燃料乙醇行業(yè)環(huán)境污染控制評價指標體系的構(gòu)建

朱 美， 楊 曄， 梁 鵬

（1. 中國礦業(yè)大學（北京） 化學與環(huán)境工程學院，北京 100083；2. 環(huán)境保護部 環(huán)境工程評估中心，北京 100012）

與化石能源相比，生物能源具有原料來源廣泛、可再生等特點，受到國內(nèi)外普遍青睞［1-2］。燃料乙醇是以生物質(zhì)為原料，通過生物發(fā)酵等途徑生產(chǎn)，并進一步脫水至含水率小于0.8%（w）的可作為燃料用的乙醇產(chǎn)品［3］。燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)是目前發(fā)展規(guī)模最大、工藝相對最為成熟的生物質(zhì)液化技術(shù)。當前，我國燃料乙醇行業(yè)按照“定點生產(chǎn)、定向流通、封閉運行”的原則布點發(fā)展，乙醇汽油的消費量已占全國汽油消費量的20%左右［4］。但燃料乙醇生產(chǎn)能耗高、污染物產(chǎn)生量大、碳排放量高，因此行業(yè)發(fā)展面臨較大的環(huán)保壓力。相關(guān)研究表明，每生產(chǎn)1 t乙醇將產(chǎn)生10 t以上的廢水，廢水COD高達（5～6）×104mg/L［5］，且廢水末端治理難度大，對區(qū)域水環(huán)境造成較大的影響［6］。除此之外，在原料轉(zhuǎn)化效率、蒸汽消耗、廢物綜合利用等方面，我國的燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)與國外先進水平的差距也較明顯［7-8］。

本文針對我國目前燃料乙醇行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題，構(gòu)建了多層次指標的燃料乙醇行業(yè)環(huán)境污染控制評價體系。通過構(gòu)建具有行業(yè)特色、科學的評價指標體系，可幫助企業(yè)對污染防控水平進行科學總結(jié)、定量考核，進而找出差距并借鑒先進技術(shù)完善現(xiàn)有污染防治措施，同時也可為行業(yè)管理部門提供技術(shù)支持和參考，推動燃料乙醇行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1 環(huán)境污染控制評價指標體系的構(gòu)建

“十一五”期間，國家提出在高度重視糧食安全的前提下發(fā)展“不與人爭糧，不與糧爭地”的燃料乙醇產(chǎn)業(yè)。由此出現(xiàn)了第1代、第1.5代、第2代燃料乙醇。第1代燃料乙醇是指以糖質(zhì)和淀粉質(zhì)作為原料；第2代燃料乙醇主要是以纖維素類為原料［9］；第1.5代燃料乙醇［10］是以薯類、高粱莖稈等非糧食作物為原料。本工作構(gòu)建的燃料乙醇行業(yè)環(huán)境污染控制評價指標體系適用于國內(nèi)現(xiàn)有、改擴建或新建燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)的環(huán)境污染控制水平的評價，涵蓋了國內(nèi)第1代、第1.5代、第2代燃料乙醇生產(chǎn)技術(shù)的特點，重點體現(xiàn)減污增效的污染防治思路，在突破傳統(tǒng)燃料乙醇行業(yè)“紅線”閾值評級方法的基礎(chǔ)上，引入綜合賦分評價方法，使得該評價體系更加全面和通用。

1.1 評價程序

燃料乙醇企業(yè)環(huán)境污染控制的考察項目必須首先滿足“紅線”閾值評價的各項指標，否則直接定為環(huán)境污染控制水平不達標；在滿足“紅線”閾值評價指標的基礎(chǔ)上再進行綜合賦分評價，即分別對企業(yè)的清潔生產(chǎn)、污染防治措施、環(huán)境風險防控和環(huán)境管理的各項指標進行評分。得到的綜合賦分評價總值（R）越小，表明企業(yè)的環(huán)境污染控制水平越低；R越大，表明企業(yè)的環(huán)境污染控制水平越高。燃料乙醇行業(yè)環(huán)境污染控制評價程序見圖1，綜合賦分評價流程見圖2。

