工业生态与循环经济课件.ppt

1、 主讲：中国生态经济学会工业生态经济与技主讲：中国生态经济学会工业生态经济与技术专业委员会术专业委员会 常务理事常务理事华南理工大学化学与化工学院华南理工大学化学与化工学院 陈陈 砺砺布兰特（布兰特（G.H.Brundtland）定义：）定义：可持续发展是这样的发展，它满足当代可持续发展是这样的发展，它满足当代的需的需求，而不损害后代满足他们需求的能力。求，而不损害后代满足他们需求的能力。可持续发展是人类在漫长的社会发展中可持续发展是人类在漫长的社会发展中,不断不断探索得出的正确结论，是当今国际社会的共识，探索得出的正确结论，是当今国际社会的共识，是人类社会发展的必由之路。是人类社会发展的必由

2、之路。可可 持持 续续 发发 展展（Sustainable Development)20世纪世纪80年代末以来，在可持续发展思想形成年代末以来，在可持续发展思想形成的同时，人们一直在研究和寻求如何实现可持续的同时，人们一直在研究和寻求如何实现可持续发展。人们认识到，深入认识工业系统与环境的发展。人们认识到，深入认识工业系统与环境的相互关系，解决它们之间存在的冲突，是实现可相互关系，解决它们之间存在的冲突，是实现可持续发展必须解决的关键问题。持续发展必须解决的关键问题。相关链接相关链接:工业生态学工业生态学 发展历程发展历程 理论框架理论框架 工业生态系统的进化工业生态系统的进化 工业系统的生态

3、重组工业系统的生态重组 工业生态学的分析方法工业生态学的分析方法 生态工业园生态工业园工业生态学一门新兴、蓬勃发展的综合、交叉学科一门新兴、蓬勃发展的综合、交叉学科 一方面，工业系统是现代社会经济系统的核一方面，工业系统是现代社会经济系统的核心，是社会发展不可缺少的动力，它提供的产品心，是社会发展不可缺少的动力，它提供的产品和服务构成了现代文明的物质基础。和服务构成了现代文明的物质基础。另一方面，工业体系是人类社会与自然生态另一方面，工业体系是人类社会与自然生态系统相互作用最为强烈的一个子系统，在人类各系统相互作用最为强烈的一个子系统，在人类各种活动中，工业活动对自然环境冲击最大，由此种活动中

4、，工业活动对自然环境冲击最大，由此造成对自然环境的损害也最为严重。造成对自然环境的损害也最为严重。人类活动对自然环境的扰动 全球生态扰动现状 1994年Hannah等人使全球自然环境的扰动程度得以量化。中国生态扰动现状中国生态扰动现状 1998年，文英对我国人类活动强度作出年，文英对我国人类活动强度作出定量评价。定量评价。工业体系与自然环境之间的协调发展工业体系与自然环境之间的协调发展对人类社会的可持续发展起着举足轻重的对人类社会的可持续发展起着举足轻重的影响。影响。近近2 20年来，发达工业化国家在研究、年来，发达工业化国家在研究、解决工业发展与环境这一矛盾的过程中，解决工业发展与环境这一矛

5、盾的过程中，逐步建立了系统、整体化解决这一问题的逐步建立了系统、整体化解决这一问题的理论框架理论框架和和方法方法，形成了一门崭新的学科，形成了一门崭新的学科(Industrial Ecology)工业生态学工业生态学 发展历程发展历程 理论框架理论框架 工业生态系统的进化工业生态系统的进化 工业系统的生态重组工业系统的生态重组 工业生态学的分析方法工业生态学的分析方法 生态工业园生态工业园工业生态学的发展历程工业生态学的发展历程1.萌发阶段萌发阶段 上世纪五六十年代，随着生态学的蓬勃发展，上世纪五六十年代，随着生态学的蓬勃发展，人们产生了能否模仿自然生态系统，按照其物质人们产生了能否模仿自然生

6、态系统，按照其物质循环和能量流动的规律重构工业系统的想法。循环和能量流动的规律重构工业系统的想法。20世纪世纪60年代末，日本通产省的工业机构咨年代末，日本通产省的工业机构咨询委员会开展了前瞻性研究，其下属的工业询委员会开展了前瞻性研究，其下属的工业生生态工作组提出了应以生态学的观点重新审视现有态工作组提出了应以生态学的观点重新审视现有的工业体系和应在的工业体系和应在“生态环境生态环境”中发展经济的观中发展经济的观念。念。1972年年5月，该工作组发表了题为月，该工作组发表了题为“工业生工业生态学：生态学引入工业政策的引论态学：生态学引入工业政策的引论”的报告。的报告。2.工业生态学的诞生工业

