基于因子分析的固體廢物處理利用實(shí)證分析

趙晴晴，劉娟

（上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海201400）

中華人民共和國(guó)主席令第三十一號(hào)中對(duì)固體廢物如下定義：固體廢物是指在生產(chǎn)、生活和其他活動(dòng)中產(chǎn)生的喪失原有利用價(jià)值或者雖未喪失利用價(jià)值但被拋棄或者放棄的固態(tài)、半固態(tài)和置于容器中的氣態(tài)的物品、物質(zhì)以及法律、行政法規(guī)規(guī)定納入固體廢物管理的物品、物質(zhì)[1]?！吨腥A人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》（1995年公布）分為城市生活垃級(jí)、工業(yè)固體廢棄物和危險(xiǎn)廢物[2]。文中所指固體廢物為工業(yè)固體廢物，包括一般固體廢物和危險(xiǎn)固體廢物。

國(guó)家有關(guān)部門(mén)高度重視工業(yè)固體廢物管理，按照《固體廢物污染環(huán)境防治法》等法律法規(guī)的要求，目前，我國(guó)在固體廢物處理與防治方面已開(kāi)展的相關(guān)管理工作見(jiàn)表1。

表1 我國(guó)在固廢處理方面開(kāi)展的管理工作

采取定量分析，數(shù)據(jù)來(lái)源為中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒，從中搜集和利用我國(guó)各省市區(qū)統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)，采用因子分析的方法，對(duì)中國(guó)除港、澳、臺(tái)地區(qū)以及數(shù)據(jù)資料不完整的天津、湖南、西藏、甘肅、寧夏以外的26 個(gè)省市區(qū)的固體廢物處理利用情況進(jìn)行研究分析，并根據(jù)分析結(jié)果，做出評(píng)價(jià)，做出有針對(duì)性的固體廢物處理利用發(fā)展對(duì)策和建議。

1 研究現(xiàn)狀與研究設(shè)計(jì)

1.1 研究現(xiàn)狀

1.1.1 固體廢物的處理現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)量也在逐年增加，工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的大量固體廢物的處理問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，這些固體廢物一旦得不到合理的處理和利用，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成非常嚴(yán)重的污染。環(huán)保部發(fā)布的《2017年全國(guó)大、中城市固體廢棄物污染環(huán)境防治年報(bào)》顯示，2016年，214 個(gè)大、中城市一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量達(dá)14.8 億t，綜合利用量8.6 億t，處置量3.8 億t，貯存量5.5 億t，傾倒丟棄量11.7 萬(wàn)t。一般工業(yè)固體廢物綜合利用量占利用處置總量的48.0%，處置和貯存分別占比21.2%和30.7%，綜合利用仍然是處理一般工業(yè)固體廢物的主要途徑，部分城市對(duì)歷史堆存的固體廢物進(jìn)行了有效的利用和處置。一般工業(yè)固體廢物利用、處置情況見(jiàn)圖1。工業(yè)危廢方面，214 個(gè)大、中城市工業(yè)危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量達(dá)3 344.6 萬(wàn)t，綜合利用量1 587.3萬(wàn)t，處置量1 535.4 萬(wàn)t，貯存量380.6 萬(wàn)t。工業(yè)危險(xiǎn)廢物綜合利用量占利用處置總量的45.3%，處置和貯存分別占比43.8%和10.9%，有效利用和處置是處理工業(yè)危險(xiǎn)廢物的主要途徑，部分城市對(duì)歷史堆存的危險(xiǎn)廢物進(jìn)行了有效的利用和處置。工業(yè)危險(xiǎn)廢物利用、處置情況見(jiàn)圖2。

