磷化工清洁生产评估模型研究现状与建议*

2018-11-20 11:17胡玉玺刘新儒吴晓磊孙道元董陇军

现代矿业 2018年10期

胡玉玺刘新儒吴晓磊孙道元董陇军

(1.北京大学工学院；2.国家湿地保护与修复技术中心；3.中南大学出版社；4.中南大学数学与统计学院；5.中南大学资源与安全工程学院)

我国磷矿资源比较丰富，已探明磷矿资源储量居世界第2位，仅次于摩洛哥。资料显示，截至2008年底，我国共有395处磷矿产地，分散在全国27个省和地区[1]。截至2015年底，我国磷矿查明资源储量231.1亿t，主要分布在云南、湖北、四川、贵州和湖南5省，合计约占全国已探明总储量的74%[2-3]。

磷是生物体内一种不可或缺的元素，磷矿资源也是一种不可再生资源。随着农业的发展和磷肥的使用，我国磷化工行业高速发展，对磷矿石的需求不断增大，也随之产生了环境污染问题，对磷矿开采提出了更高的要求。磷矿开采除具有和一般矿山开采具有的山体滑坡、塌陷等地质灾害共同点外，由于磷灰石主要化学成分是磷酸钙，且含有氟、氯、铀、砷、镉等有害元素，在开采利用等阶段通过废水、废气和废渣污染矿山及周围环境[4]。磷矿山废水主要来源于选矿厂车间，水中主要污染物有砷、COD、SS及各种金属离子等[5]，且pH超标，也可通过雨水将有害元素排入地表水中。废气主要来源于采矿、选矿环节，主要污染物有SO2、TSP、NOx等。另外，噪声也是矿区环境污染源之一。矿山噪声主要来源于开采等过程中机器设备发出的噪声，会对职工的听力造成影响[6]。

清洁生产是可持续发展战略的基础和手段之一，可以帮助企业、政府、民众转变传统的生产管理理念和方式[7]。实施清洁生产有助于改变经济增长方式，从传统的以牺牲环境为代价到以保护环境为前提，提高经济增长质量，有效治理工业污染，保护生态环境和人民健康，实现环境效益、经济效益和社会效益的统一[8]。企业不仅关注清洁生产的实施，更应关注清洁生产的综合效益，因此清洁生产评价是当前清洁生产的一个主要研究方向[9]。

1 清洁生产评估研究现状

1.1 国外清洁生产评估研究现状

国外在矿山清洁生产方面的研究很早，积累了丰富的技术和经验。1960年，清洁生产起始于美国化学行业的污染预防审核[10]。1989年，联合国环境规划署首次提出清洁生产的概念[11]。1992年，在联合国环境与发展大会上，联合国认为实施清洁生产是实现可持续发展的重要手段之一，同时也认为工业可以通过清洁生产达到改善环境、提高利润和保持竞争力的目的。20世纪90年代初，经济合作与开发组织在许多国家鼓励实施各种清洁生产技术。自1995年以来，经合开发组织成员国政府开始把他们的环境发展战略转向产品本身而不是工艺过程，并以此为出发点，引进LCA(生命周期分析)，通过改进产品生命周期(包括开采、制造、运输、使用和最终处置)中某一阶段来最大限度地降低环境负荷[12]。

国外在矿山清洁生产方面也进行了大量的研究。美国矿业提倡清洁生产，强调从源头控制污染，尽可能减少污染物的产生，回收利用废料[13]。加拿大则主要以产品生命周期为思想，将矿山清洁生产分为勘探、开采、加工、冶炼、产品生产、使用、回收处置等阶段[14]。英国早在1981年就颁布法律，规定即使关闭矿山后，企业仍需对矿区进行为期5 a的护理工作[15]。澳大利亚要求闭矿需要对原废弃采矿区进行土地复垦，恢复植被等[16]。Bell[17]认为废弃矿区土地复垦可以有效恢复生态环境，减少矿区对环境的不利影响。

国外对于清洁生产评价指标选取没有统一规定，多涵盖技术、经济、环境、管理等多层次指标，结合生命周期思想、循环利用思想和当量法等，多采用定量指标和定性指标相结合的方法，具体见表1[18-23]。值得注意的是，应根据具体行业选取特定指标，针对企业的实际情况来确定磷矿山清洁生产评价指标。

表1 国外清洁生产评价指标

1.2 国内清洁生产评估研究现状

我国对清洁生产很早就进行了探索和实践。早在20世纪70年代初，我国政府就提出了“预防为主”的方针。在20世纪80年代，开始推行对环境友好的清洁生产政策。20世纪90年代，提出了强调清洁生产的《中国环境与发展十大对策》。因此，清洁生产已经成为我国工业污染防治的重要手段，同时也是我国实现可持续发展战略的重要措施。自1993年开始，清洁生产开始逐渐被政府推广并在企业中开展。