7、生态学的诞生 1989年年9月，月，Frosch和和Gallopoulos发表了题发表了题为为制造业的战略制造业的战略一文，提出了工业生态学的一文，提出了工业生态学的概念，认为工业系统应向自然生态系统学习，并概念，认为工业系统应向自然生态系统学习，并可以建立类似于自然生态系统的工业生态系统。可以建立类似于自然生态系统的工业生态系统。在这样系统中，毎个工业企业必须与其他工业企在这样系统中，毎个工业企业必须与其他工业企业相互依存、相互联系，从而构成一个业相互依存、相互联系，从而构成一个复合的大复合的大系统系统，以便运用一体化的生产方式来代替过去简，以便运用一体化的生产方式来代替过去简单化的传统生产

8、方式，减少工业对环境的影响。单化的传统生产方式，减少工业对环境的影响。3.蓬勃发展阶段蓬勃发展阶段 20世纪世纪90年代以来，工业生态学的理论研究与年代以来，工业生态学的理论研究与实践进入蓬勃发展的崭新阶段。实践进入蓬勃发展的崭新阶段。工业生态学是一门新兴、蓬勃发展的综合、交工业生态学是一门新兴、蓬勃发展的综合、交叉学科，是一门研究人类工业系统和自然环境之叉学科，是一门研究人类工业系统和自然环境之间相互作用、相互关系的学科。工业生态学为研间相互作用、相互关系的学科。工业生态学为研究人类工业系统与自然生态系统的协调发展提供究人类工业系统与自然生态系统的协调发展提供了一种全新的理论框架，为协调各学

9、科与社会各了一种全新的理论框架，为协调各学科与社会各部门共同解决工业系统与自然生态系统之间的冲部门共同解决工业系统与自然生态系统之间的冲突提供了具体、可操作的方法，为可持续发展的突提供了具体、可操作的方法，为可持续发展的理论奠定了厚实的基础。理论奠定了厚实的基础。工业生态学追求的是人类社会和自然工业生态学追求的是人类社会和自然生态系统的和谐发展，寻求经济效益、生生态系统的和谐发展，寻求经济效益、生态效益和社会效益的统一，最终实现人类态效益和社会效益的统一，最终实现人类社会的可持续发展。社会的可持续发展。工业生态学工业生态学 发展历程发展历程 理论框架理论框架 工业生态系统的进化工业生态系统的进

10、化 工业系统的生态重组工业系统的生态重组 工业生态学的分析方法工业生态学的分析方法 生态工业园生态工业园工业生态学的理论框架工业生态学的理论框架工业生态系统的基本概念工业生态系统的基本概念（自然）生态系统一个生物物种在一定范围内所有个体的总和在生态学中称为种群(Population)在一定的自然区域中许多不同种生物的总和在一定的自然区域中许多不同种生物的总和称为群落称为群落(Community)任何一个生物群落与其周围非生物环境的综任何一个生物群落与其周围非生物环境的综合体就是生态系统合体就是生态系统(Ecosystem)生态系统是生命系统与环境系统在特定空间的组合。生态系统是生命系统与环境系

11、统在特定空间的组合。在生态系统中，在生态系统中，各种生物之间以及各种生物之间以及生物与非生物的环生物与非生物的环境因素之间互相作境因素之间互相作用，关系密切，而用，关系密切，而且不断地进行着物且不断地进行着物质交换和能量流动。质交换和能量流动。许多各种各样的生态系统组成的统一整体，就许多各种各样的生态系统组成的统一整体，就是人类目前所生存的自然环境。是人类目前所生存的自然环境。整个生物圈（整个生物圈（Biosphere）就是一个最大的生态）就是一个最大的生态系统，也可以称为生态圈（系统，也可以称为生态圈（Ecosphere）工业生态系统工业生态系统 工业生态学理论的主要思想是把工业工业生态学理

12、论的主要思想是把工业系统视为一类特定的生态系统。与自然生系统视为一类特定的生态系统。与自然生态系统一样，工业系统是物质、能量和信态系统一样，工业系统是物质、能量和信息流动的特定分布，而且完整的工业系统息流动的特定分布，而且完整的工业系统有赖于由生物圈提供的资源和服务。有赖于由生物圈提供的资源和服务。类类 比比工业系统自然生态系统工业生态系统的四个基本生态系统原则工业生态系统的四个基本生态系统原则生态系统生态系统工业生态系统工业生态系统循环传输（循环传输（Roundput）物质循环物质循环 能量层叠能量层叠多样性（多样性（Diversity）生物多样性生物多样性 物种、生物物种、生物 相互依赖性

