石灰行業(yè)清潔生產(chǎn)等級評價方法及應(yīng)用分析

王通華，李 強,2,3，李奇勇 ,2,3，王麗琴 ，鄒曉玲

（1.三明學(xué)院 資源與化工學(xué)院福建，福建 三明 365004；2.福建省資源環(huán)境監(jiān)測與可持續(xù)經(jīng)營利用重點實驗室，福建 三明 365004；3.清潔生產(chǎn)技術(shù)福建省高校工程研究中心，福建 三明 365004）

石灰是一種重要的工業(yè)原料，被廣泛應(yīng)用于建筑、冶金、化工等領(lǐng)域。石灰的生產(chǎn)是一個高能量耗散、高二氧化碳排放的過程，而目前我國石灰生產(chǎn)企業(yè)的技術(shù)水平參差不齊、工藝過程控制較為粗放、產(chǎn)品質(zhì)量普遍不高，與當(dāng)前世界上先進(jìn)的石灰生產(chǎn)技術(shù)相比，在能源消耗、資源利用率和環(huán)境保護等方面仍然存在較大的差異[1-2]。為使石灰生產(chǎn)達(dá)到“節(jié)能、減排、降耗”的目的，實現(xiàn)石灰行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，必須對石灰生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行清潔生產(chǎn)審核。因此需要建立石灰行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系，并確定合理的清潔生產(chǎn)等級評價方法，使企業(yè)明確其清潔生產(chǎn)的總體水平、找出存在的問題并發(fā)現(xiàn)其清潔生產(chǎn)潛能，以此促進(jìn)石灰企業(yè)推進(jìn)清潔生產(chǎn)。

1 石灰行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系的建立

1.1 構(gòu)建清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系框架

為了使石灰行業(yè)的發(fā)展達(dá)到環(huán)保、節(jié)能和可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，根據(jù)《清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系編制通則》并結(jié)合石灰生產(chǎn)企業(yè)的實際情況，建立石灰行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系[3-5]，該體系包含7個一級指標(biāo)和37個二級指標(biāo)，具體清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)如表1所示。表1中“-”表示二級評價指標(biāo)的政策或技術(shù)符合《工業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系編制通則》；（*）內(nèi)數(shù)字為石灰行業(yè)各評價指標(biāo)的權(quán)重值；a、b、c分別表示石灰企業(yè)的二級評價指標(biāo)滿足Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級基準(zhǔn)值。

表1 石灰行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系及3家石灰企業(yè)生產(chǎn)指標(biāo)水平

1.2 確定清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系權(quán)重值

根據(jù)石灰行業(yè)的實際生產(chǎn)情況，采用層次分析法（AHP法）對構(gòu)建的清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系框架中各同級指標(biāo)相對重要性進(jìn)行分析檢驗，以此確定各一級與二級指標(biāo)的權(quán)重值。經(jīng)過分析計算，各指標(biāo)權(quán)重值見表1（表1中各一級與二級指標(biāo)后面括號內(nèi)的數(shù)字即為對應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重值），構(gòu)建及計算出的一、二級指標(biāo)的判斷矩陣、權(quán)重及其一致性比率分別如表2～9所示。

表2 一級指標(biāo)評價指標(biāo)判斷矩陣及權(quán)重

表3 節(jié)能減排裝備技術(shù)指標(biāo)判斷矩陣及權(quán)重

表4 產(chǎn)品特征指標(biāo)判斷矩陣及權(quán)重

表5 清潔生產(chǎn)管理指標(biāo)判斷矩陣及權(quán)重

表6 資源綜合利用指標(biāo)判斷矩陣及權(quán)重

表7 污染物排放控制指標(biāo)判斷矩陣及權(quán)重

表8 資源能源消耗指標(biāo)判斷矩陣及權(quán)重

表9 生產(chǎn)工藝裝備及技術(shù)指標(biāo)判斷矩陣及權(quán)重

一級指標(biāo)與二級指標(biāo)的一致性比率分別為CR=0.0002、CR1=0.0029、CR2=0、CR3=0.0020、CR4=0.0019、CR5=0.0068、CR6=0、CR7=0.0007，其 CR值均小于0.1，所以指標(biāo)判斷矩陣都有很好的一致性，各指標(biāo)之間選取的重要性標(biāo)度是可以接受的，通過各判斷矩陣計算出來的權(quán)重值可以作為實際評價的權(quán)重。

