(yè)園實踐的情況做了研討。

1996年，全球發(fā)行的生命周期評價雜志(theinternationaljournaloflifecycleassess—ment，Int·J·LCA)面市，它專門刊載工業(yè)生態(tài)學研究內(nèi)容之一的生命周期評價的研究論文。1997年，麻省工學院出版了全球第一份工業(yè)生態(tài)學雜志(journalofindustrialecology)，專門發(fā)表工業(yè)生態(tài)學的研究論文。第九頁，共五十九頁，2022年，8月28日1997年，美國環(huán)境科學與技術(shù)(environmentalscienceandtechnology)雜志發(fā)表了“21世紀研究的優(yōu)先領(lǐng)域”專題報告，介紹了今后20年需要加強關(guān)注的6個優(yōu)先領(lǐng)域：經(jīng)濟與風險評估，環(huán)境監(jiān)測與生態(tài)學，環(huán)境中的化學品，能源系統(tǒng)，工業(yè)生態(tài)學，人口。

1998年11月，美國礦產(chǎn)資源局(USGS)——認為物質(zhì)與能量流動的研究對于正在形成的工業(yè)生態(tài)學領(lǐng)域的研究具有重要的意義。

2000年，美國跨部門工作小組——發(fā)表了題為“工業(yè)生態(tài)學——美國的物質(zhì)與能量的流動”的報告，對工業(yè)生態(tài)學和物質(zhì)與能量流動的關(guān)系做了闡明。2000年在世界范圍內(nèi)——成立了工業(yè)生態(tài)學國際學會(theinternationalsocietyforindustrialecology)。目前在歐美30來所大學內(nèi)設有工業(yè)生態(tài)學的課程。近年來，冠以工業(yè)生態(tài)學的研究文章、專著不斷涌現(xiàn)，有關(guān)工業(yè)生態(tài)學的網(wǎng)站不勝枚舉。工業(yè)生態(tài)學的理論研究與實踐在國外正在蓬勃開展，一門新興的學科正在形成。第十頁，共五十九頁，2022年，8月28日4、工業(yè)生態(tài)學的特點（1）以系統(tǒng)論的觀點來分析、解決問題；（2）以產(chǎn)品及其服務為核心展開研究；（3）多學科交叉，滲透；（4）采用定量分析方法；（5）可操作性強；（6）強調(diào)科技的推動力作用；（7）具有相當?shù)臐摿Γ挥刑魬?zhàn)。

第十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日工業(yè)生態(tài)學認為——一個工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，完全可以像一個生物自然系統(tǒng)那樣循環(huán)運行：植物吸取養(yǎng)分，生成枝葉，供草食動物享用，草食動物又為肉食動物所捕食，而它們的排泄物和尸體又成為其他生物的食物，一個生產(chǎn)單元可以以另一個生產(chǎn)單元的產(chǎn)品或副產(chǎn)品（廢棄物）為原料進行生產(chǎn)等等。溫帶草原生態(tài)系統(tǒng)的部分食物網(wǎng)第十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日四、工業(yè)生態(tài)學的理論基礎（一）生態(tài)學原理（自習）（二）生態(tài)經(jīng)濟學原理1、長鏈利用原理

生態(tài)經(jīng)濟學認為各種資源的開發(fā)和利用之間，存在著鏈狀和網(wǎng)狀的生態(tài)經(jīng)濟關(guān)系，且長鏈與短鏈的結(jié)構(gòu)相比，循環(huán)轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)增多，既有利于系統(tǒng)穩(wěn)定，又有利于物質(zhì)的多次利用，可以提高系統(tǒng)的生產(chǎn)力。2、生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的生態(tài)閾限