13、和协作相互依赖性和协作 信息信息循环传输循环传输 物质循环物质循环 能量层叠能量层叠多样性多样性 行为者多样性（行业、行为者多样性（行业、部门、企业等）部门、企业等）相互依赖性和协作相互依赖性和协作 工业输入工业输入输出输出生态系统生态系统工业生态系统工业生态系统地域性（地域性（Locality）利用地方资源利用地方资源 注重地方特性注重地方特性 限制性因素限制性因素 地方依赖性地方依赖性 协作协作渐变（渐变（Gradual Change）利用太阳能进化利用太阳能进化 通过繁殖进化通过繁殖进化 轮回时间周期性和季节性轮回时间周期性和季节性 系统多样性发展缓慢系统多样性发展缓慢地域性地域性 利用

14、地方资源（包括废物）利用地方资源（包括废物）注重地方特性注重地方特性 限制性因素限制性因素 地方成员间协作地方成员间协作 渐变渐变 利用废物、能源和再生资利用废物、能源和再生资源源 系统多样性缓慢发展系统多样性缓慢发展 工业生态学的核心：使工业体系模工业生态学的核心：使工业体系模仿自然生态系统的运行规则，实现人类仿自然生态系统的运行规则，实现人类的可持续发展。的可持续发展。在自然生态系统中，物质得以充分利用，形在自然生态系统中，物质得以充分利用，形成相对封闭的循环。成相对封闭的循环。一种生物产生的废物或一个种群的部分产生一种生物产生的废物或一个种群的部分产生的废物，都是有用的物质和能量的来源，

15、而不会的废物，都是有用的物质和能量的来源，而不会被整个系统当作废物来处置。被整个系统当作废物来处置。如微生物自身常常成为其他生物的食物，因如微生物自身常常成为其他生物的食物，因此储存在它们身上的物质和能量势必围绕在由相此储存在它们身上的物质和能量势必围绕在由相关生物组成的大的网络周围。关生物组成的大的网络周围。沼沼 气气粮粮 食食农作物农作物精饲料精饲料秸秆秸秆粗饲料粗饲料家禽粪家禽粪人粪尿人粪尿牲畜栏肥牲畜栏肥高蛋白饲料高蛋白饲料蚯蚓蚯蚓蚯蚓粪蚯蚓粪沼气肥料沼气肥料沼气发酵池沼气发酵池落叶、杂草、野粪、垃圾、生活废水落叶、杂草、野粪、垃圾、生活废水家庭小型生态农业工程模型家庭小型生态农业工程

16、模型 工业生态学从工业子系统或全球工业生态学从工业子系统或全球工业系统的视角而不是单一生产单元工业系统的视角而不是单一生产单元或设施考察问题，则可借鉴自然生态或设施考察问题，则可借鉴自然生态系统的物质与能量流动模型，使工业系统的物质与能量流动模型，使工业系统象自然生态系统那样以废物最小系统象自然生态系统那样以废物最小化的模式运作。化的模式运作。工业生态群落工业生态群落 在在自然生态系统自然生态系统中，生态群落由不同中，生态群落由不同的生物种群依据一定特性的组成关系和的生物种群依据一定特性的组成关系和结构而组成。结构而组成。主要特征有多样性、垂直结构、优势主要特征有多样性、垂直结构、优势种、群落

17、生境和稳定性。种、群落生境和稳定性。对对工业生态学工业生态学而言，特定的工业企业联合体或而言，特定的工业企业联合体或共生体可称为工业生态群落。共生体可称为工业生态群落。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而在某些方面实现合作。业，为了各自的经济利益而在某些方面实现合作。如能源共享、材料或副产品的再利用等。在工业如能源共享、材料或副产品的再利用等。在工业生态群落中，存在不同的生态群落中，存在不同的“种群种群”，即行业部门，即行业部门，它们在群落中的地位和作用是不同的。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

18、系是通过食物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。链网络起来的。工业系统中没有以实体形式进行的相互工业系统中没有以实体形式进行的相互“捕食捕食”的关系，然而对于在工业系统中流动的物质和能量的关系，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来说，不同行业部门对这些物质和能量是存在“捕捕食食”关系的。如一个企业的副产品或废料被另一企关系的。如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。业作为原料生产新的产品。工业生态系统的组成部分工业生态系统的组成部分组成组成自然生态系统自然生态系统工业生态系统工业生态系统生生产产者者利用太阳能或化学能

19、将无机物利用太阳能或化学能将无机物转化成有机物，或把太阳能转转化成有机物，或把太阳能转化为化学能，供自身生长发育化为化学能，供自身生长发育需要的同时，为其他生物种群需要的同时，为其他生物种群(包括人类包括人类)提供提供食物和能源。食物和能源。如绿色植物、单细胞藻类、化如绿色植物、单细胞藻类、化能自养微生物等能自养微生物等初级：利用基本环境要初级：利用基本环境要素（空气、水、土壤岩素（空气、水、土壤岩石、矿物质等自然资源）石、矿物质等自然资源）生产出初级产品，如采生产出初级产品，如采矿厂、冶炼厂、热电厂矿厂、冶炼厂、热电厂等等高级：初级产品的深度高级：初级产品的深度加工和高级产品生产。加工和高级

