玉米深加工产业的循环经济模式研究

原创 2020-05-08 11:40  阅读

  第 2 7卷 第 5 期 2 0 0 7年 1 0月 地 理 科 学 SCIENT IA GEOGRA P H ICA S I N ICA V o l. 27 N o . 5 O ct ., 2 0 0 7 玉米深加工产业的循环经济模式研究 王 红, 汤 洁, 王 筠 ( 吉林大学环境与资源学院 , 吉林 长春 130012) 摘要 : 玉米深加工具有典型的替代能源及循环经济特征。目前玉米深加工行业面临的 资源短缺和环境污染 的双 重制约。从促进经济与环境协调 发展的角度 , 结合玉米深加 工产业发展 及环境 治理现 状 , 对 玉米深 加工产 业的 循环经济模式 ) ) ) 玉米 深加工生态产业园区建设进行了探索。通过 对玉米深 加工生 态产业 园上下 游原料 产业 链的延伸、 各环节废物的资源化分析、 能源与水资源回收利用的设计和生态产业园区外围企业关系 的研究 , 结果 表明 , 通过实施清洁生产和延长产业链 , 构建闭合循环的玉米深 加工生态 产业链 条 , 可 实现资 源、 能 源的有 效节 约和副产品、 废弃物的综合利用 , 具有相应的环境、 经济和社 会效益 , 在增强企 业绿色 竞争力 的同时 可促进 玉米 深加工产业的可持续发 展。该模 式对吉林省及同类地区玉米深加工产业的可持续发展有指导和借鉴意义。 关 键 词 : 玉米深加工 ; 生态产 业园区 ; 循环经济模式 文献标识码 : A 文章编号 : 1000- 0690( 2007) 05- 0661- 05 中图分类号 : X 792 玉米不仅是世界三大粮食作物之一, 更是大 宗谷物中最适合作为工业原料的品种。中国的玉 米年总产量约 1 . 2亿 , t 占世界总产量的 22 %, 位 居世界第二位。其中 50 % 左 右用作饲料 , 10 %左 [ 1] 右用作食用 , 只有 40 % 左右用作工业原料 ; 而与 之相比 , 作为世界上最大的玉米生产国和深加工国 的美国 , 其 90 % 以上的 玉米均经不同程度的加工 [ 2] 和深加工开发 , 用作工业 原料和饲料 。在世界 范围内 , 玉米深加工业已经受到普遍重视 , 并形成 了一个日益庞大的产业。而中国的玉米深加工起 步至今不到 20 年, 目前正处于高速成长期。随着 中国农业结构从 / 平面式 0的适应性调整向 / 立体 式 0的战略性调整转变 , 关联农业和工业的玉米加 工业其地位作用日趋凸现 , 显示出强大的市场潜力 和广阔的发展空间 。 国内外玉米深加工业发展的成功经验显示 : 玉 米加工业产业空间大, 产业链条长, 是具有联动效 应、 集聚相应和增值效应的 / 黄金产业 0。作为整 个玉米产业体系的中间环节, 其发展不仅对玉米产 业的产业结构、 产品结构和技术结构调整具有重要 的导向作用 , 而且对实现玉米多层次开发、 多品种 加工、 多方面综合利用 , 实现玉米增值 , 合理利用资 [ 3] 源, 具有重要的意义。尤其是随着当前国际石油价 格波动及能源短缺状况的日益加剧 , 玉米因其丰富 的产出、 广泛的用途和可再生资源的优势而受到广 泛关注。以玉米进行精深加工 , 生产化工原料 , 具 有典型替代能源的概念, 已经成为目前的一种发展 趋势。 与此同时, 随着玉米深加工技术的发展 , 终端 产品深加工转化的生产过程越来越复杂 , 在其产品 附加值随转化的次数增多而大幅跃升的同时 , 其生 产过程产生的环境问题也日益突出。尤其在中国 , 由于玉米的深加工利用的关键工艺、 主要设备和整 体技术较发达国家相比仍十分落后。整个行业小 型分散加工企业占据主要地位 , 规模化企业所占比 例低。从而导致目前国内玉米深加工业普遍存在 的问题是: 初级加工产品多, 产业链较短 ; 技术经济 指标落后, 清洁生产程度较低 , 资源利用率低 , 资源 依赖严重 ( 高能耗、 水耗 ) , 副产品回收及综合利用 途径有限; 环境治理费用较高 , 综合经济效益较差。 通过对吉林省几家玉米深加工企业统计估算 , 以淀 粉生产计算吨产品耗新鲜水 约 6 . 0 m / t产品、 耗 蒸汽 4 . 0 t/ t产品、 耗煤 0 . 8 t / t产品、 排水 4 . 0m /t 产 品, 热能回收效率低 , 同时 , 随着高温干燥尾气 3 3 收稿日期 : 2006- 12- 13 ; 修订日期 : 2007 - 04 - 18 基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( 40571041) 资助。 作者简介 : 王 红 ( 1968 - ) , 女, 安徽灵壁县人 , 博士研究生 , 研究员 , 主要研究方 向循环经济、 环境规 划、 环境影响评价。 