如果生態(tài)因子或經(jīng)濟因子的變化超過生態(tài)經(jīng)濟的忍耐限度（生態(tài)閾值），會使生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)作用失控，系統(tǒng)不能自動得到補償，就會引起環(huán)境破壞、生態(tài)失衡等一系列問題。3、價值增值原理——加環(huán)增值：通過增加一個或幾個轉(zhuǎn)化效率高的環(huán)節(jié)來延伸產(chǎn)業(yè)加工鏈，從而提高生態(tài)資源的利用率，擴大產(chǎn)品品種，生產(chǎn)更優(yōu)的產(chǎn)品，實現(xiàn)價值增值?！獪p環(huán)增值：在經(jīng)濟生產(chǎn)過程中，適當減少加工鏈，采用高新技術(shù)替代，使經(jīng)濟產(chǎn)出水平較低的生產(chǎn)環(huán)節(jié)被更高水平的生產(chǎn)環(huán)節(jié)取代，以獲得更高的附加值的產(chǎn)品?！町惗仍鲋担杭赐ㄟ^產(chǎn)品的品種、外觀、功能的差異、季節(jié)差異、地域差異和習慣差異等，使價值和價格相背離，達到價值增值的目的。第十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日（三）系統(tǒng)工程學原理利用系統(tǒng)工程學的特征：整體性：指系統(tǒng)是由兩個以上元素組成的有機整體。相關(guān)性：指系統(tǒng)各元素之間相互作用、相互依賴的關(guān)系。目的性：指系統(tǒng)要有明確的目標與特定功能。適應性：指系統(tǒng)對環(huán)境變化之適應程度。等級結(jié)構(gòu)性：指系統(tǒng)本身又可以分為許多等級層次的子系統(tǒng)。處理具體問題遵循以下三個原則：整體性：系統(tǒng)內(nèi)部的整體性和時間上的整體性綜合性:系統(tǒng)是多元素的組合，具有多種屬性最優(yōu)化：處理系統(tǒng)問題時，應盡可能做到準確、嚴格、按科學規(guī)律辦事。要求有一個嚴格的工作步驟和程序，同時還應盡可能進行定量分析。第十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日（四）信息科學與技術(shù)信息技術(shù)包括通信、計算機、多媒體、自動控制、視頻、遙感等技術(shù)。信息科學是各子系統(tǒng)和元素間相互傳遞信息的關(guān)鍵紐帶，其是否暢通及速度的快慢直接影響各子系統(tǒng)和元素間的鏈條的穩(wěn)定性。而技術(shù)是系統(tǒng)中提高運行和資源利用率的重要保障。內(nèi)容包括:1、闡明信息的概念和本質(zhì)（哲學理論）2、探索信息的度量和變換（基本信息論）3、研究信息的提取方法（識別信息論）4、澄清信息傳遞規(guī)律（通信理論）5、探明信息處理的機制（智能理論）；探究信息的再生理論（決策理論）6、闡明信息的調(diào)節(jié)原則（控制理論）7、完善信息組織理論（系統(tǒng)理論）信息、物質(zhì)和能源是構(gòu)成現(xiàn)代社會資源的三大支柱。

