電子行業(yè)產(chǎn)污特征及產(chǎn)污量核算方法探討

黃秋鑫，孫秀敏，司菲斐，丑天姝，陳瓊，熊松松，武澤華，尚曉晨，劉曉純

(1.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，環(huán)境與綠色發(fā)展中心，廣州 510610；2.中檢集團南方測試股份有限公司，深圳 518055)

電子行業(yè)是一個典型的離散型行業(yè)[1-2]，終端電子產(chǎn)品的生產(chǎn)制造可逐級分為材料生產(chǎn)、元器件生產(chǎn)、組件/零件生產(chǎn)和整機裝配，每一個階段又可進一步細分，可以說是離散型行業(yè)中最復雜的行業(yè)。隨著生產(chǎn)技術(shù)設備的集成化、自動化、信息化、智能化，越來越多的離散型行業(yè)企業(yè)中的部分工序也逐漸呈現(xiàn)流程型的特征。據(jù)國家數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計，我國規(guī)?；娮酉嚓P(guān)行業(yè)企業(yè)數(shù)量已超過4萬家，產(chǎn)品在各行各業(yè)得到廣泛應用。因此，電子行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展也將有效帶動全行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展，其產(chǎn)排污狀況則是評估行業(yè)綠色發(fā)展的重要指標[3]。

第一次全國污染源普查中，產(chǎn)排污系數(shù)法是產(chǎn)排污量核算最重要的技術(shù)手段之一[4]，“四同”組合是產(chǎn)排污系數(shù)法研究的重要指標[5-6]。第二次全國污染源普查對系數(shù)法提出了“可拆分、可組合”的更高要求，總體上提出了以“產(chǎn)污系數(shù)”“污染處理效率”及“末端治理設施運行狀態(tài)”相結(jié)合的產(chǎn)排污量核算思路，將產(chǎn)污量和排污量核算分步進行，其中產(chǎn)污量核算是最基礎、最關(guān)鍵的核算過程。該核算要求及思路更符合電子行業(yè)等離散型行業(yè)的生產(chǎn)及產(chǎn)排污特征。第一次全國污染源普查產(chǎn)排污系數(shù)手冊[7]中，電子相關(guān)行業(yè)產(chǎn)排污系數(shù)涉及29個行業(yè)共82個產(chǎn)品類別，沒有專門的儀器儀表行業(yè)的產(chǎn)排污系數(shù)，且絕大多數(shù)無法滿足“可拆分、可組合”的要求；關(guān)于電子行業(yè)產(chǎn)排污核算方法的研究也鮮見報道。為解決電子行業(yè)產(chǎn)排污狀況不清、核算難度大等問題，有必要研究一套不確定性可控且適用于普查的產(chǎn)排污量核算方法[8]。

本文通過分析電子行業(yè)生產(chǎn)，梳理其重點產(chǎn)污類型、產(chǎn)污工段等產(chǎn)污特征，構(gòu)建產(chǎn)污系數(shù)指標體系及計算方法，以取得一套適用性和應用性較強的產(chǎn)污量核算方法，為行業(yè)產(chǎn)污系數(shù)制定及污染源企業(yè)產(chǎn)污量核算提供參考，支撐全國工業(yè)污染源普查工作。

