磷化工清潔生產(chǎn)評估模型研究現(xiàn)狀與建議*

胡玉璽 劉新儒 吳曉磊 孫道元 董隴軍

(1.北京大學(xué)工學(xué)院；2.國家濕地保護(hù)與修復(fù)技術(shù)中心；3.中南大學(xué)出版社；4.中南大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計學(xué)院；5.中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院)

我國磷礦資源比較豐富，已探明磷礦資源儲量居世界第2位，僅次于摩洛哥。資料顯示，截至2008年底，我國共有395處磷礦產(chǎn)地，分散在全國27個省和地區(qū)[1]。截至2015年底，我國磷礦查明資源儲量231.1億t，主要分布在云南、湖北、四川、貴州和湖南5省，合計約占全國已探明總儲量的74%[2-3]。

磷是生物體內(nèi)一種不可或缺的元素，磷礦資源也是一種不可再生資源。隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展和磷肥的使用，我國磷化工行業(yè)高速發(fā)展，對磷礦石的需求不斷增大，也隨之產(chǎn)生了環(huán)境污染問題，對磷礦開采提出了更高的要求。磷礦開采除具有和一般礦山開采具有的山體滑坡、塌陷等地質(zhì)災(zāi)害共同點外，由于磷灰石主要化學(xué)成分是磷酸鈣，且含有氟、氯、鈾、砷、鎘等有害元素，在開采利用等階段通過廢水、廢氣和廢渣污染礦山及周圍環(huán)境[4]。磷礦山廢水主要來源于選礦廠車間，水中主要污染物有砷、COD、SS及各種金屬離子等[5]，且pH超標(biāo)，也可通過雨水將有害元素排入地表水中。廢氣主要來源于采礦、選礦環(huán)節(jié)，主要污染物有SO2、TSP、NOx等。另外，噪聲也是礦區(qū)環(huán)境污染源之一。礦山噪聲主要來源于開采等過程中機(jī)器設(shè)備發(fā)出的噪聲，會對職工的聽力造成影響[6]。

清潔生產(chǎn)是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基礎(chǔ)和手段之一，可以幫助企業(yè)、政府、民眾轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理理念和方式[7]。實施清潔生產(chǎn)有助于改變經(jīng)濟(jì)增長方式，從傳統(tǒng)的以犧牲環(huán)境為代價到以保護(hù)環(huán)境為前提，提高經(jīng)濟(jì)增長質(zhì)量，有效治理工業(yè)污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人民健康，實現(xiàn)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的統(tǒng)一[8]。企業(yè)不僅關(guān)注清潔生產(chǎn)的實施，更應(yīng)關(guān)注清潔生產(chǎn)的綜合效益，因此清潔生產(chǎn)評價是當(dāng)前清潔生產(chǎn)的一個主要研究方向[9]。

1 清潔生產(chǎn)評估研究現(xiàn)狀

1.1 國外清潔生產(chǎn)評估研究現(xiàn)狀

國外在礦山清潔生產(chǎn)方面的研究很早，積累了豐富的技術(shù)和經(jīng)驗。1960年，清潔生產(chǎn)起始于美國化學(xué)行業(yè)的污染預(yù)防審核[10]。1989年，聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署首次提出清潔生產(chǎn)的概念[11]。1992年，在聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會上，聯(lián)合國認(rèn)為實施清潔生產(chǎn)是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要手段之一，同時也認(rèn)為工業(yè)可以通過清潔生產(chǎn)達(dá)到改善環(huán)境、提高利潤和保持競爭力的目的。20世紀(jì)90年代初，經(jīng)濟(jì)合作與開發(fā)組織在許多國家鼓勵實施各種清潔生產(chǎn)技術(shù)。自1995年以來，經(jīng)合開發(fā)組織成員國政府開始把他們的環(huán)境發(fā)展戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向產(chǎn)品本身而不是工藝過程，并以此為出發(fā)點，引進(jìn)LCA(生命周期分析)，通過改進(jìn)產(chǎn)品生命周期(包括開采、制造、運輸、使用和最終處置)中某一階段來最大限度地降低環(huán)境負(fù)荷[12]。

國外在礦山清潔生產(chǎn)方面也進(jìn)行了大量的研究。美國礦業(yè)提倡清潔生產(chǎn)，強(qiáng)調(diào)從源頭控制污染，盡可能減少污染物的產(chǎn)生，回收利用廢料[13]。加拿大則主要以產(chǎn)品生命周期為思想，將礦山清潔生產(chǎn)分為勘探、開采、加工、冶煉、產(chǎn)品生產(chǎn)、使用、回收處置等階段[14]。英國早在1981年就頒布法律，規(guī)定即使關(guān)閉礦山后，企業(yè)仍需對礦區(qū)進(jìn)行為期5 a的護(hù)理工作[15]。澳大利亞要求閉礦需要對原廢棄采礦區(qū)進(jìn)行土地復(fù)墾，恢復(fù)植被等[16]。Bell[17]認(rèn)為廢棄礦區(qū)土地復(fù)墾可以有效恢復(fù)生態(tài)環(huán)境，減少礦區(qū)對環(huán)境的不利影響。

