韓明霞 喬 琦 孫啟宏

(中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100012)

遼河流域工業(yè)行業(yè)污染減排潛力實(shí)證研究＊

韓明霞 喬 琦 孫啟宏

(中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100012)

隨著經(jīng)濟(jì)總量的持續(xù)增長(zhǎng),降低產(chǎn)污強(qiáng)度,從源頭減少污染產(chǎn)生是促進(jìn)污染減排的重要手段?；?008年遼河流域工業(yè)行業(yè)環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),以COD,NH3-N兩項(xiàng)指標(biāo)為研究對(duì)象,識(shí)別出7類(lèi)重點(diǎn)行業(yè),其COD,NH3-N產(chǎn)生量分別占工業(yè)產(chǎn)生總量的77%、90%,排放量占工業(yè)總量的81%、77%。分析了重點(diǎn)行業(yè)的產(chǎn)污強(qiáng)度及末端去除率水平,表明工業(yè)行業(yè)產(chǎn)污強(qiáng)度高是工業(yè)污染嚴(yán)重的主要原因,發(fā)展清潔生產(chǎn)具有較大的減排潛力。設(shè)計(jì)工業(yè)行業(yè)發(fā)展清潔生產(chǎn)情景并測(cè)算出到2015年遼河工業(yè)的污染物排放情況,結(jié)果顯示,通過(guò)適當(dāng)限制重污染行業(yè)增長(zhǎng)速度、重點(diǎn)降低產(chǎn)污強(qiáng)度、適當(dāng)提高末端去除率,在流域工業(yè)行業(yè)產(chǎn)值年均增長(zhǎng)率14.75%的情況下,2015年工業(yè)污染物排放量與2008年相比,COD削減45%-55%,NH3-N削減21%-33%。以此為流域工業(yè)污染防治“十二五”規(guī)劃提供技術(shù)支持。

遼河流域;工業(yè);產(chǎn)污強(qiáng)度;減排;潛力

遼河流域長(zhǎng)期以來(lái)形成了以煤炭、石油、鋼鐵等重工業(yè)為主的工業(yè)結(jié)構(gòu),資源開(kāi)發(fā)強(qiáng)度大,利用效率較低,污染排放強(qiáng)度高。在振興東北老工業(yè)基地的發(fā)展戰(zhàn)略下,加快流域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),流域水環(huán)境壓力形勢(shì)將十分嚴(yán)峻。遼河流域粗放型的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式、工業(yè)污染源污染治理水平低、工業(yè)設(shè)備陳舊、工藝技術(shù)落后是水污染的主要原因,要實(shí)行限期治理、嚴(yán)格環(huán)保準(zhǔn)入、大力發(fā)展清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì),強(qiáng)化工業(yè)污染防治是流域管理的主要任務(wù)[1]。通過(guò)最佳可行技術(shù)的采用和強(qiáng)化污染預(yù)防管理,在生產(chǎn)過(guò)程中降低產(chǎn)污強(qiáng)度,減少污染物產(chǎn)生,從而減輕末端治理壓力和成本,這是轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式,協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的重要手段[2-4]。本文分析了2008年遼河流域重點(diǎn)工業(yè)污染行業(yè)及其產(chǎn)污強(qiáng)度及末端去除水平及存在的問(wèn)題,進(jìn)一步測(cè)算工業(yè)污染減排潛力,以此為流域“十二五”環(huán)境規(guī)劃提供決策支持,從而真正讓遼河休養(yǎng)生息[5]。

1 遼河流域工業(yè)污染現(xiàn)狀

1.1 水污染現(xiàn)狀

根據(jù)《2008年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》[6],2008年遼河水系水質(zhì)總體為中度污染。37個(gè)地表水國(guó)控監(jiān)測(cè)斷面中,Ⅱ-Ⅲ類(lèi)、Ⅳ類(lèi)、Ⅴ類(lèi)和劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)的斷面比例分別為35.1%、13.5%、18.9%和32.5%。主要污染指標(biāo)為石油類(lèi)、COD和NH3-N。

1.2 工業(yè)污染結(jié)構(gòu)

遼河流域包括遼寧省大部分、吉林省南部小部分地區(qū)(四平市、遼源市)及內(nèi)蒙古自治區(qū)的中部(赤峰市、通遼市)地區(qū)的共15個(gè)地級(jí)市,流域面積約21.96萬(wàn)km2[7]。