E - m ai: l wanghong6080 @ 126 . com 662 地 理 科 学 27 卷 外排的异味气体污染严重。以吉林省榆树市第一 淀粉厂为例 , 该厂年加工能力为 40万吨玉米, 每天 排放废水总量为 120 , t 其中生活污水 13 , t 生产污 水 57 , t 生产废水 50 t 。假设吉林省各生产玉米淀 粉企业均具有与该淀粉厂相应的先进生产工艺 , 按 照 2001 年的生产规模估算, 每年吉林省玉米淀粉 生产企业排放的废水总量就将达到 17 . 4万 t 。 中国目前已经步入资源需求量上升最快的工 业化中期阶段。在经济的持续发展中 , 资源供应形 势全面偏紧 , 工业化高速成长对环境造成了极大的 压力。因此, 实施可持续发展战略 , 在推进工业化 过程中努力应对资源和环境的挑战, 显得特别紧迫 和重要。作为中国农业产业化重点之一的玉米加 工业, 一方面 , 其发展面临耗粮、 耗水和产生有机污 染等资源节约和环境保护问题 ; 另一方面 , 其具有 扩展弹性的产业链条为其与其他相关产业耦合构 成生态产业链条提供了空间和可能, 因此研究玉米 深加工产业的循环经济模式, 有效集成和利用生产 过程中的副产品和废弃物 , 对促进玉米深加工产业 的持续健康发展以及经济与环境的协调发展具有 相应的现实意义。 [ 3] 同企业联系在一起, 使物质和能源在不断进行的经 济循环中得到合理和持久的利用, 以期最大限度的 实现低投入、 高效率和低排放的经济发展 , 也即生 态产业园区的构建。 1 . 2 生态产业园区 生态产业园区 ( Eco - industr ia l park , E IP ) 是目 前国际社会在生产领域推行循环经济的主要模式。 其被视为一个由制造业和服务业企业组成的企业 生物群落, 园区中企业通过在包括能源、 水和原材 料等基本要素在内的环境与资源方面的合作和管 理, 形成绿色供应链。供应链中上游企业的产品应 是供应链中下游企业的原材料 , 或一家企业的废弃 物可以做另一家企业的原料或能源 , 而生态产业园 区中的每一家企业应尽可能的推行清洁生产 , 以此 来实现环境与经济的双重优化和协调发展, 最终使 该企业群落寻求一种比每个公司个体效益之和大 得多的群体效益 [ 7] 。 1 . 3 循环经济的基本原则 循环经济是运用生态学规律来指导人类社会 的经济活动 , 是以资源的高效利用和循环利用为核 心, 遵循 / 减量化、 再利用、 再循环 0为基本原则实 施生产, 即减少资源利用量及废物排放量 , 大力实 [ 8] 施物料的循环利用 , 以及努力回收利用废弃物 , 以尽可能少的资源消耗和尽可能小的环境代价实 现最大的发展效益。减量化原则针对的是输入端 , 旨在减少进入生产和消费过程中的物质和能源流 量; 再利用原则属于过程性方法, 目的是延长产品 和服务的时间强度; 资源化原则是输出端方法。它 能把废弃物再次变成资源以减少废弃物的最终处 理量 , 也就是即通常所说的废品回收利用和废物的 综合利用。三大原则在循环经济中的重要性并非 并列的关系 , 循环经济不能把简单地等同于废弃物 资源化。循环经济的根本目标是要求在经济流程 中系统地避免和减少废物 , 废物再生利用只是减少 废物最终处理量的途径之一。 1 循环经济模式及其基本原则 1 . 1 循环经济模式 循环经济 ( C ircular Econom y ), 其实质 是在可 持续发展框架下将自然生态系统的循环理论应用 于人类 - 环境系统中 , 通过模拟自然生态系统的运 行机 制, 意 图构 建出 一 个人 类 - 环 境的 平衡 系 统 。目前, 循环经济 已经分别在物 质生产和社 会生活领域形成了人类与环境协调的两种关键性 思路, 从而在整体上将生产和消费纳入可持续发展 的框架中 [ 5] [ 4] 。与传统的可持 续发展实践相 比, 循 环经济关注的不再是对人类活动造成的生态后果 的修补 , 而是创造性的将人类 - 环境系统运行机制 本身纳入研究视野, 因而被当前国际社会视为实现 可持续发展的有效载体。 与国外相比 , 在中国, 循环经济发展的核心内 容为产业生态化 , 即通过产业生态重组和转型为核 心的产业生态化建设 , 促进传统产业系统向着产业 生态系统演变, 进而带动提升整个经济体系结构的 [ 6] 生态化高度与 系统质态 。具体来看 , 其倡导的 是在按照自然生态系统中物质循环共生的原理来 设计物质生产体系 , 通过废弃物交换和使用 , 将不 2 玉米深加工生态产业园区 玉米深加工是指以玉米为原料经过若干加工 工序转化为在各个工业领域以及生活中应用的各 类轻工产品的过程, 有别于那些经简单加工而成为 [ 9, 10] 使用粮和饲料的过程 。 