我国将清洁生产定义为：采取各种措施，包括使用清洁的资源能源、改善工艺技术、改进管理等，从污染的源头进行预防治理，达到提高资源能源利用率、减少污染物的产生，减少对人类、生态环境的危害等目的[24]。联合国环境规划署则定义为：清洁生产是一种思想，旨在将该思想应用到生产过程、产品和服务中，减少对环境的影响。对于生产过程，要求节约能源和原材料，少用或不用有毒有害原料，减少有毒有害废物的产生；对于产品，从生命周期的观点出发，减少整个过程对环境的影响；对于服务，要求在服务中考虑环境因素[25]。

在清洁生产评价方面，石晓枫[26]借鉴了产品生命周期过程，提出清洁生产指标应包括原材料、产品等的危害性，资源、能源的利用率、污染物的处置，企业环境管理与监测和废旧产品的回收利用等。该评价方法除包括传统的物质指标，还囊括了管理指标等。靳敏等[27]制定了一套定量化的清洁生产评价体系，确定了资源指标、产品清洁指标、污染物产生指标、环境经济效益指标这4个二级指标，二级指标下又划分了14个三级指标。但该评价指标选取过于主观和片面，没有考虑产品整个生命周期过程，在对数据进行标准化处理时，过于简单，不够全面。张平[28]认为国内外清洁生产指标体系缺少对生产技术设备工艺的定性或定量评价指标，在环境管理方面没有明确规定，缺少清洁生产经济效益评价，因此应从产品、生产工艺与装备、资源能源利用、污染物、回收利用、环境管理和经济效益指标7个方面建立清洁生产评价体系。宋丹娜等[29]把电解铝清洁生产评价指标体系分为5项一级指标、13项二级指标和28项三级指标，并结合电解铝生产过程实例进行验证。但该评价体系指标的建立没有统一规范，过于主观。伍名群[30]在生命周期的思想上，通过专家咨询法和频度统计分析法选择了磷矿山清洁生产评价指标，然后按照层次结构模型建立磷矿山清洁生产评价指标体系。赵宝江等[31]则选用层次分析法来构建磷化工企业清洁生产评价指标体系，采用方根法确定评价指标权重值，由定性评价和定量评价两部分构成评价指标体系。何晓雪等[32]基于LCA和节能减排约束性目标，主要结合生命周期节能减排综合评价方法(ECER)[33]提出了选择清洁生产评价指标和设置指标权重的通用量化分析方法，将各指标的ECER改进潜力作为权重。杨苏[34]从生产工艺及产品合格率、资源能源利用率、污染物产生和环境管理4个方面建立了水泥行业清洁生产指标体系，运用模糊数学评价法对绩效进行评估。董陇军等[35]基于未确知测度法和层次分析法，确定评价指标权重，应用可信度识别准则和最大隶属度原理对评价向量进行评价，基于ST-SR隶属函数、UME和AHP理论以及识别准则CDRC和TMMP，开发了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种耦合方法，并利用这些耦合方法对我国2个磷矿山的清洁生产等级进行了评价，是目前关于清洁生产评估方面较为完善的一套体系。

综上可以看出，国内清洁生产评价多是结合生命周期，从能耗指标、污染指标、产品指标、回收利用指标、管理指标、经济指标、技术指标方面，多采用层次分析法—模糊数学法，评价方法主观性大，对于经济效益乃至社会效益考虑较少，只能给出清洁生产总体水平，对于应该在哪方面改进生产则研究更少。

2 清洁生产评估模型建议

国内外学者针对清洁生产的评估模型还存在一些不足，如整个清洁生产评价指标体系的建立过于简单，多采用简单定性描述；评价指标建立没有统一规范，评价指标选取过于主观和片面，对数据标准化处理不够全面，在确定评价指标的权重时，运用的是主观的专家咨询法，说服力不够。因此，为使磷化工清洁生产评估模型更加全面，达到准确评估磷化工清洁生产水平的目的，得到更加客观合理的评估结果，针对磷化工清洁生产评估模型，借鉴国内外学者研究成果，提出以下6点建议。

(1)在构建层次模型时，一般是分为目标层、准则层和指标层。如果存在多个因素影响指标层中的某个评价指标，可以考虑添加一个指标层对其进行细化，以建立更合理的多指标评估模型。

(2)在选取评估模型指标时，尽可能客观选择定量指标，并与定性指标相结合，采用梯形分布或岭形分布函数确定各指标的隶属度，将未确知测度理论引入到清洁生产评价中，从而得到客观有效的评价结果。

(3)在确定了评估模型指标后，对于多指标权重确定问题，应摒弃传统的专家咨询法等主观判断法，采用较为客观的熵权法、因子分析权数法和标准离差法等。

(4)对于评估模型中的定量指标，如果现场数据较少，无法反映真实情况，可考虑采用区间数学理论，用区间数来代替定量指标的取值及分布，综合考虑参数的不确定性信息。

(5)在建立一座矿山清洁生产评估模型时，各指标应有客观统一的选取标准，在不同的矿山应用时应根据矿山实际情况进行优化，选取更切合实际的指标，以更客观地反映实际清洁生产水平。

(6)在进行磷矿山清洁生产水平评估时，应更加重视对环境的影响。除考虑矿山进行各项活动过程中对环境的影响外，还应考虑在采矿和选矿等活动结束一段时间后环境的恢复能力等，并依据评估结果对磷矿山清洁生产提出改进建议和措施。

3 结论