工業(yè)污染源產(chǎn)排污核算模型及參數(shù)量化方法

白 璐，喬 琦*， 張 玥， 李雪迎， 劉景洋， 許 文， 孫園園,2

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院， 國家環(huán)境保護生態(tài)工業(yè)重點實驗室， 北京 100012 2.同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 上海 200092

工業(yè)污染源產(chǎn)排污量的獲取是工業(yè)污染防治管理體系的基礎(chǔ)性工作，對掌握我國工業(yè)污染源的數(shù)量、行業(yè)和地區(qū)分布情況，以及制定相關(guān)的環(huán)境管理政策有重要意義[1-5]. 工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)法是污染源產(chǎn)排污量獲取的主要方法和重要工具. 我國的工業(yè)污染源產(chǎn)排污系數(shù)研究工作起步于20世紀(jì)90年代，在污染源清單編制、環(huán)境統(tǒng)計及歷次污染源普查和調(diào)查中發(fā)揮了重要作用[6-10]. 1996年至今，國內(nèi)先后開展過三次大規(guī)模產(chǎn)排污系數(shù)的制修訂[11]，產(chǎn)排污核算方法和系數(shù)制定方法也隨著對工業(yè)生產(chǎn)認(rèn)識程度的深入而逐步改進.

我國工業(yè)化發(fā)展階段的變化[12]決定了不同時期工業(yè)生產(chǎn)的工藝技術(shù)水平、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及污染治理水平的同步發(fā)展，具體表現(xiàn)在以下4個方面：①工業(yè)體系完整度高，與國際標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)分類(ISIC Rev.4)相比，我國的國民經(jīng)濟行業(yè)分類不僅行業(yè)全覆蓋，在制造業(yè)分類方面比ISIC Rev.4更為詳細[13]；②工業(yè)生產(chǎn)鏈條化，區(qū)域分工和專業(yè)化生產(chǎn)趨勢愈加明顯，傳統(tǒng)長流程工藝逐漸模塊化；③技術(shù)革新快，以合成氨生產(chǎn)為例，由于原料、工藝路線的改進升級，2017年采用煙煤、加壓氣化制氨工藝生產(chǎn)合成氨，每噸合成氨石油類產(chǎn)生量比2007年下降了82.3%[14]；④隨著生態(tài)環(huán)境執(zhí)法及監(jiān)管力度的不斷加強，企業(yè)治污能力整體提升，但同一治理技術(shù)在同行業(yè)不同區(qū)域、不同企業(yè)間運行狀態(tài)可能有所不同，同類型排污企業(yè)排放量的個體差異明顯.

工業(yè)代謝是工業(yè)生產(chǎn)中將原材料(生物質(zhì)、燃料、礦物質(zhì)、金屬等)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，并產(chǎn)生廢物的物理化學(xué)轉(zhuǎn)換過程的集合[15-18]. 開展工業(yè)代謝研究，通過識別和追蹤轉(zhuǎn)化過程中某一研究對象(物質(zhì)或能量)的變化(代謝)，以定量反映其所在工業(yè)體系的運行機制，利用該運行機制進一步調(diào)節(jié)和優(yōu)化代謝關(guān)系，以達到保護生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目的[19-24]. 工業(yè)生產(chǎn)和代謝過程異常復(fù)雜，從污染物產(chǎn)生到排放涉及輸入、轉(zhuǎn)化、治理和輸出等幾個基本過程. 借助物質(zhì)流分析等研究工具對工業(yè)污染物來源及代謝途徑的定性定量分析結(jié)果顯示，產(chǎn)排污規(guī)律因工業(yè)生產(chǎn)過程的不同而有較大差異[25-33]. 排放量核算方法的建立是基于對不同生產(chǎn)過程產(chǎn)排污規(guī)律的認(rèn)知并對其量化的過程，即在對工業(yè)生產(chǎn)及污染物的產(chǎn)生、排放路徑識別的基礎(chǔ)上開展代謝量(產(chǎn)生量及排放量)的定量化研究過程. 從工業(yè)代謝角度看，污染物的最終排放經(jīng)歷了從產(chǎn)生到去除的過程，排放量取決于產(chǎn)生量與去除量2個變量. 產(chǎn)生量一般由污染源的主要活動水平，如產(chǎn)品、工藝、原料、規(guī)模等決定. 污染物的去除量則主要受治理技術(shù)去除率以及污染治理設(shè)施運行狀態(tài)等雙因素影響，由此建立去除量核算的“雙因素法”. 由于企業(yè)的生產(chǎn)負荷狀態(tài)、管理水平、對環(huán)保的重視程度等原因?qū)е峦环N治理技術(shù)在同一行業(yè)不同企業(yè)內(nèi)的處理效果、運行狀態(tài)會有所差異. 這種差異應(yīng)通過對治理設(shè)施運行狀態(tài)的量化以實現(xiàn)對企業(yè)實際污染物去除率的動態(tài)校正，從而體現(xiàn)企業(yè)排放量的個性化差異.

該研究以工業(yè)代謝為理論基礎(chǔ)，在深入分析我國當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)特征和產(chǎn)排污規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出并構(gòu)建了符合工業(yè)生產(chǎn)和運營實際的產(chǎn)排污模塊化核算模型，重點針對核算單元的判定、產(chǎn)污水平影響因素組合識別、核算參數(shù)的量化制定，建立了工業(yè)污染源產(chǎn)排污核算方法，以期為排污個體在開展產(chǎn)排污量統(tǒng)計時提供一套統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的核算工具奠定基礎(chǔ).