圖1 一般工業(yè)固體廢物利用、處置情況

圖2 工業(yè)危險(xiǎn)廢物利用、處置情況

1.1.2 固體廢棄物的研究現(xiàn)狀

目前針對(duì)工業(yè)固體廢棄物處理和利用的研究主要集中在處理方式與管理方式上，主要研究方向是根據(jù)每年國(guó)家政策出臺(tái)與實(shí)施情況，對(duì)固廢處理情況做一個(gè)現(xiàn)狀分析，得出下一步的管理方案。在處理方式方面，不少外國(guó)學(xué)者研究出一些新的模型，Cruz 等[3]提出了一種在電廠中實(shí)施半干法煙氣脫硫固體廢物處理單元裝置，此裝置既能夠減少?gòu)U物處理成本，又能夠有效解決固體廢物管理的問(wèn)題。Zhou He 等[4]提出一種基于Agent 的廢物處理模型（AWTM），幫助決策者理解和管理競(jìng)爭(zhēng)性垃圾處理系統(tǒng)。Korucu 等[5]基于城市固體廢物的處置系統(tǒng)，針對(duì)降低總成本的目標(biāo)，提出了一種新的成本優(yōu)化模型方法。我國(guó)學(xué)者王金龍[6]基于我國(guó)工業(yè)固體廢棄物的分類，分析了工業(yè)固體廢棄物管理中現(xiàn)存的問(wèn)題，提出創(chuàng)建多元化的管理機(jī)制。范厚明等[7]構(gòu)建了工業(yè)固廢管理政策相關(guān)關(guān)系的SD 模型，并進(jìn)行模型仿真與預(yù)測(cè)實(shí)證研究。劉光富等[8]基于SWOT 分析法，認(rèn)為優(yōu)化我國(guó)固廢回收處置產(chǎn)業(yè)的頂層設(shè)計(jì)能夠促進(jìn)產(chǎn)業(yè)高效運(yùn)行。此外，有的學(xué)者綜合國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)我國(guó)固廢回收處置產(chǎn)業(yè)發(fā)展提出了建議，如向?qū)幍萚9]綜合德國(guó)電子廢物回收處理的管理模式，認(rèn)為完善的廢物管理體系，切實(shí)可行的責(zé)任分配制度，是解決我國(guó)現(xiàn)存固廢回收處置問(wèn)題的關(guān)鍵。楊一博等[10]通過(guò)分析新加坡固廢管理經(jīng)驗(yàn)，指出我國(guó)在固廢處理與管理方面應(yīng)進(jìn)一步完善專項(xiàng)指導(dǎo)法規(guī)，加強(qiáng)組織管理與宣傳教育等。

1.2 研究設(shè)計(jì)

1.2.1 因子分析的基本步驟

因子分析法更能解釋公因子的經(jīng)濟(jì)變量，運(yùn)用因子分析法定量分析并建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)研究問(wèn)題具有方法性指導(dǎo)意義。因子分析的基本步驟見(jiàn)圖3。

圖3 因子分析方法的基本步驟

1.2.2 因子分析模型

根據(jù)因子分析的模型與方法，對(duì)選取的26 個(gè)省市區(qū)的固體廢物處理利用評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行因子分析，檢驗(yàn)的步驟如下。

（1）選定指標(biāo)。假設(shè)以下變量為固體廢物因子分析指標(biāo)，整理見(jiàn)表2。

（2）收集樣本數(shù)據(jù)。選擇2016年的數(shù)據(jù)做橫向綜合分析，剔除數(shù)據(jù)不完整的省市區(qū)，最終提取的其他26 個(gè)省市區(qū)的樣本數(shù)據(jù)，選取的樣本數(shù)據(jù)均來(lái)自于中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒，數(shù)據(jù)來(lái)源真實(shí)可靠。

表2 固廢因子分析指標(biāo)

（3）基于因子分析理論，文章利用SPSS 數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)收集的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，軟件運(yùn)行之后得到各個(gè)主成分列表，并通過(guò)特征值法計(jì)算得出地區(qū)綜合得分。

2 處理利用指標(biāo)的因子分析過(guò)程

2.1 相關(guān)性檢驗(yàn)