第十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日第二節(jié)工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)及其進化一、工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)（一）工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的概念工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是依據(jù)生態(tài)學、經(jīng)濟學、技術(shù)科學以及系統(tǒng)科學的基本原理與方法來經(jīng)營和管理工業(yè)經(jīng)濟活動，并以節(jié)約資源、保護生態(tài)環(huán)境和提高物質(zhì)綜合利用為特征的現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展模式，是由社會、經(jīng)濟、環(huán)境三個子系統(tǒng)復合而成的有機整體。（二）工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的特征1、人工的開放式的復合生態(tài)系統(tǒng)，與環(huán)境之間時刻進行著物質(zhì)、能量與信息等的交換。2、有經(jīng)濟的加入，即需要一定的資金投入，在獲得產(chǎn)品的同時有一定經(jīng)濟效益產(chǎn)生。3、能源資源耗量大，物質(zhì)循環(huán)、轉(zhuǎn)化快。4、兼有社會、自然兩方面的屬性。5、要想使工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定的運行，需要強有力的制度保障。第十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日二、自然生態(tài)系統(tǒng)及其特征（一）自然生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：可分為種群、生物群落和自然生態(tài)系統(tǒng)3個層次?！I(yè)生態(tài)系統(tǒng)歷程：生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的生物生長、發(fā)育、成熟和死亡的過程。——產(chǎn)品自然生態(tài)系統(tǒng)進化的主要特征：1、生態(tài)能量學特征：幼年期生態(tài)系統(tǒng)的總產(chǎn)量要大于其群落呼吸量，成熟期二者接近。2、食物網(wǎng)發(fā)展過程特征：結(jié)構(gòu)簡單、直線狀牧食食物鏈為主復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。3、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)的特征：由主要營養(yǎng)物質(zhì)如N、P、K、Ca等的生物地球化學循環(huán)向更封閉發(fā)展（系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)）。4、群落結(jié)構(gòu)上的特征：由某物種或小類群占優(yōu)勢到生物多樣性的增加、復雜化。5、穩(wěn)態(tài)成熟期生態(tài)系統(tǒng)的特征：生物多性指數(shù)越大系統(tǒng)的穩(wěn)定性就越高，生物間的共生關(guān)系就越發(fā)達。第十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日（植物）第十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日生態(tài)系統(tǒng)的能量流動圖解:陽光養(yǎng)分生產(chǎn)者(植物)呼吸初級消費者(植食動物)呼吸次級消費者(肉食動物)呼吸分解者呼吸三級消費者(肉食動物)呼吸第十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日分析”塞達伯格湖的能量流動圖解”,思考下列問題:2.從第一營養(yǎng)級流入第二營養(yǎng)級的能量,占生產(chǎn)者所固定的能量總量的百分比是多少?從第二營養(yǎng)級流入第三營養(yǎng)級的能量,占初級消費者所同化的能量總量的百分比是多少?3.流入某個營養(yǎng)級的能量,為什么不能百分百的流向后一個營養(yǎng)級?1.對于每一個營養(yǎng)級來講,輸入和輸出的能量是否相等?第二十頁，共五十九頁，2022年，8月28日某個湖的能量金字塔:隨著等級增加，物種數(shù)和生物量都減少第二十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日宇宙中有兩類系統(tǒng)，一類是封閉系統(tǒng)，即系統(tǒng)和周圍環(huán)境之間沒有物質(zhì)和能量的交換，一類是開放系統(tǒng)，即系統(tǒng)和周圍環(huán)境之間存在物質(zhì)和能量交換。除了宇宙之外，自然界所有的系統(tǒng)都是開放系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)就是一種開放系統(tǒng)，但各生態(tài)系統(tǒng)的開放程度卻有很大不同，例如一個溪流系統(tǒng)開放的程度就比一個池塘系統(tǒng)大得多，因為在溪流系統(tǒng)中，水攜帶著各種物質(zhì)不停地流入和流出。（三）生態(tài)系統(tǒng)的反饋調(diào)節(jié)和生態(tài)平衡第二十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日1、反饋調(diào)節(jié)反饋——就是系統(tǒng)的輸出變成了決定系統(tǒng)未來功能的輸入；當生態(tài)系統(tǒng)某一成分發(fā)生變化，它必然引起其他成分出現(xiàn)一系列相應變化，這些變化又反過來影響最初發(fā)生變化的那種成分。正反饋：系統(tǒng)中某一成分的變化所引起的其他一系列變化，反過來加速最初發(fā)生的變化的成分所發(fā)生的變化，使生態(tài)系統(tǒng)遠離平衡狀態(tài)或穩(wěn)態(tài)。負反饋：使生態(tài)系統(tǒng)達到或保持平衡或穩(wěn)態(tài)，結(jié)果是抑制和減弱最初發(fā)生變化的那種成分的變化。第二十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日