1.3 清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)的等級劃分

用 Mk（k=1,2,3）表示第 k 個清潔生產(chǎn)等級，且規(guī)定 M1＞M2＞M3，即：Mk清潔生產(chǎn)效果比 Mk+1的清潔生產(chǎn)效果更佳。依據(jù)石灰行業(yè)的節(jié)能減排裝備技術(shù)、產(chǎn)品特征、清潔生產(chǎn)管理、資源綜合利用、污染物排放控制、資源能源消耗及生產(chǎn)工藝裝備及技術(shù)等各種指標(biāo)情況，將評價指標(biāo)分為3個等級。其中M1表示國際清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平；M2表示國內(nèi)清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平；M3表示國內(nèi)清潔生產(chǎn)一般水平。

1.4 清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)隸屬函數(shù)的確定

1.4.1 定性指標(biāo)隸屬函數(shù)

定性指標(biāo)是對某些不易量化的工藝技術(shù)指標(biāo)做定性評價，其隸屬函數(shù)如式（1）所示。

式中：σijk表示的是：第i個的一級指標(biāo)下第j個的二級指標(biāo)隸屬于Mk級的程度。

1.4.2 定量指標(biāo)隸屬函數(shù)

定量指標(biāo)是對能夠定量描述的某些設(shè)備配置或產(chǎn)品評價指標(biāo)等進(jìn)行定量評價。對于效益型指標(biāo)，若實際值越大，其清潔生產(chǎn)等級越高，對應(yīng)定量指標(biāo)的隸屬函數(shù)表示為式（2）～（4）所示，效益型指標(biāo)隸屬函數(shù)如圖1所示。

圖1 效益型指標(biāo)隸屬函數(shù)

對成本型指標(biāo)，若實際值越小，其清潔生產(chǎn)等級越高，對應(yīng)定量指標(biāo)的隸屬函數(shù)可表示為式（5）～（7）所示，成本型指標(biāo)隸屬函數(shù)如圖2所示

圖2 成本型指標(biāo)隸屬函數(shù)

其中，cij表示的是石灰企業(yè)中第i個的一級指標(biāo)下第j個的二級評價指標(biāo)實際值；bijk表示的是石灰行業(yè)清潔生產(chǎn)指標(biāo)中第i個的一級指標(biāo)下第j個的二級評價指標(biāo)等級為Mk的基準(zhǔn)值。

當(dāng)定量指標(biāo)的3個級別的基準(zhǔn)值均相同時，采用的隸屬函數(shù)如式（8）所示：

2 基于兩級模糊綜合評判模型的石灰行業(yè)清潔生產(chǎn)等級評價與實例分析

2.1 清潔生產(chǎn)等級評價模糊數(shù)學(xué)評價方法

兩級模糊綜合評判模型是對受各指標(biāo)制約的工藝過程做一個整體性的評價，該方法能解決未給出確切定量、不易量化的問題[6-8]。采用此模型對企業(yè)進(jìn)行清潔生產(chǎn)等級評價，具有計算簡便、結(jié)論清晰明了的特點，其具體的計算方式如下：

