磷化工清潔生產評估模型研究現狀與建議*

2018-11-20 11:17:34胡玉璽劉新儒吳曉磊孫道元董隴軍

現代礦業 2018年10期

胡玉璽劉新儒吳曉磊孫道元董隴軍

(1.北京大學工學院；2.國家濕地保護與修復技術中心；3.中南大學出版社；4.中南大學數學與統計學院；5.中南大學資源與安全工程學院)

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處磷礦產地，分散在全國27個省和地區[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。隨著農業的發展和磷肥的使用，我國磷化工行業高速發展，對磷礦石的需求不斷增大，也隨之產生了環境污染問題，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、塌陷等地質災害共同點外，由于磷灰石主要化學成分是磷酸鈣，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，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、選礦環節，主要污染物有SO2、TSP、NOx等。另外，噪聲也是礦區環境污染源之一。礦山噪聲主要來源于開采等過程中機器設備發出的噪聲，會對職工的聽力造成影響[6]。

清潔生產是可持續發展戰略的基礎和手段之一，可以幫助企業、政府、民眾轉變傳統的生產管理理念和方式[7]。實施清潔生產有助于改變經濟增長方式，從傳統的以犧牲環境為代價到以保護環境為前提，提高經濟增長質量，有效治理工業污染，保護生態環境和人民健康，實現環境效益、經濟效益和社會效益的統一[8]。企業不僅關注清潔生產的實施，更應關注清潔生產的綜合效益，因此清潔生產評價是當前清潔生產的一個主要研究方向[9]。

1 清潔生產評估研究現狀

1.1 國外清潔生產評估研究現狀

國外在礦山清潔生產方面的研究很早，積累了豐富的技術和經驗。1960年，清潔生產起始于美國化學行業的污染預防審核[10]。1989年，聯合國環境規劃署首次提出清潔生產的概念[11]。1992年，在聯合國環境與發展大會上，聯合國認為實施清潔生產是實現可持續發展的重要手段之一，同時也認為工業可以通過清潔生產達到改善環境、提高利潤和保持競爭力的目的。20世紀90年代初，經濟合作與開發組織在許多國家鼓勵實施各種清潔生產技術。自1995年以來，經合開發組織成員國政府開始把他們的環境發展戰略轉向產品本身而不是工藝過程，并以此為出發點，引進LCA(生命周期分析)，通過改進產品生命周期(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境負荷[12]。

國外在礦山清潔生產方面也進行了大量的研究。美國礦業提倡清潔生產，強調從源頭控制污染，盡可能減少污染物的產生，回收利用廢料[13]。加拿大則主要以產品生命周期為思想，將礦山清潔生產分為勘探、開采、加工、冶煉、產品生產、使用、回收處置等階段[14]。英國早在1981年就頒布法律，規定即使關閉礦山后，企業仍需對礦區進行為期5 a的護理工作[15]。澳大利亞要求閉礦需要對原廢棄采礦區進行土地復墾，恢復植被等[16]。Bell[17]認為廢棄礦區土地復墾可以有效恢復生態環境，減少礦區對環境的不利影響。

國外對于清潔生產評價指標選取沒有統一規定，多涵蓋技術、經濟、環境、管理等多層次指標，結合生命周期思想、循環利用思想和當量法等，多采用定量指標和定性指標相結合的方法，具體見表1[18-23]。值得注意的是，應根據具體行業選取特定指標，針對企業的實際情況來確定磷礦山清潔生產評價指標。

表1 國外清潔生產評價指標

1.2 國內清潔生產評估研究現狀

我國對清潔生產很早就進行了探索和實踐。早在20世紀70年代初，我國政府就提出了“預防為主”的方針。在20世紀80年代，開始推行對環境友好的清潔生產政策。20世紀90年代，提出了強調清潔生產的《中國環境與發展十大對策》。因此，清潔生產已經成為我國工業污染防治的重要手段，同時也是我國實現可持續發展戰略的重要措施。自1993年開始，清潔生產開始逐漸被政府推廣并在企業中開展。

我國將清潔生產定義為：采取各種措施，包括使用清潔的資源能源、改善工藝技術、改進管理等，從污染的源頭進行預防治理，達到提高資源能源利用率、減少污染物的產生，減少對人類、生態環境的危害等目的[24]。聯合國環境規劃署則定義為：清潔生產是一種思想，旨在將該思想應用到生產過程、產品和服務中，減少對環境的影響。對于生產過程，要求節約能源和原材料，少用或不用有毒有害原料，減少有毒有害廢物的產生；對于產品，從生命周期的觀點出發，減少整個過程對環境的影響；對于服務，要求在服務中考慮環境因素[25]。