1 工業(yè)污染源產(chǎn)排污模塊化核算模型構(gòu)建

1.1 產(chǎn)排污模塊化核算模型

工業(yè)生產(chǎn)和污染治理既是一個有機整體，又是存在上下游物質(zhì)能量代謝關(guān)系的2個相互耦合(關(guān)聯(lián))的獨立過程. 研究污染物產(chǎn)排量的核算與產(chǎn)排污系數(shù)制定方法時，需根據(jù)研究對象(不同行業(yè))的代謝特征，建立具有高度適應(yīng)性的核算方法. 工業(yè)污染源產(chǎn)排污模塊化核算模型是一個分類核算模型，其通過提取生產(chǎn)活動的共性以及突出不同生產(chǎn)過程和治理過程的個性，將工業(yè)生產(chǎn)和治理過程中的顯著性要素與污染物的產(chǎn)生和排放建立關(guān)聯(lián).

核算模型的建立應(yīng)遵循以下5個原則：①實用性原則，應(yīng)滿足和服務(wù)于產(chǎn)排污量核算的基本需求；②科學(xué)性原則，應(yīng)能夠反映出各類行業(yè)、不同生產(chǎn)情況污染物的產(chǎn)排污規(guī)律；③代表性原則，應(yīng)能代表行業(yè)產(chǎn)污和治理的平均水平；④全面性原則，應(yīng)覆蓋所有工業(yè)行業(yè)以及各行業(yè)產(chǎn)生、排放污染物的所有環(huán)節(jié)；⑤可操作性原則，核算方式的表達(公式)應(yīng)簡潔明了，便于理解和使用.

通過核算單元的篩選與產(chǎn)污水平影響因素及治理技術(shù)的識別，確定某一行業(yè)的影響因素組合，在此基礎(chǔ)上建立該行業(yè)的產(chǎn)排污模塊化核算模型(Pollutant Generation and Discharge Modular Accounting Model, 簡稱“PGDMA模型”). 核算單元指生產(chǎn)工藝中可獨立生產(chǎn)運行且產(chǎn)生排放污染物的生產(chǎn)工序的集合(也稱為產(chǎn)污工段)，是工業(yè)污染源產(chǎn)排污量核算的最基本單元，計算公式：

(1)

PWDi=f(xp,xm,xt,xs,xa)WDi

(2)

PFDj=f(xp,xm,xt,xs,xa)WDj

(3)

PE=PG×k×η

(4)

PD=PG-PE=PG(1-k×η)

(5)

式中：PG為污染物產(chǎn)生量，t/kg；PWDi為某一行業(yè)核算單元i的產(chǎn)污量，是該行業(yè)核算單元i的產(chǎn)品、原料、工藝、規(guī)模和其他條件的函數(shù)，t/kg；PFDj為通用核算單元j(如鍋爐等)的產(chǎn)污量，是通用核算單元j的產(chǎn)品、原料、工藝、規(guī)模和其他條件的函數(shù)，kg或t；xp為產(chǎn)品；xm為原料；xt為工藝；xs為規(guī)模；xa為其他條件(如地質(zhì)條件等)；PE為污染物去除量，kg或t；k為污染治理設(shè)施實際運行率，%；η為污染治理技術(shù)平均去除率，%；PD為污染物排放量，kg或t.

1.2 產(chǎn)排污模塊組建方法

1.2.1核算單元的判定方法

1.2.1.1基于工業(yè)代謝的行業(yè)類型劃分

我國工業(yè)體系門類全、產(chǎn)品種類多，生產(chǎn)工藝類型多樣且復(fù)雜. 依據(jù)GB/T 4754—2017《國民經(jīng)濟行業(yè)分類》 ，工業(yè)行業(yè)包含41個大類、666個小類行業(yè). 以往按照小類行業(yè)逐一制定產(chǎn)排污系數(shù)的方法雖然能實現(xiàn)行業(yè)全覆蓋，但由于部分行業(yè)產(chǎn)排污規(guī)律存在一致性或相似性必然造成核算體系的冗余. 在研究建立產(chǎn)排污核算方法時，更宜關(guān)注生產(chǎn)活動對產(chǎn)排污的影響而非工藝或產(chǎn)品本身. 為提高核算效率、降低系數(shù)冗余度，應(yīng)對工業(yè)行業(yè)通過進一步的識別和歸類，實現(xiàn)“提取共性、分類核算”.

按照生產(chǎn)過程中加工方式的不同，該研究將工業(yè)行業(yè)依據(jù)工業(yè)生產(chǎn)及產(chǎn)排污規(guī)律的一致性或相似性劃分為流程型生產(chǎn)和離散型生產(chǎn)(見圖1). 其中，流程型生產(chǎn)是通過對原材料采用物理或化學(xué)方法以批量或連續(xù)的方式進行生產(chǎn)的過程；離散型生產(chǎn)是對多個零件裝配組合的加工生產(chǎn)過程，主要發(fā)生物料物理性質(zhì)(形狀、組合)的變化. 流程型生產(chǎn)與離散型生產(chǎn)的產(chǎn)排污特征對比如表1所示. 以物質(zhì)代謝規(guī)律為視角，流程型和離散型行業(yè)的分類更適合于工業(yè)生產(chǎn)過程與污染物產(chǎn)排污規(guī)律之間的相關(guān)性分析.