第一步，根據(jù)隸屬函數(shù)式（1）～（8）和表1中的二級指標(biāo)權(quán)重值以及石灰企業(yè)實際值計算得到二級模糊評價矩陣如下：

另設(shè)Ki為二級指標(biāo)評價權(quán)重值，將其歸一化得到權(quán)向量則系統(tǒng)二級綜合模糊評價模式為：

第二步，根據(jù)第一步計算出的結(jié)果，建立一級模糊評價矩陣，得到一級模糊綜合評價模式為：

其中，K為一級指標(biāo)權(quán)重；Ai為第一步得到的二級模糊矩陣；ηi為一級模糊綜合評價矩陣。

第三步，將一級模糊綜合評判結(jié)果即綜合隸屬度向量歸一化，對三家石灰行業(yè)做出等級評價。

2.2 基于兩級模糊綜合評判模型的石灰行業(yè)清潔生產(chǎn)等級評價實例分析

2.2.1 建立二級模糊綜合評判

將某地區(qū)3家石灰企業(yè)A、B和C作為等級評價的研究對象，此3家石灰企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模及技術(shù)水平均處于行業(yè)中等水平左右，能夠代表目前大部分的石灰企業(yè)在行業(yè)內(nèi)所處的清潔生產(chǎn)水平情況，其清潔生產(chǎn)指標(biāo)水平見表1。根據(jù)式（1）～（8）和表1計算石灰企業(yè)A關(guān)于二級評價指標(biāo)的模糊評價矩陣，結(jié)果如下：

K1=（0.20,0.20,0.40,0.20）；K2=（0.40,0.20,0.40）；

K3=（0.17,0.09,0.17,0.17,0.05,0.09,0.09,0.05,0.09,0.05）；

K4=（0.17,0.25,0.17，0.17,0.25）；K5=（0.14,0.14,0.29,0.14,0.29）；

K6=（0.25,0.25,0.25,0.12,0.12）；K7=（0.20,0.30,0.10,0.20,0.20）。

通過公式Ai=Ki·Ri得到的系統(tǒng)二級模糊綜合評價為：

A1=（0.64,0.58,0.74）；A2=（0.85,1.00,0.97）；A3=（0.97,0.42,0.39）；A4=（0.90,0.94,0.97）；

A5=（0.77,0.72,0.58）；A6=（0.84,0.98,0.80）；A7=（0.60,0.20,0.20）。

2.2.2 建立一級模糊綜合評判

將上述計算獲得的系統(tǒng)二級模糊綜合評價結(jié)果作為一級評判矩陣，構(gòu)成矩陣為：

一級指標(biāo)權(quán)重值為 K=（0.1250,0.0625,0.1250,0.1205,0.1250,0.1875,0.2500），利用公式 ηi=K·Ai，計算得出A石灰企業(yè)的清潔生產(chǎn)等級的第一級模糊綜合評判結(jié)果為：η1=（0.77，0.63，0.60）。同理可得：B、C 石灰企業(yè)的一級模糊綜合評判結(jié)果為：η2=（0.62，0.65，0.73），η3=（0.59，0.80，0.62）。

用 Vi（i=1,2,3）表示 3家石灰企業(yè)，用 θi（i=1,2,3）表示3家石灰企業(yè)關(guān)于清潔生產(chǎn)等級Mk（k=1,2,3）的綜合隸屬度向量，如下：

θ1=（0.77，0.63，0.60），θ2=（0.62，0.65，0.73），θ3=（0.59，0.80，0.62）。

2.2.3 評價結(jié)果解析

將上述計算結(jié)果，即清潔生產(chǎn)等級的綜合隸屬度向量歸一化后：

θ1=（0.39，0.32，0.30），θ2=（0.31，0.32，0.37），θ3=（0.29，0.40，0.31）。

若采用目前經(jīng)常使用的最大隸屬度原則來評價這3家石灰企業(yè)的清潔生產(chǎn)等級，可以得到如下結(jié)論：A石灰企業(yè)屬于國際清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平 （即M1）；B石灰企業(yè)屬于國內(nèi)清潔生產(chǎn)一般水平（即M3）；C石灰企業(yè)屬于國內(nèi)清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平（即M2）。

從上述結(jié)論可以看出，依據(jù)最大隸屬度原則，A石灰企業(yè)的清潔生產(chǎn)等級為M1，但其屬于M1，M2，M3的隸屬度相差很小，并且屬于M2，M3的隸屬度之和大于其屬于M1的隸屬度，即θ12+θ13=0.62>0.39=θ11。因此，在清潔生產(chǎn)等級評價中將A石灰企業(yè)評為M1是不恰當(dāng)?shù)?，將其評為等級M2才更加切合A石灰企業(yè)的實際清潔生產(chǎn)水平。同理，將B石灰企業(yè)的清潔生產(chǎn)等級評價為M3也不夠合理。導(dǎo)致企業(yè)清潔生產(chǎn)評價等級與其實際清潔生產(chǎn)水平不一致的主要原因在于最大隸屬度原則主要考慮到的僅是隸屬度在數(shù)值上的大小，而忽視了各個企業(yè)的清潔生產(chǎn)等級在位置上的差別。