本文以重點(diǎn)污染物COD、NH3-N為研究對(duì)象。據(jù)2008年環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),遼河流域40個(gè)大類(lèi)工業(yè)行業(yè)中,企業(yè)個(gè)數(shù)4 672個(gè),工業(yè)總產(chǎn)值9 791.58億元。工業(yè)COD產(chǎn)生量453 219 t,排放量189 226 t;NH3-N產(chǎn)生量25 537 t,排放量8 476 t。其中造紙及紙制品業(yè)、農(nóng)副食品加工業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)及其它行業(yè)等7類(lèi)行業(yè)是重點(diǎn)污染行業(yè),這7類(lèi)行業(yè)COD產(chǎn)生量占工業(yè)產(chǎn)生量的77%,排放量占工業(yè)排放量的81%;NH3-N產(chǎn)生量占90%,排放量占77%。其中,造紙及紙制品業(yè)是COD最大排放源,占工業(yè)排放量的42%,NH3-N最大排放源是其它行業(yè),占工業(yè)排放量的50%(見(jiàn)圖1)。

1.3 工業(yè)行業(yè)污染水平

(1)產(chǎn)污強(qiáng)度。從重點(diǎn)行業(yè)的產(chǎn)污強(qiáng)度來(lái)看,造紙及紙制品業(yè)COD產(chǎn)污強(qiáng)度最大,為533.31 kg/萬(wàn)元,是該行業(yè)全國(guó)平均水平的5倍多;其它行業(yè)COD產(chǎn)污強(qiáng)度為50.84 kg/萬(wàn)元,是該行業(yè)全國(guó)水平的3倍多;黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)COD產(chǎn)污強(qiáng)度達(dá)該行業(yè)全國(guó)水平的1.5倍多;化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)等也是同類(lèi)行業(yè)全國(guó)水平的1倍多。醫(yī)藥制造業(yè)NH3-N產(chǎn)污強(qiáng)度最高,為6.84 kg/萬(wàn)元,是該行業(yè)全國(guó)平均水平的10倍之多;其它行業(yè)為8.76 kg/萬(wàn)元,是全國(guó)水平的5倍左右(見(jiàn)表1)。造紙及紙制品業(yè)COD產(chǎn)污強(qiáng)度最高,產(chǎn)生量也最大;醫(yī)藥制造業(yè)NH3-N產(chǎn)污強(qiáng)度最高,產(chǎn)生量最大。工業(yè)行業(yè)產(chǎn)污強(qiáng)度高反映出行業(yè)清潔生產(chǎn)水平低,這可能與原料結(jié)構(gòu)、落后的工藝及裝備及環(huán)境管理水平不高有關(guān)系。

(2)末端去除率。從重點(diǎn)行業(yè)的污染物末端去除率來(lái)看,COD去除率除了農(nóng)副食品加工業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、醫(yī)藥制造業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)等與同類(lèi)行業(yè)全國(guó)水平基本持平外,其它行業(yè)的COD去除率只有4.4%,僅為全國(guó)水平的1/8,造紙及紙制品業(yè)COD去除率為26.09%,僅為全國(guó)水平的1/3左右。NH3-N去除率普遍較低,除醫(yī)藥制造業(yè)、石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)等相對(duì)較好外,農(nóng)副食品加工業(yè)與該行業(yè)全國(guó)平均水平基本持平,去除率僅為53%;其它行業(yè)的NH3-N去除率最低,幾乎沒(méi)有處理,去除率僅為1.67%,為該行業(yè)全國(guó)水平的1/10;造紙及紙制品業(yè)的去除率只有6.24%,僅為全國(guó)水平的1/8(見(jiàn)表2)。表明遼河流域一些重污染行業(yè)不僅污染物產(chǎn)生量大,污染物末端去除率也不高,造成污染物排放量大。

圖1 2008年遼河流域工業(yè)行業(yè)污染物排放量所占比例情況Fig.1 Comparison of the percentage of industries water pollutant emissions in Liao River basin