圖1 流程型生產(chǎn)與離散型生產(chǎn)的代謝特征示意Fig.1 Schematic diagram of industrial metabolism characteristics of process production and discrete production

表1 流程型生產(chǎn)與離散型生產(chǎn)的產(chǎn)排污特征對比

1.2.1.2核算單元的多重篩選準(zhǔn)則

目前國內(nèi)三版產(chǎn)排污系數(shù)按照其制定的基準(zhǔn)年，可分為“96版”(即1996年出版的《工業(yè)污染物產(chǎn)生和排放系數(shù)手冊》)系數(shù)、“07版”(即2007年第一次全國污染源普查制定發(fā)布和使用的“一污普版”)系數(shù)和“17版”(即2017年第二次全國污染源普查制定發(fā)布和使用的“二污普版”)系數(shù). 將“96版”“07版”“17版”系數(shù)進行比較發(fā)現(xiàn)，目前我國工業(yè)生產(chǎn)活動逐漸體現(xiàn)出區(qū)域分工和專業(yè)化生產(chǎn)的趨勢，細化的、符合企業(yè)實際生產(chǎn)情況的核算需求日益凸顯[11]. 以往多數(shù)行業(yè)在系數(shù)制定時對影響因素中“工藝”的識別篩選僅考慮典型的全流程工藝，但實際上存在部分工序由獨立生產(chǎn)運行的企業(yè)完成的情況[34-35]. 因此，建立符合專業(yè)化分工背景下的模塊化核算方法，是產(chǎn)排污核算方法優(yōu)化的重要方向. PGDMA模型可以滿足不同核算單元按照實際生產(chǎn)狀況“可組合、可拆分”的核算需求.

該研究通過綜合評估我國工業(yè)生產(chǎn)活動中區(qū)域分工和專業(yè)化生產(chǎn)的現(xiàn)狀與趨勢，根據(jù)流程型和離散型生產(chǎn)代謝特點，分別建立了多準(zhǔn)則核算單元篩選方法. 其中，流程型行業(yè)核算單元的判定旨在符合產(chǎn)品生產(chǎn)過程與企業(yè)運營狀態(tài)的一致性，離散型核算單元的判定旨在提取共性產(chǎn)污環(huán)節(jié)，以滿足不同產(chǎn)品相似生產(chǎn)過程的核算需求.

流程型生產(chǎn)核算單元判定準(zhǔn)則：①可測量準(zhǔn)則. 核算單元需具備污染物采樣和測量的條件. ②現(xiàn)實性準(zhǔn)則. 核算單元須涵蓋現(xiàn)實中運營的企業(yè)或企業(yè)內(nèi)部獨立運行的車間. 對于沒有污染物產(chǎn)生的工藝過程，無需作為核算單元. 理論上，核算單元數(shù)≤工藝過程數(shù). ③適度性準(zhǔn)則. 減少冗余度，避免核算單元拆分過細導(dǎo)致參數(shù)獲取難度增加，保障核算單元的完整性. 當(dāng)不同工藝過程之間具有水循環(huán)、能量梯級利用等關(guān)聯(lián)代謝關(guān)系時不可拆分. 流程型生產(chǎn)過程核算單元判定如圖2所示.

圖2 流程型行業(yè)核算單元判定示意Fig.2 Schematic diagram of separation of accounting unit for process industry

離散型生產(chǎn)核算單元提取準(zhǔn)則: ①目的性準(zhǔn)則.基于污染物產(chǎn)生量核算對核算單元進行提取，重點關(guān)注產(chǎn)污量或環(huán)境影響較大的工藝，如表面處理、涂裝、焊接、注塑等. ②完整性準(zhǔn)則. 提取后的核算單元應(yīng)能覆蓋生產(chǎn)該產(chǎn)品所需的所有產(chǎn)生污染物的工藝過程. ③通用性準(zhǔn)則. 所提取的核算單元在同行業(yè)不同產(chǎn)品產(chǎn)排污特征及產(chǎn)排污量方面應(yīng)具有相似性或一致性，滿足通用核算需求.

1.2.2影響因素組合的識別與確定

影響因素組合指某一核算單元內(nèi)對污染物產(chǎn)生與排放有顯著性影響的因素(如產(chǎn)品、原材料、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)規(guī)模、治理技術(shù)等)的組合. 通過影響因素組合，能反映一個獨立核算單元中主要的產(chǎn)污環(huán)節(jié)、產(chǎn)品、工藝、原料和治理技術(shù)等基本信息. 同一組合中不同企業(yè)相同核算單元的產(chǎn)污強度接近，排放強度則根據(jù)企業(yè)治理設(shè)施的實際運行狀況有所不同. 最終確立的某一行業(yè)影響因素組合是在對行業(yè)生產(chǎn)活動及產(chǎn)排污現(xiàn)狀充分了解的基礎(chǔ)上，基于統(tǒng)計學(xué)理論并綜合權(quán)衡技術(shù)與經(jīng)濟可行性的結(jié)果.

1.2.2.1產(chǎn)污水平影響因素

一般情況下生產(chǎn)過程中污染物產(chǎn)生量是產(chǎn)品、工藝、原料、規(guī)模等因素的函數(shù)〔見式(2)(3)〕. 對于任意2個企業(yè)中相同的核算單元，只要其產(chǎn)污影響因素組合相同，就可以認(rèn)為這2個企業(yè)相同核算單元產(chǎn)生的污染物量大致相同，可將它們視為同一核算單元進行分析.

1.2.2.2基于多元統(tǒng)計分析的產(chǎn)污影響因素組合量化確定

對污染物產(chǎn)生的影響因素識別是工業(yè)污染源產(chǎn)排污核算體系確立的核心內(nèi)容，也是核算參數(shù)量化研究中的重點和難點. 在“07版”系數(shù)制造時除個別行業(yè)采用物料衡算法計算產(chǎn)污系數(shù)(如火電行業(yè)的二氧化硫和顆粒物的產(chǎn)污系數(shù))外，其他行業(yè)的影響因素組合識別多以定性判斷為主，即由對該行業(yè)產(chǎn)排污情況掌握和熟悉的專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)經(jīng)驗判斷劃分組合，再咨詢相關(guān)行業(yè)及環(huán)保專家確定. 受基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等條件限制，“17版”系數(shù)仍沿用了“07版”系數(shù)的定性判斷方式，但對其進行了改進：一方面通過開展“07版”系數(shù)影響因素組合的適用性評估，為“17版”系數(shù)組合的確定提供借鑒；另一方面，開發(fā)了基于多元統(tǒng)計分析的產(chǎn)污系數(shù)影響因素組合定量識別技術(shù)，并在部分?jǐn)?shù)據(jù)積累較好的行業(yè)開展了探索性應(yīng)用. 在核定、量化產(chǎn)污系數(shù)時，通過回歸分析建立污染物產(chǎn)生量與某些關(guān)鍵影響因素的相關(guān)性及敏感性分析，確立影響因素組合. 基于此，運用改良后的方差分析法(閾值逼近法)和決策樹方法建立了工業(yè)行業(yè)產(chǎn)污水平影響因素組合判定方法，并在制糖行業(yè)(行業(yè)代碼134)及非專業(yè)視聽設(shè)備制造業(yè)(行業(yè)代碼395)開展了應(yīng)用.