1 電子行業(yè)污染源產(chǎn)污特征分析

1.1 生產(chǎn)特征

根據(jù)國民經(jīng)濟行業(yè)分類，電子行業(yè)涉及行業(yè)類別38、39、40三個大類，共計93個行業(yè)小類，主要產(chǎn)品終端包括電氣機械、計算機、電池、家用電器、燈具、儀器儀表等多種類型，各類細分產(chǎn)品超過1000種；生產(chǎn)所用的原輔材料類型超過150種，包括聚合物材料、金屬材料、玻纖材料、磁性材料、半導體材料、陶瓷、木材、有機溶劑、膠黏劑、阻焊劑、助焊劑、顯影劑、除銹劑、制冷劑、清洗劑、鍍液、油漆、油墨、蝕刻液、電解質(zhì)、稀土材料、酸、堿、潤滑油、焊料等，按成分構(gòu)成細分可達數(shù)千種；生產(chǎn)工藝則因原輔材料類型、產(chǎn)品特性、市場需求等而異，同時存在多種生產(chǎn)工藝類別，且其差異往往體現(xiàn)在制造水平和綠色環(huán)保水平上，常見且具備行業(yè)特征的生產(chǎn)工藝包括焊接、有機溶劑清洗、電鍍、化學鍍、蝕刻、棕化和塑料成型等。

此外，由于生產(chǎn)過程涉及的供應鏈級別多，受生態(tài)環(huán)境保護、經(jīng)濟發(fā)展等主客觀因素影響，同一類型的電子產(chǎn)品生產(chǎn)呈現(xiàn)出一定的集中化現(xiàn)象。珠三角、長三角、環(huán)渤海以及中西部區(qū)域的電子信息產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)占據(jù)了全國60%以上。

1.2 產(chǎn)污特征

1.2.1產(chǎn)污類型

根據(jù)行業(yè)生產(chǎn)原輔材料及工藝特點，電子行業(yè)產(chǎn)污類型包括廢水、廢氣和固體廢物3大類，不同的生產(chǎn)工藝的產(chǎn)污類型有所不同。此外，不同產(chǎn)品類型(行業(yè)小類)也呈現(xiàn)出一定的產(chǎn)污類型特征，按產(chǎn)品供應鏈層級，終端整機制造、部件/組件制造、元器件生產(chǎn)的產(chǎn)污類型數(shù)量依次遞增且污染物成分更加復雜，產(chǎn)污量也依次遞增。其中，廢水主要包括含重金屬、氰、有機物以及酸堿等廢水，主要污染物包括化學需氧量、氨氮、總磷、總氮、石油類、氰化物、氟化物、汞、鎘、鉛、鉻、砷、銅、鎳、錫、銀等；廢氣主要包括酸堿廢氣、有機廢氣、煙氣等，主要污染物包括顆粒物、揮發(fā)性有機物、氨、汞、鉛等；固體廢物主要包括感光材料，含重金屬、酸、堿、有機樹脂、氰化物、氟化物等多種危廢及一般固廢。印制電路板制造行業(yè)產(chǎn)污特征分析示例如圖1所示。

圖1 印制電路板制造行業(yè)產(chǎn)污特征分析示意圖Fig.1 Schematic diagram of pollutant production characteristics analysis for printed circuit board manufacturing

1.2.2污染源規(guī)模

根據(jù)行業(yè)產(chǎn)品的經(jīng)濟價值高低，電子行業(yè)污染源規(guī)模呈現(xiàn)一定的不同。經(jīng)濟價值高的整機終端產(chǎn)品以及印制電路板(PCB)、元器件等重要供應鏈產(chǎn)品普遍為規(guī)?；髽I(yè)，產(chǎn)業(yè)鏈較為集中；存在大量的小型加工制造企業(yè)，包括一些小型工業(yè)園區(qū)內(nèi)的企業(yè)，有一定的區(qū)域集中性；中小微型企業(yè)大多較為分散，生產(chǎn)及環(huán)境管理水平低下。

1.2.3產(chǎn)污相似性

雖然電子行業(yè)供應鏈層級多且復雜，但根據(jù)污染源類型、生產(chǎn)工藝及產(chǎn)污方式進行分析，其產(chǎn)污特征仍存在一定相似性。主要包括：

(1)整機、組件、零部件制造以組裝為主，涉及生產(chǎn)工藝為焊接、清洗、組件連接、安裝、標識、包裝等，產(chǎn)污相似度較高，一般不受產(chǎn)品及應用行業(yè)類型的影響。