表1 2008年遼河流域工業(yè)行業(yè)產(chǎn)污強(qiáng)度與行業(yè)全國(guó)平均水平的比較(kg/104元)Tab.1 Comparison of water pollutants generation intensity by industry between Liao River basin and the nationalaverage level in 2008 (kg/104RMB)

2 研究方法與測(cè)算模型

2.1 研究方法

情景分析法被廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)等宏觀目標(biāo)的預(yù)測(cè)分析。情景分析法是在對(duì)經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)或技術(shù)的發(fā)展提出各種關(guān)鍵假設(shè)的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)未來(lái)詳細(xì)、嚴(yán)密的推理和描述來(lái)構(gòu)想未來(lái)各種可能的方案,從而使管理決策層發(fā)現(xiàn)未來(lái)的變化趨勢(shì)并避免過(guò)高或過(guò)低的決策失誤[8]。

目前關(guān)于發(fā)展清潔生產(chǎn),在生產(chǎn)過(guò)程中削減污染物產(chǎn)生量的定量研究公開(kāi)文獻(xiàn)較少,僅見(jiàn)造紙行業(yè)實(shí)施行業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的污染物減排潛力的報(bào)道[9]。本研究以流域工業(yè)污染減排為目標(biāo),采用情景分析法,通過(guò)分析“十二五”期間遼河流域工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)及污染減排可達(dá)性,突出污染預(yù)防,降低產(chǎn)污強(qiáng)度為重點(diǎn),設(shè)計(jì)工業(yè)行業(yè)發(fā)展情景并測(cè)算工業(yè)污染減排潛力。

2.2 測(cè)算原理及模型

2.2.1 測(cè)算原理

產(chǎn)污強(qiáng)度用生產(chǎn)單位產(chǎn)品(或產(chǎn)值)的污染物產(chǎn)生量來(lái)表示,是一個(gè)綜合指標(biāo)。產(chǎn)污強(qiáng)度是衡量污染物產(chǎn)生水平的重要指標(biāo),也是衡量經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)質(zhì)量的重要指標(biāo)[2]。它反映出行業(yè)的清潔生產(chǎn)水平,與工業(yè)生產(chǎn)中的生產(chǎn)工藝與裝備、資源能源利用、產(chǎn)品、廢物循環(huán)利用和環(huán)境管理水平等指標(biāo)有關(guān)[10]。從這些環(huán)節(jié)加以改進(jìn),降低產(chǎn)污強(qiáng)度可以在生產(chǎn)過(guò)程中減少污染物產(chǎn)生,從而降低末端處理負(fù)荷和成本,促進(jìn)污染物總量減排。產(chǎn)污強(qiáng)度的涵義可表示為:

f(m,t,e,…r):原料、工藝、裝備及環(huán)境管理水平等因素的函數(shù)。

2.2.2 潛力模型

在流域工業(yè)行業(yè)產(chǎn)值保持一定的增長(zhǎng)率下,通過(guò)適當(dāng)控制高污染行業(yè)的發(fā)展速度優(yōu)化經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu),同時(shí)在重點(diǎn)行業(yè)內(nèi)部開(kāi)展清潔生產(chǎn),進(jìn)行工藝進(jìn)步和裝備升級(jí)降低產(chǎn)污強(qiáng)度,并對(duì)重污染行業(yè)加強(qiáng)末端控制,適當(dāng)提高末端去除率,從而實(shí)現(xiàn)污染減排,促進(jìn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與流域水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。流域工業(yè)行業(yè)污染物減排潛力用模型表示為:

表2 2008年遼河流域工業(yè)行業(yè)污染物末端去除率與行業(yè)全國(guó)平均水平的比較(%)Tab.2 Comparison of water pollutants end-pipe removal rates by industry between Liao River basin and the national average level in 2008 (%)

3 情景設(shè)計(jì)與污染削減潛力測(cè)算

3.1 情景設(shè)計(jì)

以2008年為基準(zhǔn)年,2015年為目標(biāo)年。

設(shè)計(jì)2015年遼河流域重點(diǎn)行業(yè)的發(fā)展情景,包括三個(gè)主要指標(biāo),一是限制重污染行業(yè)增長(zhǎng)速度;二是降低產(chǎn)污強(qiáng)度;三是適當(dāng)提高末端去除率。