1.3 PGDMA模型核算參數(shù)量化方法

根據(jù)式(1)可知，相比傳統(tǒng)核算方法，PGDMA模型沿用了采用產(chǎn)污系數(shù)計算產(chǎn)生量的核算方式，而與治理技術(shù)和治理水平變化密切相關(guān)的排污系數(shù)則改用污染治理技術(shù)平均去除率和污染治理設(shè)施實際運行率雙因素表征. 由于系數(shù)法的構(gòu)成較之前發(fā)生了變化(不再有排污系數(shù))，因此該研究中的核算參數(shù)包括產(chǎn)污系數(shù)、污染治理技術(shù)去除率、污染治理設(shè)施實際運行率等.

核算參數(shù)的制定既需要遵循不同工業(yè)行業(yè)污染物產(chǎn)生和排放規(guī)律，又要實現(xiàn)各行業(yè)系數(shù)表達與核算體系的統(tǒng)一，因此建立明確的流程和方法十分必要. 核算參數(shù)的量化流程包括：①依據(jù)行業(yè)分類結(jié)果(流程型/離散型)，在對行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及產(chǎn)排污現(xiàn)狀充分了解和掌握的基礎(chǔ)上，基于多重準(zhǔn)則方法篩選主要核算單元(產(chǎn)污工段)，識別確定產(chǎn)污系數(shù)主要影響因素以及主要的治理技術(shù)，初步建立核算模型框架. ②針對不同行業(yè)的生產(chǎn)特征和屬性，依據(jù)行業(yè)內(nèi)企業(yè)數(shù)量、產(chǎn)排污現(xiàn)狀信息等，運用數(shù)理統(tǒng)計方法合理確定不同調(diào)查組合的樣本量并開展調(diào)研實測，獲取樣本數(shù)據(jù). ③進行數(shù)據(jù)處理，分別得到個體產(chǎn)污系數(shù)及行業(yè)平均產(chǎn)污系數(shù)、治理技術(shù)平均去除率，研究確定污染治理設(shè)施實際運行率的核定公式. ④開展核算參數(shù)的驗證，依據(jù)驗證結(jié)果進一步校核修訂，最終確定參數(shù)數(shù)值.

1.3.1產(chǎn)污系數(shù)量化

產(chǎn)污系數(shù)是指在一定的技術(shù)經(jīng)濟和管理等條件下生產(chǎn)單位產(chǎn)品(或使用單位原料)所產(chǎn)生的污染物量. 產(chǎn)污系數(shù)量化是將核算單元內(nèi)某污染物產(chǎn)生量通過單位產(chǎn)品或原料進行表達的過程. 通過對某行業(yè)、某影響因素組合條件下不同樣本企業(yè)核算單元個體產(chǎn)污系數(shù)的處理(加權(quán)平均或統(tǒng)計中位數(shù))，得到該影響因素組合條件下的平均產(chǎn)污系數(shù). 個體產(chǎn)污系數(shù)(Rβ)和平均產(chǎn)污系數(shù)(RG)之間的關(guān)系如圖3所示.

1.3.1.1個體產(chǎn)污系數(shù)

通過對某一組合條件下某樣本企業(yè)核算單元不同來源、不同批次樣本數(shù)據(jù)的處理(加權(quán)平均或算數(shù)平均)，得到該組合條件下樣本企業(yè)的個體產(chǎn)污系數(shù).

個體產(chǎn)污系數(shù)的計算公式：

(6)

式中：Ge為某一批次采集(或調(diào)查)時間內(nèi)樣本污染物的產(chǎn)生量；Me為某一批次樣本采集時間內(nèi)產(chǎn)品的總量(或原料總量)，單位一般為長度、質(zhì)量、體積、面積單位等；We為不同批次樣本產(chǎn)污系數(shù)的權(quán)重，若不同批次樣本數(shù)據(jù)來源不同(實測數(shù)、歷史實測數(shù)、模擬數(shù)據(jù))，則權(quán)重可由不同來源數(shù)據(jù)的原始樣本數(shù)目比例、數(shù)據(jù)差異性和質(zhì)量保證等確定，各批次權(quán)重之和為1；y為總樣本數(shù).

圖3 個體產(chǎn)污系數(shù)與平均產(chǎn)污系數(shù)的關(guān)系Fig.3 Schematic diagram of relationship between individual pollution generation coefficient and average pollution generation coefficient

1.3.1.2平均產(chǎn)污系數(shù)

某一影響因素組合條件下，平均產(chǎn)污系數(shù)的建議表達式見式(7)～(9).

加權(quán)平均法計算公式：

(7)

式中：Wp為不同樣本企業(yè)個體產(chǎn)污系數(shù)的權(quán)重，一般根據(jù)樣本企業(yè)的代表性確定，權(quán)重之和為1；f為總樣本數(shù).

中位數(shù)法計算公式：

(8)

函數(shù)法計算公式：

RG=f(x1,x2,….xl)l≥1

(9)

式中，xl為與污染物產(chǎn)生量存在函數(shù)關(guān)系的相關(guān)參數(shù).

