區塊鏈技術在環境污染治理上的應用

王蘭，王楠，張英杰(濱州市生態環境局陽信分局，山東 濱州 251800)

0 引言

化工企業污染問題一直是我國當前環境污染的主要問題之一，其不僅嚴重影響了我國人民群眾的身體健康，而且還嚴重地影響到我國環境的可持續發展。基于化工企業污染現狀，對其所面臨的污染過程進行分析研究能有效地提升我國化工企業污染治理效率。區塊鏈技術是一種新型的數據存儲和共享機制，其特點是去中心化及去信任機制，并且能夠在其中建立起共享機制能夠極大地提高監管體系和數據治理能力，而且對于化工企業來說，采用區塊鏈技術會大幅提升自己的環境污染治理效率。利用區塊鏈技術能夠有效地解決傳統化工企業污染治理效率低且存在一定安全隱患等問題，而且其能夠實現信息追溯、價值傳遞等功能和特點給化工企業帶來巨大益處。通過利用區塊鏈技術對化工企業所面臨的污染過程進行分析，能夠提高環境行政監管部門對石化企業環境質量進行監管的能力和水平。

1 區塊鏈簡單介紹

1.1 區塊鏈起源及概念

區塊鏈技術是基于P2P技術構建的一種網絡，它采用保密技術，以時間標記的方式確定數據的順序。區塊鏈就是以一種廣播的方式，最后形成一個完整的互聯網絡。在超過51%的使用者達成共識之后，這些資料才能被儲存起來。最早的區塊鏈應用是以比特幣為基礎的，首先是建立網路，構建儲存一個儲存資訊的單位，任何操作所有區塊都存儲，由于去中心化式的思維方式，使得進攻變得更加困難，每一塊都是由隨機散列(Hash)組成的，后區塊是由前區塊的哈希值組成，當數據交換越來越頻繁時，一個區塊與一個區塊地連接起來，最后的數據就是區塊鏈[1]。區塊鏈的實質仍是一種資料庫，只是過去的資料庫通常都是集中式的，而區塊鏈是去中心化，透過時間去中心化機制，Hash算法等技術的新應用。

1.2 區塊鏈的特征

區塊鏈是我國自主創新和核心技術發展的一個重大突破。一是去中心化。由于以前的數據集中，一旦修改了中央數據庫，就會導致整體的信息發生變化，從而產生虛假的數據。所以，去中心化就是沒有中心區塊，每個區塊都可以進行數據的自我檢驗、自我管理和自我傳遞；二是開放性。區塊鏈中的資料是向公眾開放的，可以透過公開的界面來進行查詢，讓資料具有很高的透明度，并且只能保密；三是自主性。經過協商，雙方同意的規范和協議，區塊能夠安全地進行數據交換，不需要任何介入就可以自動地進行數據交換；四是安全性。由于區塊鏈需要經過協商來進行資料庫的升級，所以必須取得超過一半的人的贊同，方可進行資料的升級，如果有一個或者更多的被修改，將會被別的區塊把數據修正正確。目前，大多數的應用都建立在安全的基礎上；五是匿名性。在一個區塊鏈中，所有的區塊地址都是不記名的，彼此都不會了解雙方的隱私。

2 應用背景

目前，很多產業對其進行了深入的探討。而在化工企業中，也采用區塊鏈。特別是在化工企業，它的運用可以使環境問題得到有效的改善。大家都知道，在國家經濟發展的同時，也存在著許多問題。我們應該重視環境保護，這是一項利國利民的政策。作為我國工業的主要組成部分，化學企業持續為國民經濟發展作出了巨大貢獻，但也產生了一些問題：高排放、高污染和高能耗。大部分化工廠的建設，由于當時歷史條件的限制，不能滿足目前的環境保護需求。環境污染治理方面應加速發展，迅速制定出可行的辦法。當今的化工企業，不是被淘汰就是要與時俱進，利用現代科技為自己的生產和管理提供支持。區塊鏈在各個領域的廣泛運用，可以將其納入到企業的信息化中，運用區塊鏈來實現對企業的污染控制。