行業(yè)產(chǎn)值年增長(zhǎng)率設(shè)計(jì)兼顧近幾年發(fā)展歷程,適當(dāng)限制重污染行業(yè)增長(zhǎng)速度;我國(guó)已經(jīng)陸續(xù)發(fā)布了一些重污染行業(yè)的清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)[11],對(duì)以上重點(diǎn)行業(yè)的清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的三級(jí)水平進(jìn)行初步分析發(fā)現(xiàn),產(chǎn)污強(qiáng)度指標(biāo)三級(jí)到二級(jí)水平至少有20%以上的削減空間,三級(jí)到一級(jí)的降低空間更大。因此,保守估算在全國(guó)水平的產(chǎn)污強(qiáng)度降低20%以上是可以實(shí)現(xiàn)的,而且遼河流域產(chǎn)污強(qiáng)度普遍高于全國(guó)平均水平,因此降低空間更大,以此設(shè)計(jì)產(chǎn)污強(qiáng)度降低幅度,產(chǎn)污強(qiáng)度高、污染重的行業(yè)降低幅度大;與全國(guó)水平比較適當(dāng)提高末端去除率,由于進(jìn)一步提高末端去除率不僅成本急劇增加,還面臨著技術(shù)難度,因此不可能有很大的提高。

情景設(shè)計(jì)指標(biāo)具體見(jiàn)表3。重點(diǎn)行業(yè)產(chǎn)值增長(zhǎng)率在6%-18%之間,根據(jù)近幾年的發(fā)展趨勢(shì),污染嚴(yán)重的造紙及紙制品業(yè)的產(chǎn)值年增長(zhǎng)率控制在6%,全部工業(yè)產(chǎn)值年增長(zhǎng)率平均達(dá)14.75%;產(chǎn)污強(qiáng)度比2008年降低20%-50%(低方案)、30%-70%(高方案);末端去除率提高到85%。

3.2 潛力測(cè)算

根據(jù)2.2中的測(cè)算模型,結(jié)合表1、表2中2008年重點(diǎn)行業(yè)的產(chǎn)污強(qiáng)度、末端去除率和表3情景設(shè)計(jì),測(cè)算出2015年重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)污染物排放量,與2008年各行業(yè)排放量相比,得出各行業(yè)減排潛力(見(jiàn)圖2)。

從圖1看出,2015年遼河流域工業(yè)行業(yè)污染物排放量與2008年相比,COD減排潛力最大的是造紙及紙制品業(yè),NH3-N減排潛力最大的是其它行業(yè)。

從工業(yè)行業(yè)的減排量合計(jì)來(lái)看:

(1)低方案:COD減排量為85 598 t,占2008年排放量的45%;NH3-N減排量為1 747 t,占2008年排放量的21%。

(2)高方案:COD減排量為104 372 t,占2008年排放量的55%;NH3-N減排量為2 831 t,占2008年排放量的33%。

從污染減排、成本投入及技術(shù)難度來(lái)看,低方案實(shí)現(xiàn)污染物總量減排較大,而成本投入及技術(shù)難度相對(duì)比較低,因此具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性,為最佳可選方案。該方案中,造紙及紙制品業(yè)COD減排量為67 683 t,潛力最大;其次是其它行業(yè)減排量為17 923 t,農(nóng)副食品加工業(yè)減排量為4 182 t;其它行業(yè)NH3-N減排量最大,達(dá)3 206 t,其次是剩余行業(yè)減排量為1 114 t,黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)減排268 t,農(nóng)副食品加工業(yè)減排量227 t。由于產(chǎn)值增長(zhǎng)速度較快,個(gè)別行業(yè)的污染物排放量還會(huì)增加,其中醫(yī)藥制造業(yè)COD增加311 t,NH3-N增加1 774 t;石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)COD增加6 333 t,NH3-N增加1 107 t。

在提高末端去除率比較有限的情況下,重點(diǎn)行業(yè)需要達(dá)到的產(chǎn)污強(qiáng)度水平可根據(jù)表1及表3中低方案的設(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算得出,作為未來(lái)產(chǎn)污強(qiáng)度準(zhǔn)入管理控制的依據(jù)。在此不再贅述。

表3 2015年遼河流域重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)清潔生產(chǎn)情景設(shè)計(jì)Tab.3 Design of cleaner production scenarios for industries in Liao River basin in 2015