1.3.2治理技術(shù)平均去除率量化

在某影響因素組合條件下，對某一污染治理技術(shù)的樣本企業(yè)內(nèi)不同批次的污染物去除率數(shù)據(jù)進行加權(quán)平均或算術(shù)平均，得到該污染治理技術(shù)的個體污染去除率. 個體去除率指單個樣本企業(yè)某一污染物在治理設(shè)施處理前、后的質(zhì)量差值與處理前質(zhì)量的比值，以百分?jǐn)?shù)表示，計算公式：

(10)

式中：ηβ為個體去除率，%；QS、QE為治理設(shè)施進、出口廢水流量或標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體流量，m3/d或L/min等；CS、CE為治理設(shè)施進、出口污染物濃度，mg/m3；ηc為無組織排放污染物(如無組織排放的顆粒物或揮發(fā)性有機物)治理設(shè)施對該污染物的收集效率，%.

1.3.3治理設(shè)施實際運行率表征

污染治理設(shè)施實際運行率(k)是表征在相同產(chǎn)污水平條件下，采用相同污染治理技術(shù)和設(shè)施的不同企業(yè)污染物去除效果不同的參數(shù). 通過明確污染治理設(shè)施的實際運行率，有利于提升企業(yè)實際污染排放量統(tǒng)計時的準(zhǔn)確性.k值反映的是污染治理設(shè)施運行的狀態(tài)，運行越穩(wěn)定、運行時間越長，值越高. 在k取值上，如果連續(xù)穩(wěn)定運行的理想狀態(tài)定義為1，則非連續(xù)穩(wěn)定運行的狀態(tài)在0～1之間. 實際運行率一般并不能直接測量，而是通過能夠反映治理設(shè)施運行狀態(tài)的參數(shù)計算得出. 例如，將環(huán)保設(shè)施運行時長與對應(yīng)產(chǎn)污工段生產(chǎn)時長進行對比〔見式(11)〕，或通過對治理設(shè)施運行期間的耗電量進行核定〔見式(12)〕等.

k=sd/ssd

(11)

k=Dt/(Gr×Tr)

(12)

式中：sd為環(huán)保設(shè)施運行時長，h/a；ssd為對應(yīng)產(chǎn)污工段生產(chǎn)的時長，h/a；Dt為治理設(shè)施耗電量，kW·h；Gr為治理設(shè)施額定功率，kW；Tr為治理設(shè)施運行時間，h.

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)排污模塊組建結(jié)果

2.1.1行業(yè)類型劃分

根據(jù)離散型及流程型生產(chǎn)的定義及代謝特點，GB/T 4754—2017的41個大類行業(yè)中有29個屬于流程型行業(yè)，12個屬于離散型行業(yè)(見圖4). 實際生產(chǎn)中，流程型行業(yè)中也有部分離散型生產(chǎn)過程，如醫(yī)藥制造業(yè)中的藥劑分裝環(huán)節(jié)；離散型行業(yè)中也存在流程型工藝，如表面處理工藝等. 在行業(yè)分類時以行業(yè)的主導(dǎo)代謝類型劃分，即以離散型生產(chǎn)為主的行業(yè)劃分為離散型行業(yè)，以流程型生產(chǎn)為主的行業(yè)劃分為流程型行業(yè).

2.1.2核算單元判定與冗余度分析

根據(jù)該研究提出的流程型和離散型行業(yè)核算單元的識別和篩選準(zhǔn)則，41個行業(yè)產(chǎn)排污核算單元制定結(jié)果如圖4所示. 由圖4可見，流程型行業(yè)核算單元數(shù)量遠多于離散型行業(yè). 一方面，因為流程型行業(yè)產(chǎn)品類型多、工藝流程長. 例如，核算單元最多的2個行業(yè)代碼分別為26(化學(xué)原料和化學(xué)制品制造)和25(石油加工、煉焦和核燃料加工)，前者包含了有機化工產(chǎn)品和無機化工產(chǎn)品生產(chǎn)，企業(yè)規(guī)模多樣、生產(chǎn)方式多樣、原料眾多且難以統(tǒng)計，生產(chǎn)工藝因產(chǎn)品不同而變化，而后者生產(chǎn)流程長、下游產(chǎn)品發(fā)散. 另一方面，按專業(yè)化分工生產(chǎn)的現(xiàn)狀，傳統(tǒng)長流程工藝實現(xiàn)了模塊化核算，以水泥行業(yè)為例，按照流程型行業(yè)拆分準(zhǔn)則，根據(jù)我國水泥生產(chǎn)現(xiàn)狀，全流程水泥工藝可拆分為熟料生產(chǎn)環(huán)節(jié)、水泥生產(chǎn)環(huán)節(jié)、粉磨站環(huán)節(jié)，符合當(dāng)前水泥行業(yè)粉磨站獨立運營的現(xiàn)狀.

在“17版”系數(shù)之前，產(chǎn)排污系數(shù)制定一般按照《國民經(jīng)濟行業(yè)分類》標(biāo)準(zhǔn)分行業(yè)開展. 而基于行業(yè)代謝特征分類的模塊化產(chǎn)排污核算系數(shù)體系的建立，不僅增強了系數(shù)的適用性，更提升了系數(shù)的覆蓋度，特別是對于產(chǎn)品規(guī)格不一、功能不同且升級換代相對頻繁的離散型行業(yè)而言，不僅可實現(xiàn)各種產(chǎn)品生產(chǎn)過程產(chǎn)污量的核算，也便于產(chǎn)污系數(shù)的動態(tài)更新和調(diào)整. 以機械加工類行業(yè)(行業(yè)代碼為33～37)為例，根據(jù)該行業(yè)生產(chǎn)加工的特點和主要產(chǎn)排污特征，共篩選提取了17個產(chǎn)污環(huán)節(jié)，包括鑄造、鍛造、粉末冶金、下料、沖壓、預(yù)處理、機械加工、樹脂纖維加工、焊接、粘接、轉(zhuǎn)化膜處理、熱處理、裝配、涂裝、檢驗測試、熱浸鋅、表面處理. 以離散型行業(yè)音響設(shè)備制造和影視錄放設(shè)備制造為例，“17版”系數(shù)所提取的6個共性產(chǎn)污工段覆蓋了該行業(yè)的全部產(chǎn)污環(huán)節(jié)，比“07版”系數(shù)的核算單元減少了57.14%，大幅減少了產(chǎn)污系數(shù)的冗余.