3 區塊鏈技術在化工企業環境保護應用的制約因素

目前，區塊鏈技術的應用在各領域都有所體現，例如，工業生產領域有區塊鏈技術對環境污染治理進行監測；環境保護產業出現了區塊鏈技術，使環境污染問題得到緩解。從化工產業環境污染治理角度出發，利用區塊鏈技術構建了“大數據+智能合約”管理體系，實現了化工園區的規劃、建設管理、生產運行全過程的數據采集和分析。但是目前隨著新形勢下石油行業的變革，以及國家對化工企業環境污染治理要求也不斷提高，傳統的化工園區規劃設計、建設運營管理工作已無法滿足如今的企業環境污染治理需求。

3.1 平臺信息數據不完整

當前，區塊鏈管理平臺所涉及的大數據收集主要來自工業生產領域。由于工業生產領域已經存在很多年了，在這一領域積累的大量數據信息，對工業生產領域的發展來說是非常寶貴的，但目前相關的環境污染治理工作都是基于常規的環境保護監測及執法監督工作開展的[2]。這些數據具有專業性強、涉及面廣等特點，對于化工企業來說往往較為棘手。化工企業自身難以獲得完整的、全面的環境保護數據信息。因此，要實現利用區塊鏈技術對化工企業環境污染治理信息全覆蓋管理的目的就顯得尤為重要。

3.2 數據不透明

在化工企業環境保護管理中，企業之間的數據不透明導致了監管難度加大。由于每一家企業都有自己的信息系統，其數據之間存在關聯關系，數據信息不能完全共享，導致監管難度加大。同時，由于沒有一套成熟可行的區塊鏈系統進行監管認證，因此對大數據系統的監管就顯得很被動。這些數據不透明不僅會造成監管難度加大、監管成本增加、監管結果不透明等問題。

3.3 企業運營成本較高

目前，化工企業在開展運營過程中，對于化工園區建設、改造、運行等方面的投入較大，資金占用和管理成本也較高。例如，園區大部分建設工程由多個企業或單位承建并同時負責施工的情況下，每個企業或單位只負責一個項目進行施工。在日常工作中，對園區運營管理人員來說，需要對多個項目實施過程中所產生的數據、資產資料進行核實保存和更新維護；同時對于多個項目的運營管理部門來說，也需要對多個項目進行協調和執行操作，耗費了大量時間和精力。

3.4 保障鏈上數據源的真實性

由于區塊鏈技術的特殊性，在上鏈之后，對其進行篡改會造成很大的代價，但其自身的真偽并不能得到保證。現有環境監測體系中，存在著添加掩蔽劑、抽樣口水樣造假等欺騙行為，且缺少監督管理[3]。這種情況在區塊鏈上也會發生，雖然技術可以保證數據的傳遞，但并不能保證數據的真實性，所以必須要有其他手段來保證。要達到對區塊鏈進行環境保護監測，就必須在環境保護技術設備上實現“物聯網”覆蓋，以保證數據的真實和可采集。在環境污染治理等各個環節要按照區塊鏈的核心理念，做好相應的工作。

3.5 政策支持不足

環境保護是一項耗資巨大的行業，它與企業的生產和運營活動有很大的區別，不僅沒有直接的經濟效益，反而要耗費大量的資金。所以，企業的獨立性不強，只能靠政府來引導。當前我國環境科技監管缺乏相關的配套措施，致使生態保護區塊鏈的建設未能實現收益，也造成了開發人員短缺，環境保護的區塊鏈工程停滯不前。

4 區塊鏈技術在化工企業環境污染治理上應用的影響

將區塊鏈技術用于化工廠的環境污染治理，可以構建一個基礎的區域化生態系統，打破以政府監管為主的常規治理體制，利用一系列的監管機制，使政府和相關各方能夠利用區塊鏈進行環境污染治理，提高政府對環境污染治理能力。這將有助于促進環境污染治理的主體由政府轉向多樣化。區塊鏈可以利用P2P技術和一個去中心化的方式，在多個個體間建立起一個“自組織”，實現多個區塊的互信。同時也是權威的，可以降低民眾的疑問，加速問題的處理。在化工企業中，采用區塊鏈技術進行環境污染治理，不但可以實現環境保護的智能化、高效化。同時，智能合約技術可以實現對環境污染治理的自動化，在系統中嵌入智能合約，可以避免人為的錯誤，節省了大量的人力，提高了環境污染治理的智能化和高效化。