圖1 燃料乙醇行業(yè)環(huán)境污染控制評價程序

圖2 綜合賦分評價流程

1.2 評價指標體系

依據(jù)科學性、針對性、全面性原則篩選評價指標。評價指標體系包括“紅線”閾值評價指標和綜合賦分評價指標兩部分。“紅線”閾值評價指標是國家環(huán)境法律法規(guī)的硬性規(guī)定，主要包括：國家行業(yè)準入條件、區(qū)域流域產(chǎn)業(yè)準入條件、污染物排放及總量控制要求、固體廢物處置要求，在此不再贅述。賦分評價指標共設(shè)置3級：一級指標主要包括清潔生產(chǎn)、污染防治措施、環(huán)境風險防控和環(huán)境管理四大類；其中，清潔生產(chǎn)包括4項二級指標，污染防治措施包括5項二級指標，環(huán)境風險防控包括4項二級指標，環(huán)境管理包括8項二級指標；在二級指標下還具有多項三級指標共計62項評價指標。綜合賦分評價指標的分級框架見圖3。

圖3 綜合賦分評價指標的分級框架

1.3 評價方法

該體系中各項指標的評價方法主要采用專家咨詢法（即德爾菲法）、層次分析法、資料收集法、企業(yè)調(diào)研法。采用專家咨詢法、資料收集法確定選取的各項指標的基準考核值，進而利用層次分析法確定指標權(quán)重，再采用企業(yè)調(diào)研法選取國內(nèi)具有代表性的燃料乙醇企業(yè)，根據(jù)企業(yè)運行的實際數(shù)據(jù)對給出的指標進行校驗和優(yōu)化。

利用層次分析法確定指標權(quán)重，能有效地解決很多難以完全用定量或定性方法解決的實際問題［11］。根據(jù)層次分析法的基本原理，用4個一級評價指標構(gòu)造判斷矩陣，利用求特征值的方法，確定各環(huán)境因子的相對重要性（即權(quán)重）［12］。針對燃料乙醇行業(yè)綜合賦分評價指標，利用層次分析法應(yīng)用軟件——yaahp 0.5.1對構(gòu)造的判斷矩陣進行最大特征值（λmax）及一致性比率（CR）的計算，得λmax=24.368，CR=0.076＜0.100，故判斷矩陣一致性較好。歸一化處理后得到燃料乙醇行業(yè)綜合賦分評價一級指標的權(quán)重分值，見表1。

表1 燃料乙醇行業(yè)綜合賦分評價一級指標的權(quán)重分值

采用同樣的方法對一級指標下的各項二級指標進行權(quán)重分值的確定。在權(quán)重分值確定的過程中結(jié)合企業(yè)調(diào)研進行權(quán)重優(yōu)化調(diào)整，確保評價體系客觀科學。

1.4 評價模型

在構(gòu)建評價指標體系的基礎(chǔ)上建立適合的評價模型，以便進行后續(xù)燃料乙醇行業(yè)的環(huán)境污染控制水平分級。對該體系的62項定性和定量指標進行專家咨詢判斷和企業(yè)實際調(diào)研，結(jié)合目前國內(nèi)相關(guān)法律法規(guī)得出各自的權(quán)重分值，在此基礎(chǔ)上對三級指標權(quán)重分值進行加和，以分值的形式得到燃料乙醇行業(yè)環(huán)境污染控制評價結(jié)果。評價模型見式（1）。

式中：Ri為燃料乙醇行業(yè)環(huán)境污染控制三級指標的權(quán)重分值；n為所有三級指標的數(shù)目。

評價結(jié)果參照定級標準：75≤R＜90，為二級環(huán)境污染控制水平；R≥90，為一級環(huán)境污染控制水平；紅線不達標者，為環(huán)境污染控制不達標。

2 環(huán)境污染控制評價指標體系的驗證

2.1 驗證企業(yè)的選取

本次調(diào)研選取8家國內(nèi)主要燃料乙醇企業(yè)的9條生產(chǎn)線，涵蓋了以淀粉質(zhì)、糖質(zhì)、纖維素質(zhì)為原料的第1代、第1.5代和第2代燃料乙醇生產(chǎn)工藝，體現(xiàn)了燃料乙醇生產(chǎn)原料多元化、工藝多樣化的特 點，主要調(diào)研企業(yè)概況見表2。

表2 主要調(diào)研企業(yè)概況

由表2可見，截至2012年，8家企業(yè)的燃料乙醇的總生產(chǎn)規(guī)模為2.05×106t/a。從生產(chǎn)廠家上涵蓋了我國目前燃料乙醇重點生產(chǎn)企業(yè)；從投運時間上涵蓋了從“十五”規(guī)劃到“十二五”規(guī)劃的12年時間，該期間也是我國燃料乙醇生產(chǎn)發(fā)展的主要階段。綜上所述，選取的8家國內(nèi)燃料乙醇生產(chǎn)企業(yè)具有典型代表性。