首先運(yùn)行SPSS 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用KMO 檢驗(yàn)和Bartlett 檢驗(yàn)對(duì)9 個(gè)固廢因子分析指標(biāo)的平均值進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表3和表4所示。為單位陣（與相關(guān)矩陣的相關(guān)系數(shù)的結(jié)果一致），說(shuō)明可以進(jìn)行因子分析。KMO 值大于0，意味著因子分析的結(jié)果是可以接受的。

表3 樣本相關(guān)性檢驗(yàn)

表4 樣本KMO 和Bartlett 檢驗(yàn)

2.2 因子分析

運(yùn)行軟件對(duì)2016年樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行特征方程和主成分因子得分分析，得出因子貢獻(xiàn)率。首先，要按照特征值大于1 的原則選取合適的因子個(gè)數(shù)，然后根據(jù)正交旋轉(zhuǎn)對(duì)因子載荷矩陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)選取主成分。提取主成分過(guò)程中得到的各個(gè)樣本的總體方差解釋（特征值、貢獻(xiàn)度、累積貢獻(xiàn)度）見(jiàn)表5，旋轉(zhuǎn)矩陣表見(jiàn)表6，得分系數(shù)矩陣如表7所示。

表5 解釋的總方差

表6 旋轉(zhuǎn)后因子載荷矩陣

表7 得分系數(shù)矩陣

2.3 主因子選擇

由表5可知，“起始特征值”一欄有3 個(gè)值大于1，所以SPSS 只選擇前3 個(gè)公因子；“提取平方和載入”一欄可以看到樣本中因子的累積貢獻(xiàn)率為81.292%，大于80%，根據(jù)累積貢獻(xiàn)率大于80%的原則，由此可得，選前3 個(gè)公因子已足夠替代原來(lái)的變量，分析結(jié)果可以接受?！靶D(zhuǎn)平方和載入”一欄顯示的是旋轉(zhuǎn)以后的因子提取結(jié)果，與未旋轉(zhuǎn)之前差別不大。

通過(guò)圖4所示的碎石圖，可以更加清晰直觀地看出每一個(gè)特征值樣本方差對(duì)全部方差的貢獻(xiàn)率及累積貢獻(xiàn)率的情況。如圖4所示，提取的3 個(gè)因子的特征值均大于1，特征值越高的因子，解釋原有變量的信息越多，價(jià)值越大。從第4 個(gè)因子開(kāi)始，特征值變得很小，價(jià)值越來(lái)越小，可忽略。

由表6可見(jiàn)：

因素1：Y6，Y7，Y8 的權(quán)重較大，故F1 主要由危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生量、危險(xiǎn)廢物綜合利用量、危險(xiǎn)廢物處置量3個(gè)指標(biāo)反映，代表了我國(guó)危險(xiǎn)廢物的產(chǎn)生利用能力。其對(duì)危險(xiǎn)廢物處理利用的貢獻(xiàn)最大，因子貢獻(xiàn)率達(dá)到了37.688%，是影響我國(guó)危險(xiǎn)固體廢物處理利用發(fā)展的主要因素。

因素2：Y1，Y2，Y3 的權(quán)重較大，故F2 主要由固體廢物產(chǎn)生量、固體廢物綜合利用量、固體廢物貯存量3 個(gè)指標(biāo)反映，代表了我國(guó)固體廢物的產(chǎn)生和利用能力。因子貢獻(xiàn)率達(dá)到了25.045%，是影響我國(guó)固體廢物處理利用發(fā)展的重要因素。

圖4 碎石圖

因素3：Y4，Y5，Y9 的權(quán)重較大，故F3 主要由固體廢物貯存量、固體廢物傾倒丟棄量、危險(xiǎn)廢物貯存量反映，代表了我國(guó)固體廢棄物的貯存回收能力，其因子貢獻(xiàn)率達(dá)到了18.560%。

由此得到的3 個(gè)因子所代表的經(jīng)濟(jì)意義為：F1 代表危險(xiǎn)固體廢物產(chǎn)生利用能力；F2 代表固體廢物產(chǎn)生利用能力；F3 代表固體廢物的貯存回收能力。這3 個(gè)因子分別從3 個(gè)方面對(duì)固體廢物處理利用進(jìn)行了解釋，較好地評(píng)價(jià)了我國(guó)各省市區(qū)固體廢物處理利用水平。依據(jù)表7，3 個(gè)因子的線性組合方程如下：