(2)PCB制造一般根據(jù)PCB的類型有所不同，但同一類型的PCB生產(chǎn)過程相似度較高，一般不受產(chǎn)品規(guī)格型號及應用行業(yè)類型的影響。

>>我國規(guī)模化電子相關(guān)行業(yè)企業(yè)數(shù)量已超過4萬家，電子行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展也將有效帶動全行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

(3)元器件類型繁多，細分可達數(shù)十種，但同一大類型的元器件生產(chǎn)過程相似度較高，一般不受產(chǎn)品規(guī)格型號及應用行業(yè)類型的影響。

(4)電線電纜、光纖光纜是電子產(chǎn)品必不可少的重要組成，細分類型比較多，但應用于不同產(chǎn)品類型的主要生產(chǎn)工藝相似度較高，產(chǎn)污特征也較相似。

(5)電子行業(yè)絕大多數(shù)機械加工、涂裝等表面處理過程與其他行業(yè)相似，主要區(qū)別在于原輔材料類型及成分有所不同，而產(chǎn)污類型相似度較高。

2 污染源產(chǎn)污量核算過程解析

電子行業(yè)主要為離散型行業(yè)，也存在少部分混合型行業(yè)，其中某些生產(chǎn)環(huán)節(jié)也體現(xiàn)出流程型行業(yè)的特征，如PCB制造過程中，隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的整體提升，部分電鍍、蝕刻、清洗等設備實現(xiàn)流程化、一體化，生產(chǎn)過程呈現(xiàn)流程型特征，而其他生產(chǎn)過程仍呈現(xiàn)為離散型特征。總體上，電子行業(yè)產(chǎn)污過程受到其離散特點的影響明顯，污染源產(chǎn)污量核算方法必然需要根據(jù)離散特點進行研究，以滿足電子行業(yè)各類污染源的核算需求，主要工段產(chǎn)污核算過程如下：

(1)將污染源企業(yè)的所有生產(chǎn)工序進行逐一解析，確認產(chǎn)生污染物的工序，即產(chǎn)污工序；

(2)將生產(chǎn)連續(xù)、產(chǎn)污相似的多個產(chǎn)污工序進行合并分析，形成產(chǎn)污工段，作為核算基本單元；

(3)對各個產(chǎn)污工段按統(tǒng)一的核算方法進行產(chǎn)污量核算，取得各污染物在各產(chǎn)污工段的產(chǎn)污量，將各產(chǎn)污工段的污染物產(chǎn)污量進行加和，取得污染源的總產(chǎn)污量。

3 產(chǎn)污量核算方法

3.1 研究思路

電子行業(yè)污染源產(chǎn)污量核算可依據(jù)產(chǎn)污系數(shù)法進行。通過選擇行業(yè)代表性污染源及產(chǎn)污工段，或構(gòu)建模擬產(chǎn)污工段，分析產(chǎn)污影響因素，研究產(chǎn)污量及關(guān)鍵生產(chǎn)性指標的定量數(shù)學關(guān)系，制定一系列可拆分、可組合的行業(yè)個體產(chǎn)污系數(shù)，計算取得行業(yè)平均產(chǎn)污系數(shù)，并確定產(chǎn)污量核算數(shù)學模型及計算方法。

3.2 重點產(chǎn)污工段

根據(jù)產(chǎn)污特征分析，電子行業(yè)污染源產(chǎn)污量核算宜在不明顯降低核算針對性和準確性的前提下，盡量簡化核算過程，使核算方法更具適用性和應用性。本研究重點針對在本行業(yè)內(nèi)環(huán)境影響較大、污染物產(chǎn)生量較大以及產(chǎn)生行業(yè)特征污染物的產(chǎn)污工段；對非電子行業(yè)特征產(chǎn)污工段不予重復研究；對相似度較高的產(chǎn)污工段進行合并研究。經(jīng)研究梳理出行業(yè)重點產(chǎn)污工段及其產(chǎn)污類型如表1所示。

