無標準行業(yè)企業(yè)清潔生產(chǎn)審核技術方法研究*

溫 勇，陳 禧，王 煒，彭香琴，劉宇波

(1.環(huán)境保護部華南環(huán)境科學研究所，廣東 廣州 510655；2. 廣州華科環(huán)保工程有限公司，廣東廣州510655)

企業(yè)清潔生產(chǎn)審核是對企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)實行預防污染的分析和評估，制定并實施減少能源、水和原材料使用，消除或減少產(chǎn)品和生產(chǎn)過程中有毒物質的使用，減少各種廢棄物排放及其毒性的方案的過程[1-2]，是從源頭削減污染，提高資源利用效率的重要手段。

近10年來，在國家立法和有關政策的推動下，各行各業(yè)的清潔生產(chǎn)審核工作飛速發(fā)展[3-4]。目前，清潔生產(chǎn)審核的方法一般是按照《企業(yè)清潔生產(chǎn)審核手冊》，對企業(yè)工藝、設備、管理、產(chǎn)排污等情況進行全面的考察，再根據(jù)相關的清潔生產(chǎn)技術標準進行對標評價，找出企業(yè)生產(chǎn)和排污的薄弱環(huán)節(jié)(即清潔生產(chǎn)水平低的環(huán)節(jié))，從而挖掘企業(yè)的清潔生產(chǎn)潛力，提出并實施清潔生產(chǎn)方案，實現(xiàn)企業(yè)清潔生產(chǎn)[5]。因此，行業(yè)清潔生產(chǎn)標準對審核工作至關重要。

截至2013年1月，已發(fā)布的行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系僅30項，行業(yè)清潔生產(chǎn)標準僅88項，遠不能滿足各行各業(yè)清潔生產(chǎn)審核的需求*中華任命共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會. 清潔生產(chǎn)評價指標體系編制通則.。

在實際的審核工作中，經(jīng)常會遇到?jīng)]有相關技術標準可依的企業(yè)(以下簡稱“無標準行業(yè)企業(yè)”)。如何開展無標準行業(yè)企業(yè)的清潔生產(chǎn)審核工作是一個亟待解決的問題。目前，關于清潔生產(chǎn)審核的研究大多數(shù)都集中在特定的行業(yè)企業(yè)。Hilson等[6]研究如何以環(huán)境管理手段在采礦業(yè)促進清潔生產(chǎn)工作，Gerbens-Leenes等[7]提出一套評價糧食加工行業(yè)企業(yè)清潔生產(chǎn)水平的指標體系，Ren及Avsar等[8-9]分別研究了造紙行業(yè)的清潔生產(chǎn)潛力及清潔生產(chǎn)審核要點。此外，金屬表面處理、牛奶制品加工、海魚冷凍加工等行業(yè)的清潔生產(chǎn)審核工作也有相關的研究報道[10-12]。在實際工作中，對無標準行業(yè)企業(yè)往往是采用傳統(tǒng)審核方法對企業(yè)生產(chǎn)的原輔材料(包括能源)、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設備、過程控制、管理制度、員工、產(chǎn)品、廢棄物等方面進行全方位審核，再提出相關清潔生產(chǎn)方案。針對無標準行業(yè)企業(yè)更為高效、通用的清潔生產(chǎn)審核方法，目前還沒有相關方法的文獻報道。

本研究針對無標準行業(yè)企業(yè)，構建了一套定性與定量相結合的因子分析方法體系，以一家光學玻璃制造企業(yè)為例，進行實例分析，重點介紹因子分析法在實例中的應用，并從審核成本、審核時間及審核成效與傳統(tǒng)審核方法進行對比，探討因子分析法在無標準行業(yè)清潔生產(chǎn)審核工作中的可行性。

1 因子分析方法體系

本研究構建的因子分析方法體系(以下簡稱因子分析法)以物質守恒和能源守恒理論為基礎，從企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的關鍵物質、能源出發(fā)，以一種物質或一種能源為一個因子，分析因子的轉移、轉化流程的合理性，從而識別判斷企業(yè)生產(chǎn)的問題環(huán)節(jié)，提出清潔生產(chǎn)方案。具體的審核分析框架如圖1所示。

