我国制糖_甘蔗_生态工业模式及典型案例分析.pdf
收稿日期:2003-08-21基金 项目:国 家高 技术 研究 发 展计 划(863 计划)资 助项 目(2001AA647010)作者简介:段宁(1949-),男,山西浮山人,研究员,博士.我国制糖(甘蔗)生态工业模式及典型案例分析段?宁,孙启宏,傅泽强,元炯亮(国家清洁生产中心 国家环境保护生态工业重点实验室,北京?100012)摘要:在对我国制糖工业发展现状与趋势分析的基础上,基于工业生态学原理提出了制糖(甘蔗)生态工业模式,剖析了其生态学组成和结构、工业代谢类型及主要特征,并以我国建立的第一个国家生态工业园?贵港生态工业园为例进行了案例研究。研究表明,通过引入生态工业理念,对制糖行业进行生态化重构,构建生态工业链和生态工业网,可从根本上削减制糖工业对环境的污染,增强制糖工业的可持续发展能力,取得明显的社会、经济和环境效益。关键词:制糖工业;生态工业;废物代谢;贵港模式中图分类号:X171?4?文献标识码:A?文章编号:1001-6929(2004)04-0029-04An Analysis for Eco?industry Model of China s Canesugar Industryand Its ApplicationDUAN Ning,SUN Qi?hong,FU Ze?qiang,YUAN Jiong?liang(China National Cleaner Production Center,Eco?industry Key Lab of State Environmental Protection,Beijing?100012,China)Abstract:On the basis of a summary of status and trends of China s canesugar industry development,an eco?industry model for the canesugarindustry is proposed with principles of industrial ecology.Analyzed are the ecological components and structure of the model,types of industrialmetabolism and their main features of the canesugar eco?industry.A case study is carriedout using the first state?level eco?industry estate,the GuigangEco?Industry Estate as an example.Studies show that for the canesugar industry its environmental pollution can be alleviated from the industrialstructure,its capacity for sustainable development enhanced and the industry will gain obvious social,economic and environmental benefits if itundertakes an eco?restructure to establish eco?industrial chains and eco?industrial networks with concepts of eco?industry.Key words:canesugar industry;eco?industry,wastes metabolism;Guigang model?制糖工业在国民经济中占有重要的基础性地位。长期以来,传统的经济发展模式使得制糖工业成为名副其实的污染大户,结构性、区域性环境污染对制糖工业发展的影响日渐加重。基于制糖工业的行业特点,运用工业生态学原理对制糖工业进行生态化改造,是实现我国制糖工业可持续发展的必然选择。生态工业是按生态经济原理和知识经济规律组织起来的基于生态系统承载能力、具有高效的经济过程及和谐的生态功能的网络型进化型工业1。