在自然生態(tài)系統(tǒng)中正反饋的實例不多，下面我們舉出一個加以說明：如果一個湖泊受到了污染，魚類的數(shù)量就會因為死亡而減少，魚體死亡腐爛后又會進一步加重污染并引起更多魚類死亡。因此，由于正反饋的作用，污染會越來越重，魚類死亡速度也會越來越快。從這個例子中我們可以看出，正反饋往往具有極大的破壞作用，但是它常常是爆發(fā)性的，所經(jīng)歷的時間也很短。從長遠看，生態(tài)系統(tǒng)中的負反饋和自我調(diào)節(jié)將起主要作用。第二十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日負反饋是比較常見的一種反饋，它的作用是能夠使生態(tài)系統(tǒng)達到和保持平衡或穩(wěn)態(tài)，反饋的結(jié)果是抑制和減弱最初發(fā)生變化的那種成分所發(fā)生的變化。例如，如果草原上的食草動物因為遷入而增加，植物就會因為受到過度啃食而減少，植物數(shù)量減少以后，反過來就會抑制動物數(shù)量。第二十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日2、生態(tài)平衡生態(tài)系統(tǒng)通過發(fā)育和調(diào)節(jié)所達到的一種穩(wěn)定狀態(tài)，它包括組成、結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定和能量輸入、輸出上的穩(wěn)定，這就是生態(tài)平衡。在反饋機理的作用下，生態(tài)系統(tǒng)能夠自我調(diào)節(jié)和維持自己的正常功能，并在很大程度上克服和消除外來的干擾，維持自身的穩(wěn)定，但這種自我調(diào)節(jié)功能是有一定限度的，當生態(tài)系統(tǒng)受外界干擾后，其接受的環(huán)境負荷超過自動調(diào)節(jié)的極限時，就會出現(xiàn)生態(tài)失衡，該極限值稱為生態(tài)閾值。第二十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日

生態(tài)閾值：生態(tài)系統(tǒng)受外界干擾后，自動調(diào)節(jié)的極限。生態(tài)危機：當生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)與能的輸入量大于輸出量，且超越生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力（生態(tài)閾限）時，過度輸入的物質(zhì)和能會以廢物的形式排放到周圍環(huán)境中去，造成收支失衡，原有協(xié)調(diào)結(jié)構(gòu)和功能失調(diào)，導致環(huán)境污染，這種狀態(tài)即稱為生態(tài)停滯或生態(tài)危機。由于人類盲目活動而導致局部地區(qū)甚至整個生物圈結(jié)構(gòu)和功能的失衡，擾動超過了生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)的極限，從而威脅人類的生存。第二十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日（四）工業(yè)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系(P31)工業(yè)生態(tài)學將工業(yè)系統(tǒng)視為生態(tài)系統(tǒng)的一個特殊的子系統(tǒng)。（1）工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和自然生態(tài)系統(tǒng)的相同點①兩者都是由生產(chǎn)者、消費者和分解者構(gòu)成的；②兩者都是開放的生態(tài)系統(tǒng)；③兩者都不間斷地進行著物質(zhì)循環(huán)、能量流動和信息傳遞來維持自身的平衡與發(fā)展；④兩種生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的各要素均有自己的“需求”；⑤兩種生態(tài)系統(tǒng)的形成、發(fā)展與崩潰都是一個動態(tài)的進化過程，都遵循“適者生存”的達爾文法則，都經(jīng)歷原生演替或自生演替并逐漸達到頂級狀態(tài)的過程。第二十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日（2）兩類生態(tài)系統(tǒng)的不同點①最主要的差別是有、無人的參與；②自然生態(tài)系統(tǒng)具有工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)無法比擬的復雜性；③最關(guān)鍵的區(qū)別是自然生態(tài)系統(tǒng)只受到生態(tài)學規(guī)律的約束不受經(jīng)濟學中市場規(guī)則的制約，而工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)則不然。一個生態(tài)工業(yè)園區(qū)內(nèi)的企業(yè)不僅要考慮到原材料是不是使用了其他廠家的廢物而對環(huán)境有利，還必須要考慮到生產(chǎn)的產(chǎn)品是否能賣得出去以及價格，從而對企業(yè)的生存與發(fā)展有利。一個生態(tài)學上合理而經(jīng)濟學上不合理的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是無法生存下去的。第二十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日組成自然生態(tài)系統(tǒng)工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)者利用太陽能或化學能將無機物轉(zhuǎn)化成有機物，或把太陽能轉(zhuǎn)化為化學能，供自身生長發(fā)育需要的同時，為其他生物種群（包括人類）提供食物和能源，如綠色植物、單細胞藻類、化能自養(yǎng)微生物等。初級：利用基本環(huán)境要素（空氣、水、土壤、巖石、礦物質(zhì)等自然資源）生產(chǎn)出初級產(chǎn)品，如采礦廠、冶煉廠、熱電廠等。高級：初級產(chǎn)品的深度加工和高級產(chǎn)品生產(chǎn)，如化工、肥料制造、服裝和食品加工、機械、電子產(chǎn)業(yè)等。消費者利用生產(chǎn)者提供的有機物和能源，供自身生長發(fā)育，同時也進行有機物的次級生產(chǎn)，并產(chǎn)生代謝物，供分解者使用，如動物（草食、肉食等）、人類不直接生產(chǎn)“物質(zhì)化”產(chǎn)品，但利用生產(chǎn)者提供的產(chǎn)品，供自身運行發(fā)展，同時產(chǎn)生生產(chǎn)力和服務功能等，如行政、商業(yè)、金融業(yè)、娛樂及服務業(yè)等。分解者把動、植物排泄、殘體分解成簡單化合物，以供生產(chǎn)者利用，如分解微生物、細菌、真菌及微型動物等。把工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品和“廢物”進行處置、轉(zhuǎn)化、再利用等，如廢物回收公司、資源再生公司等。工業(yè)與自然生態(tài)系統(tǒng)的組成部分對比第三十頁，共五十九頁，2022年，8月28日工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的四個基本原則

