循环经济与主要污染物减排效应的定量评价方法研究，本文主要内容关键词为：污染物论文,定量论文,循环经济论文,效应论文,评价论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》提出了“十一五”期间全国主要污染物
、COD排放总量减少10％的约束性指标，节能减排已成为调整经济结构、转变经济发展方式的重要手段，节能减排目标完成情况也成为检验经济发展成效的重要标准。国家有关部门已出台了一系列有利于减排的财政、价格、金融、税收、贸易等政策，将进一步制定促进节能减排的市场准入标准、强制性能效标准和环保标准。
毋庸置疑，、COD总量控制和减排将是未来相当长一段时间内环境保护工作的重点，而且更多的污染物也将被纳入减排范畴。因此，建立持续有效的减排措施是实践过程中必须解决的关键环节之一。
2005年7月2日，《国务院关于加快发展循环经济的若干意见》(国发[2005]22号)指出了发展循环经济的重点工作、重点环节和主要指标；进一步，随着《循环经济促进法》的颁布和实施，提出了新的挑战，将推进相关产业的进一步发展，循环经济作为节能减排的重要抓手被提到了战略高度。
循环经济作为一种广义的减排措施，其内涵丰富。而目前SO[，2]、COD两项主要污染物总量减排作为约束性指标，注重微观层面，减排措施明确、定量考核体系较完善。循环经济相应的减排效应的量化仍存在一系列亟须解决的技术、政策等关键问题。
对两项主要污染物、COD而言，电力、钢铁、有色、建材、石油加工、化工6大行业占全国二氧化硫排放量的近70％。目前减排的几条技术措施中，电厂脱硫占减排的92％，火电厂70％以上采用石灰石/石灰—石膏法烟气脱硫工艺[1]。从这个角度分析，减排的关键取决于脱硫设施，循环经济对减排的直接效应近期内不显著。因此本文重点研究循环经济与COD减排效应的量化关系，从典型行业入手，研究循环经济与减排之间的逻辑关系，建立循环经济减排效应的量化方法。并探讨开展循环经济推动COD减排的政策措施。
我国现阶段实施循环经济“减量化、再利用、资源化”三原则优先以减量化为核心，侧重源头削减，提高资源利用率；而落实到具体的行业，减量化的表现形式又千差万别，实际研究中必须分析各行业的特点，有针对性地开展减量化研究及评价。
根据中国统计年鉴和中国环境统计年鉴，2006年COD排放量位于前4位的行业依次为造纸业、农副食品加工业、化学原料及制品业、纺织业，其COD排放量分别占39个统计行业COD排放总量的33.6％、12.8％、11.7％和6.8％。这四个行业2006年工业总产值贡献比例依次为2％、3％、8.2％和4.1％，其污染物排放总量与经济贡献比例很不协调，污染物排放总量比例远大于经济贡献比例。这四个是当前开展污染物减排的重点行业，其通过开展循环经济实现减排的潜力很大。进一步，本文以化学原料及化学制品制造行业为例研究循环经济与COD减排的定量联系。
1 循环经济三原则与减排三措施之间的关联分析
图1 为循环经济“减量化、再利用、资源化”三原则与主要污染物减排的逻辑关系分析。
图1 循环经济三原则与主要污染物减排之间的逻辑关系分析
图1中左侧为循环经济三原则的内涵；右侧为“十一五”主要污染物总量减排三大措施(工程减排、结构减排和管理减排)的内涵。循环经济是实现可持续污染物减排的重要方法。循环经济三原则内涵丰富，其直接体现是资源能源利用效率提高，单位产品污染物排放总量下降，是一种广义的减排；主要污染物总量减排当前针对、COD两项主要污染物，其结果是在2005年环统基础上二者排放量削减。目前循环经济内涵以定性为主，绝大部分为间接的污染物减排效应，核算难度大；而工程减排和结构减排具有明确的含义，当前贡献了绝大部分的COD减排量，其定量核算方法明确。工程减排主要以城市污水处理厂新增削减量和工业企业污水治理工程新增削减量为主；结构减排以取缔关停企业、落后生产线和设施为主，循环经济很大层面被归入管理减排。图1中，循环经济与COD有效减排之间目前可建立直接定量联系的途径是中水回用。对工业企业和管理者而言，循环经济的一系列定性措施如何转化为单位产品生产过程中的COD削减，且实施循环经济前后COD削减量如何核证是主要污染物减排及核查关注的重点。