因子分析法審核分析框架的第一步是關鍵因子識別與分析因子篩選，根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)和排污情況，運用清單法、矩陣法或其他方法，列出消耗大(如水、能源、主要原材料等)、有毒有害、轉化轉移過程不明確的物質或能源，進行定性和半定量分析，甄別出可能存在問題的關鍵因子，以備下一步的分析。關鍵因子識別與分析因子篩選是有別于傳統(tǒng)審核分析方法的一步。傳統(tǒng)方法的預審核一般是對企業(yè)主要原輔料、主要產(chǎn)品、能源及用水情況，逐一列出總耗并計算單耗，從生產(chǎn)過程，企業(yè)設備水平及維護狀況，環(huán)保管理狀況等方面對企業(yè)清潔生產(chǎn)水平進行全面的分析。對于有技術規(guī)范可依的企業(yè)，分析指標都有相應的水平閾值可以進行參考和對比，從而判別其水平落后的環(huán)節(jié)，因此，傳統(tǒng)的分析方法顯得全面而實用。但是對于無標準行業(yè)的企業(yè)，這些分析數(shù)據(jù)沒有可進行比較的對象，對其進行全面的分析也很難找到薄弱環(huán)節(jié)，反而加大了工作量。

圖1 因子分析法審核分析框架Fig.1 Analytical framework of factor analytic method

根據(jù)物質守恒和能量守恒定律，企業(yè)生產(chǎn)和排污過程中的每一種物質或能源，必定是從一個環(huán)節(jié)轉化或轉移到另一個環(huán)節(jié)，不會憑空消失。因此，針對無標準行業(yè)企業(yè)，因子分析法在第一步從企業(yè)生產(chǎn)的物質投入、產(chǎn)出和排放過程，對關鍵因子進行甄別和篩選，再對關鍵因子進行詳細的流程分析，有助于減少審核工作量，提高審核工作效率。

因子分析法的第二步是根據(jù)關鍵因子的實際情況，選擇合適的分析方法組合(如物料平衡、權重分析、相關性分析、指數(shù)分析等)對因子進行詳細全流程分析。若發(fā)現(xiàn)問題，則進入第三步和第四步，對問題進行深入分析并挖掘清潔生產(chǎn)潛力，提出清潔生產(chǎn)方案；若未能發(fā)現(xiàn)問題，則返回第一步，對其他因子進行甄別，選出其他的分析因子進行詳細分析。

2 實例分析與比照

20世紀90年代以來，光學玻璃在光傳輸、光儲存和光電顯示三大領域的應用突飛猛進，需求量巨大。光學玻璃加工生產(chǎn)企業(yè)不斷增加，其產(chǎn)生的環(huán)境污染也隨之增加。目前，關于光學玻璃加工生產(chǎn)企業(yè)的清潔生產(chǎn)審核工作，仍未有相關的技術規(guī)范發(fā)布。本研究選擇一家位于東莞的中日合資的著名光學玻璃加工生產(chǎn)企業(yè)(以下簡稱企業(yè))作為審核對象，成立了兩個經(jīng)驗豐富的審核小組，并各指派一名國家高級清潔生產(chǎn)審核師作為主要技術負責人，分別以因子分析法和傳統(tǒng)方法同時對企業(yè)開展清潔生產(chǎn)審核。其中，采用因子分析法的小組命名為Y組，采用傳統(tǒng)審核方法的小組命名為C組。

2.1 因子分析審核方法在實例中的應用

2.1.1 關鍵因子識別 Y組考察企業(yè)生產(chǎn)和污染物排放過程，發(fā)現(xiàn)企業(yè)涉及的主要物質和能量包括電、水、光學玻璃、粗磨液、精磨液、研磨粉、切屑油、清潔液、鍍膜藥品、粉塵、一般固體廢棄物等11種主要物質(能源)。將這11種主要物質(能源)作為企業(yè)清潔生產(chǎn)因子，用清單法進行定性和半定量分析，識別和篩選關鍵因子(過程略)。其中，電和水是企業(yè)消耗較大的因子，并且研磨液、精磨液等因子最終也排放到廢水中；玻璃是企業(yè)最主要的原材料和產(chǎn)品，消耗量較大，但其從原材料到產(chǎn)品的轉化率較高，可達到99.98%。因此，Y組將企業(yè)用電、用水作為清潔生產(chǎn)審核的關鍵因子，主要原料玻璃作為備選關鍵因子。

2.1.2 用電關鍵因子分析 Y組對企業(yè)各車間進行年用電量進行統(tǒng)計分析，得到表1。

表1 各車間用電量分配Table 1 Electricity consumption proportion of each workshop

由表1可知，企業(yè)所有生產(chǎn)車間中，一樓第一車間和五樓車間是用電最大的兩個車間，分別占整個企業(yè)用電量的36%和22%。Y組對企業(yè)的用電設備情況進行深入分析得知，各車間用電情況基本符合各車間設備情況，一樓第一車間主要是光學鍍膜部和光學加工部C工序用電量最大；五樓車間，主要有空壓機、空調等耗電設備。因此,Y組又進一步分析、測試企業(yè)的空壓機、空調用電情況。