玉米经不同的生产方法和工艺进行深加工, 可 生产出成千上万种产品, 其用途遍布各个领域。目 5期 王 红等 : 玉米深加工产业的循环经济模式研究 663 前 , 伴随着科技的不断发展 , 以生物能源、 生物化工 和生物原材料为方向的玉米深加工产业得到了快 速发展 , 已开发出来的 玉米深加工产 品多达几十 类、 数千个品种。如醇、 多元醇、 氨基酸、 变性淀粉、 抗生素、 薄膜、 塑料等。每一品种都可形成产业链, 每一条产业链都牵引着一个大产业。其中 , 食品饮 料用高果糖浆和汽车用燃料酒精是目前玉米深加 工的两大支柱产业。同时, 造纸用变性淀粉、 淀粉 降解塑料和超级吸水剂等, 已形成工业规模 , 加工 技术正在向深层次发展。随着玉米深加工技术的 发展, 玉米深加工产品种类越来越多 , 应用范围越 来越广 , 而且深加工最终产品的生产过程越来越复 杂 , 已不仅仅局限于一、 二次的深加工转化。 2 . 1 生态产业园区构建思路 以玉米深加工为核心的生态产业园区设计的 总体思路是以现有玉米深加工装置为基础 , 进行产 业链延伸。建立上游原料生产企业, 对下游副产品 进行综合利用, 对热能进行回收, 废水深度处理后 进行循环回收, 由此建立的以玉米深加工生态产业 园区为核心的循环经济发展模式, 如图 1 所示。 尿素等, 合成氨厂的副产物硫磺可用到玉米淀粉生 产过程中的浸泡液配制、 采用煤造气制氢、 副产氮 气回收、 硫磺回收、 固废综合利用、 热能回收利用。 生物有机复合肥料是绿色食品生产的主要肥 料。随着绿色食品生产规模的扩大 , 生物有机复合 肥料需求量逐年增加 , 市场前景看好。它采用畜禽 粪便、 玉米深加工过程产生的废渣、 废液及作物秸 秆通过微生物发酵技术生产, 含有作物生长所需要 的营养要素和生长调节要素, 在生产和使用过程中 无任何环境污染 , 可保证生态农业的良性循环。 玉米胚芽乳粉系列产品加工项目以生产淀粉 的副产品玉米胚芽为主要原料, 采用高科技技术 , 生产玉米胚芽乳粉、 玉米胚芽乳饮料和玉米高纤维 食品。产品填补国内空白 , 其经济效益比传统工艺 加工的产品提高 8 到 10倍。并可获得显著的社会 效益和环境效益。 该类园区建成后 , 粉煤灰产生量很大 , 可自行 建设建材厂 , 利用燃煤锅炉炉渣制建筑材料。据调 查, 国外很多的工业园在处理电站灰渣是均采用加 入石膏制作板材方法 , 目前已有较为成功的案例 , 如最早的 生态产 业园 ) ) ) 丹麦的 卡伦 堡 ( Kalun borg) 的共生体系, 美国的俄克拉何马州规划中的 B rownsville 生态产业园区 , 均可提供借鉴。 2 . 1 . 2 各环节间的废物资源化分析 合成氨厂的产品液氨可供给玉米氨基酸生产 作为原料, 副产品硫磺可作为硫酸厂原料 , 氢气可 用作山梨醇生产过程中加氢工艺的原料 , 玉米深加 工过程产生的废渣可用于饲料生产 , 加工生产的饲 料用于养殖业, 养殖业产生的粪便可生产生物菌肥 进而用于周围农田作肥料。 自备电站产生的灰渣可以用于生产建筑材料 , 锅炉烟气中排放的二氧化硫在技术成熟的条件下 可以用于硫酸厂作为生产原料 , 经污水处理站处理 达标后的污水可用作农田灌溉 , 沼气可用于职工生 图 1 玉米深加工生态产业园区内生态产业关系 F ig. 1 Eco - indu strial n etw ork of corn advanced p rocess ing E IP 活区作燃料 , 污泥用作肥料投入农业生产。 2 . 1 . 3 能源与水资源的回收利用 目前大多数高温副产品的烘干尾气均直接外 排, 不仅浪费了热能, 而且大量水蒸汽和异味气体 也随之排出 , 对此可采用低位能源设备进行热能回 收, 用以进行副产蒸发浓缩。在此工艺中要加大对 水的循环套用、 重复利用以及处理达标后的中水回 用, 根据玉米深加工企业的实际用水状况 , 中水回 用率应该达到 50 % 以上。 2 . 1 . 1 上下游原料产业链的延伸 玉米深加工产业所需的原料主 要有液氨 ( 生 产氨基酸 )、 硫磺 ( 制备 亚硫酸 , 浸泡 玉米生 产淀 粉 )、 氢气。这三种原料需求 量较大, 可以联合建 设合成氨厂 , 自行生产液氨, 多余的氨可用来生产 664 地 理 科 学 27 卷 2 . 2 生态产业园区外围企业关系 以玉米深加工为核心的生态产业园是以玉米 深加工产业系统为核心的生态产业系统链 , 而周边 的农业区作为园区外的一个系统, 其承担的主要分 工是供应园区内的玉米原料。玉米深加工后剩余 的残渣和生产废料可加工制成饲料和肥料 , 用于周 边农业生产 , 在减少废物排放的同时 , 促进了生态 农业的发展。自备电站的燃煤炉渣可用于建筑材 料的生产。