采用特征值法，按照以上3 個(gè)因子初始特征值占累積特征值比值為權(quán)重計(jì)算綜合得分，從而計(jì)算我國(guó)各省市區(qū)的綜合得分，來(lái)反映我國(guó)的固體廢物處理利用水平。計(jì)算公式如下：

其中：3.392+2.254+1.670=7.316。

由因子分析的原理可知，采用特征值法得到的綜合得分值越大，說(shuō)明該省市區(qū)的固廢處置利用水平也相對(duì)較高，因此，通過(guò)綜合得分值的大小比較，可以對(duì)我國(guó)各省市區(qū)的固廢處置利用綜合水平進(jìn)行比較和研究（見(jiàn)表8）。

表8 各因子得分及排名

2.4 評(píng)價(jià)結(jié)果

由表8可以看出：

（1）第一公因子排名前10 名的26 個(gè)省市區(qū)中，東部地區(qū)占據(jù)大部分，如山東、江蘇等，這說(shuō)明東部地區(qū)的危險(xiǎn)廢物處理利用水平要高于中、西部地區(qū)。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，一方面東部地區(qū)依據(jù)其優(yōu)越的地理位置經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快，工業(yè)產(chǎn)出相應(yīng)較多，金屬制造業(yè)等重工業(yè)產(chǎn)業(yè)所產(chǎn)生的危險(xiǎn)固體廢物的數(shù)量處于較高水平；另一方面，近幾年國(guó)家加強(qiáng)對(duì)環(huán)境保護(hù)的力度，東部地區(qū)以其優(yōu)越的地理位置和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，在人才和技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)均超過(guò)中西部地區(qū)。因此，在固廢處置利用水平上的優(yōu)勢(shì)較中西部明顯。

（2）第二公因子排名前10 名的26 個(gè)省市區(qū)，4 個(gè)位東部地區(qū)，中西部各3 個(gè)。依次為河北、山西、內(nèi)蒙古、遼寧、山東等，整體固廢處理利用水平較差的省市區(qū)有新疆、浙江、吉林、重慶等。以上排名說(shuō)明，在固體廢物處理利用水平方面，依舊是東部地區(qū)高于中西部地區(qū)，但是中西部省市區(qū)明顯增多，我國(guó)中西部地區(qū)是國(guó)家的重點(diǎn)戰(zhàn)略部署地區(qū)，隨著近幾年經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)所帶來(lái)的固體廢物也在增加，因此，中西部地區(qū)對(duì)產(chǎn)生的固體廢物的處理利用水平大大提高。

（3）第三公因子得分較高的省市區(qū)主要由中西部地區(qū)所占據(jù)，得分較高的依次有江西、青海、遼寧、新疆等。根據(jù)我國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒，1995—2010年?yáng)|中、西、部地區(qū)GDP 無(wú)論是總量還是人均量，其年增速都在15%左右。所以通過(guò)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的歷史也可以看出，這種高速的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)是通過(guò)粗放式的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式取得的，并沒(méi)有優(yōu)化資源配置，反而造成環(huán)境質(zhì)量的壓力。

（4）各因子綜合得分排名前10 名的省市區(qū)，東部地區(qū)占4 個(gè)，中西部占6 個(gè)，依次為山東、內(nèi)蒙古、青海、河北、遼寧等。而排名靠后的省市區(qū)依次是4 個(gè)在東部地區(qū)，中西部占6 個(gè)，依次為吉林、湖北、陜西等。由以上排名可以看出，我國(guó)各省市都在處理固廢方面加大了技術(shù)和資金的投入，才會(huì)在固廢處理和利用水平上大大提升，尤其是中西部地區(qū)部分省市區(qū)的處理利用水平大大超過(guò)東部地區(qū)。這也能與在2016年這個(gè)國(guó)家“十三五”規(guī)劃的開(kāi)局之年，國(guó)家對(duì)環(huán)保行業(yè)的投入資金加大有非常密切的關(guān)系。