20、产品生产。如化工、肥料、服装和如化工、肥料、服装和食品加工、机械、电子食品加工、机械、电子产业等产业等工业生态系统与自然生态系统的组成部分对比工业生态系统与自然生态系统的组成部分对比组组成成自然生态系统自然生态系统工业生态系统工业生态系统消消费费者者利用生产者提供的有机物和能源，利用生产者提供的有机物和能源，供自身生长发育，同时也进行有机供自身生长发育，同时也进行有机物的次级生产，并产生代谢物，供物的次级生产，并产生代谢物，供分解者使用。如动物（草食、肉食分解者使用。如动物（草食、肉食等）、人类。等）、人类。不直接不直接生产生产“物质化物质化”产品产品，但利用生产者，但利用生产者提供的产品，供

21、自身提供的产品，供自身运行发展，同时产生运行发展，同时产生生产力和服务功能等，生产力和服务功能等，如行政、商业、金融如行政、商业、金融业、娱乐及服务业等。业、娱乐及服务业等。分分解解者者把动、植物排泄物、残体分解成简把动、植物排泄物、残体分解成简单化合物，再生以供生产者利用。单化合物，再生以供生产者利用。如分解性微生物、细菌、真菌及微如分解性微生物、细菌、真菌及微型动物等。型动物等。把工业企业界产生的把工业企业界产生的副产品和副产品和“废物废物”处处置、转化、再利用等，置、转化、再利用等，如废物回收公司、资如废物回收公司、资源再生公司等。源再生公司等。按生态学或进化论的观点，生态系统内部组成按

22、生态学或进化论的观点，生态系统内部组成之间是优胜劣汰、适者生存的竞争关系，但同时又之间是优胜劣汰、适者生存的竞争关系，但同时又有协作和共生关系。对于工业系统而言，工业生态有协作和共生关系。对于工业系统而言，工业生态学家普遍强调了协作和共生关系，尤其在原料和能学家普遍强调了协作和共生关系，尤其在原料和能量流动的网络共享和废物利用方面。量流动的网络共享和废物利用方面。这样就打破了传统上企业轻视废物资源化的思这样就打破了传统上企业轻视废物资源化的思想和将废物管理、处置和环境问题交由次要部门处想和将废物管理、处置和环境问题交由次要部门处理的低级陈旧动作方式。在工业生态系统的组成部理的低级陈旧动作方式。

23、在工业生态系统的组成部分中常常有资源回收再生公司或环境技术公司。分中常常有资源回收再生公司或环境技术公司。工业生态系统中的物质与能量流动工业生态系统中的物质与能量流动 自然生态系统自然生态系统各组成部分之间建立的营养关各组成部分之间建立的营养关系是一系是一网状网状关系，由此构成了生态系统的营养结关系，由此构成了生态系统的营养结构。在自然生态系统内，物质得以最充分的利用，构。在自然生态系统内，物质得以最充分的利用，并形成封闭循环。并形成封闭循环。工业系统工业系统有其特定的物质、能量流动和信息有其特定的物质、能量流动和信息交换，但与自然生态系统不同，工业系统各企业交换，但与自然生态系统不同，工业系

24、统各企业和部门之间物质供应的是一个和部门之间物质供应的是一个线性开放线性开放系统，它系统，它们的们的“食物食物”关系呈线性状态，各企业或工业部关系呈线性状态，各企业或工业部门之间的相互联系很小。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，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领域要研究和解决的问题。业生态学的一个重要领域要研究和解决的问题。工业生态系统的平衡工业生态系统的平衡自然生态

25、系统自然生态系统：在任何一个正常的生态系统中，在一定时期内，在任何一个正常的生态系统中，在一定时期内，能量流动和物质循环在生产者、消费者和分解者之能量流动和物质循环在生产者、消费者和分解者之间都保持一种相对的、动态的平衡，这种平衡就是间都保持一种相对的、动态的平衡，这种平衡就是所谓的生态平衡。在自然生态系统中，生态平衡还所谓的生态平衡。在自然生态系统中，生态平衡还表现为生物的种类和数量的相对稳定。表现为生物的种类和数量的相对稳定。群落成员的结合主要是每一种成员的作用所至，群落成员的结合主要是每一种成员的作用所至，这种作用甚至当环境条件发生变化时，仍然能够保这种作用甚至当环境条件发生变化时，仍然

