▲ 基金项目：北京市自然科学基金（9073019）的阶段性成果之一
◆ 中图分类号：F061.3文献标识码：A
内容摘要：面对资源短缺和环境污染问题，传统的钢铁工业必须遵循生态环境法则，将其单向线型发展模式转变为反馈循环经济模式，实现生态化转型，而工业共生为之提供可行的路径。
关键词：钢铁工业 工业生态系统 工业共生 系统耦合
改革开放后，由于国内经济持续增长和现代化建设对钢铁需求的强劲拉动，我国钢铁工业获得了飞速发展，产量从1996年开始连续多年位居世界第一。然而，作为传统的资源密集型产业，我国钢铁工业的发展也面临着日益严峻的资源和环境压力。本文尝试从工业共生的角度出发，探索我国钢铁工业可持续发展的实现途径。
工业共生与工业生态系统
在生态学中，共生指不同物种以不同的相互获益关系生活在一起，形成对双方或一方有利的生存方式，这是生物之间相互关系的高度发展。受自然界中共生现象的启发，在上世纪80年代末，一些学者开始研究工业系统中不同企业（产业）间存在的共生关系。Frosch（1989）认为，在生态工业系统中，“能量和物质消耗被优化，一个过程的输出会成为另一个过程的原材料”，形成了关于“工业共生”比较具体的概念体系。Ayres（1989）在其文章中提到生物圈和工业经济都是“物质转换的系统”，存在“工业共生关系”。著名工业生态学者Marian R. Chertow（2000）将工业共生定义为：把传统上相互独立的工业企业联合起来，通过原料、能源、水或副产品等物质交换来增加竞争优势，其关键是相互协作和地域临近。可见，工业共生的本质是企业间的合作，只是这种合作是以资源循环和能量流动为纽带而已。
工业生态系统的基本思想来源于自然生态系统。在自然生态系统中，物质和能量通过食物链在生物圈和自然环境之间形成循环和流动，在整个过程中没有废物的产生。类似自然生态系统，工业生态系统是指通过优化工业系统中的各种相关因素，在不同企业（产业）间形成生态链接，建立起“资源——产品——消费——再生资源”的物质循环机制，从而使工业经济活动所引发的人与自然之间的物质代谢及其产物能够逐步和谐、平稳与持续地融入自然生态系统之中。不同企业（产业）之间的生态链接就是指在不同企业（产业）间形成相互利用产品和废物（副产品）的关系，这正是前述工业共生的题中之义。
钢铁工业共生网络拓展的可行性分析
我国钢铁工业要实现可持续发展，以工业共生为基础构建钢铁工业生态系统是一条切实可行的途径。而要构建钢铁工业生态系统，首先必须确定钢铁工业可能涉及到的共生工业。目前，可以和钢铁工业构成共生关系的其他工业主要包括：
（一）下游制造工业
机械工业、汽车工业、造船工业等工业是钢铁工业的下游制造工业，这些工业构成了钢铁工业传统的下游产业链。对钢铁工业来说，与这些下游制造工业建立共生关系，主要体现在根据下游机械工业的要求，对钢铁原材料进行深加工，提供不同钢铁产品的灵巧设计，延长钢铁产品的使用寿命，同时，加强与下游制造工业的联系，增加废旧钢铁部件的回收率等方面。下游制造工业与钢铁工业的共生关系是不言而喻的。
（二）能源工业
钢铁生产过程也是一种能源转换过程，就是将煤炭通过冶金流程转换为热能、可燃气、氢气等能源形式的过程。目前国内最好的高炉-转炉-热轧生产流程也还有38%左右的能源未被钢铁生产过程充分回收利用，这为钢铁工业与能源工业建立共生关系提供了可能。
（三）化学工业
钢铁生产过程同时还是一种化学反应过程，煤炭在炼焦、冶炼钢铁的过程中生成一氧化碳、甲烷和二氧化硫，经过精炼后可以作为许多化工产品的生产原料；此外，钢铁冶炼过程中产生的钢渣含有多种对农作物有利的元素，很适宜用作生产土壤改良剂和某些化肥的原料。显然，钢铁工业与化学工业之间也存在共生关系。
（四）建材工业
钢铁工业和建材工业之间的共生关系是十分明显的。钢铁生产过程中产生大量钢渣和高炉水渣，钢渣经过粉碎处理后，可选出含铁料再返回到工艺生产中，作为烧结矿添加料；而剩余的尾渣及尾粉是筑路、生产空心砖和步道砖非常好的原料；而高炉水渣微粉和熟料按一定比例混合，可生产出各种标号的硅酸盐水泥，能有效降低生产水泥的成本。