3 對(duì)策與建議

在現(xiàn)有文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)，對(duì)2016年固體廢物的處理利用采用因子分析的實(shí)證研究，重點(diǎn)對(duì)不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的不同地區(qū)，實(shí)施不同的戰(zhàn)略決策，從政治、社會(huì)和技術(shù)3 個(gè)方面提出有針對(duì)性的對(duì)策與建議。

（1）政策跟進(jìn)治理源頭。目前我國(guó)針對(duì)固廢處理行業(yè)相應(yīng)地出臺(tái)一系列的政策，包括行業(yè)法律法規(guī)和管理政策等，但是目前較多的政策法規(guī)處于行業(yè)管理鏈的中端和底端，這就容易造成對(duì)固廢處理的管理延遲問(wèn)題的出現(xiàn)。這就需要把政策和管理跟進(jìn)固廢處理源頭，通過(guò)收費(fèi)制度促進(jìn)固廢產(chǎn)生者參與到固體廢物處理和管理系統(tǒng)中，貫徹生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，注重提高循環(huán)利用能力和無(wú)害化處理能力的同時(shí)，更要加強(qiáng)源頭減量和回收處理能力。這需要完善國(guó)家政策，每個(gè)地區(qū)再根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況做出調(diào)整，制定符合本地固廢發(fā)展情況的源頭跟進(jìn)政策。

（2）固廢處理工作是一項(xiàng)復(fù)雜又綜合的過(guò)程，社會(huì)管理更是需要嚴(yán)密的管理體系和法律法規(guī)。首先就是要完善固廢處理管理體系，這對(duì)于技術(shù)要求非常高的固廢綜合處理工作是很有必要的，通過(guò)有效的管理，才可以確保固廢處理相關(guān)職責(zé)的落實(shí)。其次，還要推進(jìn)固廢排放收費(fèi)制度，借鑒電子廢棄物回收管理制度——生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度，對(duì)于產(chǎn)生固廢的生產(chǎn)企業(yè)給予“補(bǔ)貼”，即處理固廢產(chǎn)生的費(fèi)用可以得到政府政策補(bǔ)貼支持。最后，要完善社會(huì)監(jiān)督體系，國(guó)家發(fā)布相應(yīng)的固廢處理法規(guī)，落實(shí)情況就需要?jiǎng)訂T全社會(huì)一起監(jiān)督，避免隨意處理、暴力填埋、焚燒等不合法固廢處理行為的出現(xiàn)。

（3）優(yōu)化生產(chǎn)工藝，創(chuàng)新固廢處理技術(shù)。首先，要在具體的生產(chǎn)活動(dòng)中進(jìn)一步改進(jìn)生產(chǎn)工藝，在國(guó)家對(duì)環(huán)保產(chǎn)業(yè)資金的大力支持下，生產(chǎn)企業(yè)要充分利用資金投入于研發(fā)新的更有效的生產(chǎn)工藝中，這樣不僅能夠簡(jiǎn)化工作步驟，還可以從源頭上減少固廢的數(shù)量。其次，固廢綜合處理技術(shù)水平的提高，也可以推動(dòng)固廢綜合處理工作的高效開(kāi)展，目前我國(guó)固廢處理依然處于較低水平，各個(gè)地區(qū)要進(jìn)一步加大對(duì)固廢處理技術(shù)的研發(fā)投入和技術(shù)成果的轉(zhuǎn)化，提高固廢綜合處理的技術(shù)效果。最后，要充分吸取國(guó)外先進(jìn)的廢物處理技術(shù)，在本國(guó)技術(shù)水平上進(jìn)一步改進(jìn)和提升，開(kāi)發(fā)一套適合本國(guó)的固廢處理新技術(shù)，可以廣泛適用于生產(chǎn)企業(yè)。