基于成分分析的工業(yè)固體廢物分類技術(shù)

陳曉凌

【摘 要】工業(yè)固體廢物的合理分類對工業(yè)固體廢物的資源化利用、從中挖掘有價值的再生資源具有重要意義，尋找合符實際的分類技術(shù)刻不容緩。本文首先對我國廣東地區(qū)工業(yè)固體廢物的現(xiàn)狀和特點進行了分析探討。在此基礎(chǔ)上，引入成分分析方法，對工業(yè)固體廢物分類技術(shù)進行了闡述。最后，結(jié)合實例，基于成分分析對廣東粵北、粵西等地區(qū)的工業(yè)固體廢物分類技術(shù)進行了闡述。結(jié)果表明，該方法客觀可行，切實有效。

【關(guān)鍵詞】工業(yè)固體廢物；現(xiàn)狀分析；成分分析；分類處理

0.引言

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，工業(yè)固體廢物的產(chǎn)生量不斷增加，工業(yè)固體廢物種類不斷變化。據(jù)調(diào)查，廣東省近年來的工業(yè)固體廢物總產(chǎn)生量年均超過2000萬噸。而目前我國每年的工業(yè)固體廢物總量已接近十億噸，累計工業(yè)固體廢物總量即將接近一百億噸大關(guān)。從來源上看，我國80%左右的工業(yè)固體廢物是礦山開采和基于礦山開采的冶煉工業(yè)固體廢物。目前，我國對工業(yè)固體廢物的綜合利用總體水平仍然普遍不高，從全國范圍看再利用率較低，使得我國的企業(yè)成本上升，經(jīng)濟效益和社會效益低下。更為嚴重的是，大排量的廢棄物占地面積大，對我國的環(huán)境造成了嚴重的污染。準確掌握工業(yè)固體廢棄物的產(chǎn)生量變化，尤其是產(chǎn)生的種類的分類，對環(huán)境保護和工業(yè)廢棄物的管理有著重要的意義。目前，國內(nèi)外學者對工業(yè)固體廢棄物的產(chǎn)生量、產(chǎn)生來源做了大量的研究，取得了值得借鑒的研究成果。但對產(chǎn)生量和來源主要是基于回歸分析、灰色模糊理論或者時間序列法進行，對工業(yè)固體廢棄物的分類技術(shù)研究較少。而工業(yè)固體廢棄物分類技術(shù)的細化研究對制定合適的策略、政策對工業(yè)固體廢棄物進行處理和管理，尤其是對工業(yè)固體廢物分類后，從工業(yè)固體廢物中挖掘有價值的再生資源進行再分類和綜合利用具有相當大的現(xiàn)實意義。

1.廣東工業(yè)固體廢物現(xiàn)狀

1.1基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析概述

根據(jù)已有的研究成果，工業(yè)固體廢物的產(chǎn)生量與國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）呈現(xiàn)正相關(guān)性，年遞增率達到10%以上，但以旅游業(yè)為主的地區(qū)例外，工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量的增加部分主要來源于工業(yè)的快速發(fā)展。根據(jù)國家環(huán)?？偩趾蛧医y(tǒng)計局的數(shù)據(jù)，近十年來的數(shù)據(jù)與此結(jié)論基本相吻合。同時，由于我國加強了工業(yè)固體廢棄物的處理，工業(yè)固體廢棄物的排放量正逐年遞減，平均遞減率接近12%。從公布的數(shù)據(jù)來看，我國工業(yè)固體廢物的排放強度和資源化處理有較強的地域分異性，河北等地較高，西藏等地較低。2010年底廣東全省固體廢物產(chǎn)生量超過13億噸，其中一般工業(yè)固體廢物約1.16億噸，工業(yè)危險廢物21818萬噸，廣東省的工業(yè)固體廢物則呈逐年上升的趨勢。經(jīng)過多方努力，至2010年底，廣東省持危險廢物經(jīng)營許可證單位年處理能力是2005年的2.4倍，省危險廢物綜合處置示范中心以及深圳危險廢物處置中心建成投入使用。但從整體上看，廣東省仍缺乏完善的工業(yè)固體廢物收集系統(tǒng)和有效的收集體制，并且嚴重缺乏必需的廢物處理設(shè)施，致使大量工業(yè)固體廢物得不到妥善處理，對城市市容、水體、土壤和大氣環(huán)境都造成了嚴重影響。

1.2特點總結(jié)