26、能够保持。同时，群落组成的多样性使群落能很快适应周持。同时，群落组成的多样性使群落能很快适应周围环境的变迁。当环境中发生某些对群落不利的影围环境的变迁。当环境中发生某些对群落不利的影响时，有些种可能反应敏感，而另一些种则能够忍响时，有些种可能反应敏感，而另一些种则能够忍受这种影响，因而，整个群落仍然维持。并且，在受这种影响，因而，整个群落仍然维持。并且，在变化的环境条件下，能借以群落成员之间的相互作变化的环境条件下，能借以群落成员之间的相互作用为基础的自我平衡机制，自我调节，维持稳定。用为基础的自我平衡机制，自我调节，维持稳定。工业生态系统：工业生态系统：工业生态系统的长期稳定发展有赖于整个系

27、统的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、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，必须有搬迁等），造成系统生态链中断或部分脱节，必须有其他组成成员填补空位或使用新途径的生态链。其他组成成员填补空位或使用新途径的生态链。系统的

28、组成部分越复系统的组成部分越复杂，能量流动和物质循环杂，能量流动和物质循环的途径的途径越复杂越复杂，其调节能，其调节能力就力就越强越强。但这种内在调。但这种内在调节能力也有一定限度，因节能力也有一定限度，因此，有必要辅助于此，有必要辅助于人为调人为调控手段控手段，这种调控来源于，这种调控来源于工业生态系统的协调管理工业生态系统的协调管理机构。机构。工业生态学工业生态学 发展历程发展历程 理论框架理论框架 工业生态系统的进化工业生态系统的进化 工业系统的生态重组工业系统的生态重组 工业生态学的分析方法工业生态学的分析方法 生态工业园生态工业园工业生态系统的进化 自然生态系统自然生态系统有趋于成熟

29、的倾向，即我们常说有趋于成熟的倾向，即我们常说的的“进化进化”，在进化的过程中，生态系统由简单的，在进化的过程中，生态系统由简单的状态变为较复杂的状态，这种定向性的变化称为状态变为较复杂的状态，这种定向性的变化称为演演替替（Succession）。演替早期的特点是生态系统具）。演替早期的特点是生态系统具过剩的潜能，并且每单位生物量使用相当高的物质过剩的潜能，并且每单位生物量使用相当高的物质和能量流动；在成熟期，生态系统中物质与能量经和能量流动；在成熟期，生态系统中物质与能量经多种通道形成网络流动并部分或全部循环，因此既多种通道形成网络流动并部分或全部循环，因此既没有浪费也没有积累。没有浪费也没

30、有积累。与自然生态系统一样，工业体系经历着一个漫长与自然生态系统一样，工业体系经历着一个漫长的进化史。的进化史。关于自然生态系统进化的模式为我们提供了认识关于自然生态系统进化的模式为我们提供了认识现代工业体系和思考其未来发展的理论基础和视角。现代工业体系和思考其未来发展的理论基础和视角。工业生态学理论的主要探索者之一工业生态学理论的主要探索者之一Braden R.Allenby 提出了一了套工业体系三级生态系统的进化提出了一了套工业体系三级生态系统的进化理论。理论。一级生态系统一级生态系统 随着地球生命的产生，也诞生了原始的生态随着地球生命的产生，也诞生了原始的生态系统。在生态系统形成的最初阶

31、段，生态系统组系统。在生态系统形成的最初阶段，生态系统组成与成与结构是简单的结构是简单的，甚至是单一的，以生命形式，甚至是单一的，以生命形式使用物质与能量资源的组成部分在数量和种类上使用物质与能量资源的组成部分在数量和种类上都是都是较少较少的。而相对这些生命体，地球环境中潜的。而相对这些生命体，地球环境中潜在的在的资源确是无穷无尽的资源确是无穷无尽的，以至于生命形式的存，以至于生命形式的存在与发展对可利用的资源总量基本上没有影响。在与发展对可利用的资源总量基本上没有影响。在资源无限的前提下，生命形式生长代谢而产生在资源无限的前提下，生命形式生长代谢而产生的的废物也是无限的废物也是无限的。这种资

32、源在单一的生态系统。这种资源在单一的生态系统组成部分中的组成部分中的流动是线性的流动是线性的，即物质与能量流动，即物质与能量流动独立地进行。独立地进行。无限的资源无限的资源无限的废物无限的废物生态系统组成部分生态系统组成部分Allenby的一级生态系统中线性的物料流动的一级生态系统中线性的物料流动 在这样条件下，生命的繁衍在相当长的时期在这样条件下，生命的繁衍在相当长的时期内得以保障。内得以保障。Allenby将这种运行方式命名为一级将这种运行方式命名为一级生态系统中线性的物料流动。相应的这种生态学生态系统中线性的物料流动。相应的这种生态学类型或模式被称为一级生态学类型类型或模式被称为一级生态