3 基于二元語義的清潔生產(chǎn)等級評價分析

3.1 清潔生產(chǎn)等級評價的特征值法

為了更加準(zhǔn)確、客觀的對石灰企業(yè)清潔生產(chǎn)水平等級進(jìn)行評價，引入級別特征值的概念：將清潔生產(chǎn)等級 Mk（k=1,2,3，…，λ）的級別變量定義為 k，同時把石灰企業(yè) Vi（i=1,2,3，…，m）的級別特征值定義為式（11）：

由于 θik∈[0，1]和，于是有：

這表明ωi是一個無量綱的數(shù)量指標(biāo)，數(shù)值處于清潔生產(chǎn)第1個等級（即M1）與第λ等級（即Mλ）水平兩者之間，呈現(xiàn)了清潔生產(chǎn)等級評價綜合隸屬度與清潔生產(chǎn)等級2個方面的主要信息[9]。

用[ωi]=P 評定石灰企業(yè) Vi（i=1,2,3，…，m）屬于 P 級清潔生產(chǎn)水平（即 MP），其中[ωi]表示小于 ωi的最大整數(shù)，采取級別特征值的計算方式來評估石灰企業(yè)的清潔生產(chǎn)水平將比采用最大隸屬度原則更加周全和接近實際情況。 在上述案例中，m=3，λ=3，根據(jù)公式（11）計算得：ω1=1.93、ω2=2.06、ω3=2.02。采用級別特征值方法，將A石灰企業(yè)評定為國際清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平（即M1），將B、C兩家石灰企業(yè)評定為國內(nèi)清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平（即M2）。

分析上述評定結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)ω1=1.93和ω2=2.06都與2很接近，顯然這兩者相差甚微，然而這兩家石灰企業(yè)分別被評為M1和M2，評價結(jié)果不夠合理。由于ω1=1.93和2很接近，理論上A石灰企業(yè)也應(yīng)被評為M2，這種評定方法與采用最大隸屬度原則來評定清潔生產(chǎn)等級相似，同樣出現(xiàn)了不符合企業(yè)實際情況的問題。從以上兩種方法可以看出，即使級別特征值法能更好的反映出石灰企業(yè)的整個清潔生產(chǎn)情況，但是它也存在一些不合理、不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤剑⒉荒芮宄膮^(qū)分出各個石灰企業(yè)清潔生產(chǎn)水平的差異程度。

3.2 清潔生產(chǎn)等級評價的二元語義法

為避免出現(xiàn)上述不合理的問題，在評價過程中引入二元語義概念，建立石灰企業(yè)清潔生產(chǎn)等級評價的二元語義法。此方法不僅能切確評定企業(yè)的整體情況，又能正確的劃分出各個企業(yè)的差異程度[10]。

若石灰企業(yè)Vi的級別特征值ωi滿足：

則評定Vi的清潔生產(chǎn)等級為第P級（即MP）。為了確定石灰企業(yè)清潔生產(chǎn)等級水平屬于P級的偏差程度，用偏差值表示為βiP=ωi-P，即-0.5≤βiP＜0.5。首先，將企業(yè)清潔生產(chǎn)等級評價的級別特征值用二元有序組表示（MP，βiP），其中 MP為清潔生產(chǎn)等級，βiP∈（-0.5，05）。

設(shè)（MP，βiP）和（M0，βjq）分別是石灰行業(yè) Vi和 Vj（i，j=1,2,3，…，m）的級別特征值 ωi、ωj的二元語義，劃定它的大小比較為：