該研究結(jié)果在第二次全國污染源普查工業(yè)企業(yè)產(chǎn)排污量核算中的應(yīng)用表明，產(chǎn)污環(huán)節(jié)劃分符合行業(yè)特點，適用于我國現(xiàn)階段工業(yè)企業(yè)實際生產(chǎn)情況.

2.1.3影響因素組合識別

影響不同行業(yè)產(chǎn)污水平的因素不同，需區(qū)分對待. 表2列舉了部分行業(yè)產(chǎn)污水平的主要影響因素. 對于流程型行業(yè)(如采礦業(yè))，其產(chǎn)污系數(shù)與自然條件關(guān)系密切，如煤炭開采行業(yè)不同礦區(qū)礦井水的產(chǎn)排量差別較大，產(chǎn)污系數(shù)核算需將區(qū)域作為分類主要因素[36]；石油開采業(yè)中不同油田含水率對水污染物的產(chǎn)排量影響較大，產(chǎn)污系數(shù)核算時需考慮油田含水率的差異[37]；制造業(yè)以及電力、熱力、燃氣及水生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)中，一般涉及燃燒過程(如各類鍋爐和爐窯)的污染物產(chǎn)生主要受原料種類及數(shù)量影響，其次也受產(chǎn)品、工藝、規(guī)模的影響[38]. 對于離散型行業(yè)，污染物產(chǎn)生一般主要與產(chǎn)品有關(guān)，而當(dāng)產(chǎn)品差異性較大時，影響因素優(yōu)先考慮原料，其次考慮工藝和規(guī)模.

表2 部分行業(yè)產(chǎn)污水平主要影響因素

2.2 核算參數(shù)量化結(jié)果

按上述PGEMA模型構(gòu)建方法及參數(shù)量化方法，“17版”系數(shù)研究制定了41個大類工業(yè)行業(yè)(657個小類行業(yè))的產(chǎn)排污核算方法及參數(shù)，共計得到940個核算環(huán)節(jié)、1 291 種主要產(chǎn)品、1 575 種原料、1 521 個工藝的 31 219 個廢水和廢氣污染物的產(chǎn)污系數(shù)以及 101 358 種污染治理技術(shù)去除率. “17版”系數(shù)與“07版”系數(shù)的行業(yè)范圍及核算參數(shù)結(jié)果對比見圖5. “17版”系數(shù)41個大類工業(yè)行業(yè)的產(chǎn)品、原料、工藝及產(chǎn)污系數(shù)、污染治理技術(shù)數(shù)量如圖6所示.

圖5 “17版”與“07版”系數(shù)核算參數(shù)結(jié)果對比Fig.5 Comparison of pollutants generation parameters between ‘17 edition’ and ‘07 edition’

注：圖中圓圈外數(shù)值為行業(yè)代碼; 圓圈內(nèi)數(shù)值代表參數(shù)數(shù)量,單位為個.圖6 “17版”系數(shù)各行業(yè)核算參數(shù)結(jié)果Fig.6 Schematic diagram of accounting parameters in ‘17 edition’

2.3 討論

2.3.1模塊化核算模型使用場景

實踐表明，運用該模型進行污染物產(chǎn)排污量核算時需注意以下3個方面：①模塊化核算模型在應(yīng)用時應(yīng)注意覆蓋核算對象的所有產(chǎn)排污環(huán)節(jié). ②對于通用公用設(shè)施(如鍋爐等)，可直接引用. 而對于產(chǎn)排污特征類似的核算單元，可以進行跨行業(yè)類比. ③實際生產(chǎn)中水污染物和大氣污染物的污染治理過程有所不同(見圖7).

圖7 水及大氣污染物排放量核算示意Fig.7 Schematic diagram of waste water and gas pollutant discharge accounting

由圖7(a)可見，如企業(yè)存在廢水經(jīng)廠內(nèi)污水處理站處理后回用的情況，在核算該企業(yè)排出廠界的水污染物排放量時，需在利用產(chǎn)排污核算基礎(chǔ)公式時再扣除廢水回用的部分，相應(yīng)的水污染物排放量計算公式：

PE=PD×k×η×(1-?)

(13)

式中，?為企業(yè)的廢水回用率.

由圖7(b)可見，大氣污染物存在多個排放節(jié)點(煙囪)，若企業(yè)內(nèi)有多個核算環(huán)節(jié)涉及大氣污染物的產(chǎn)生，應(yīng)對多個核算環(huán)節(jié)的產(chǎn)生量與排放量分別核算后匯總. 圖7(b)中PGi表示企業(yè)內(nèi)某一煙囪或大氣排放點某污染物的產(chǎn)生量，PDx為排放量；同一煙囪排口若涉及多個核算單元，則該排口某污染物排放量為對應(yīng)的所有核算單元污染物經(jīng)處理后的排放量之和. 以圖7(b)為例，位于大氣排口a的污染物排放量(PDa)的計算公式：

PDa=[PG1(1-η1×k1)+

PG2(1-η2×k2)]×(1-ηa×ka)

(14)

式中：ηa為核算單元a污染治理設(shè)施的平均治理(去除)率，若該核算單元無污染治理設(shè)施，則ηa=0；ka為核算單元a污染治理設(shè)施實際運行率，若該核算單元無污染治理設(shè)施，則ka=0.