园区内的污水及区内职工生活区的生 活污水, 排放到污水处理厂进行集中处理 , 处理后 的污水可适当作为非饮用水回用或作为农田的灌 溉用水。动物排泄物和其他肉食加工的废弃物可 用作有机肥或沼气发酵, 产生的沼气用于发电或职 工生活能源。 2 . 3 效益分析 玉米深加工生态产业园区循环经济模式建立 后, 以 60万 t/ a 玉米深加工企业进行核算, 其经济 效益、 环境效益及社会效益如表 1所示。 表 1 玉米深加工生态产业园区效 益分析表 Table 1 B enefit analysis on E I P of corn advan ced processing 效益 经济效益 ( 万元 / a) 环境效益 社会效益 副产出售 2100 节能 ( 水煤 ) 1800 节省排污费 150 减少排污的同时 , 可通过低位能源回收 , 降低异味气体 资源能源节约 , 提高公众对玉米深加工企业满意度 3 结 语 例和试点探讨和推行玉米深加工产业的循环经济 模式将在未来吉林省 / 玉米经济 0发展过程中将显 示出难于计量的经济、 环境和社会效益。同时 , 辽 宁和内蒙古等许多地区也已经将玉米深加工业确 定为地区支柱或重点产业 , 该模式具有产业扩展的 弹性和区域推广的借鉴性 , 因此对不同地区的玉米 深加工产业的可持续发展均具有积极的现实意义。 总体来看, 玉米深加工生态产业园区建设是以 生态产业和循环经济为理念, 通过企业间物质、 废 水、 能量和信息的集成, 使园区内的企业形成一个 共生的系统 , 并与区外的相关企业建立起物质、 能 量、 信 息交换的网络系统, 重 视废弃物的回收、 利 用, 提高资源和能源的利用率 , 减少废弃物的排放 , 减轻污染, 增强玉 米深加工企业在 市场中的竞争 力, 从而促进和带动企业及其所在区域经济、 环境 和社会的协调与可持续发展。 玉米作为可再生的工业原料和能源资源被誉 为 / 软黄金 0, 作为大宗农产品, 具有多次加工增值 的潜力。同时玉米加工业与其前期和后期活动的 依赖性高, 产业关联度大, 而在当前的技术水平下, 其发展产生的环境影响严重。因此, 综合来看 , 玉 米深加工产业极具发展循 环经济的潜力 和需求。 玉米深加工生态产业园区是在玉米深加工产业中 推广循环经济的一种有效模式。以玉米深加工产 业为研究对象和试点 , 探讨玉米深加工产业的循环 经济模式, 不仅可以不断发展壮大和延伸玉米产业 链条, 扩大农村非农产业的发展空间 , 为农民分享 加工流通环节的收益创造机遇 , 更为重要的是以循 环经济和产业生态思想指导的玉米深加工产业的 发展将引导该产业在高速增长期走上经济与环境 协调发展的可持续发展之路。 吉林省位于世界 / 三大黄金玉米带 0之一的核 心区 , 是中 国第一 大玉米 主产省 , 被 誉为中 国的 / 玉米之乡 0。玉米的种植业和加工业一直是吉林 省的支柱产业之一, 并已建有亚洲最大的玉米综合 加工企业群。因此, 玉米加工业一直在吉林省经济 发展过程中扮演着重要角色。同时, 吉林省更是国 家首批批准建设的生态省 , 大力推行生态经济和循 环经济 , 树立以绿色优质资源、 绿色产业群、 生态城 市群为主要特征的吉林省绿色产业大省形象是吉 林省一以贯之的重要政策。因此, 以吉林省作为案 参考文献: [ 1] 王 刘 江 , 谷凤久 , 景 波 , 等 . 国内外 玉米加工产业发 展比较 研究 [ J]. 经济视角 , 2005, 2: 32~ 34 . 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C ircular E cono m y M odels of Corn Advanced P rocessing Industry WANG H ong , TANG Jie , WANG Jun ( Co llege of Env ironm ent and Resources , J ilin University, Changchun, J ilin 130012 ) Abstract : Co rn advanced processing has the typica l characters of alternat iv e energy and circular economy. W ith th e transfor m of ag ricultu ra l structu re from adaptab le ad ju st m ent to strateg ic ad ju st m en, t advanced processing in dustry o f corn that connects agricu lture and industry has d