通过以上的分析，不难发现钢铁工业与其共生工业可以通过相互利用产品和废物（副产品）展开合作，形成拓展型工业共生网络。这为构建以钢铁工业为中心的钢铁工业生态系统提供了基础和可能。
基于工业共生的钢铁工业生态系统构建
（一）链状耦合结构
钢铁工业生态系统构建的第一步是形成以钢铁工业为中心的不同企业（产业）之间的链状耦合结构，即初级的钢铁生态产业链。模仿自然生态系统中的食物链，可以形成多条纵向的钢铁生态产业链。例如，当铁矿石、煤和水投入钢铁厂后，生产出的合格钢材被送往下游制造企业，制造企业利用钢材来生产钢铁制品，在钢铁制品的生产过程中会产生一部分加工废钢，这些加工废钢会返回钢铁厂重新冶炼；制造企业产出的合格钢铁制品投入人类生活，经过社会消费后，部分可再利用钢铁部件返回制造企业重新使用，不能再利用的钢铁部件以折旧废钢的形式也返回钢铁厂重新冶炼。这是区域性的甚至是跨区域性的最主要的一条钢铁生态产业链，是以钢铁企业产品代谢为主要目的的产业链，对降低我国铁矿石的对外依存度和缓解社会的环境压力有着重要意义。
除此之外，钢铁冶炼过程中产生的炉气余压可以用于TRT发电，低热值的高、焦炉煤气也可以输送给发电厂进行联合循环发电，产生的电力返输给钢铁厂；钢铁厂产生的大量废水经过污水处理厂处理后可重新循环利用；钢铁厂生成的废炉渣送到水泥建材厂生产水泥、再生砖和筑路材料，也可送往化肥厂生产化肥和土壤改良剂；钢铁生产流程中产生的废气经提纯后向化工厂输送CH4、H2、CO和SO2，化工厂生产甲醇、二甲醚、乙烯、液氨、硫酸等化工产品；钢铁厂向氢能源厂输送提纯的H2用以生产液氢。钢铁厂还可向周围社区提供暖气和煤气，还可利用余热向温室大棚提供热量，生产附加值高的花卉与反时令蔬菜。这些都是区域范围内的生态产业链，是以钢铁企业废物代谢为主要目的的产业链，其意义在于节约链上资源的投入并同时降低社会环境负荷。
（二）网状耦合结构
在钢铁工业系统中仅仅形成纵向的生态产业链还远远不够，同自然生态系统中的食物链要演化成纵横交错的食物网一样，钢铁生态产业链系统在其结构形成和发展过程中，也会使各种链状结构进一步相互联系，从而又形成新的链状结构，最终使整个链状结构按因果关系耦合成错综复杂的共生网状结构，形成一个各部分相互联系、相互作用、相互依存的有机整体。钢铁工业生态系统中的网状耦合结构主要是通过对多条链式结构横向耦合后形成。比如，钢铁的下游制造企业一方面要从钢铁企业接受钢铁原材料，另一方面也向钢铁厂返回冶金和矿山机械；污水处理厂既可以处理钢铁厂的工业废水，也可以处理周围社区排放的生活污水，处理后形成的多余中水可以向周围的社区供应；联合循环发电厂的电力除了供应钢铁厂，还可以供应周围的用电单位；发电厂燃煤产生的粉煤灰可以就近送到水泥建材厂生产水泥、再生砖和其他建筑材料；电厂还可以向周围社区提供热水和暖气；化肥厂生产的磷肥、钾肥和土壤改良剂可以投入农业生产；从周围社区回收的废塑料可以作为钢铁厂的喷吹燃料等等。这种网状结构使得系统内的资源利用更加充分，周边生态环境更加和谐，产业生态化进程更加深入。
通过构建钢铁工业生态系统，不仅为系统内的企业和社区创造了经济利益，而且降低了整个系统内所需资源的投入，还减少了对外界环境的破坏。这对缓解当前钢铁工业所在地的资源和环境压力、建设资源循环利用、生态环境改善的全新钢铁工业发展格局是十分有益的。
我国是发展中国家，工业化建设进程中对钢铁材料的需求将长期增长。为此，国内钢铁工业应仿照自然生态系统中的物质循环和能量流动模式，在工业共生的基础上构建钢铁工业生态系统，形成以钢铁工业为中心的、资源高效利用、环境持续改善的网络型、进化型产业生态结构。而成功实现生态转化型的钢铁工业必将构成我国大生态工业系统中的关键一环，并在实现可持续发展和建设循环经济社会中扮演重要和积极的角色。
参考文献：
1.殷瑞钰.钢厂模式与工业生态链[J].中国冶金，2003，(12)
2.金涌，魏飞.循环经济与生态工业工程[J].中国有色金属学报，2004，(5)