5 化工企業環境污染治理中應用的主要區塊鏈技術

5.1 利用區塊鏈的去中心化存儲結構進行監測并收集環境數據

區塊鏈是去中心化的數據存儲，由多個區塊構成組成端到終端的數據流，各個區塊之間的位置相等，單個區塊的失效不會對整個數據進行分析。在化工企業，可以將各部門的生產經營分成不同的區域，對不同區域的環境進行監測和采集，并形成相應的污染記錄檔案，實現智能環境污染早期預報?？沙浞诌\用區塊鏈防篡改、可追溯特性，全面地記錄環境保護情況，通過對已有的環境問題分析，結合相關分析，找出可能存在的環境污染，將警告規定以合同條款的方式寫進電腦程序。區塊鏈是一個建立互信的網路，各區塊是按照一定的規律運作，以達成對系統的完全信賴，且在區塊中的資料紀錄與規則均為公開。所有的人都可以使用公共界面來進行數據的訪問，并且不能人工改變?？梢哉f，在企業的環境保護管理中，區塊鏈的運用可以突破互惠壁壘，有效地推動環境污染治理，構建一種多元化的環境污染治理模式。

5.2 實現信息價值共享

環境保護管理不僅僅是政府、企業、部門自己的事情，因此，信息之間的交流和分享是非常關鍵的因素。利用“去中心化”的區塊鏈特征，可以解決目前處理環境問題的資料障礙和信息的“孤立”問題?？烧隙鄠€領域的資料，加速資訊的流動，構建一個更加緊湊、扁平化的環境保護管理架構，突破信任障礙，分享資訊，提高環境污染治理的效能。

5.3 區塊鏈上排污權交易

由于實施了排污權交易制度，嚴格限制了污染的排放量，并優化了資源的分配。但是，我國現行的排污權交易是政府主導的，而化工企業參與意愿較低，且排放權的初始配置和轉讓價格方式差別很大，難以形成有效的協商一致。由于參與程度不高，有的企業亟待取得排污許可證，但無法進行有效的處置。在排污許可證的使用中，通過使用區塊鏈技術，當地可以通過發行對應的排污許可證，設立一個交易平臺，并且可以在年度內發行一次代幣，第一批排放許可證的企業購買。該企業的污染資料是通過聯機監測系統計算出來的，企業有責任將相應的貨幣交付給相關部門進行回收。而那些在技術上實現了節能減排目標的企業，則可以在該平臺上使用余下的排污許可證進行貿易，只要有能力的企業都可以進行收購，這是一種完全市場化的貿易方式。有行業限制或區域限制的排污權交易，可以按照有關的規定收取手續費。

5.4 利用區塊鏈打造危險廢物管理平臺

我國現行的有害廢棄物轉運流程是以“紙質清單制度”為基礎的，其傳遞的數據大多是參與方進行的，最終提交有關的政府、環境保護機構進行監測。由于系統數據不及時，數據精度難以控制，系統維護和聯合訂單的費用較高。一些地方已經實行了紙質聯單和危險廢物處理平臺聯合的模式，但是由于平臺的體系比較封閉，很難進行有效的銜接和擴展。應用了區塊鏈技術，在處理危險品的時候，一旦有危險品被傾倒，物聯網的“垃圾桶”就會將相關的數據直接傳輸到區塊鏈中，而廢料制造企業、危險品轉運企業以及處理企業的后續工作也會通過這個鏈接傳遞到鏈條中。利用區塊鏈建立的廢物處理過程，將會在環境保護部門和社會大眾的監測之下，通過加密技術，對各企業的個人資料進行保密。

5.5 區塊鏈推動環境保護監管升級

目前環境監管中存在的一個主要問題是很多企業缺乏環境意識，存在不誠信的環境問題，而且由于缺乏管理者，導致環境主管部門不能完全了解企業的生產流程，很難對其進行實時、高效地監管，很難掌握企業的實際生產和排污狀況。區塊鏈技術可以用于從原材料的采購、運輸到生產過程的各個環節。通過對生產過程中的每一個環節進行控制，將原輔料、能源消耗、污染排放量等信息通過鏈條傳輸至各大行業，形成不可偽造的、可追溯的信息。這樣一來，監管機構就能知道企業的實際情況和排污情況，甚至可以迅速的追究責任。

