童 昕,王 濤,黃慧婷,王兆龍

中國電子廢物循環(huán)利用空間優(yōu)化

童 昕1*,王 濤1,黃慧婷1,王兆龍2

(1.北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院,北京 100871；2.環(huán)境保護(hù)部固體廢物與化學(xué)品管理技術(shù)中心 北京 100029)

基于2014年和2015年環(huán)保部發(fā)布的省級回收數(shù)據(jù),分析了現(xiàn)有傳統(tǒng)回收體系下,各省的電子廢物回收率變化,發(fā)現(xiàn)省級尺度電子廢物的回收率呈現(xiàn)較大波動(dòng),這與電子廢物的跨省流動(dòng)有密切關(guān)系.為此,本文基于現(xiàn)有回收渠道的省際流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)格局,采用網(wǎng)絡(luò)分析中的層次聚類方法,揭示全國電子廢物流動(dòng)的區(qū)域化特征. 結(jié)果顯示根據(jù)區(qū)域化特征重新劃分市場區(qū),可以使主要市場區(qū)的整體回收率波動(dòng)明顯降低,從而為制定合理的回收目標(biāo)提供參考.針對這一研究結(jié)果,提出基于市場區(qū)域化特征,建立全國一體化的回收利用市場和差異化的區(qū)域性回收目標(biāo),有助于充分利用市場機(jī)制優(yōu)化中國電子廢物循環(huán)利用的空間格局.最后,討論了生產(chǎn)者主導(dǎo)和處理企業(yè)主導(dǎo)兩種治理機(jī)制對空間優(yōu)化的潛在影響.

電子廢物；空間優(yōu)化；生產(chǎn)者責(zé)任延伸制；逆向物流；綠色供應(yīng)鏈

為了有效控制電子廢物非法拆解活動(dòng)所造成的環(huán)境污染[1-2],我國建立了基于生產(chǎn)者延伸責(zé)任制度的電子廢物規(guī)范處理體系[3].由此逐步將電子廢物引向正規(guī)處理企業(yè),從而有效控制污染物流向.但由于回收系統(tǒng)主要依賴傳統(tǒng)回收渠道,基金補(bǔ)貼刺激了回收市場的競價(jià)收購,最終也導(dǎo)致回收基金出現(xiàn)較為嚴(yán)重的收支不平衡.基金補(bǔ)貼制度面臨調(diào)整[4].

在生產(chǎn)者責(zé)任延伸制度的設(shè)計(jì)中,回收目標(biāo)的設(shè)定對于解決上述問題至關(guān)重要[5].通過制定回收目標(biāo)可以預(yù)估區(qū)域回收總量以協(xié)調(diào)處理設(shè)施布局和處理能力規(guī)劃.從國際經(jīng)驗(yàn)來看,回收目標(biāo)既存在時(shí)間上的動(dòng)態(tài)變化,也存在區(qū)域差別.例如,日本2001年開始實(shí)施《家用電器循環(huán)利用法案》,大家電回收率按照每千人回收臺(tái)數(shù)計(jì)算,2001年為83臺(tái)/千人,到2010年達(dá)到峰值為218臺(tái)/千人,折合成重量約從2001年的2.5kg/人增加到2010年的6.9kg/人[6].歐盟WEEE條例(Directive 2002/96/EC)一開始設(shè)定成員國各類電子廢物的回收目標(biāo)達(dá)到人均4Kg/a的最低標(biāo)準(zhǔn).但在實(shí)際操作中,各國執(zhí)行情況差異很大,到2015年歐盟大部分成員國都超過了這一目標(biāo),最高可達(dá)人均14kg/a[7].

我國地域遼闊,區(qū)域發(fā)展差異大,很難在全國采用統(tǒng)一的回收目標(biāo).但目前以省級行政單元為基礎(chǔ)規(guī)劃回收處理設(shè)施,以滿足本省預(yù)期廢棄量,也存在一定問題.特別是在現(xiàn)有市場化回收體系下,電子廢物的流動(dòng)受基金補(bǔ)貼、運(yùn)輸成本、再生資源市場需求等多方面因素的影響,實(shí)際流動(dòng)情況與規(guī)劃設(shè)想并不相符[8-9].為此,本文研究了2014年和2015年基金補(bǔ)貼影響下,國內(nèi)不同區(qū)域的電子廢物回收率變化特征,期望對回收目標(biāo)的設(shè)定提供參考.