33、学类型(type I ecology)人类进入工业文明的初期，工业体系运行方人类进入工业文明的初期，工业体系运行方式与地球生命的最初阶段十分类似，当时的工业式与地球生命的最初阶段十分类似，当时的工业体系并不复杂，行业门类、工业企业数量、生产体系并不复杂，行业门类、工业企业数量、生产规模、产品种类和数量等都是非常简单的，在很规模、产品种类和数量等都是非常简单的，在很大程度上生产与消费只是一些相互不发生联系的大程度上生产与消费只是一些相互不发生联系的线性的物质与能量流动的叠加。线性的物质与能量流动的叠加。这种早期的工业体系产生的废物是不加处理这种早期的工业体系产生的废物是不加处理和利用的。尤其是随

34、着工业体系集约式运行的迅和利用的。尤其是随着工业体系集约式运行的迅速发展，消耗的地球资源越来越庞大，并将各种速发展，消耗的地球资源越来越庞大，并将各种能降解的或难以降解的能降解的或难以降解的“废物废物”丢弃给地球，这丢弃给地球，这些废物已然呈现出无限化趋势。些废物已然呈现出无限化趋势。一级生态系统的运行方式是建立在资源极大富一级生态系统的运行方式是建立在资源极大富足条件下的，而不考虑资源利用的效率和持续性。足条件下的，而不考虑资源利用的效率和持续性。这样就造成地球资源极大的浪费，引发资源危机，这样就造成地球资源极大的浪费，引发资源危机，而且没有进行资源化利用的废物的积累也产生了严而且没有进行资

35、源化利用的废物的积累也产生了严重的环境问题。重的环境问题。二级生态系统二级生态系统 随着生态系统的进化，生态系统的组成和结随着生态系统的进化，生态系统的组成和结构趋向复杂和庞大，系统所能利用的构趋向复杂和庞大，系统所能利用的资源变得越资源变得越来越有限来越有限了，这使得生命体相互之间的联系变得了，这使得生命体相互之间的联系变得更为紧密更为紧密，由此形成更为复杂的物质与能量流动，由此形成更为复杂的物质与能量流动网络。在此系统中，物质和能量流动限制在系统网络。在此系统中，物质和能量流动限制在系统附近区域，物质与能量的附近区域，物质与能量的流动量可以很大流动量可以很大，但流，但流入和流出该区域的入和

36、流出该区域的资源和废物非常少资源和废物非常少。这就是所。这就是所谓的二级生态系统或二级生态学类型（谓的二级生态系统或二级生态学类型（Type II ecology）中准循环性的物料流动。）中准循环性的物料流动。二级生态系统中准循环性的物料流动二级生态系统中准循环性的物料流动能量与有能量与有限的资源限的资源有限的有限的废物废物 二级生态系统较一级而言更有效率，但从长二级生态系统较一级而言更有效率，但从长远来看，显然也不具有可持续性，因为物质与能远来看，显然也不具有可持续性，因为物质与能量的流动方向是单一的，其结果必然是资源不断量的流动方向是单一的，其结果必然是资源不断减少和废物不断增加。二级生态

37、系统仍未实现物减少和废物不断增加。二级生态系统仍未实现物质与能量的循环利用。因此，在二级生态系统内质与能量的循环利用。因此，在二级生态系统内部资源和废物的进出量则受到资源数量与环境容部资源和废物的进出量则受到资源数量与环境容量的共同制约。量的共同制约。与自然生态系统相比，现代工业系统在很大与自然生态系统相比，现代工业系统在很大程度上属于一级生态系统向二级生态系统过渡程度上属于一级生态系统向二级生态系统过渡的模式，主要表现在以下几个方面：的模式，主要表现在以下几个方面：1.工业系统利用物质与能量的有限性工业系统利用物质与能量的有限性2.物质与能量流动的简单网络化物质与能量流动的简单网络化3.工业

38、系统的废物很少回收利用工业系统的废物很少回收利用三级生态系统三级生态系统 自然生态系统的进化最终将以完全循环的方自然生态系统的进化最终将以完全循环的方式运行。在这种形态下，资源与废物没有本质差式运行。在这种形态下，资源与废物没有本质差别。一种生物的代谢废物对另一种生物来说就是别。一种生物的代谢废物对另一种生物来说就是资源。资源。整个生态系统与外部的联系就只有吸取外整个生态系统与外部的联系就只有吸取外部太阳能部太阳能。这种真正可持续的生态系统称作为三。这种真正可持续的生态系统称作为三级生态系统或三级生态学类型（级生态系统或三级生态学类型（Type III ecology）。）。能量能量三级生态系