3.3 產(chǎn)污數(shù)據(jù)獲取

產(chǎn)污數(shù)據(jù)主要包括歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和模擬實驗檢測數(shù)據(jù)。歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)主要包括通過代表性污染源企業(yè)、生態(tài)環(huán)境部門、第三方機構(gòu)等取得在線監(jiān)測、自行監(jiān)測[9]、清潔生產(chǎn)審核、竣工驗收、監(jiān)督性監(jiān)測等數(shù)據(jù)，長期、穩(wěn)定的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)應作為優(yōu)先考慮的產(chǎn)污數(shù)據(jù)；當歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)有不足或缺失時，有針對性地制訂現(xiàn)場監(jiān)測方案，取得現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)作為產(chǎn)污數(shù)據(jù)；當監(jiān)測數(shù)據(jù)無法真實代表污染物產(chǎn)生量時，如存在明顯無組織排放現(xiàn)象的揮發(fā)性有機物的產(chǎn)生量，應有針對性地制訂模擬產(chǎn)污模型實驗方案，取得模擬實驗數(shù)據(jù)作為產(chǎn)污數(shù)據(jù)。當以上三種數(shù)據(jù)都無法取得重要產(chǎn)污數(shù)據(jù)時，可以通過選擇相似污染源進行類比監(jiān)測，以取得相似的產(chǎn)污數(shù)據(jù)。

3.4 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制

產(chǎn)污數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制重點考慮監(jiān)測方法和質(zhì)控方法兩個方面。監(jiān)測數(shù)據(jù)應由具備資質(zhì)的機構(gòu)出具，污染源監(jiān)測數(shù)據(jù)應在一段時期內(nèi)有較好的穩(wěn)定性，監(jiān)測期間處于穩(wěn)定的正常工況，且生產(chǎn)性數(shù)據(jù)完整；模擬模型實驗應盡量覆蓋實際生產(chǎn)工藝中與產(chǎn)污相關(guān)的參數(shù)，監(jiān)測方法應參考現(xiàn)行的有關(guān)標準方法。質(zhì)控數(shù)據(jù)應滿足有關(guān)標準要求，或與模擬模型相符的質(zhì)控要求，數(shù)據(jù)偏差應合理可控。

表1 電子行業(yè)重點產(chǎn)污工段及產(chǎn)污類型

3.5 產(chǎn)污系數(shù)

3.5.1產(chǎn)污數(shù)據(jù)指標

根據(jù)產(chǎn)污主要影響因素，產(chǎn)污數(shù)據(jù)的主要指標應包括原輔材料、產(chǎn)品類型、生產(chǎn)工藝(工段)、污染物及產(chǎn)量。一般情況下，產(chǎn)污系數(shù)以污染物與單位產(chǎn)品或單位原輔料進行組合計算取得；其他指標則轉(zhuǎn)化為相關(guān)的校正因子，用于個體產(chǎn)污系數(shù)的類比校正。

3.5.2個體產(chǎn)污系數(shù)計算方法

當代表性污染源產(chǎn)污工段或模擬產(chǎn)污模型的污染物監(jiān)測數(shù)據(jù)和生產(chǎn)性數(shù)據(jù)可直接獲得時，則通過確定污染物來源，直接計算取得個體產(chǎn)污系數(shù)。如果某一工段(產(chǎn)污節(jié)點)中某污染物的來源明確與某一原輔材料有直接關(guān)系，且該原輔材料的使用量或消耗量是可準確計量的，個體產(chǎn)污系數(shù)應通過該污染物的產(chǎn)生總量與該原輔材料使用量之比計算取得；當該污染物的來源無法明確關(guān)聯(lián)到某一原輔材料或存在多個不確定來源時，個體產(chǎn)污系數(shù)可通過該污染物的產(chǎn)生總量與產(chǎn)品產(chǎn)量計算取得。