5.6 打造基于區塊鏈的生態環境監測平臺

將環境監測資料上鏈，能夠有效地阻止數據被篡改，使各個部門之間能夠相互互聯，充分利用這些信息的價值，促進環境污染治理的轉變，加強環境保護管理。因為它是開放和透明的，而且很容易被篡改和刪除，因此可以幫助消除環境欺詐，數據造假等。區塊鏈技術促進了環境保護信息的分享，各個行業的資料可以分享，有利于進行全面的分析。

5.7 區塊鏈降低環境資源交易成本

一種科斯法則的表述是：不管是什么人，只要交易費用足夠低廉，就可以利用相同的資源。比如，一家化工企業的廢氣經過了治理達到了標準，卻還會對周圍的人造成一些負面的影響，所以在工廠里安裝深度處理設施的成本不高，但要讓附近的人都同意才行。為該工廠提供一個深加工設備的資金是非常昂貴的。比如，塑料瓶子的循環使用，使用者在扔掉塑料袋的過程中要支付一定的環境保護成本。收費是階梯狀的，扔垃圾的成本不是一成不變的，而是根據塑料袋的使用年限和使用的次數而決定?，F行系統使得貿易費用非常高昂，難以實施。使用了區塊鏈技術之后，會根據智慧契約決定，在特定的垃圾箱中進行。并在放棄過程中，會自動算出該過程中所消耗的時間和數量，并利用智能契約，來算出這一次的拋棄所需要付出的代價。所有的參與者都可以通過開放和透明的區塊鏈特性來理解整體過程的操作以及對利潤的透明度了解。而這樣的公開和透明化又能使交易的費用得到進一步的減少，促進交易的達成。

5.8 基于區塊鏈技術發展的物聯網裝置

區塊鏈技術具有去中心化、可溯源等特點，可以實現對工業互聯網中各種物品的實時追蹤和溯源。物聯網裝置可以實現對物聯網的監測，通過使用物聯網傳感器設備，可以實現對各種物品和設備的實時監測和管理，從而實現對物品和資產運行狀態的跟蹤。工業物聯網系統通過物聯網傳感器以及相關裝置對外界信息傳遞進行監測分析，最終實現實時智能管理，這也是一種實時性強、信息精確、可追溯的新技術。通過物聯網設備對物聯網系統中各項數據進行實時傳輸來實現對物品進行實時管理，這樣可以避免物聯網系統出現信息混亂以及各種問題出現。以美國為例，由微軟開發的物聯網裝置可以實現對物聯網設備進行實時監測，通過這些裝置可實時查看該設備在美國各地和全球各地的運行狀況，如有異常狀況出現，可以在第一時間了解到相關信息并做出處理方案以及向有關部門反饋情況。如果相關單位和人員需要對此類情況進行處理時需要提前聯系該裝置或其運營商進行溝通。

5.9 應用區塊鏈技術提升監管水平

化工企業污染物治理方面所存在的問題有很多，傳統檢測手段不能有效地進行污染事故處置以及風險預警等，使得監管困難問題凸顯。應用區塊鏈技術可有效解決這些問題，通過構建區塊鏈環境污染防控模型，可以對該環境保護系統實現實時監測，并進行及時預警和處置。具體而言區塊鏈技術能夠實現精準數據收集、快速反應、即時反饋、動態分析、及時預警、快速處置和有效管理等功能。應用區塊鏈技術對整個化工企業的污染物治理系統進行搭建，通過構建多個監管節點并進行數據上鏈后可以對監管系統中信息進行有效實時監測，并對數據存儲時間進行分析統計匯總以求及時反饋，同時可通過將歷史數據與區塊鏈上記錄進行對比分析以更好地掌握企業實際情況并判斷其污染情況，從而準確有效地確定污染防治方案。此外還可以將該監管系統中涉及的環境保護信息匯總到區塊鏈上并進行公示和存檔。對于數據傳輸和存儲過程中出現異常狀況時能夠及時預警，為應急處置提供可靠依據并減少現場處理難度，提升環境保護監測執法效率和精準度，實現對環境污染治理工作全流程監測體系。

6 結語

區塊鏈具有數據公開透明、分布廣泛、不可篡改、不易造假等特性，能有效地防止在環境保護領域出現欺詐、造假等行為。區塊鏈技術應該盡快將其用于我國的環境污染治理之中。我國化工企業要建立自己獨特的區塊鏈體系，建立一個新的區域生態體系，使之能夠滿足新的環境特征和需求。