通过发展生态工业,对制糖工业体系进行调整、优化和生态化改造,即将制糖工业体系中的不同生产环节或过程进行系统耦合,综合集成和优化系统中的物流、能流,以实现低投入、低排放、高产出、高效益,可为制糖工业的环境污染问题提供一个一体化的解决方案,实现制糖工业的可持续发展。1?我国制糖工业发展态势及面临问题1?1?制糖工业发展现状与趋势我国目前已成为世界上第三大产糖国,甘蔗制糖是制糖行业的主体,2001?2002年制糖期内,全国产糖850万 t,其中甘蔗糖 750 万 t,占全国糖产量的 88%。目前,全国共有甘蔗制糖企业 282家,其中开榨企业为275 家。2001?2002年度,制糖行业共实现利税 29 亿元,其中税收 22亿元,利润 7亿元。按照我国食品工业!十五发展规划,!十五期末,全国糖产量将达到 1 000万 t 左右,企业平均规模将达到年产糖 4 万 t 左右(相当于日榨甘蔗 3 000 t 规模糖厂),糖厂的装备达到国外 20 世纪 80 年代的水平,可提高综合利用水平,综合利用产值将占总产值的50%。1?2?我国制糖工业面临的主要问题多年来,我国制糖工业低水平重复建设现象严重,主要表现在制糖企业规模普遍偏小,布局分散,生产集?第 17 卷?第 4期环?境?科?学?研?究Research of Environmental Sciences?Vol.17,No.4,2004中度低等方面。目前,全国日处理糖料 1 500 t 以下的糖厂共 359 个,占糖厂总数的 67%;日处理糖料 500 t以下的糖厂90个,占糖厂总数的17%。甘蔗糖产区主要是桂、滇、粤、琼、闽、赣、川、湘等省区;甜菜糖产区主要是新、黑、内蒙古、甘、宁、晋、吉、辽等省区。我国大多数企业的制糖技术装备和工艺水平落后,副产品综合利用率低,物耗能耗高,生产效率低。工艺设备水平与国外相比差距明显,技术装备水平只相当于国外先进国家 20 世纪六七十年代的水平,按实物量和产值计算的劳动生产率与欧盟分别相差 50 倍和100 倍。此外,在糖料种植、企业经济效益和产品质量花色等方面也有明显差距。加入 WTO 以后,我国制糖工业将处于全球竞争的境地。我国制糖工业的结构性、区域性环境污染十分严重,已成为制糖工业发展的瓶颈 2。甘蔗制糖过程中产生大量的废糖蜜和蔗渣。大部分制糖企业利用废糖蜜生产酒精,然而每生产 1 t 酒精,产生酒精废液约 15m3。酒精废液中 COD 高达几万至几十万 mg?L 以上;有的糖厂利用蔗渣造纸,碱法制浆过程中每生产1 t 纸浆产生12 m3黑液。2?制糖(甘蔗)生态工业模式2?1?制糖业的工业生态学特征制糖工业是基础产业,一般包括糖料生产、制糖加工和综合利用等三大部分,制糖副产品不仅可作为饲料,而且又可作为造纸、发酵、化工、建材等多种产品的原料。从工业生态学角度分析,制糖工业的行业特点决定了其具有发展生态工业的先决条件。出于经济利益或环境保护需要,制糖企业及其相关企业如造纸企业、酒精企业、复合肥厂等在特定区域集聚、共生,形成了一个具有一定结构和功能的共生体,即工业生物群落 3,它们与外部环境因素共同构成了制糖生态工业系统。其中制糖企业是!主要种群,造纸厂、热电厂、能源酒精、复合肥厂及轻质碳酸钙厂等企业是制糖企业的下游企业,或可称之为!次要种群。2?2?制糖生态工业系统的组成和结构2?2?1?制糖生态工业系统结构的一般模型与自然生态系统类似,制糖生态工业系统也是由生产者、消费者、分解者及外部环境组成的,蔗田、制糖及其相关企业、环境综合治理是制糖生态工业系统的基本组成单元,它们通过物质交换和能量流动,形成了横向耦合、纵向闭合的柔性网络(图 1)。蔗田子系统主要为制糖企业提供基本原材料,是制糖生态工业系统的!生产者;制糖企业以甘蔗为初始原料生产食糖,是制糖生态工业系统的初级!消费者,而其他企业是以制糖过程中产生的!废物为原料进行生产活动的,可称之为次级!消费者;环境综合治理系统对制糖工业共生体中各个生产环节或生产过程产生的废物进行回收、分解、再利用和再循环,在制糖生态工业系统中实际上承担了!分解者的角色。图 1?制糖生态工业系统结构的一般模型Fig.1?Generic model of eco?industrial system structure of canesugar industry2?2?2?