39、统中循环性物料流动三级生态系统中循环性物料流动有限的有限的资源资源有限的有限的废物废物加加工工者者消消费费者者废物废物处理处理者者资源资源开采开采者者理想的工业生态系统模式理想的工业生态系统模式 Allenby提出理想工业系统应包括四类基本提出理想工业系统应包括四类基本组成：资源开采者，处理者（制造商），消费者组成：资源开采者，处理者（制造商），消费者和废料处理者。和废料处理者。上述模式就是二级生态系统的模式。上述模式就是二级生态系统的模式。工业生态学的观点认为，理想的工业系统工业生态学的观点认为，理想的工业系统应尽可能接近三级生态系统并与地球自然生态系应尽可能接近三级生态系统并与地球自然生态

40、系统这个更大的三级生态系统相容。统这个更大的三级生态系统相容。工业生态学工业生态学 发展历程发展历程 理论框架理论框架 工业生态系统的进化工业生态系统的进化 工业系统的生态重组工业系统的生态重组 工业生态学的分析方法工业生态学的分析方法 生态工业园生态工业园工业系统的生态重组工业系统的生态重组 推动工业系统的演进，使之由低级生态系统向推动工业系统的演进，使之由低级生态系统向三级生态系统的转化，这是工业生态学的主旨三级生态系统的转化，这是工业生态学的主旨。工业系统的演进可体现在不同层次，小到工业工业系统的演进可体现在不同层次，小到工业共生体系，大到整个社会经济体系。要实现工业生共生体系，大到整个

41、社会经济体系。要实现工业生态学主旨，向生态可持续性经济模式的转化。这种态学主旨，向生态可持续性经济模式的转化。这种旨在推动工业体系演进的战略，被称为旨在推动工业体系演进的战略，被称为“生态重组生态重组(Eco-restructuring)”，即按生态学方式对工业系统，即按生态学方式对工业系统进行重组，有的更泛指经济重组，这是一个复杂、进行重组，有的更泛指经济重组，这是一个复杂、漫长的过程。漫长的过程。工业生态学工业生态学 发展历程发展历程 理论框架理论框架 工业生态系统的进化工业生态系统的进化 工业系统的生态重组工业系统的生态重组 工业生态学的分析方法工业生态学的分析方法 生态工业园生态工业园

42、工业生态学系统分析方法工业生态学系统分析方法 工业代谢（Industrial Metabolism）生命周期评价（Life Cycle Assessment）能值分析（Emergy Analysis）工业代谢（工业代谢（IM）工业代谢是把工业代谢是把原材料原材料、能源能源以及以及劳动劳动在稳在稳态条件下转化为最终产品和废物的所有物理过态条件下转化为最终产品和废物的所有物理过程完整的集合。程完整的集合。根据质量守恒原理，对物质根据质量守恒原理，对物质从最初的开采从最初的开采到在工业生产、产品消费系统的使用，直至变到在工业生产、产品消费系统的使用，直至变成最终的废弃物这一全过程成最终的废弃物这一全

43、过程进行跟踪。通过建进行跟踪。通过建立物质衡算表，测量或估算物质流动与储存的立物质衡算表，测量或估算物质流动与储存的数量及它们的物理和化学的状态，描绘其行进数量及它们的物理和化学的状态，描绘其行进路线和动力学机制。路线和动力学机制。与其他系统分析方法不同的是，工业代谢与其他系统分析方法不同的是，工业代谢以环以环境为最终考察目标境为最终考察目标，对环境资源，追踪其从提，对环境资源，追踪其从提炼、工业加工和生产、直至消费后变成废物的炼、工业加工和生产、直至消费后变成废物的整个过程中物质和能量的流向，给出工业系统整个过程中物质和能量的流向，给出工业系统造成污染的总体评价，并力求找出造成污染的造成污染

44、的总体评价，并力求找出造成污染的主要原因。主要原因。工业代谢研究可以有多种形式，如：1.在有限的区域（如江河流域）内追踪某些污在有限的区域（如江河流域）内追踪某些污染物；染物；2.分析研究一类物质，如重金属或高毒性物质；分析研究一类物质，如重金属或高毒性物质；3.分析研究某种物质，以确定其不同形态的特分析研究某种物质，以确定其不同形态的特性及其与自然生物地球化学循环的相互影响，性及其与自然生物地球化学循环的相互影响，如镉、铅、硫、碳等；如镉、铅、硫、碳等；4.研究与不同的产品相联系的物质与能量流，研究与不同的产品相联系的物质与能量流，如橙汁、电子芯片、城市家庭等。如橙汁、电子芯片、城市家庭等。