自然生態(tài)系統(tǒng) 循環(huán)傳輸（Roundput）

物質(zhì)循環(huán) 能量層疊

多樣性（Diversity）

生物多樣性 物種、生物 相互依賴性和協(xié)作 信息

地域性（Locality）

利用地方資源 注重地方特性 限制性因素 地方依賴性 協(xié)作

漸變（GradualChange）

利用太陽能進化 通過繁殖進化 輪回的時間周期性和季節(jié)性 系統(tǒng)多樣性發(fā)展緩慢2010/8/10

工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)傳輸（Roundput）

物質(zhì)循環(huán) 能量層疊多樣性（Diversity）

行為者多樣性（行業(yè)、部門、企業(yè)等） 相互依賴性和協(xié)作 工業(yè)輸入-輸出地域性（Locality）

利用地方資源（包括廢物） 注重地方特性 限制性因素 地方成員間協(xié)作漸變（GradualChange）

利用廢物、能源和再生資源 系統(tǒng)多樣性緩慢發(fā)展第三十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日（五）對工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的啟示若將企業(yè)看作自然生態(tài)系統(tǒng)中的個體，那么同類企業(yè)就形成了“種群”，而區(qū)域范圍的工業(yè)體系就可以形成“生物群落”。1、工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的競爭：生態(tài)工業(yè)將通過競爭實現(xiàn)企業(yè)的優(yōu)勝劣汰，從而優(yōu)化資源配置，使物質(zhì)有序流動，資源和能源達到最大的使用效率。2、工業(yè)生態(tài)群落的建立：工業(yè)生態(tài)群落和生物生態(tài)群落一樣，在系統(tǒng)內(nèi)既有競爭，又相互依賴的關(guān)系。將多個具有共生關(guān)系的企業(yè)組成“工業(yè)生態(tài)群落”，可使物質(zhì)流和能量流得以最優(yōu)的利用。如建造蔗糖企業(yè)：原料（甘蔗種植）→糖廠生產(chǎn)蔗糖（主產(chǎn)物）→廢料（糖蜜和廢渣）→乙醇廠、造紙廠、復合肥廠→酒精、紙張、復合肥（副產(chǎn)物）。3、生態(tài)工業(yè)鏈的構(gòu)建：自然生態(tài)系統(tǒng)的生物分為：生產(chǎn)者、消費者和分解者。工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可理解為：資源生產(chǎn)者、加工生產(chǎn)者和還原生產(chǎn)者(再循環(huán)和再利用者)。第三十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日第三十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日第三十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日太陽能能量級在各單元遞減第三十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日原料、燃料各單元有能量輸入，能量級在各單元不變第三十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日勃拉登·艾侖比(BradenAllenby)根據(jù)自然生態(tài)系統(tǒng)的進化歷程，大致分為三級生態(tài)系統(tǒng)，而工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)在“生態(tài)”意義上，也可類比為相似的演進過程。（1）一級生態(tài)系統(tǒng)（傳統(tǒng)工業(yè)）：生命的開始階段，資源充足，廢物較少。其工業(yè)體系中，是一些相互不發(fā)生關(guān)系的線性物質(zhì)的疊加，其運行方式主要是開采資源和拋棄廢棄物。一級工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)：無限資源→一級工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)→無限的廢料無限的資源生態(tài)系統(tǒng)無限的廢料一級生態(tài)系統(tǒng)示意圖第三十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日（2）二生態(tài)系統(tǒng)（末端處理和清潔生產(chǎn)）：對資源的利用已達到較高的效率，但不能長期維持，主要原因是物質(zhì)流、能量流都是單向的：資源不斷減少，廢棄物不斷增加。第三十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日（3）三生態(tài)系統(tǒng)（循環(huán)經(jīng)濟、生態(tài)工業(yè)園）：是物質(zhì)流、能量流的循環(huán)系統(tǒng)，資源和廢物不是完全對立的概念，具有明顯的時空尺度效應，這是理想的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。第三十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日