國外對于清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)選取沒有統(tǒng)一規(guī)定，多涵蓋技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、管理等多層次指標(biāo)，結(jié)合生命周期思想、循環(huán)利用思想和當(dāng)量法等，多采用定量指標(biāo)和定性指標(biāo)相結(jié)合的方法，具體見表1[18-23]。值得注意的是，應(yīng)根據(jù)具體行業(yè)選取特定指標(biāo)，針對企業(yè)的實際情況來確定磷礦山清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)。

表1 國外清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)

1.2 國內(nèi)清潔生產(chǎn)評估研究現(xiàn)狀

我國對清潔生產(chǎn)很早就進(jìn)行了探索和實踐。早在20世紀(jì)70年代初，我國政府就提出了“預(yù)防為主”的方針。在20世紀(jì)80年代，開始推行對環(huán)境友好的清潔生產(chǎn)政策。20世紀(jì)90年代，提出了強(qiáng)調(diào)清潔生產(chǎn)的《中國環(huán)境與發(fā)展十大對策》。因此，清潔生產(chǎn)已經(jīng)成為我國工業(yè)污染防治的重要手段，同時也是我國實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要措施。自1993年開始，清潔生產(chǎn)開始逐漸被政府推廣并在企業(yè)中開展。

我國將清潔生產(chǎn)定義為：采取各種措施，包括使用清潔的資源能源、改善工藝技術(shù)、改進(jìn)管理等，從污染的源頭進(jìn)行預(yù)防治理，達(dá)到提高資源能源利用率、減少污染物的產(chǎn)生，減少對人類、生態(tài)環(huán)境的危害等目的[24]。聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署則定義為：清潔生產(chǎn)是一種思想，旨在將該思想應(yīng)用到生產(chǎn)過程、產(chǎn)品和服務(wù)中，減少對環(huán)境的影響。對于生產(chǎn)過程，要求節(jié)約能源和原材料，少用或不用有毒有害原料，減少有毒有害廢物的產(chǎn)生；對于產(chǎn)品，從生命周期的觀點出發(fā)，減少整個過程對環(huán)境的影響；對于服務(wù)，要求在服務(wù)中考慮環(huán)境因素[25]。

在清潔生產(chǎn)評價方面，石曉楓[26]借鑒了產(chǎn)品生命周期過程，提出清潔生產(chǎn)指標(biāo)應(yīng)包括原材料、產(chǎn)品等的危害性，資源、能源的利用率、污染物的處置，企業(yè)環(huán)境管理與監(jiān)測和廢舊產(chǎn)品的回收利用等。該評價方法除包括傳統(tǒng)的物質(zhì)指標(biāo)，還囊括了管理指標(biāo)等。靳敏等[27]制定了一套定量化的清潔生產(chǎn)評價體系，確定了資源指標(biāo)、產(chǎn)品清潔指標(biāo)、污染物產(chǎn)生指標(biāo)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)這4個二級指標(biāo)，二級指標(biāo)下又劃分了14個三級指標(biāo)。但該評價指標(biāo)選取過于主觀和片面，沒有考慮產(chǎn)品整個生命周期過程，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理時，過于簡單，不夠全面。張平[28]認(rèn)為國內(nèi)外清潔生產(chǎn)指標(biāo)體系缺少對生產(chǎn)技術(shù)設(shè)備工藝的定性或定量評價指標(biāo)，在環(huán)境管理方面沒有明確規(guī)定，缺少清潔生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益評價，因此應(yīng)從產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝與裝備、資源能源利用、污染物、回收利用、環(huán)境管理和經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)7個方面建立清潔生產(chǎn)評價體系。宋丹娜等[29]把電解鋁清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系分為5項一級指標(biāo)、13項二級指標(biāo)和28項三級指標(biāo)，并結(jié)合電解鋁生產(chǎn)過程實例進(jìn)行驗證。但該評價體系指標(biāo)的建立沒有統(tǒng)一規(guī)范，過于主觀。伍名群[30]在生命周期的思想上，通過專家咨詢法和頻度統(tǒng)計分析法選擇了磷礦山清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)，然后按照層次結(jié)構(gòu)模型建立磷礦山清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系。趙寶江等[31]則選用層次分析法來構(gòu)建磷化工企業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系，采用方根法確定評價指標(biāo)權(quán)重值，由定性評價和定量評價兩部分構(gòu)成評價指標(biāo)體系。何曉雪等[32]基于LCA和節(jié)能減排約束性目標(biāo)，主要結(jié)合生命周期節(jié)能減排綜合評價方法(ECER)[33]提出了選擇清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)和設(shè)置指標(biāo)權(quán)重的通用量化分析方法，將各指標(biāo)的ECER改進(jìn)潛力作為權(quán)重。楊蘇[34]從生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品合格率、資源能源利用率、污染物產(chǎn)生和環(huán)境管理4個方面建立了水泥行業(yè)清潔生產(chǎn)指標(biāo)體系，運用模糊數(shù)學(xué)評價法對績效進(jìn)行評估。董隴軍等[35]基于未確知測度法和層次分析法，確定評價指標(biāo)權(quán)重，應(yīng)用可信度識別準(zhǔn)則和最大隸屬度原理對評價向量進(jìn)行評價，基于ST-SR隸屬函數(shù)、UME和AHP理論以及識別準(zhǔn)則CDRC和TMMP，開發(fā)了ST-UME-CDRC、ST-UME-TMMP、ST-AHP-CDRC、ST-AHP-TMMP、SR-UME-CDRC、SR-UME-TMMP、SR-AHP-CDRC和SR-AHP -TMMP 8種耦合方法，并利用這些耦合方法對我國2個磷礦山的清潔生產(chǎn)等級進(jìn)行了評價，是目前關(guān)于清潔生產(chǎn)評估方面較為完善的一套體系。