45、工业代谢分析既可以是全球性、国家性或工业代谢分析既可以是全球性、国家性或是地区性的工业生产分析，也可以是对某一个是地区性的工业生产分析，也可以是对某一个具体行业、公司或是特定场所的调查分析。具体行业、公司或是特定场所的调查分析。工业代谢研究的应用工业代谢研究的应用 煤的工业代谢途径分析煤的工业代谢途径分析 清华大学周哲、李有润等人以清华大学周哲、李有润等人以SO2、粉尘和、粉尘和CO2三种主要污染物为对象，从工业生态的角三种主要污染物为对象，从工业生态的角度出发，对煤炭工业的代谢过程进行模拟、集度出发，对煤炭工业的代谢过程进行模拟、集成和优化。成和优化。煤的工业代谢途径煤的工业代谢途径 煤炭煤

46、炭能源工厂能源工厂化工厂化工厂能源产品能源产品污染物污染物能源消耗能源消耗化工产品化工产品废料废料消耗消耗环境环境循环循环可以看出，煤炭资源基本上是单向流动。可以看出，煤炭资源基本上是单向流动。煤炭的多联供多联产技术，如IGCC等。生命周期评价方法与应用生命周期评价方法与应用 LCA是评价产品环境影响的、唯一的国际标准是评价产品环境影响的、唯一的国际标准方法。方法。LCA是指从产品最初的原材料采掘到产品使用是指从产品最初的原材料采掘到产品使用后的最终废弃物处理进行后的最终废弃物处理进行全过程全过程的跟踪、定量的跟踪、定量分析与定性评价。通过编制某一系统相关分析与定性评价。通过编制某一系统相关投

47、入投入与产出的清单与产出的清单，找出与这些投入与产出有关的，找出与这些投入与产出有关的潜在的环境影响，进而对清单和存在的环境影潜在的环境影响，进而对清单和存在的环境影响进行分析，以指导产品的开发和应用。响进行分析，以指导产品的开发和应用。LCA是通过对能量和物质利用以及由此造成的是通过对能量和物质利用以及由此造成的环境废物排放进行环境废物排放进行辨识辨识和和量化量化来进行的。来进行的。其目的在于评估能量和物质的利用，以及废物其目的在于评估能量和物质的利用，以及废物排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会排放对环境的影响，寻求改善环境影响的机会以及如何利用这种机会。以及如何利用这种机会。这种评价

48、贯穿于产品、工艺和活动的整个生命这种评价贯穿于产品、工艺和活动的整个生命周期，包括原材料提取与加工、产品制造、运周期，包括原材料提取与加工、产品制造、运输以及销售；产品的利、再利用和维护；废物输以及销售；产品的利、再利用和维护；废物循环和最终废物弃置。循环和最终废物弃置。实例实例1 麦当劳汉堡包装盒麦当劳汉堡包装盒纸盒还是塑料盒纸盒还是塑料盒 在绿色运动的大背景下，麦当劳选择了以天然在绿色运动的大背景下，麦当劳选择了以天然木浆纸作为纸盒的材料，而弃用了聚苯乙烯。木浆纸作为纸盒的材料，而弃用了聚苯乙烯。但但LCA研究结果表明，尽管聚苯乙烯泡沫盒需研究结果表明，尽管聚苯乙烯泡沫盒需占用更多的填埋空

49、间，但在各自的生产过程中，占用更多的填埋空间，但在各自的生产过程中，纸盒要比泡沫盒多消耗纸盒要比泡沫盒多消耗36倍的电和倍的电和580倍的水。倍的水。此外，纸还会在填埋过程中因厌氧分解而产生此外，纸还会在填埋过程中因厌氧分解而产生甲烷。甲烷。实例实例2 婴儿尿布婴儿尿布反复洗涤还是一次性反复洗涤还是一次性 LCA研究表明，后者所产生的废物是前者的研究表明，后者所产生的废物是前者的90倍；而前者的水污染是后者的倍；而前者的水污染是后者的10倍，能量消耗倍，能量消耗是后者的是后者的3倍。倍。两者影响环境的性质不同，不能简单地加以评两者影响环境的性质不同，不能简单地加以评价。价。输入能量原材料分配和

50、运输利用/再利用/维护再循环制造、加工、方案制定原材料获得废弃物管理能量输出水流飘尘释放固体废弃物其他环境释放可用产品 产品生命周期图产品生命周期图核心步骤：在产品的整个生命周期过程中核心步骤：在产品的整个生命周期过程中 定量描述各环节的资源、能源、原材料投入和定量描述各环节的资源、能源、原材料投入和环境排放（环境排放（清单分析清单分析）定量评价由此造成的环境影响（定量评价由此造成的环境影响（生命周期影响生命周期影响评价评价）系统化地寻找改进的途径（系统化地寻找改进的途径（生命周期解释生命周期解释）LCA广泛的应用前景广泛的应用前景 已经渗透到产品开发、生产管理、市场营销、已经渗透到产品开发、