2.2 調(diào)研結(jié)果的可行性分析

9條生產(chǎn)線的綜合賦分評價結(jié)果見圖4，9條生產(chǎn)線R值的樣本分布直方圖見圖5。

圖4 9條生產(chǎn)線的綜合賦分評價結(jié)果—— 一級環(huán)境污染控制水平最小值—— 二級環(huán)境污染控制水平最小值

由圖4可見，調(diào)研的9條生產(chǎn)線中，達到一級環(huán)境污染控制水平的生產(chǎn)線有1條，占調(diào)研生產(chǎn)線企業(yè)總數(shù)量的11.1%，達到二級環(huán)境污染控制水平的生產(chǎn)線有8條，占調(diào)研企業(yè)總數(shù)量的88.9%。在調(diào)研結(jié)果中，R值在90以上的是第1代淀粉質(zhì)（玉米）燃料乙醇生產(chǎn)線，第1.5代非糧食生物燃料乙醇生產(chǎn)線的R值則在80左右，這一結(jié)果符合目前我國燃料乙醇的生產(chǎn)現(xiàn)狀，即玉米原料燃料乙醇生產(chǎn)起步早、技術(shù)成熟度高，而非糧原料燃料乙醇生產(chǎn)工藝處在不斷完善提高階段。

圖5 9條生產(chǎn)線R值的樣本分布直方圖

由圖5可見，通過對調(diào)研企業(yè)的綜合賦分評價結(jié)果采用Origin 8.0軟件進行統(tǒng)計分析，得出該結(jié)果符合正態(tài)分布，由此可知該污染控制水平評價基準數(shù)據(jù)較準確地反應(yīng)了目前我國燃料乙醇企業(yè)環(huán)境污染控制的實際水平，調(diào)研及綜合賦分評價結(jié)果客觀可行，可為企業(yè)提供環(huán)境污染控制水平評價的依據(jù)。

3 結(jié)語

經(jīng)過對企業(yè)選取典型性、調(diào)研結(jié)果合理性的綜合分析可見，該燃料乙醇行業(yè)環(huán)境污染控制指標體系設(shè)計合理，較客觀地反映了目前我國燃料乙醇行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，較全面地評價了我國燃料乙醇行業(yè)的環(huán)境污染控制水平，可為我國燃料乙醇行業(yè)提供環(huán)境污染控制水平評價的依據(jù)。同時，也對企業(yè)對照評價結(jié)果改進工藝技術(shù)，完善污染控制措施，提高環(huán)境管理水平具有較好的指導意義。

［1］ 李雪靜，喬明，潘元清，等. 國外石化公司CO2減排對策分析［J］.中外能源，2009，14（7）：90-96.

［2］ 金濤. 從低碳經(jīng)濟角度看我國燃料乙醇企業(yè)面臨的問題及對策［J］.資源環(huán)境與生態(tài)經(jīng)濟，2013（1）：96 -99.

［3］ 鄭成才.中國生物能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策研究［D］. 武漢：華中科技大學，2008.

［4］ 杜風光，馮文生. 秸稈生產(chǎn)乙醇示范工程進展［J］. 現(xiàn)代化工，2009，29（1）：16-19.

［5］ 韋永貢. 我國燃料乙醇的發(fā)展與對策［J］.輕工科技，2012（7）：145-147.

［6］ 楊曄. 燃料乙醇行業(yè)良性發(fā)展之環(huán)保對策［J］. 環(huán)境保護，2010（1）：53-55.

［7］ Ondrey G. Bio-alcoholic Fuels ［J］. Chem Eng，2010，117（5）：25-29.

［8］ 肖明松. 2011年我國生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展年終報告［EB］.［ 2012-02-29］. http：//www.022net.com/2011/6-1/491423112742825-2.html.

［9］ 姚國欣，王建明. 第二代和第三代生物燃料發(fā)展現(xiàn)狀及啟示［J］. 中外能源，2010，15（9）：23-37.

［10］ 張智先. 國內(nèi)燃料乙醇加工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢［J］ .糧食論壇，2010（11）：17-19.

［11］ 許樹伯. 層次分析法原理［M］. 天津：天津大學出版社，1988：94-98.

［12］ 盧忠達，張江山. 層次分析法在環(huán)境風險評價中的應(yīng)用［J］. 環(huán)境科學導刊，2007，26（3）：79-81.