綜上可以看出，國內(nèi)清潔生產(chǎn)評價多是結(jié)合生命周期，從能耗指標(biāo)、污染指標(biāo)、產(chǎn)品指標(biāo)、回收利用指標(biāo)、管理指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)方面，多采用層次分析法—模糊數(shù)學(xué)法，評價方法主觀性大，對于經(jīng)濟(jì)效益乃至社會效益考慮較少，只能給出清潔生產(chǎn)總體水平，對于應(yīng)該在哪方面改進(jìn)生產(chǎn)則研究更少。

2 清潔生產(chǎn)評估模型建議

國內(nèi)外學(xué)者針對清潔生產(chǎn)的評估模型還存在一些不足，如整個清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系的建立過于簡單，多采用簡單定性描述；評價指標(biāo)建立沒有統(tǒng)一規(guī)范，評價指標(biāo)選取過于主觀和片面，對數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理不夠全面，在確定評價指標(biāo)的權(quán)重時，運用的是主觀的專家咨詢法，說服力不夠。因此，為使磷化工清潔生產(chǎn)評估模型更加全面，達(dá)到準(zhǔn)確評估磷化工清潔生產(chǎn)水平的目的，得到更加客觀合理的評估結(jié)果，針對磷化工清潔生產(chǎn)評估模型，借鑒國內(nèi)外學(xué)者研究成果，提出以下6點建議。

(1)在構(gòu)建層次模型時，一般是分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。如果存在多個因素影響指標(biāo)層中的某個評價指標(biāo)，可以考慮添加一個指標(biāo)層對其進(jìn)行細(xì)化，以建立更合理的多指標(biāo)評估模型。

(2)在選取評估模型指標(biāo)時，盡可能客觀選擇定量指標(biāo)，并與定性指標(biāo)相結(jié)合，采用梯形分布或嶺形分布函數(shù)確定各指標(biāo)的隸屬度，將未確知測度理論引入到清潔生產(chǎn)評價中，從而得到客觀有效的評價結(jié)果。

(3)在確定了評估模型指標(biāo)后，對于多指標(biāo)權(quán)重確定問題，應(yīng)摒棄傳統(tǒng)的專家咨詢法等主觀判斷法，采用較為客觀的熵權(quán)法、因子分析權(quán)數(shù)法和標(biāo)準(zhǔn)離差法等。

(4)對于評估模型中的定量指標(biāo)，如果現(xiàn)場數(shù)據(jù)較少，無法反映真實情況，可考慮采用區(qū)間數(shù)學(xué)理論，用區(qū)間數(shù)來代替定量指標(biāo)的取值及分布，綜合考慮參數(shù)的不確定性信息。

(5)在建立一座礦山清潔生產(chǎn)評估模型時，各指標(biāo)應(yīng)有客觀統(tǒng)一的選取標(biāo)準(zhǔn)，在不同的礦山應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)礦山實際情況進(jìn)行優(yōu)化，選取更切合實際的指標(biāo)，以更客觀地反映實際清潔生產(chǎn)水平。

(6)在進(jìn)行磷礦山清潔生產(chǎn)水平評估時，應(yīng)更加重視對環(huán)境的影響。除考慮礦山進(jìn)行各項活動過程中對環(huán)境的影響外，還應(yīng)考慮在采礦和選礦等活動結(jié)束一段時間后環(huán)境的恢復(fù)能力等，并依據(jù)評估結(jié)果對磷礦山清潔生產(chǎn)提出改進(jìn)建議和措施。

3 結(jié) 論

通過分析國內(nèi)外清潔生產(chǎn)研究現(xiàn)狀，對清潔生產(chǎn)的發(fā)展歷史和清潔生產(chǎn)評估研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)。國外清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)多采用定量指標(biāo)和定性指標(biāo)結(jié)合，涵蓋指標(biāo)多，但選取缺乏統(tǒng)一規(guī)定；國內(nèi)清潔生產(chǎn)評價多采用層次分析法—模糊數(shù)學(xué)法，評價方法主觀性大。因此對已有清潔生產(chǎn)評估模型提出了6點建議，以期為磷化工清潔生產(chǎn)評估模型的建立提供指導(dǎo)，克服已有評估模型建立過程中存在的主觀片面等問題，得到全面、客觀、有效的評估結(jié)果。