1 研究方法

1.1 回收率計(jì)算

本文中的廢棄電器電子產(chǎn)品回收率采用每千人回收臺(tái)數(shù)計(jì)算,計(jì)算公式如下:

式中:R為區(qū)域的回收率;Q為區(qū)域規(guī)范處理廠回收廢電器產(chǎn)品總量,數(shù)據(jù)來自環(huán)保部公布的2014年和2015年電子廢物規(guī)范處理報(bào)告回收量(單位:臺(tái));P為區(qū)域的人口數(shù),數(shù)據(jù)來自中國統(tǒng)計(jì)年鑒.

1.2 層次聚類分析

參考Tong等[8]采用空間相互作用模型估算的中國電子廢物地區(qū)間流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果,采用網(wǎng)絡(luò)聚類的方法識別電子廢物流動(dòng)聯(lián)系緊密的地區(qū).空間相互作用模型主要反映在當(dāng)前傳統(tǒng)回收體系的狀態(tài)下,受省級尺度電子廢物產(chǎn)生量、處理能力,以及物流成本三方面條件約束,電子廢物省際流動(dòng)的空間特征.基于這一方法估算的中國省際電子廢物流動(dòng)網(wǎng)絡(luò),本文采用層次聚類分析方法識別電子廢物流動(dòng)聯(lián)系最為緊密的區(qū)域.

層次聚類分析方法根據(jù)分類對象之間的距離遠(yuǎn)近或相似系數(shù)的大小進(jìn)行分層歸類,距離近或者相似系數(shù)大的分類對象在低層次合并,距離遠(yuǎn)或者相似系數(shù)小的在高層次合并[10-11].

聚類分析中,涉及到個(gè)體間距離和類簇間距離.個(gè)體間距離又可以分為相似性和差異性,其中相似性常用相似系數(shù)表征,差異性常用距離表征.類簇間距離即聚類的劃分方法,在個(gè)體歸并為類簇之后,涉及到個(gè)體與類簇,以及類簇與類簇之間的距離,及如何確定這一類簇的“質(zhì)心”.常用的方法有最短距離法、最長距離法、中間距離法、重心法、類平均法、可變類平均法等.其中,最短距離法定義G與G兩個(gè)類簇之間的距離為兩個(gè)類簇中各樣本點(diǎn)最小的距離,即

式中:D表示G與G之間的距離;d表示屬于G類簇中的樣本X和屬于G類簇中的樣本X之間的距離. 同理,最長距離法則定義G與G兩個(gè)類簇之間的距離為兩個(gè)類簇中各樣本點(diǎn)最大的距離,中間距離法則采用兩點(diǎn)之間的某個(gè)位置代表類簇距離.而重心法、類平均法則將類簇大小考慮在內(nèi),據(jù)此計(jì)算權(quán)重.

因此,各種類簇間距離的計(jì)算方法可以通過以下公式統(tǒng)一起來:

式中:、、、為參數(shù).對于不同的類簇間距離定義,參數(shù)的取值不同[11].

本文在UCINET中采用相似性指標(biāo)計(jì)算個(gè)體間距離,用加權(quán)平均距離(相似性)的方法計(jì)算類簇間距離.因最短距離和最長距離法受極端值影響較大,因此在本研究中按類簇大小加權(quán)的平均距離(或相似性)值作為類簇間距離,以表征電子廢物省際流動(dòng)聯(lián)系的緊密程度.

1.3 線性規(guī)劃

根據(jù)層次聚類分析的結(jié)果,以內(nèi)部聯(lián)系緊密,對外交互流動(dòng)較少的川渝區(qū)為例,按地級市為單位,采用線性規(guī)劃方法對區(qū)內(nèi)現(xiàn)有處理廠的處理能力進(jìn)行優(yōu)化配置.川渝各地級市2014年廢家電產(chǎn)生量空間分布數(shù)據(jù)采用劉志峰等[12]的計(jì)算方法獲得的.各地級市到處理廠的運(yùn)輸成本采用國內(nèi)某門到門貨運(yùn)公司提供的物流價(jià)格數(shù)據(jù).線性優(yōu)化目標(biāo)為運(yùn)輸成本最小化,約束條件為現(xiàn)有處理能力條件下,完全處理川渝地區(qū)2014年產(chǎn)生的廢棄四機(jī)一腦產(chǎn)品.