該企業(yè)某污染物的總排放量PD計算公式：

(15)

2.3.2多元統(tǒng)計分析在產(chǎn)污水平影響因素組合判定中的應(yīng)用

“07版”系數(shù)中制糖行業(yè)(行業(yè)代碼134)產(chǎn)污系數(shù)核算時，由于缺少定量判斷的方法，難以確定產(chǎn)污水平的變化是由于原料成分的波動還是生產(chǎn)規(guī)模不同所致，因此未考慮生產(chǎn)規(guī)模對產(chǎn)污量的影響. 該研究將產(chǎn)污系數(shù)作為因變量，對195個樣本的多元回歸分析結(jié)果表明，制糖行業(yè)原料、生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)規(guī)模均與產(chǎn)污系數(shù)具有較強的相關(guān)性，其中生產(chǎn)規(guī)模的影響最為顯著，且與產(chǎn)污系數(shù)呈負相關(guān). 對比“07版”系數(shù)中甘蔗和甜菜制糖過程的COD產(chǎn)污系數(shù)影響因素組合(見表3)發(fā)現(xiàn)，該研究由于對生產(chǎn)規(guī)模依據(jù)產(chǎn)污水平進行了合理分類，甘蔗和甜菜制糖過程COD系數(shù)組合數(shù)量由原來的2個增至5個，提升了制糖行業(yè)產(chǎn)污系數(shù)的適用性和代表性.

表3 甘蔗、甜菜制糖過程COD產(chǎn)污系數(shù)影響因素組合變化

針對非專業(yè)視聽設(shè)備制造行業(yè)，利用離散型生產(chǎn)核算單元提取準(zhǔn)則識別確定了6個共性核算單元. 以注塑核算單元為例，采用決策樹分析方法確定了34種影響因素組合的151個污染物的產(chǎn)污系數(shù). 各核算環(huán)節(jié)影響因素組合數(shù)及產(chǎn)污系數(shù)個數(shù)如圖8所示.

圖8 非專業(yè)視聽設(shè)備制造行業(yè)各核算環(huán)節(jié)影響因素組合數(shù)和產(chǎn)污系數(shù)個數(shù)Fig.8 Number of combination of influencing factors and pollution generation coefficient of different accounting units from non-professional audio-visual equipment manufacturing industry

2.3.3數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

核算參數(shù)的制定需要有一定數(shù)量具有代表性的樣本企業(yè)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)從個體產(chǎn)污系數(shù)到行業(yè)平均產(chǎn)污系數(shù)的計算. 樣本企業(yè)的選取采用一般分層抽樣與隨機抽樣相結(jié)合的方式. 在選取時，不僅要考慮到同一影響因素組合下該企業(yè)在產(chǎn)品、工藝、規(guī)模、原材料路線、治理技術(shù)、投產(chǎn)年限、開工情況等方面的代表性，還應(yīng)充分考慮該行業(yè)生產(chǎn)布局的區(qū)域分布差異，盡可能地覆蓋該行業(yè)具有明顯區(qū)域特征的地區(qū). 優(yōu)先選擇該行業(yè)生產(chǎn)密集地區(qū)的代表性企業(yè)，如馬鈴薯淀粉制造行業(yè)選擇內(nèi)蒙古自治區(qū)等地區(qū)，木薯淀粉選擇廣西壯族自治區(qū)等地區(qū)，玉米淀粉選擇山東省等地區(qū)，寵物飼料選擇河北省等地區(qū)，大豆油選擇山東省和東北地區(qū)為樣本采集地點. 此外，還需注意產(chǎn)排污核算體系的主要用戶多以缺乏監(jiān)測數(shù)據(jù)或無法采用實測法進行排污量核算填報的企業(yè)為主，此類企業(yè)的代表性也應(yīng)充分考慮.

用于參數(shù)制定的數(shù)據(jù)一般包括現(xiàn)場調(diào)查與實測數(shù)據(jù)、歷史調(diào)查與評估數(shù)據(jù)，以及試驗或模型模擬數(shù)據(jù)等. 為進一步規(guī)范不同行業(yè)數(shù)據(jù)收集和核算的規(guī)范性，“17版”系數(shù)制定過程中采用了統(tǒng)一的樣本企業(yè)調(diào)查表，并開發(fā)了“工業(yè)污染源產(chǎn)排污核算系數(shù)數(shù)據(jù)動態(tài)管理系統(tǒng)”. 將企業(yè)調(diào)查表調(diào)查的信息全部導(dǎo)入系統(tǒng)，通過系統(tǒng)設(shè)定的邏輯關(guān)系和數(shù)據(jù)校驗條件對數(shù)據(jù)進行審核，從而提升數(shù)據(jù)質(zhì)量. 該系統(tǒng)還建立了樣本企業(yè)數(shù)據(jù)與產(chǎn)污系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)產(chǎn)污系數(shù)可溯源至樣本企業(yè).

核算參數(shù)的最終核定需經(jīng)過多級檢驗和校核. 所有用于參數(shù)制定的原始數(shù)據(jù)需滿足數(shù)據(jù)質(zhì)量要求才可用于計算；對初始得到的核算參數(shù)應(yīng)按照是否符合行業(yè)內(nèi)產(chǎn)排污規(guī)律以及物料衡算等依據(jù)進行內(nèi)部自評估及校核；可邀請行業(yè)內(nèi)環(huán)保專家對核算參數(shù)進行技術(shù)把關(guān)和評審；通過評審后應(yīng)將核算參數(shù)用于非樣本企業(yè)的驗證，實現(xiàn)核算參數(shù)的校核修訂，對于核算過程中偏差較大的參數(shù)，應(yīng)通過補充樣本數(shù)據(jù)或修訂影響因素組合等方式對參數(shù)實現(xiàn)校核，形成最終的核算參數(shù).