在清潔生產評價方面，石曉楓[26]借鑒了產品生命周期過程，提出清潔生產指標應包括原材料、產品等的危害性，資源、能源的利用率、污染物的處置，企業環境管理與監測和廢舊產品的回收利用等。該評價方法除包括傳統的物質指標，還囊括了管理指標等。靳敏等[27]制定了一套定量化的清潔生產評價體系，確定了資源指標、產品清潔指標、污染物產生指標、環境經濟效益指標這4個二級指標，二級指標下又劃分了14個三級指標。但該評價指標選取過于主觀和片面，沒有考慮產品整個生命周期過程，在對數據進行標準化處理時，過于簡單，不夠全面。張平[28]認為國內外清潔生產指標體系缺少對生產技術設備工藝的定性或定量評價指標，在環境管理方面沒有明確規定，缺少清潔生產經濟效益評價，因此應從產品、生產工藝與裝備、資源能源利用、污染物、回收利用、環境管理和經濟效益指標7個方面建立清潔生產評價體系。宋丹娜等[29]把電解鋁清潔生產評價指標體系分為5項一級指標、13項二級指標和28項三級指標，并結合電解鋁生產過程實例進行驗證。但該評價體系指標的建立沒有統一規范，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計分析法選擇了磷礦山清潔生產評價指標，然后按照層次結構模型建立磷礦山清潔生產評價指標體系。趙寶江等[31]則選用層次分析法來構建磷化工企業清潔生產評價指標體系，采用方根法確定評價指標權重值，由定性評價和定量評價兩部分構成評價指標體系。何曉雪等[32]基于LCA和節能減排約束性目標，主要結合生命周期節能減排綜合評價方法(ECER)[33]提出了選擇清潔生產評價指標和設置指標權重的通用量化分析方法，將各指標的ECER改進潛力作為權重。楊蘇[34]從生產工藝及產品合格率、資源能源利用率、污染物產生和環境管理4個方面建立了水泥行業清潔生產指標體系，運用模糊數學評價法對績效進行評估。董隴軍等[35]基于未確知測度法和層次分析法，確定評價指標權重，應用可信度識別準則和最大隸屬度原理對評價向量進行評價，基于ST-SR隸屬函數、UME和AHP理論以及識別準則CDRC和TMMP，開發了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等級進行了評價，是目前關于清潔生產評估方面較為完善的一套體系。

綜上可以看出，國內清潔生產評價多是結合生命周期，從能耗指標、污染指標、產品指標、回收利用指標、管理指標、經濟指標、技術指標方面，多采用層次分析法—模糊數學法，評價方法主觀性大，對于經濟效益乃至社會效益考慮較少，只能給出清潔生產總體水平，對于應該在哪方面改進生產則研究更少。

2 清潔生產評估模型建議

國內外學者針對清潔生產的評估模型還存在一些不足，如整個清潔生產評價指標體系的建立過于簡單，多采用簡單定性描述；評價指標建立沒有統一規范，評價指標選取過于主觀和片面，對數據標準化處理不夠全面，在確定評價指標的權重時，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評估模型更加全面，達到準確評估磷化工清潔生產水平的目的，得到更加客觀合理的評估結果，針對磷化工清潔生產評估模型，借鑒國內外學者研究成果，提出以下6點建議。

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

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

(3)在確定了評估模型指標后，對于多指標權重確定問題，應摒棄傳統的專家咨詢法等主觀判斷法，采用較為客觀的熵權法、因子分析權數法和標準離差法等。

(4)對于評估模型中的定量指標，如果現場數據較少，無法反映真實情況，可考慮采用區間數學理論，用區間數來代替定量指標的取值及分布，綜合考慮參數的不確定性信息。

(5)在建立一座礦山清潔生產評估模型時，各指標應有客觀統一的選取標準，在不同的礦山應用時應根據礦山實際情況進行優化，選取更切合實際的指標，以更客觀地反映實際清潔生產水平。

(6)在進行磷礦山清潔生產水平評估時，應更加重視對環境的影響。除考慮礦山進行各項活動過程中對環境的影響外，還應考慮在采礦和選礦等活動結束一段時間后環境的恢復能力等，并依據評估結果對磷礦山清潔生產提出改進建議和措施。

3 結論