根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析可知，工業(yè)固體廢物的產(chǎn)生量與國內(nèi)生產(chǎn)總值在以工業(yè)發(fā)展為主的地區(qū)中基本為正相關(guān)關(guān)系。地域分異性由于存在地域分異性，我國應加快工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，采取措施減少污染物排放總量。不同區(qū)域、不同工業(yè)固體廢物之間彼此存在較復雜的關(guān)系，共同構(gòu)成了工業(yè)固體廢棄物體系。單純針對某一大類或者某一區(qū)域的分類技術(shù)具有明顯的局限性，需要尋找一種能普遍適用的工業(yè)固體廢棄物分類處理技術(shù)。

2.基于成分分析原理的分類技術(shù)

工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量大，種類繁多，分類因形態(tài)、來源、組分、規(guī)模、價值等不同而各異，工業(yè)固體廢物的分類是一項復雜的工作，如按照《固體廢物申報登記工作指南》的分類將工業(yè)固體廢物分為99類。目前，廣東就生活垃圾、危險廢物和醫(yī)療廢物已經(jīng)建立了相應的分類目錄。對于工業(yè)固體廢物，我國在排放污染物申報登記、環(huán)境統(tǒng)計以及大、中城市固體廢物環(huán)境防治信息發(fā)布等實際工作中基本制定了相應的工業(yè)固體廢物分類統(tǒng)計目錄，但是，還沒有正式頒布二級分類目錄。工業(yè)固體廢物產(chǎn)生較為穩(wěn)定，產(chǎn)生的污染具有長期性和間接性。工業(yè)固體廢物的這些特點使得分類技術(shù)的發(fā)展逐漸偏向于先對其進行成分分析。成分分析一般應用于產(chǎn)品的配方研究，近年來也逐漸采用定量或定性分析應用于產(chǎn)品的性能分析、失效分析，對測試材料的環(huán)保性應用也逐漸廣泛。不同的工業(yè)固體廢物之間存在著極為復雜的相關(guān)關(guān)系，認真分析工業(yè)固體廢物狀況，對于工業(yè)固體廢物的防治和再利用，變廢為寶極為重要。

目前對工業(yè)固體廢物的分類處理主要采用的是成分分析中的主成分分析，采用數(shù)學變換的方法，實現(xiàn)各種類之間相互關(guān)系的降維邏輯處理，以總方差不變?yōu)榛驹瓌t，將新生變量的方差依次遞減排列。借助SPSS等軟件或者數(shù)學方法，對工業(yè)固體廢物產(chǎn)生的種類、產(chǎn)生的數(shù)量進行細化研究，通過主成分分析，得到相應的評價值，為工業(yè)固體廢物源頭的控制和分類處理提供決策指導。下面以某地區(qū)為例進行詳細分析說明。

3.分析實例

未來幾年，隨著我省核電、石化、造紙、鋼鐵以及裝備制造等行業(yè)的加速發(fā)展，將會產(chǎn)生更多的固體廢物。根據(jù)相關(guān)預測，至2015年，廣東省工業(yè)危險廢物產(chǎn)生量將達24693萬噸。以廣東粵北、粵西等地區(qū)的統(tǒng)計年鑒和環(huán)境統(tǒng)計綜合年報數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)來源，對GDP、危險物、固體廢棄物量、冶煉廢渣、爐煤灰、爐渣、尾渣等評價指標進行成分分析。利用SPSS軟件進行相關(guān)系數(shù)、方差、初始因子荷載矩陣的計算，生成成分分析模型，以提取的成分特征值比例為權(quán)重進行綜合分析。其中，初始因子荷載矩陣中GDP、固體廢棄物量、冶煉廢渣、爐渣等均超過0.9?？芍?，GDP、固體廢棄物量、粉煤灰、冶煉廢渣、爐渣存在著顯著的關(guān)系，而變量的相關(guān)系數(shù)高的會列入同一主成分，分析中化為第一主成分。根據(jù)相關(guān)系數(shù)矩陣的特征根可確定兩個主成分，可利用該主成分對該地區(qū)的工業(yè)固體廢物進行綜合評價分類。危險廢物和煤矸石等劃分為第二主成分。為便于分析，可將這兩個新變量代替原始數(shù)據(jù)的多個變量，基于SPSS的成分評價值如下圖。

根據(jù)工業(yè)固體廢物的基本種類和評價值可知，第一成分主要以煤炭為能源，這類企業(yè)產(chǎn)生的固體廢物成分顯著，主要來自電力和鋼鐵冶煉企業(yè)，第二成分主要來自石化、裝備制造等企業(yè)，這與該地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展方式和相應行業(yè)的規(guī)模發(fā)展基本符合?？梢姡诠I(yè)固體廢物總量的控制上要注重對相關(guān)企業(yè)的控制和排放處理優(yōu)化。對工業(yè)固體廢物的分類處理和資源化利用也可以此采取相應措施，對相應的工業(yè)固體廢物存放地、處理方法、廢物的再利用、提取具有價值的再生材料