若 MP＞Mq(P＜q)，則（MP，βiP）＞（M0，βjq），即 Vi的清潔生產(chǎn)等級高于 Vj；

若MP=Mq(P=q)，石灰企業(yè)Vi和Vj的清潔生產(chǎn)等級相同，則當(dāng)：

(1)βiP=βjq時，（MP，βiP）=（M0，βjq），即 Vi和 Vj的清潔生產(chǎn)程度一樣。

(2)βiP＞βjq時，（MP，βiP）＜（M0，βjq）時，即 Vi的清潔生產(chǎn)程度比 Vj差。

(3)βiP＜βjq時，（MP，βiP）＞（M0，βjq）時，，即 Vi的清潔生產(chǎn)程度比 Vj好。

依據(jù)式（12），石灰企業(yè)A、B和C的級別特征值的二元語義被表示為：ω1=(2,-0.07)，ω2=(2,0.06),ω3=(2,0.03)依據(jù)上述劃定的二元語義的大小關(guān)系，可以將三家石灰企業(yè)的清潔生產(chǎn)等級均評定為M2（即國內(nèi)清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平），但它們所處的清潔生產(chǎn)水平是不同的，其好壞排列順序為：A＞C＞B，即A比較好，C居中，B較差。

將上述3家石灰企業(yè)的各二級指標(biāo)實際值進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)A石灰企業(yè)各項指標(biāo)實際值與B、C兩家相比總體上更好，B石灰企業(yè)最差，經(jīng)計算得到的優(yōu)劣排序也與各石灰企業(yè)的實際情況一致。

4 結(jié)論

建立石灰行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系后，為評估各石灰企業(yè)的清潔生產(chǎn)等級水平，先后采用三種方法進(jìn)行評價，最后根據(jù)評價結(jié)果的比較分析，得出如下結(jié)論：

(1）最大隸屬度原則評價法：其清潔生產(chǎn)等級評價分別為：A石灰企業(yè)評為M1；B石灰企業(yè)評為M3；C石灰企業(yè)評為M2。評定結(jié)果與實際情況不相符。

(2）級別特征值評價法：其清潔生產(chǎn)等級評價分別為：A石灰企業(yè)評為M1；B、C石灰行業(yè)均評為M2。其評定結(jié)果也會呈現(xiàn)少許不符合企業(yè)整體清潔生產(chǎn)的情況。

(3）二元語義評價法：其清潔生產(chǎn)等級評價為：A、B、C石灰企業(yè)均評為M2，其清潔生產(chǎn)水平的差異排序為：A較好，B較差，C居中。評定結(jié)果與實際情況相符。

因此，清潔生產(chǎn)等級評價的二元語義法能夠更直觀的反應(yīng)各企業(yè)的清潔生產(chǎn)情況，評定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，且能夠劃分出同一清潔生產(chǎn)等級下不同企業(yè)清潔生產(chǎn)水平的優(yōu)劣情況。

參考文獻(xiàn)：

［1］符敬慧.我國石灰行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析［J］.建材發(fā)展導(dǎo)向，2014，12（20）：20－23.

［2］李銀山.石灰豎窯設(shè)備安裝及工藝生產(chǎn)的優(yōu)化［J］.耐火與石灰，2017，42（4）：3－7.

［3］李奇勇，李強.不銹鋼行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系研究及應(yīng)用［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2017，43（1）：103－106.

［4］武祝民，于宏兵.危險廢物處理處置企業(yè)清潔生產(chǎn)案例研究［J］.環(huán)境工程，2016（8）：170－173.

［5］周露，宋若陽，陳亢利.清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系組成與發(fā)展［J］.四川環(huán)境，2016，35（6）：157－162.

［6］孫根行，狄倩，楊帆，等.CASS工藝城市污水處理廠清潔生產(chǎn)評價指標(biāo)體系的構(gòu)建及應(yīng)用［J］.陜西科技大學(xué)學(xué)報，2014，32（3）：30－34.

［7］汪利平，于秀玲，楊繼東，等.AHP－模糊綜合評價法在清潔生產(chǎn)審核中的應(yīng)用研究［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2014，37（12）：180－188.

［8］楊圣春.多級模糊綜合評價在火電廠清潔生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，34（9）：1408－1412.

［9］劉家財，李登峰.鋼鐵行業(yè)清潔生產(chǎn)等級評估模型與方法［J］.環(huán)境工程，2014（10）：113－118.

［10］王麗玲，張樹深，張蕓.城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級評價二元語義模型與方法［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2014，34（11）：2976-2984.