1)空壓機用能分析。

企業(yè)共4臺壓縮空氣機，其中37 kW機2臺，22 kW機2臺，配備為三用一備，主要用于供應鍍膜機、氣缸、電磁閥、生產(chǎn)工位吹氣等生產(chǎn)設備的使用。4臺空壓機其中有一臺屬于備機，平時開啟一臺37 kW和兩臺22 kW機組，壓縮空氣系統(tǒng)每天24 h運行，0.75 MPa壓力下，37 kW 機組供氣量為5.1 m3/min，22 kW機組供氣量為3.2 m3/min，3臺機組總供氣量為5.1+3.2+3.2=11.5 m3/min，而實際供氣量需求為10.2 m3/min，供氣量過剩，存在氣量的浪費。并且空壓機機型為全加載型，造成設備運行浪費，同時增加了設備的運行故障率。因此擬對空壓機進行變頻改造，增加一臺變頻空壓機，并將全加載型空壓機的設備運行通過兩臺機組的聯(lián)動來降低運行浪費。另外，為了最大程度地利用空壓機的能量，擬將空壓 機余熱進行回收，用于水的加熱，并將熱水供給員工洗澡用水。

2)空調用能分析。

空調用電也是企業(yè)五樓車間用電的主要消耗環(huán)節(jié)，經(jīng)實際測算，約比其他樓層用電量大37%。調查發(fā)現(xiàn)，企業(yè)廠房房頂采用普通水泥混泥土建成，吸熱大于反射光，同時，南方天氣大部分氣溫較高，造成室內(nèi)外氣溫溫差大，平時樓面溫度達到42～46 ℃。環(huán)保隔熱涂料技術目前已經(jīng)比較成熟，通過環(huán)保隔熱涂料，可以加強露面陽光反射，將樓面溫度降低到30～31 ℃，大大降低室內(nèi)外的溫差，節(jié)約企業(yè)空調用電。因此，Y組擬在企業(yè)工廠房頂涂加環(huán)保隔熱涂料，以減少空調能耗。

2.1.3 用水關鍵因子分析 Y組針對企業(yè)用水情況，對企業(yè)的生產(chǎn)流程進行調查，繪制企業(yè)生產(chǎn)過程產(chǎn)排污情況圖，得到圖2。

由圖2可知，廢水是企業(yè)生產(chǎn)過程中最主要的污染物，包括球面切削、研磨、拋光等加工環(huán)節(jié)，都會產(chǎn)生和排放廢水。進一步對企業(yè)每日用水情況進行監(jiān)測，繪制企業(yè)的每日用水平衡情況，得到圖3。根據(jù)圖3，計算企業(yè)工業(yè)水重復利用率：

新鮮水耗量 = 99.6 (m3)；

重復用水量 =6.2 +7.4+1.4+5.7+7.9+5.5+1+10=45.9(m3)；

工業(yè)水重復利用率=

企業(yè)工業(yè)用水重復利用率不高。另外，企業(yè)的4個洗鏡房用水量較大，洗鏡工序日用水量達到總用水量的23.69%。

Y組對洗鏡房進行實地調查，確定洗鏡房的運行情況和清潔生產(chǎn)潛力。洗鏡房是企業(yè)一個重要的工藝，企業(yè)一共有4個洗鏡房，4個洗鏡房的用水量較大，僅一個工序用水量就達到23.6 m3/d(圖3)，占企業(yè)總用水量的23.69%。

圖2 企業(yè)產(chǎn)排污情況Fig.2 Pollutant discharge during the production process

圖3 企業(yè)日平均用水水平衡圖Fig.3 Daily water-consumption of the demonstration corporation

Y組對洗鏡房洗鏡工藝進行考察，繪制其具體工藝流程及產(chǎn)排污情況圖，得到圖4。由圖4可知，在洗凈工藝的用水，大部分是人工操作，要求操作人員根據(jù)清洗鏡片的數(shù)量控制用水量。理論上，按照洗鏡工藝情況，洗鏡車間用水量應該和產(chǎn)品清洗量呈正相關關系。Y組選取兩個洗鏡房的日用水量進行實測，并與當日鏡片產(chǎn)量進行對比，得到圖5。