對應以上三級生態(tài)系統(tǒng)，工業(yè)發(fā)展有以下三種模式：

（1）傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)模式：從工業(yè)化初期到20世紀中葉，絕大部分工業(yè)廢物不加處理就排入環(huán)境，以破壞環(huán)境為代價造就了工業(yè)內(nèi)部的高度經(jīng)濟性。

（2）末端處理模式：受資源環(huán)境容量和法規(guī)的限制，廢物經(jīng)一定的處理以滿足達標排放的要求。但這種模式也是不持續(xù)的，原因是：部門分割；投資、運行成本高；產(chǎn)品使用過程中的污染得不到控制；是一種被動的、科技惰性的行為，難以促進科技革新。

（3）理想的工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)模式：

包括4類主要行為者：資源開采者、資源處理者（制造商）、消費者和廢物處理再用者。

理想的工業(yè)體系通過采用技術(shù)替代資源（如塑料代替鋼材等）、以服務替代產(chǎn)品（如售后維修等）、重復物質(zhì)和能源的最優(yōu)交換方式（如回收利用等），在體系內(nèi)部，一個過程的廢棄物是另一過程的資源，物質(zhì)以完全循環(huán)的方式閉路運行。第四十頁，共五十九頁，2022年，8月28日第四十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日

現(xiàn)代工業(yè)體系與自然生態(tài)系統(tǒng)的根本差距在于后者以太陽能驅(qū)動而前者以不可再生的礦物能源驅(qū)動，這是現(xiàn)代工業(yè)體系不可持續(xù)的本質(zhì)。工業(yè)生態(tài)學思想的主旨就是促使現(xiàn)代工業(yè)體系向三級生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。