生态工业链和生态工业网制糖工业共生体中共生单元通过能物流(原料糖、纸浆、电力、蒸汽)交换建立了生态联系,形成了生态工业链。从图1 中可以看出,以蔗田为始端,形成了!制糖厂#酒精厂#复合肥厂、!制糖厂#造纸厂#轻质碳酸钙厂、!制糖厂#热电厂及!制糖厂#低聚果糖30环?境?科?学?研?究第 17 卷厂 等多条生态工业链,各条链均以环境综合治理系统为终端。各条生态工业链之间通过物质、能量、信息流动和共享,彼此交错、横向耦合,使整个共生体形成了网状结构,这就是生态工业网。2?3?工业代谢类型及其主要特征工业生产过程就是将输入每一个工艺过程或生产过程的原材料最终转变成产品(目标产物)和废物(非目标产物)的过程。据此工业代谢可分为产品代谢和废物代谢。以产品流为主线的代谢,即上一个工艺过程或生产过程中形成的初级产品作为下一个工艺过程或生产过程的!原辅材料,称为产品代谢。随着产品链延伸,产品的经济价值也随之增加。以废物流为主线的代谢,称为废物代谢。为了消除上一个工艺过程或生产过程中产生的废物对环境的影响,提高资源生产率,将上一个工艺过程或生产过程中所产生的废物作为原材料输入到下一个工艺过程或生产过程,再次形成产品和废物,废物作为原材料再次进入下一个工艺过程或生产过程,直至最终处置、排放。这样工业生态系统中就形成了一条废物链,或废物流。随着废物链不断延伸,初始输入的原材料的利用率显著提高。制糖(甘蔗)生态工业系统中既有产品代谢,又有废物代谢,而以废物代谢为主。制糖生产过程以甘蔗为基本原料,通过若干加工过程生产出食糖(蔗糖),同时也产生了蔗渣、蔗髓、废糖蜜等多种废物。这些相对于制糖过程而言的!废物如果直接排放,既造成资源浪费,又导致环境污染。如果作为下一个工艺或生产过程的原材料,则既可实现废物资源化,从而提高资源效率,又能够避免废物排放造成的环境污染。低聚果糖厂以制糖厂生产的蔗糖为原料生产高附加值的果糖,这是制糖生态工业系统中的产品代谢。蔗糖生产过程产生的蔗渣、蔗髓和废糖蜜等废弃物均可作为下游企业的原料,这种工业代谢属于废物代谢。蔗渣可作为造纸厂的制浆原料,蔗髓作为热电厂煤的替代燃料,而废糖蜜可作为能源酒精厂制取酒精的原料。酒精厂输出的酒精废液作为复合肥厂的原料,用于制取蔗田复合肥。3?典型案例分析贵糖(集团)位于广西贵港市,是全国规模最大、经济效益最好的甘蔗制糖企业。现有员工3 800多人,其中,各类技术人员 600 多人,1998 年固定资产为 10 亿多元。从制糖派生出食用酒精、制浆、文化用纸、卫生纸、轻质碳酸钙、水泥厂等大型综合利用企业。贵糖日榨甘蔗能力 1 万 t,每年压榨甘蔗 100 万 t左右、产糖 12 万 t,每年生产蔗渣造纸 10 万 t,其中包括高级文化用纸生产能力 5 万 t,普通文化用纸 3万 t,生活用纸 2 万t,轻质碳酸钙 2?5 万 t,甘蔗专用复合肥3 万 t,酒精废液粉 1?5 万 t,综合利用产品的销售收入和实现的利税占企业利税总额的 60%以上。3?1?广西贵港生态工业雏形分析1998?1999年制糖期全国糖业亏损总额近 22 亿元,但贵糖一枝独秀。1998 年,贵糖(集团)实现工业总产值48 428?9 万元,利税 10827?73万元;1999年,尽管市场疲软,糖价比 1998年低 1 000 元左右,全公司仍实现工业总产值 60 520 万元,税收比 1998 年增加了2 000多万元。究其原因,贵糖(集团)走了一条循环经济的发展道路,形成了具有 2条主链的生态工业雏形:甘蔗#制糖#废糖蜜制酒精#酒精废液制复合肥;以及甘蔗#制糖#蔗渣制浆造纸(图 2)。图 2?贵糖(集团)制糖生态工业雏形Fig.2?Canesugar eco?industry prototypein Guitang Group Company?为了进一步完善生态工业系统,贵糖(集团)目前正在建设总投资为 36 亿元的六大系统、12个项目,占总投资一半以上的项目己经投产或在建之中。3?2?贵港模式的生态工业网络类型贵港模式的生态工业网络类型是集团网络。它是指大集团公司内部的相关企业出于总公司的战略意图,通过建立副产物交换关系而形成的生态工业网络。这种网络的最显著特点是集团公司有权决定下属企业利用什么废物、利用多少,共生体中企业之间的合作关系基本上取决于法人主体的战略意图和目标,有时甚至不以盈利为目的。