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

a) 工業(yè)代謝分析是進行工業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)排污規(guī)律識別和量化的重要理論依據(jù)及工具. 污染物排放量是產(chǎn)生量和去除量的差值，而去除量核算時應(yīng)考慮治理技術(shù)去除率以及污染治理設(shè)施運行狀態(tài)雙因素的影響.

b) 我國工業(yè)行業(yè)雖類型多樣、產(chǎn)品工藝種類豐富，但開展產(chǎn)排污核算研究時宜更關(guān)注生產(chǎn)活動對產(chǎn)排污的影響而非工藝或產(chǎn)品本身. 通過對工業(yè)行業(yè)進一步的識別和歸類，實現(xiàn)“提取共性、分類核算”，可提高核算效率、降低核算參數(shù)冗余度.

c) 當(dāng)前區(qū)域分工和專業(yè)化生產(chǎn)現(xiàn)狀要求產(chǎn)排污核算方法應(yīng)與之相適應(yīng)，所建立的核算模型應(yīng)具有模塊化特征——“可組合、可拆分”，即若干核算單元可組合為長流程工藝，長流程工藝可拆分為若干核算單元.

d) GB/T 4754—2017《國民經(jīng)濟行業(yè)分類》中41個大類工業(yè)行業(yè)可劃分為29個流程型行業(yè)和12個離散型行業(yè). 基于產(chǎn)排污核算模型及參數(shù)量化方法，41個大類工業(yè)行業(yè)(657個小類行業(yè))共計識別出940個核算單元，針對 1 291 種主要產(chǎn)品、1 575 種原料、1 521 個工藝的影響因素組合產(chǎn)出 31 219 個廢水、廢氣污染物的產(chǎn)污系數(shù)以及 101 358 種污染治理技術(shù)去除率.

3.2 建議

a) 通過該研究建立的PGDMA模型及參數(shù)能夠較為客觀地反映各行業(yè)不同類型污染源產(chǎn)生和排放污染物的種類、數(shù)量、產(chǎn)排污節(jié)點等信息，可滿足污染源普查、生態(tài)環(huán)境統(tǒng)計、排污許可、環(huán)境稅、污染源源強核算、環(huán)境影響評價、環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)制修訂、清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系制(修)訂、大氣污染源清單和水污染源清單等一系列環(huán)境管理制度的核算需求[39]. 此外，產(chǎn)排污核算模型及其包含的產(chǎn)品、原料、工藝、規(guī)模及治理技術(shù)等海量信息，可為區(qū)域污染減排潛力測算、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、環(huán)境準(zhǔn)入等提供定量依據(jù)，應(yīng)作為產(chǎn)排污核算數(shù)據(jù)的進一步開發(fā)方向.

b) 由于我國工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)品類別及型號規(guī)格、原輔材料及成分、產(chǎn)污工藝類型等眾多，核算參數(shù)無法實現(xiàn)完全覆蓋，只能選擇相似生產(chǎn)環(huán)節(jié)的系數(shù)或類比采用校正系數(shù)等方式進行產(chǎn)排污核算，核算結(jié)果可能存在一定偏差. 此外，經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的持續(xù)變動升級、節(jié)能減排政策的深入實施，各類工業(yè)企業(yè)技術(shù)更新周期加快，污染治理技術(shù)的不斷變化，造成核算參數(shù)的制定始終滯后于工業(yè)生產(chǎn)活動的變化. 產(chǎn)排污核算參數(shù)作為一種具有動態(tài)性和實效性的工具性參數(shù)，應(yīng)及時開展動態(tài)更新.

c) 模塊化的產(chǎn)排污核算模型構(gòu)建及參數(shù)量化需對各行業(yè)不同類型污染源產(chǎn)排污環(huán)節(jié)和規(guī)律進行充分分析和研究，涉及核算單元與樣本選取、數(shù)據(jù)獲取、實地監(jiān)測、數(shù)據(jù)加工處理、系數(shù)表達、誤差分析和系數(shù)驗證等過程. 建立完善和規(guī)范的核算技術(shù)體系，是實現(xiàn)核算參數(shù)代表性、可更新性和可擴展性的必要保障. 該研究為實現(xiàn)產(chǎn)排污核算模型構(gòu)建及參數(shù)量化的統(tǒng)一奠定了基礎(chǔ)，建議以該研究中參數(shù)量化方法為依據(jù)，編制產(chǎn)排污核算方法及系數(shù)制定的標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)指南，為后續(xù)核算參數(shù)的動態(tài)更新或各地方制定本地化核算參數(shù)提供統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范.

d) 目前企業(yè)的環(huán)境管理水平、生產(chǎn)管理水平等主觀因素的影響在核算參數(shù)制定中尚未實現(xiàn)定量化考慮；受數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)有效性的影響, 產(chǎn)污水平影響因素組合的確定以及產(chǎn)污系數(shù)不確定性分析以定性分析為主，在后續(xù)研究中應(yīng)不斷加強數(shù)據(jù)積累和對行業(yè)的跟蹤觀察，同時需不斷深入挖掘產(chǎn)污系數(shù)影響因素組合的定量分析技術(shù)并擴展其應(yīng)用，逐步實現(xiàn)全行業(yè)影響因素組合的定量識別和系數(shù)不確定性的定量分析.

e) 治理設(shè)施實際運行率(k)一般并不能直接測量，而是通過能夠反映治理設(shè)施運行狀態(tài)的參數(shù)計算得出. 目前k值表征公式較為單一且可核準(zhǔn)性有限，亟需通過更廣泛深入的監(jiān)測手段和數(shù)據(jù)，量化核準(zhǔn)不同行業(yè)各類治理設(shè)施的實際運行狀態(tài)的指示性因子，不斷完善治理設(shè)施運行率的表征方式.