2 研究結(jié)果

2.1 正規(guī)處理體系下的省際回收率

在電子廢物處理基金的資助下,正規(guī)處理企業(yè)與非正規(guī)部門之間形成了拆解處理與回收的分工格局.2014年正規(guī)處理廠一共回收6944萬臺(tái)廢棄電器,全國平均回收率為50臺(tái)/千人;2015年回收量達(dá)到7286萬臺(tái),全國平均回收率為53臺(tái)/千人,這一回收率與日本1998年剛開始嘗試大家電回收的水平接近[6].圖1顯示了2014年和2015年各省根據(jù)實(shí)際回收量計(jì)算的回收率(每千人回收臺(tái)數(shù)).這一回收率在不同省市之間存在很大的差異,最高的天津每千人回收量達(dá)到180多臺(tái).湖北、江西也在每千人100臺(tái)以上.平均每千人回收50臺(tái)以上的省市有北京、山西、山東、江蘇、浙江、四川、湖南、廣東等省.2015年各省千人回收率發(fā)生了一些變化.排名靠前的3個(gè)省市天津、湖北和江西變化不大.但河北、河南、安徽、福建都從平均每千人回收50臺(tái)以下上升到50臺(tái)以上.山東、山西的千人回收量則從50臺(tái)以上下降到50臺(tái)以下.部分省區(qū)的回收率變化劇烈,例如北京回收率從100臺(tái)/千人下降到38臺(tái)/千人,而河北省從33臺(tái)/千人上升到62臺(tái)/千人.這種變化其實(shí)是由于基金補(bǔ)貼的刺激下,市場競爭對電子廢物的流向產(chǎn)生了比較大的影響.如果考慮非正式回收體系帶來的跨省流動(dòng),省內(nèi)指標(biāo)的變化并不能完全反映該省的實(shí)際回收情況.

圖1 2014年(a)和2015年(b)中國分省電子廢物回收率(臺(tái)/千人)

2.2 電子廢物地區(qū)間流動(dòng)的區(qū)域化特征

童昕等[9]采用空間相互作用模型預(yù)測了電子廢物地區(qū)間流動(dòng)情況,定量估算了電子廢物跨省流動(dòng)的基本格局.根據(jù)2017年開展的正規(guī)處理廠調(diào)研結(jié)果,證實(shí)這一模型估算結(jié)果的有效性[8].本文在此基礎(chǔ)上,采用網(wǎng)絡(luò)分析中的層次聚類方法對全國進(jìn)行分區(qū),將全國分為18個(gè)獨(dú)立的單元(圖2),其中華中區(qū)(河南、湖北、湖南、江西)、華北區(qū)(北京、天津、河北、山西、山東)、華東區(qū)(上海、江蘇、浙江、安徽)、華南區(qū)(福建、廣東)、川渝區(qū)(四川和重慶)占了全國回收量的95%以上.華中區(qū)的回收率最高,2014年達(dá)到76臺(tái)/千人,2015年上升到85臺(tái)/千人,接近日本2001年正式實(shí)施家電循環(huán)利用法時(shí)的狀態(tài).華北、華東、華南、川渝都在60臺(tái)/千人上下.西部邊遠(yuǎn)省區(qū)流量主要局限于省內(nèi),回收率也較低,普遍低于30臺(tái)/千人.

圖2 2014年(a)和2015年(b)按市場聯(lián)系劃分區(qū)的實(shí)際回收率(臺(tái)/千人)

2017年開展的企業(yè)調(diào)研還發(fā)現(xiàn),網(wǎng)絡(luò)聚類分析得到的18區(qū)分區(qū)方案中,華北區(qū)(北京、天津、山西、河北和山東),川渝區(qū)(四川-重慶)內(nèi)部流動(dòng)占比都在90%以上,適合作為一個(gè)大區(qū)優(yōu)化處理設(shè)施的空間布局.華東區(qū)(上海、江蘇、浙江、安徽)內(nèi)部流動(dòng)占比77%,有較大比例流向華中區(qū)(河南、湖北、湖南、江西),導(dǎo)致華中區(qū)2014年千人回收率達(dá)到76臺(tái),這種聯(lián)系在2015年進(jìn)一步強(qiáng)化.