由圖4可知，兩個洗鏡房的耗水量都與產(chǎn)量間沒有很好的正相關關系，個別日期用水量與其產(chǎn)量不匹配。進一步實地考察與討論分析，企業(yè)目前洗凈房的清洗均已采用了逆流清洗等措施來減少用水，耗水量都與產(chǎn)量間的關系不匹配與設備無關，而主要是洗鏡房管理不到位的結果?？疾彀l(fā)現(xiàn)，洗鏡房人工操作的開關管理不到位，該“常關閉”、“半開啟”的開關經(jīng)常處于全開啟狀態(tài)，造成了大量新鮮水的浪費。因此，在進一步的清潔生產(chǎn)工作中，Y組對企業(yè)提出進一步加強員工生產(chǎn)用水管理的建議。

2.1.4 因子分析法審核成效 Y組采用因子分析法對企業(yè)開展清潔生產(chǎn)審核。審核工作從正式開始到提出全部方案共持續(xù)72個工作日；實際測試及其他審核工作成本共計15 736元；提出了空壓機變頻與余熱回收、工廠房頂加裝環(huán)保隔熱涂料層改造、照明設施改造等3項中高費方案(投資5萬元以上清潔生產(chǎn)方案)，洗鏡房用水管理等15項無低費方案(其余方案大多在關鍵因子篩選階段提出)。Y組提出的清潔生產(chǎn)方案共需投入資金116.72萬元，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益約為134.41萬元/年，節(jié)約用電129.01萬kW·h/年，占年綜合能耗13.2%；節(jié)約新鮮水用量約1 536 t/年，占新鮮用水量約5.1%。

圖4 洗鏡房工藝流程及其產(chǎn)排污情況Fig.4 Pollutant discharge during glass lens cleaning process

圖5 洗鏡房用水量與產(chǎn)量間關系：(a) 1號洗鏡房，(b) 2號洗鏡房Fig.5 Relationship between daily water-consumption and product quantity during glass lens cleaning process：(a) workshop No.1, (b) workshop No.2

2.2 傳統(tǒng)審核方法對實例的審核結果

C組采用傳統(tǒng)審核方法從原輔材料消耗、生產(chǎn)工藝流程、設備、產(chǎn)品、用水、用電等生產(chǎn)情況，廢水、廢氣、固廢排放與處理等產(chǎn)排污狀況及環(huán)保管理措施等方面對企業(yè)開展全方位清潔生產(chǎn)審核工作(審核過程略)。審核工作從正式開始到提出全部方案共持續(xù)121個工作日；實際測試及其他審核工作成本共計23 243元；提出3項中高費方案、18項無低費方案，共計21項清潔生產(chǎn)審核方案，其中3項中高費方案和14項無低費方案與Y組提出方案基本相同。C組提出的清潔生產(chǎn)方案共需投入資金118.93萬元，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益約為137.29萬元/年，節(jié)約用電130.32萬kW·h/年，占年綜合能耗13.3%；節(jié)約新鮮水用量約1 673 t/年，占新鮮用水量約5.6%。

2.3 結果分析

將因子分析法在實例中的應用情況與傳統(tǒng)審核方法進行對比，得到表2。

表2 因子分析法與傳統(tǒng)審核方法應用情況對比Table 2 Comparison of application between factor analysis method and traditional cp approach

由表2計算可得，在實例應用中，因子分析法的審核時間比傳統(tǒng)審核方法縮短了40%，審核工作成本比傳統(tǒng)審核方法降低了32%，審核效益可達到傳統(tǒng)審核方法的97.90%。

3 分析與討論

實例應用表明，對于無標準行業(yè)企業(yè)，因子分析法比傳統(tǒng)全方位清潔生產(chǎn)審核方法更高效、成本更低。因為因子分析法在關鍵因子甄別與篩選階段就排除其他清潔生產(chǎn)潛力小的因子，大大減少了審核工作量，從而縮短了審核工作時間、減少了審核成本。

因子分析法也存在一定的局限性。采用因子分析法進行審核，必須對企業(yè)涉及的每一種物質和能源進行甄別。對于工藝復雜、產(chǎn)品較多的企業(yè)，涉及的因子可能成百上千，甄別分析的工作量較大。因此，因子分析法更適合產(chǎn)品較少的簡單企業(yè)。因子分析法的提出，為無標準行業(yè)企業(yè)的清潔生產(chǎn)審核工作提供了一種新的方法和思路。但其進一步應用和推廣，還需更深入的研究。

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