圖2 2015年遼河流域重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)污染物減排潛力Fig.2 Potentials of water pollutant emissions reduction for industries in Liao River basin in 2015

4 結(jié) 論

(1)隨著工業(yè)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng),必須轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式,從源頭和生產(chǎn)過(guò)程中降低污染產(chǎn)生強(qiáng)度,從而減少污染物的產(chǎn)生量,降低末端處理成本,促進(jìn)污染總量減排。目前遼河流域污染工業(yè)行業(yè)普遍存在產(chǎn)污強(qiáng)度較高,去除率不高,在進(jìn)一步提高末端去除率受成本和技術(shù)制約的條件下,發(fā)展清潔生產(chǎn)促進(jìn)減排具有較大潛力。為此,需要通過(guò)優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、工藝及裝備升級(jí)和管理創(chuàng)新等手段,對(duì)污染嚴(yán)重的落后產(chǎn)能堅(jiān)決淘汰;對(duì)重點(diǎn)行業(yè)現(xiàn)有項(xiàng)目實(shí)施強(qiáng)制性清潔生產(chǎn)審核,發(fā)展清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì);對(duì)新建項(xiàng)目,提高產(chǎn)污強(qiáng)度準(zhǔn)入門(mén)檻,嚴(yán)格審批。

(2)2008年遼河流域40個(gè)大類(lèi)工業(yè)行業(yè)中,識(shí)別出7類(lèi)重點(diǎn)行業(yè),這7類(lèi)行業(yè)COD、NH3-N產(chǎn)生量分別占工業(yè)產(chǎn)生總量的77%、90%,排放量分別占工業(yè)排放總量的81%、77%。通過(guò)適當(dāng)限制重污染行業(yè)增長(zhǎng)速度、重點(diǎn)降低產(chǎn)污強(qiáng)度、適當(dāng)提高末端去除率,設(shè)計(jì)清潔生產(chǎn)發(fā)展情景,根據(jù)模型測(cè)算出,到2015年在工業(yè)產(chǎn)值平均保持14.75%的年增長(zhǎng)率下,2015年工業(yè)污染物排放量與2008年相比,COD削減45%-55%,NH3-N削減21%-33%。其中低方案為最佳方案,該方案下COD排放量削減45%,NH3-N排放量削減21%。從而以此為遼河流域工業(yè)污染防治“十二五”規(guī)劃提供技術(shù)支持。

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Research of Industrial Pollutant Emission Reduction Potential in Liao River Basin

HAN Ming-xia QIAO Qi SUN Qi-hong
(MEP Key Laboratory of Eco-Industry,Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China)

With the continuous growth of economic output,lowing pollutants generation intensity to reduce pollutant production was an important means for pollutant emission reduction.Based on environmental statistics data of industries of Liao River basin in 2008,with COD and NH3-N as pollutant indexes,seven kinds of industries,of COD and NH3-N were selected as key industries,of which the pollutants production of COD and NH3-N were 77%and 90%and pollutants emissionof COD and NH3-N were 81%and 77%respectively.By analying the pollutant generation intensity and end-pipe removal rates of the key industries,it showed that the higher pollutant generation intensity was the main reasons of heavy pollution and there were big pollutant emission reduction space for developing cleaner production from these industries.Desiging cleaner production development scenarios and measuing the pollutants emission of key industries in 2015,it shows that though limitingoutput annual growth rate of heavy pollution industries reasonably,reducing pollutant generation intensity and also appropriately raising the end-pipe removal rate,under the condition that industrial output keeps an average annual growth rate of 14.75%,the pollutant emission of COD will reduce 45%-55%and NH3-N will reduce 21%-33%compared to that of COD and NH3-N in 2008.This provides technical supports for“12th five year”industrial water pollution control planning for Liao River basin.

Liao River basin;industry;pollutant generation intensity;emission reduction;potentiality

F062.2

A

1002-2104(2010)08-0075-05

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.08.014

2010-02-23

韓明霞,博士后,主要研究方向?yàn)榍鍧嵣a(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)及生態(tài)工業(yè)。

＊重點(diǎn)流域“十二五”水污染防治規(guī)劃編制前期研究項(xiàng)目(No.2009-WA06)。

(編輯:劉呈慶)