2.3 按大區(qū)處理設(shè)施優(yōu)化分配:以川渝區(qū)為例

圖3顯示了按照上述市場區(qū)劃分結(jié)果,川渝區(qū)處理設(shè)施優(yōu)化分配的結(jié)果.其中各地級市廢棄電器電子產(chǎn)品產(chǎn)生量根據(jù)劉志峰等[12]的計(jì)算方法估算.如果將四川和重慶作為兩個(gè)不同的省級單元分別考慮,重慶存在處理能力不足的問題.而將兩個(gè)省級行政單元?dú)w并為一個(gè)市場區(qū),則可以根據(jù)總運(yùn)輸成本最小化的目標(biāo)條件,規(guī)劃各處理廠的最優(yōu)處理量.5個(gè)拆解廠中,重慶、眉山和德陽的處理能力基本上達(dá)到飽和,其中重慶有26.4%的廢棄量超過當(dāng)?shù)靥幚砟芰?可以流向成都或內(nèi)江的處理廠.成都處理能力利用率約70%,內(nèi)江的處理能力利用率達(dá)到57%.

圖3 四川-重慶地級市電子廢物產(chǎn)生量及五廠優(yōu)化拆解量分配

3 討論

2014年和2015年,在基金補(bǔ)貼的影響下,電子廢物形成正規(guī)處理廠拆解,多元市場化渠道回收的分工格局.已有電子廢物處理設(shè)施是按照省級尺度規(guī)劃建設(shè)的,以滿足本省處理需求為目標(biāo).國內(nèi)外電子廢物管理的實(shí)踐證明,通過正規(guī)處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電子廢物100%回收處置,在短期內(nèi)并不是一個(gè)可行的目標(biāo).通過設(shè)定回收目標(biāo),逐步引導(dǎo)電子廢物流向規(guī)范化處理渠道,是目前管理政策改革的一個(gè)重要環(huán)節(jié).中國一方面地域廣大,區(qū)域發(fā)展不平衡,不宜采用一刀切的回收目標(biāo).另一方面,電子廢物的空間流動(dòng)受再生資源市場需求、環(huán)境管制條件等諸多因素的影響,跨省流動(dòng)比較普遍,也不宜簡單按照各省回收率設(shè)定各自的回收目標(biāo).本研究揭示了基金補(bǔ)貼影響下,省際之間存在相對穩(wěn)定的流動(dòng)格局,可以作為更大區(qū)域?qū)蛹壔厥漳繕?biāo)設(shè)定的參考.

首先,本研究表明交通運(yùn)輸成本對廢物流向的基本格局具有決定性的影響.這導(dǎo)致在基金補(bǔ)貼的管理機(jī)制下,我國電子廢物跨省流動(dòng)以鄰省為主,這為處理設(shè)施的空間優(yōu)化提供了現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ).網(wǎng)絡(luò)聚類分析方法在全國尺度和省級尺度之間識別出更加合適的區(qū)域尺度建立市場區(qū),以便根據(jù)市場區(qū)的實(shí)際回收情況設(shè)定相應(yīng)的回收目標(biāo),引導(dǎo)回收企業(yè)和處理企業(yè)合理布局回收網(wǎng)絡(luò)和處理設(shè)施.

不過,在區(qū)域尺度,除了運(yùn)輸成本以外,再生資源市場需求的差異也會(huì)影響電子廢物的流動(dòng).對比不同區(qū)域電子廢物流向,發(fā)現(xiàn)華北區(qū)、四川-重慶區(qū)是典型的區(qū)內(nèi)流動(dòng)為主,適合通過區(qū)域性回收目標(biāo)建立地方化回收處理市場,就能有效提高現(xiàn)有處理設(shè)施的利用效率.而東部地區(qū)和中部地區(qū)存在明顯的電子廢物區(qū)域間流動(dòng),體現(xiàn)了區(qū)域產(chǎn)業(yè)分工和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的特點(diǎn),即使按照上述區(qū)域劃分方法,仍然不能充分反映生產(chǎn)區(qū)位轉(zhuǎn)移和再生資源市場需求對電子廢物流動(dòng)的實(shí)際影響.需要更大尺度的區(qū)域協(xié)調(diào),深化電子廢物回收、拆解、循環(huán)利用和處理整個(gè)鏈條上的分工協(xié)作機(jī)制.