基于此,集团网络在一定程度上形成了风险分担、利益共享的共同体,减弱了市场波动的影响,使工业生态系统整体上具有较大的弹性和柔性。贵港模式是在复合共生机制下形成的,其生态工业网络是典型的集团网络。贵糖(集团)是一个高度统一、高度集中的大型集团公司,它是所有企业的法人主体,控制所有企业的内部行政管理、生产活动、市场销售等,其中包括每一个企业的领导任命,生产规模、计划,利税目标,甚至废物利用量等。31第 4期段?宁等:我国制糖(甘蔗)生态工业模式及典型案例分析在经济开发区和高新技术开发区中,数目众多的企业各有自己的独立法人,一个企业把废弃物送给另一个企业做原材料,要经过法人之间的反复协调,其共生关系受市场规律支配。复合共生与由多个法人主体组成的共生体不同,其显著特点是:集团公司有权决定下属企业利用什么废物、利用多少,共生体中企业之间的合作关系基本上取决于法人主体?贵糖(集团)的战略意图和目标,有时甚至不惜牺牲部分下属企业的利益。?贵港生态工业系统由 6 个子系统组成,其中包括蔗田、制糖、酒精、造纸、热电联产和环境综合处理等子系统。通过优化组合,各子系统间的输入和输出相互衔接,做到资源的最佳配置和废物的有效利用,环境污染可以减少到最低水平,从而形成一个比较完整的工业和种植业相结合的生态系统,以及高效、安全、稳定的制糖工业生态园区(图 3)。图 3?贵港模式的总体结构Fig.3?Overall structure of Guigang model3?3?贵港模式的代谢类型废物代谢是贵港模式最典型的特征之一。与循环中间产品和半产品的企业不同,贵糖循环的是废物。贵糖(集团)的主产品是食糖,而在食糖生产过程中产生了大量的蔗渣、蔗髓、废糖蜜、酒精废液、滤泥及废水等多种副产品或废物。根据制糖过程中产生的不同废物的功能特点,通过生态工业链,多途径、多层次地使得原本是废物的副产物得到了循环利用,即获得了多种高附加值的产品。贵港模式主要通过以下 7条途径循环废物:蔗髓#热电厂燃料:一年内大约循环利用 13万t 蔗髓。%蔗渣#造纸原料:一年循环利用蔗渣 40 万 t。&废糖蜜#能源酒精、酵母精:一年循环利用废糖蜜 98万 t。酒精废液#复合肥:一年循环利用酒精废液300 万m3。(滤泥#水泥:一年循环利用滤泥5 万 t。)碱回收:一年回收 13.24 万 t。纸机白水循环利用:每小时回收白水1 200 m3。3?4?贵港模式的主要特点横向耦合、纵向闭合是贵港模式的主要特点之一。贵港生态工业系统主要以蔗田系统输出的甘蔗为原料,以制糖单元为基础相互间通过能物流交换和共享构成了横向耦合的关系,并在一定程度上形成了网状结构。系统中没有废物的概念,只有资源概念,各环节实现了充分的资源共享,变污染负效益为资源正效益。作为!源和!汇的甘蔗园和以上各条工业链的有效运行,体现出园区!从源到汇再到源的纵向闭合。甘蔗园是整个生态工业系统的起点,为系统提供主要生产原料?甘蔗,由甘蔗衍生出糖、生活用纸、能源酒精等主要产品的生产;酒精厂复合肥车间生产出的甘蔗专用复合肥和热电厂锅炉排出的部分煤灰又作为肥料回到甘蔗园,从而实现了物质流动的纵向闭合。贵港模式具有多条生态产业链和多种产品,能够灵活应对市场,系统柔性极大增强。系统内产品的种类、生产规模等对资源供应、市场需求以及外界环境的随机波动具有较大的弹性,整体上抵御市场风险的能力大大加强,显示出系统具有较强的柔韧性。例如,当酒精的市场销路好而糖价疲软时,可减少糖产量,将丙糖和废糖蜜用于生产酒精;如果酒精市场进一步看好,甚至可以停止榨糖,直接将甘蔗用于生产酒精。当低聚果糖销路看好时,可利用制糖(有机糖)#低聚果糖链增加低聚果糖产量,抢占市场。3?5?废物循环利用的区域环境效应传统的制糖企业是污染大户,其主要原因是制糖企业及其下游企业生产过程中产生的废物,如蔗渣、废糖蜜、酒精废液、废水等没有得到循环利用,直接排放到环境之中,导致环境污染。贵糖(集团)通过构建生态产业链,优化各种!废物利用,明显减少了环境污染。以酒精废液资源化利用为例,能源酒精生产中产生的主要污染物为酒精废液,属高浓度有机污染物。采用常规生化方法处理起来十分困难而且难以达标排放。贵糖(集团)采用酒精废液制取复合肥料技术,将酒精废液变废为宝,提高了其利用价值,同时也减少了COD的排放,对广西全区包括贵港市河流水质的保护都具有重要意义。