轉(zhuǎn)換戰(zhàn)略的實施包括4個方面：

——將廢物作為資源重新利用；

——封閉物質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)和盡量減少物質(zhì)材料的使用；

——工業(yè)產(chǎn)品和經(jīng)濟的非物質(zhì)化（減物質(zhì)化）；

——能源的脫碳（減碳）。第四十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日第三節(jié)工業(yè)生態(tài)學的主要研究內(nèi)容及方法一、實現(xiàn)工業(yè)生態(tài)化的手段及途徑——工業(yè)生態(tài)化的主要目標是提高生態(tài)效率。而傳統(tǒng)工業(yè)是單純提高生產(chǎn)效率。——工業(yè)生態(tài)化的主要特點：企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)過程循環(huán)，即在組織內(nèi)部各生產(chǎn)部門之間充分利用上一部門的廢棄物、副產(chǎn)品和產(chǎn)出；企業(yè)之間生產(chǎn)過程循環(huán)，也就是在企業(yè)之間建立一種類似于生態(tài)鏈的網(wǎng)絡關(guān)系，在網(wǎng)絡內(nèi)的各企業(yè)相互之間利用各自的廢物、副產(chǎn)品和產(chǎn)出，以減少能源、資源的消耗，降低污染。第四十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日（一）生態(tài)重組——實現(xiàn)工業(yè)生態(tài)化的主要手段就是：生態(tài)重組，加速工業(yè)轉(zhuǎn)型。1、基本含義SurenErkman指出，工業(yè)生態(tài)學不僅是一個新的知識領(lǐng)域，也是一個工程，即工業(yè)系統(tǒng)向一種能使其與其他生態(tài)系統(tǒng)相容的運行模式轉(zhuǎn)變。從某種意義上說，生態(tài)重組過程是運用已經(jīng)成熟的自然生態(tài)系統(tǒng)作為模型對工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量流動進行重新組織。FayeDuchin認為生態(tài)重組是一種通過按照盡可能對地球的生物—地球化學系統(tǒng)干擾最少的方式進行技術(shù)設計和實施，從而推動社會財富的目的實現(xiàn)。第四十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日2、生態(tài)重組的生態(tài)學解釋（1）保持生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性：生態(tài)系統(tǒng)的各種組成部分，各種生物的種類、數(shù)量和空間配置，在一定時期均處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，使生態(tài)系統(tǒng)能夠各自保持一個相對穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。生態(tài)系統(tǒng)的生物種類、種群數(shù)量、空間配置、隨時間的變化等構(gòu)成了生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)，它是生態(tài)系統(tǒng)中能量流動和物質(zhì)循環(huán)的基礎。（2）調(diào)整行業(yè)和企業(yè)間的共生和互補關(guān)系：狹義而言，生態(tài)重組主要是針對工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，包括各種不同數(shù)量和類型工廠企業(yè)的組合、企業(yè)的地理布局、相互間的物質(zhì)、能量和信息的流動、交流和層疊。廣義而言，對于現(xiàn)有經(jīng)濟體系的重組，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的調(diào)整，包括能源結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、交通和基礎設施、商業(yè)流通以及消費結(jié)構(gòu)等。第四十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日（二）企業(yè)內(nèi)部的工業(yè)轉(zhuǎn)型——工業(yè)轉(zhuǎn)型內(nèi)容包括產(chǎn)品和服務的生產(chǎn)和消費的技術(shù)、組織和形式（空間和時間）、原材料和能源的轉(zhuǎn)變以及所產(chǎn)生的環(huán)境影響及這些影響對生命質(zhì)量產(chǎn)生的后果等。第四十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日二、實現(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)型（生態(tài)化）的主要方法和內(nèi)容1、工業(yè)代謝分析——是建立生態(tài)工業(yè)的一種有效的分析方法，它是基于模擬生物和自然界新陳代謝功能的一種系統(tǒng)分析方法。第四十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日2、生命周期評價——是對一種產(chǎn)品及其包裝物、生產(chǎn)工藝、原材料、能源或其他某種人類活動行為的全過程，包括原材料的采集、加工、生產(chǎn)、包裝、運輸、消費和回用以及最終處理等，進行資源和環(huán)境影響的分析與評價。第四十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日3、工業(yè)生態(tài)設計——是從產(chǎn)品的孕育階段就開始遵循污染預防的原則，使改善產(chǎn)品對環(huán)境影響的努力凝固在產(chǎn)品設計之中。經(jīng)過生態(tài)設計的產(chǎn)品對生態(tài)環(huán)境不會產(chǎn)生不良的影響，對能源和自然資源的利用是有效的，同時是可以再循環(huán)、再生或安全處置的。它是一種產(chǎn)品設計的新理念，又稱綠色設計。第四十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日4、生態(tài)效益——生態(tài)效益的實現(xiàn)，必須在提供具有競爭力價格的產(chǎn)品和服務、滿足人們需要和提高生活品質(zhì)的同時，在產(chǎn)品和服務的整個生命周期內(nèi)逐步將其對環(huán)境的影響及自然資源的消耗減少到地球承載力能符合的程度。第五十頁，共五十九頁，2022年，8月28日5、生態(tài)工業(yè)園區(qū)——是指企業(yè)之間、企業(yè)與社會和政府間在副產(chǎn)品交流和管理方面有密切的合作。生態(tài)工業(yè)園作為以生態(tài)循環(huán)再生為基礎的工業(yè)園區(qū)，包括產(chǎn)品和服務的交流，更重要的是以最優(yōu)的空間和時間形式組織在生產(chǎn)和消費過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品的交換，從而使企業(yè)付出最小的廢物處理成本，提高資源的利用效率，改善參與公司的經(jīng)濟效益，同時最大程度地減少對生態(tài)環(huán)境的影響。沱牌釀酒工業(yè)生態(tài)園