isplayed great m arketab le po tent ia l and vast develop m ent space . A lo t of successful experiences all over the w orld have proved th at advanced processing in dustry of corn is / go lden industry0 that has related effec, t co llected effect and increased effec. t But currently advanced processin g industry of co rn is restricted by both resources scarcity and environm enta l po llu tio n . In ter m s of pro m ot ing the coordinated deve lo pm ent o f econom y and env ironm en,t as a circu lar econom y m ode l of corn advanced processin g industry, to bu ild E IP of co rn advanced processin g industry is probed in to in th is paper , in comb in a t io n w ith the developm ent actua lities and env ironm ental pollution contro l status in th is industry. T he analysis re su lts indicate that effectiv e sav ing o f resources and energy and com prehensive u tilizat ion of by -production and w aste can be ga in ed by design ing closed -c ircu it eco - industria l cha in s of corn advanced processing in dustry by m eans o f practicing c leaner productio n and ex tend ing o f industrial cha in . The study of circular econom y m ode l of corn advanced processin g in dustry can prom o te th e sustainab le deve lo p m ent o f corn advanced processing industry w hile increasing g reen com pet ition ability of enterprises engaged in corn advanced processing w hich m akes envi ronm en ta, l econom ic and soc ia l benefits . Jilin P rov in ce is a hom etow n o f corn in Ch in a . And fo rtunate ly it is one of the / three go ld en be lts o f corn0 in the world . Advanced processing industry o f corn is one o f the p illar indus tries of Jilin P rov in ce , so th is study m akes g reat sense to the susta in able developm ent of corn advanced process ing industry in Jilin P rov in ce and it can be use fo r reference to the sam e industry in o ther reg ion. K ey w ord s : corn advanced processin g ; eco - industrial park; circu lar econom y m odels

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