3.5.3個體產(chǎn)污系數(shù)類比校正

當目標產(chǎn)污工段的產(chǎn)污數(shù)據(jù)需要通過類似工段進行類比調(diào)查取得時，可通過建立目標工段與類比工段間原輔材料使用量、產(chǎn)品產(chǎn)量、工藝指標等的數(shù)學關(guān)系，取得類比校正系數(shù)，再通過類似工段的產(chǎn)污系數(shù)與類比校正系數(shù)換算，取得目標產(chǎn)污工段的個體產(chǎn)污系數(shù)。

3.5.4平均產(chǎn)污系數(shù)計算方法

根據(jù)電子行業(yè)污染源特征，選擇使用算術(shù)平均值、加權(quán)平均值和中位值相結(jié)合的統(tǒng)計方法，以計算不同情況下產(chǎn)污工段的行業(yè)平均產(chǎn)污系數(shù)。

(1)當工段樣本間的產(chǎn)品、產(chǎn)量、工藝、規(guī)模均較相似，且個體產(chǎn)污系數(shù)相對(標準)偏差較小時(≤100%)，直接采用算術(shù)平均的方式，計算行業(yè)平均產(chǎn)污系數(shù)。

(2)當工段樣本間的產(chǎn)品、產(chǎn)量、工藝、規(guī)模存在較大、明顯的差異，且個體產(chǎn)污系數(shù)相對(標準)偏差較大時(>100%)，采用差異指標(如產(chǎn)品類型、規(guī)模大小、工藝先進性等)的加權(quán)平均的方式，計算行業(yè)平均產(chǎn)污系數(shù)。

(3)當工段樣本數(shù)量較大(n>20)時，且對上述兩種情況無法很好判斷時，可采用個體產(chǎn)污系數(shù)的中位值作為行業(yè)平均產(chǎn)污系數(shù)。

3.6 產(chǎn)污量核算方法

污染源企業(yè)某一污染物產(chǎn)污量為企業(yè)各產(chǎn)污工段該污染物產(chǎn)污量的總和，可通過各工段產(chǎn)污系數(shù)與生產(chǎn)性指標數(shù)據(jù)計算所得。當某一污染物的產(chǎn)污系數(shù)是基于某原輔材料使用量取得時，污染源企業(yè)的產(chǎn)污量為該原輔材料使用量與產(chǎn)污系數(shù)的乘積；當某一污染物的產(chǎn)污系數(shù)是基于某產(chǎn)品產(chǎn)量取得時，污染源企業(yè)的產(chǎn)污量為該產(chǎn)品產(chǎn)量與產(chǎn)污系數(shù)的乘積。

4 結(jié)論

通過分析電子行業(yè)污染源生產(chǎn)及產(chǎn)污特征，解析產(chǎn)污量的核算過程及方法要求，提出了電子行業(yè)產(chǎn)污系數(shù)研究思路，識別、分類、合并污染產(chǎn)生工序，取得重點產(chǎn)污工段清單；以產(chǎn)污工段為基本核算單元，通過選擇代表性污染源產(chǎn)污工段調(diào)查與監(jiān)測或模擬產(chǎn)污模型的研究，取得產(chǎn)污量與關(guān)鍵生產(chǎn)性指標的數(shù)學關(guān)系指數(shù)——產(chǎn)污系數(shù)，形成了電子行業(yè)污染源企業(yè)產(chǎn)污量核算的產(chǎn)污系數(shù)法。該方法可有效指導典型電子行業(yè)企業(yè)的產(chǎn)污量核算、區(qū)域行業(yè)污染源產(chǎn)污量核算以及全國行業(yè)污染源產(chǎn)污量核算，該核算思路也可為其他離散型行業(yè)的產(chǎn)污量核算提供參考。由于產(chǎn)污系數(shù)法是在抽取代表性樣本研究的基礎上建立的，存在一定的不確定性因素，可能導致產(chǎn)污量核算結(jié)果的偏差，建議實際應用本法進行產(chǎn)污量核算時應對各項不確定性因素給予充分考慮，以減小核算偏差。