第五十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日三、生態(tài)工業(yè)發(fā)展的具體模式1、工業(yè)理論生態(tài)化2、工業(yè)結(jié)構(gòu)生態(tài)化3、工業(yè)小區(qū)生態(tài)化4、工業(yè)設計生態(tài)化5、工業(yè)生產(chǎn)生態(tài)化6、工業(yè)垃圾生態(tài)化6、技術(shù)變革與環(huán)境——一方面是研究促進工業(yè)體系進化的科學理論、方法與技術(shù)，使工業(yè)系統(tǒng)能夠像自然生態(tài)系統(tǒng)那樣維持循環(huán)運行；另一方面，則研究創(chuàng)新技術(shù)在工業(yè)部門應用時遇到的障礙與解決方法?！耙粓@五區(qū)”：工業(yè)核心區(qū)五金產(chǎn)業(yè)區(qū)科教產(chǎn)業(yè)區(qū)旅游度假區(qū)綜合服務區(qū)第五十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日四、建立生態(tài)工業(yè)的措施(在第一章已經(jīng)講過)1、污染的“零排放”

污染的“零排放”模式是AT＆T公司Allenby和Graedel提出的三個類型：第一類：要求企業(yè)的能源和物質(zhì)全部做到物盡其用，幾乎不需要資源回收環(huán)節(jié)；第二類：要求建立企業(yè)內(nèi)部資源回收環(huán)節(jié)，以滿足資源回收；第三類：要求對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的所有產(chǎn)出物進行循環(huán)利用，但這要取決于外部的能量投入。實現(xiàn)“零排放”的難度，第一種類型大于第二種類型，第二種類型大于第三種類型。目前，生態(tài)工業(yè)實現(xiàn)的“零排放”大多是第三種類型。第五十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日2、物質(zhì)閉路循環(huán)的建立物質(zhì)閉路循環(huán)是最能體現(xiàn)工業(yè)生態(tài)自然循環(huán)理念的策略。但從技術(shù)經(jīng)濟合理的角度，物質(zhì)的閉路循環(huán)應該是有限的。（1）過高的閉路循環(huán)會顯著增加企業(yè)的生產(chǎn)成本，降低企業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力。（2）與自然生態(tài)系統(tǒng)的閉路循環(huán)相反，生態(tài)工業(yè)系統(tǒng)的閉路循環(huán)會降低產(chǎn)品的質(zhì)量。實際上工業(yè)閉路循環(huán)的物質(zhì)性能是呈螺旋形遞減的規(guī)律。3、廢物資源的重新利用生態(tài)工業(yè)要求把一些企業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)品作為另一些企業(yè)的生產(chǎn)原料或資源加以重新利用，而不是把它作為“廢物”廢棄掉。這種回收利用過程是一種工業(yè)生態(tài)鏈的行為。目前在世界各國的生態(tài)工業(yè)園區(qū)中，比較多的形態(tài)就是資源回收再生園。第五十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日4、消耗性污染的降低消耗性污染是指產(chǎn)品在使用過程中產(chǎn)生的污染。防止消耗性污染主要有三種手段：（1）改變產(chǎn)品的生產(chǎn)原料，從源頭直接降低污染的潛在機