我国现阶段发展循环经济以减量化为优先，侧重源头削减；从“十一五”两项主要污染物核查核算“淡化基数、算清增量、核准减量”的原则分析，近期减排的重点在于核准减量，即核准工程减排和结构减排的削减量。工程减排和结构减排从循环经济角度分析仍偏重末端治理，还处于还“历史欠账”的阶段，但随着城市污水处理厂等公用基础设施不断完善，结构调整不断深入，以城市污水处理厂建设为主的工程减排和关停取缔落后产能为主的结构减排将难以保持持续的减排绩效，因此必须及早着手研究以循环经济减量化为核心的减排技术和政策。
2 典型行业循环经济与COD减排的定量联系
COD减排的定量核查核算已有较系统的方法，下面重点从循环经济定量研究角度建立循环经济与COD减排的联系。
循环经济定量研究常用的方法有物质流分析(MFA)和生命周期分析(LCA)。物质流分析方法基于物质守恒定律，是指用物理单位(通常用t)对物质从采掘、生产、转换、消费、循环使用直到最终处置进行的结算，其分析的物质可包括元素、原材料、基本材料、产品、制成品、废弃物、及向空气、水的排放物[2-4]。其对认识经济活动与环境退化之间的关系和制订提高自然资源利用效率的政策与法规具有十分重要的意义。许多国家开展了国家层面和产业部门的物质流分析研究，国内在国家层面，区域层面，磷循环系统，钢铁生产等方面也进行了一系列研究。但已开展的物质流分析研究大部分基于国家尺度，对化工等高污染行业的物质流分析研究则很少。
生命周期评价是一种客观评价产品、过程或者活动的环境负荷的方法；该方法通过识别与量化所有物质和能量的使用以及环境排放，来评价由此造成的环境影响，评估和实施相应的改善环境表现的机会。生命周期评价包括产品、过程或活动从原料获取和加工、生产、运输、销售、使用/再使用/维修、再循环到最终处置的整个生命周期[5]。LCA国内仍处于研究的初期阶段，需要建立庞大的清单数据库，基础数据积累及相关软件尚不完善。
目前为止，化学化工领域用于评价合成方法污染物产生量的常见方法之一是由Sheldon于1992年提出的E因子[6]，其定义为单位产品废弃物的产生量，E因子的基本原理也是基于物质守恒定律，其计算方法为所有输入原料的质量总合减去产品产量，再除以产品产量即得到单位产品废弃物产生量。E因子涵盖了化工生产中各种原辅材料、溶剂损耗，后处理过程辅助试剂消耗等，其作为一种简洁有效的工具在化学工业，尤其是在精细化学品和制药工业中合成路线筛选时被广泛应用。Sheldon提出了化学工业中石油精炼、大宗化学品、精细化学品和制药四个主要领域的E因子参考值，分别为<0.1、1～5、5～50、25～100。精细化学品和制药领域污染物总量虽较小，但单位产品的污染物产生量却很大。E因子在一定程度上反映了制造过程的环境影响，当前污染源普查使用的排污系数与E因子异曲同工。但是废弃物的环境影响不仅取决于其量，还取决于其性质。对化工生产，尤其是有机化工生产，其废弃物主要由有机成分和无机成分组成，有机成分主要由过量的反应试剂、副产物、产品分离后的残留物、溶剂等组成，无机成分主要是反应及后处理过程使用酸碱后产生的无机盐。产品不同或生产方法不同，废弃物种有机成分和无机成分的比例差异很大。有机反应的核心是官能团转换，目标产物相对于起始原料分子量或增大或减小，而物料的利用率与分子量增减无必然对应关系。因此，E因子并不能准确反映各种原料、特征元素的利用效率以及废弃物的性质。
本文针对化工领域首次提出了以TOC为计量单位的物质流分析方法，即将单位产品生产过程中实际物质消耗折算为TOC及N、P、S、CI等特征物质的投入产出分析。原料及产物、副产物折算为TOC的方法如下：原料的单耗(制备单位产品消耗的原料质量数)乘以其有效含量，除以分子量得到其摩尔数，从摩尔数和分子中的碳原子个数计算出每种原料对应的TOC投入量，产品TOC计算方法类似；对不含碳的原料及产物，TOC均计为0。原料TOC总和与产品TOC之差与产品量之比即为单位产品TOC净产生量，计为TOCE。原料及产物中的杂质主要包括微量水分，无机物和有机杂质。因在化工生产过程中往往对原料的纯度有较高要求，有机杂质贡献的TOC的影响几可忽略。