從根本上來看,利用市場機(jī)制協(xié)調(diào)電子廢物流動(dòng)及處理設(shè)施空間布局,需要充分發(fā)揮關(guān)鍵市場主體的作用.在生產(chǎn)者責(zé)任延伸的原則下,電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)和規(guī)范處理廠是特別關(guān)鍵的市場主體.在現(xiàn)有基金補(bǔ)貼的機(jī)制下,生產(chǎn)者在前端承擔(dān)了基金繳納的責(zé)任.處理基金未來將根據(jù)生產(chǎn)者繳納基金的實(shí)際收入情況,動(dòng)態(tài)調(diào)整補(bǔ)貼水平.而規(guī)范處理廠經(jīng)過多年摸索,在整合當(dāng)?shù)鼗厥站W(wǎng)絡(luò)方面形成一定優(yōu)勢.政府通過設(shè)定合理的回收目標(biāo)可以促進(jìn)回收利用企業(yè)與生產(chǎn)企業(yè)利用市場機(jī)制達(dá)成有效協(xié)作.只有逐步將電子廢物回收的逆向物流納入生產(chǎn)企業(yè)的綠色供應(yīng)鏈治理,提高回收網(wǎng)絡(luò)的透明度,才能使這一協(xié)作機(jī)制得以持續(xù)完善.

4 結(jié)論

4.1 比較了2014年和2015年,在基金補(bǔ)貼下,各省電子廢物規(guī)范化處理的回收率變化情況,發(fā)現(xiàn)省級尺度電子廢物的回收率呈現(xiàn)較大波動(dòng),這與電子廢物的跨省流動(dòng)密切相關(guān).

4.2 基于現(xiàn)有回收渠道的省際流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)格局,采用網(wǎng)絡(luò)分析中的層次聚類方法,揭示全國電子廢物流動(dòng)的區(qū)域化特征.結(jié)果將省級行政單元重新劃分為18個(gè)市場區(qū).其中,華北區(qū)和川渝區(qū)電子廢物流動(dòng)主要局限在區(qū)內(nèi),東部地區(qū)和中部地區(qū)還存在比較大的跨區(qū)流動(dòng).邊緣省區(qū)電子廢物流動(dòng)主要局限于省內(nèi).通過重新劃分市場區(qū),主要市場區(qū)的整體回收率波動(dòng)明顯降低,從而為制定合理的回收目標(biāo)提供參考.

4.3 通過建立全國一體化的回收利用市場和差異化的區(qū)域性回收目標(biāo),有助于充分利用市場機(jī)制,促進(jìn)逆向物流中的關(guān)鍵市場主體協(xié)商合作,完善回收體系,提高處理設(shè)施的運(yùn)行效率,從而能夠持續(xù)優(yōu)化中國電子廢物循環(huán)利用的空間格局.

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Spatial optimization of e-waste recycling in China.

TONG Xin1*, WANG Tao1, HUANG Hui-ting1, WANG Zhao-long2

(1.College of Urban and Environmental Sciences, Peking University, Beijing 100871, China；2.Center of Solid Waste and Chemical Management Technology, Ministry of Environmental Protection,Beijing 100029, China)., 2018,38(10)：3868~3873

A nation-wide e-waste recycling system has been established based on planned capacity for self-sufficiency at the provincial level in China. However, due to the reliance on the informal collection network to collect waste product from consumers to the certified recycling plants, there was a mismatch between the planning intention and the real spatial pattern of e-waste flows. With data published by Ministry of Environment Protection in 2014 and 2015, we used hierarchical cluster analysis to identify the regional market blocks with intensive linkages of e-waste flows among all provinces. The result showed that (1) the collection rate was more stable at the regional level than at the provincial level; and (2) significant regional disparity existed among different regions. In conclusion, the policy implications were proposed to optimize the spatial pattern of e-waste recycling in China by addressing the potential impacts of different governance structure dominated by the producers or the recycling corporations.

e-waste；spatial optimization；extended producer responsibility；reverse logistics；green supply chain

X705

A

1000-6923(2018)10-3868-06

童 昕(1975-),女,四川成都人,副教授,博士,主要從事工業(yè)地理與工業(yè)生態(tài)學(xué)研究.發(fā)表論文60余篇.

2018-06-20

國家自然科學(xué)基金資助重點(diǎn)項(xiàng)目(41731278);國家自然科學(xué)基金自主面上項(xiàng)目(41271548)

* 責(zé)任作者, 副教授, tongxin@urban.pku.edu.cn