通过废物循环利用,提高甘蔗制糖及其相关产业的生产效率,如甘蔗渣综合利用率达到 100%,废糖蜜利用率达到 100%,酒精废液利用率达到 100%,水循环利用率达到 90%以上,将使贵港市制糖工业的结构?(下转第 36 页)32环?境?科?学?研?究第 17 卷参考文献:1?王华.环境信息公开理念与实践M.北京:中国环境科学出版社,2002.46-175.2?孙振世.我国企业环境信息公开制度初探 N.中国环境报,2003-10-31(3).3?ABBAsea Brown Boveri Ltd.Sustainability report EB?OL.www.ABB.com,2003-07-15.4?UPM?Kymmene.UPM?Kymmene corporate responsibility report 2002 EB?OL.w3.upm?,2003-07-15.5?UPM?Kymmene.UPM?Kymmene Tervasaari environmental protection in2001EB?OL.w3.upm?,2002-07-23.6?壳牌有限公司.壳牌集团 2002 年年报 EB?OL,2003-07-25.7?陈燕平.日本企业的环境经营 N.中国环境报,2003-09-24(3).(上接第 32页)性污染得到明显改善,使!十五期末全市 COD 排放量比2000年降低 35%以上,有效地改善区域水环境质量,可使 3条主要河流(郁江、黔江、浔江)水质达到+地表水环境质量标准,(GHZB 1-1999)中三类水质要求的保护目标。4?结语循环经济大大加快了贵港市新型工业化进程。预计生态工业园区的建成将新增总销售收入 72?0 亿元、利税 18?9亿元,拉动有关产品和服务的消费,带动第三产业的发展。甘蔗渣综合利用率、废糖蜜利用率和酒精废液利用率均将达到 100%,水循环利用率达90%以上,每年少砍木材 60 66 万 m3,!十五期末全市COD 排放量比 2000 年降低 35%以上,有效地改善区域水环境质量,增加就业机会、提高居民收入,使全市人民生活水平得到大幅度提高。贵港模式为我国制糖工业的生态化重构提供了典型样板。随着我国东糖西移,北糖南移的糖业结构大调整,以及制糖企业向集团化方向发展,贵港模式的辐射效应将愈加扩大。通过对贵港模式的分析,可以从中得到如下启示和借鉴:4?1?高技术是发展循环经济的支撑条件贵糖(集团)多年来坚持技术引进和技术创新,力争抢占制糖业的技术制高点,取得了多项具有自主知识产权的技术:甘蔗种植中引进新台糖系列,良种良法,实现提早开榨,延长榨期,提高产量和糖分含量;%以70%蔗糖浆掺合 30%木浆的高利润高档生活用纸的造纸技术具有世界一流水平;&用碳酸法生产低硫糖(w(S)5 mg?kg)。可口可乐公司所需的白砂糖,过去完全从南韩购买,现在大量从贵糖购买。贵糖(集团)也是娃哈哈等一系列知名饮料的供货商,其价格比同类白糖高出 10%。正是这些高技术成果的取得为贵港生态工业系统的稳定、持续发展奠定了坚实的基础。4?2?循环经济是解决我国结构性污染的有效途径之一一个企业的废物直接排放将会造成巨大的环境污染,而单独处理又将增加成本。如果将几个企业组合成一个共生体系,彼此利用对方的废物,则可大大减少环境污染,同时可取得明显的经济效益。制糖、造纸、制酒精都是传统的重污染行业,如果按照循环经济理念组合成生态工业网络,将废物变原料,使系统废物排放最小化,实现结构性污染防治的目的。4?3?循环经济是区域性环境污染治理的重要手段之一贵港生态工业系统通过生态产业链、网,不但使系统内部制糖过程中产生的废糖蜜、蔗渣、蔗髓、滤泥、酒精废液等得到了 100%的循环作用,还利用贵港市周围200 300 km 范围内几乎所有小糖厂的废物,将广西93%的废糖蜜进行了能源酒精的生产。据初步估算,目前广西全区制糖企业酒精废液产生量在 300 万m3以上,每年将直接减少 13?4万 t 的有机物对水体污染,对区域性环境污染治理的贡献不言而喻。参考文献:1?段宁.清洁生产、生态工业和循环经济 J.中国环境科学,1994,14(6):1-4.2?元炯亮,刘忠.制糖工业生态化重构?以贵糖集团为例 J.中国人口、资源与环境,2002,12(4):118-121.3?苏伦.埃尔克曼.工业生态学M.徐兴元译.北京:经济日报出版社,1999.36环?境?科?学?研?究第 17 卷