需要指出的是，TOCE仅指在生产过程中产生的气、固、液三种废弃物的TOC总和，而不是排入环境中的废弃物TOC总和。因处理技术、废物性质、气固液废弃物比例、处理效率等的差异，即使相同的工艺因生产者不同其进入环境的废弃物量差异也很大，进入环境的废弃物的TOC量此处不作为重点讨论。
进一步，可将单位产品TOC净产生量折算为对应的理论COD值。为简化计算，TOC与COD折算时忽略有机物分子中除碳以外的还原性组分对COD的贡献，统一按1gTOC=2.67gCOD折算。关于TOC与COD的对应关系，黎松强研究了有机化工废水COD与TOC的相关性，指出二者有很好的相关性[7]。目前国内污水COD在线监测仪大部分为测试TOC后转换为COD，二者转换系数的确定随具体的污水处理厂不同而变化，通常在在线监测仪安装调试时现场通过实验确定。
以此类推，分企业，按产品逐个统计，分析单位产品净TOC、COD产生量变化情况，汇总得出工业园区或区域的TOC物质流及净COD产生量。将实施循环经济前后单位产品物质投入量按上述方法进行比较，即可定量评价循环经济与COD减排绩效。
表2以2-氨基丙醇为例，比较其实施循环经济减量化前后单位产品TOC、COD净削减量。2-氨基丙醇是一种重要的精细化工产品，广泛应用于医药、化工、食品、农药等领域，是喹诺酮类抗菌药物氧氟沙星、左氧氟沙星的关键合成原料之一。其循环经济的关键措施是流程优化，由二步合成法(表2方法一)改为一步催化加氢还原法[8-9](表2方法二)，具体结果见表2。
从表2可见，2-氨基丙醇合成路线中，方法二由催化加氢一步法替代方法—酯化～硼氢化钾还原二步法，单位产品TOC净产生量削减0.88kg/kg，COD净产生量削减2.35kg/kg，结合该产品的年生产量，即可得出单位产品COD削减量。
3 循环经济促进减排的技术政策建议
除研究建立各行业循环经济与减排的定量核证方法外，制定切实可行的技术政策推动循环经济实施也是促进减排的关键之一。
《国务院关于发展循环经济的若干意见》(国发[2005]22号)中明确指出了利用价格杠杆、财税和收费政策等促进、支持循环经济发展。从循环经济与减排角度，除制定经济政策外，完善循环经济与减排技术保障体系，尤其是循环经济与减排效益定量核证的技术支撑体系，以应对“十二五”乃至后期污染因子减排范畴扩大以及以现阶段工程减排和结构减排进入瓶颈阶段时开辟新的减排途径之需。
国家环保部已颁布了一些行业的清洁生产标准和评价指标体系，但这些标准和指标体系仍不能作为减排效应定量核证的依据，因具体产品的生产水平与指标体系差距的核证仍不能直接有效进行。为此，须逐步制定、完善重污染行业典型产品的循环经济和清洁生产技术清单，同时属于清单范围且生产水平处于指标体系之上的项目，超过指标部分可借助TOC物质流分析的方法计算减排量。
“十一五”科技支撑计划已支持开展钢铁、机械(铸造和热处理)、煤化工、家用电器行业循环经济技术清单研究，化工、纺织、造纸等行业循环经济技术清单研究亟待加强。
4 结语
循环经济三原则丰富的内涵是更广义的减排，对工业企业和管理者而言，其一系列定性的措施如何转化为单位产品生产过程中的COD削减量，以及如何核证此削减量是“十一五”主要污染物减排及核查关注的重点之一。
化学原料及制品业、纺织业、造纸业、台金、制革等行业通过开展循环经济实现减排的潜力很大，是开展循环经济与减排研究的重点对象。
以TOC为计量单位的物质流分析方法便于全面系统研究化工生产中有机物和无机物的利用效率、废弃物产生量、废弃物性质等，既可应用于单个产品，也可汇总扩展至一个企业或园区。以TOC物质流分析为纽带，可建立循环经济与减排之间的定量联系，评价循环经济的定量减排效应。
建议加强化工、纺织、造纸等重污染行业循环经济技术清单及清洁生产标准和评价体系研究。