電石法聚氯乙烯行業(yè)履約的成本效益分析

昌敦虎,張澤陽(yáng),周 繼,馬 中,王祖光

電石法聚氯乙烯行業(yè)履約的成本效益分析

昌敦虎1,張澤陽(yáng)1,周 繼1,馬 中1,王祖光2*

(1.中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院,北京 100872；2.生態(tài)環(huán)境部對(duì)外合作與交流中心,北京 100035)

構(gòu)建汞物質(zhì)平衡模型以識(shí)別高汞觸媒及低汞觸媒電石法聚氯乙烯(CCPVC)企業(yè)中汞的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)化和排放過(guò)程.進(jìn)一步針對(duì)典型企業(yè)開(kāi)展成本效益分析,比較通過(guò)低汞觸媒替代來(lái)履行《關(guān)于汞的水俁公約》要求的各種方案.結(jié)果表明,案例企業(yè)將在履約的情況下,使廢氣和廢水汞排放量分別減少25%和85.7%～98.9%,凈效益增加50.7%～55.4%.案例企業(yè)最有利的選擇將是在廠內(nèi)回收廢觸媒并改進(jìn)汞減排設(shè)施,但含汞固體廢物的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)不可忽視.原因是《關(guān)于汞的水俁公約》側(cè)重于CCPVC行業(yè)的汞輸入而非汞排放.此外,目前的汞環(huán)境稅率低于最優(yōu)稅率,無(wú)法為CCPVC企業(yè)提供足夠的激勵(lì)以控制汞排放.因此,為了提高《關(guān)于汞的水俁公約》的政策效力,有必要推動(dòng)我國(guó)CCPVC行業(yè)汞物質(zhì)平衡的構(gòu)建,加強(qiáng)對(duì)含汞固體廢物堆存的監(jiān)管力度,提高汞排放的環(huán)境稅率,并將所含的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)量作為固體廢物的計(jì)稅依據(jù).

《關(guān)于汞的水俁公約》；電石法聚氯乙烯生產(chǎn)；汞物質(zhì)平衡模型；成本效益分析；環(huán)境稅

汞是一種難降解的持久性污染物[1],汞暴露產(chǎn)生的健康及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)受到廣泛關(guān)注[2-4].在大規(guī)模工業(yè)活動(dòng)的驅(qū)動(dòng)下,我國(guó)已成為全球最大的人為源大氣汞排放國(guó)[5].作為全球唯一采用電石法聚氯乙烯(CCPVC)生產(chǎn)技術(shù)的國(guó)家,該行業(yè)用汞量占我國(guó)用汞總量的60%以上[6].2017年,我國(guó)氯乙烯單體總產(chǎn)能達(dá)到2403萬(wàn)t,其中80%來(lái)自CCPVC[7].CCPVC的生產(chǎn)工藝是將電石水解生成的乙炔與氯化氫在溫度100～180℃下經(jīng)汞觸媒作用在轉(zhuǎn)化器中生成氯乙烯單體,進(jìn)而能夠在溫度48～62℃下進(jìn)一步聚合生成PVC.汞觸媒由氯化汞和活性炭組成,分為高汞觸媒和低汞觸媒,是汞污染的主要來(lái)源.因此,我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)一直關(guān)注CCPVC生產(chǎn)中汞的輸入及其污染效應(yīng)[8].《關(guān)于汞的水俁公約》(以下簡(jiǎn)稱“《公約》”)自2017年8月16日起在我國(guó)正式生效,明確規(guī)定到2020年CCPVC行業(yè)單位PVC產(chǎn)量的汞使用量要比2010年下降50%,同時(shí)無(wú)汞觸媒在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)可行后5a內(nèi)替代含汞觸媒.鑒于無(wú)汞觸媒技術(shù)尚處于試驗(yàn)階段,本文主要分析汞觸媒使用的經(jīng)濟(jì)影響.

傳統(tǒng)的汞污染研究中,學(xué)者通常將經(jīng)濟(jì)分析與環(huán)境評(píng)價(jià)相結(jié)合,評(píng)估其排放的社會(huì)成本和減排的社會(huì)效益[9-10].在企業(yè)層面,聚焦于汞污染的經(jīng)濟(jì)學(xué)研究普遍與污染物減排聯(lián)系緊密,涉及減排成本[11]、最佳可行技術(shù)[12]和工藝流程[13].鑒于汞污染物的削減并不是貨幣化的有形效益,這些研究主要開(kāi)展成本有效性分析[14].

綜上,汞污染領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)學(xué)研究主要關(guān)注環(huán)境可接受性,較少將其與經(jīng)濟(jì)可行性結(jié)合起來(lái).對(duì)于《公約》的實(shí)施效果而言,經(jīng)濟(jì)可行性決定了企業(yè)采取的具體應(yīng)對(duì)措施,進(jìn)而導(dǎo)致差異化的汞排放結(jié)果.而成本有效性分析忽略了企業(yè)開(kāi)展技術(shù)改進(jìn)或管理創(chuàng)新的潛在效益,無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估《公約》的實(shí)際影響.此外,現(xiàn)有探究《公約》實(shí)施效果的研究較少考慮其他相關(guān)政策的影響.因此,本文采用成本效益分析法將企業(yè)履行《公約》后的汞排放、減排和回收貨幣化,通過(guò)比較不同應(yīng)對(duì)方式的凈效益探究企業(yè)的最優(yōu)選擇,同時(shí)對(duì)各情景下的凈效益與相應(yīng)的氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)汞排放進(jìn)行分析,識(shí)別出《公約》的環(huán)境影響;而后引入環(huán)境稅、產(chǎn)品價(jià)格和產(chǎn)能利用率的影響,探究環(huán)境稅在汞污染控制中發(fā)揮的作用,為我國(guó)CCPVC行業(yè)的汞污染控制提供政策建議.

1 研究方法

1.1 物質(zhì)平衡模型

物質(zhì)平衡模型通常被用于識(shí)別目標(biāo)污染物或元素的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)化和排放過(guò)程[15-17].本文以某典型CCPVC企業(yè)為例,分別構(gòu)建了使用高汞觸媒和低汞觸媒進(jìn)行生產(chǎn)的汞物質(zhì)平衡模型,并揭示了每個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)汞的產(chǎn)生、削減、排放和回收之間的關(guān)系.汞污染物主要以廢汞觸媒(包括廢活性炭)、含汞廢水/酸/堿和含汞廢氣的形式存在.其中,廢汞觸媒(包括廢活性炭)可以由企業(yè)在廠內(nèi)自行回收,也可以委托具備資質(zhì)的第三方企業(yè)回收再利用,而含汞廢水/酸/堿和含汞廢氣則由企業(yè)自身處理.其中,含汞廢氣治理的技術(shù)改進(jìn)空間不大,而汞污染處理設(shè)施改進(jìn)則有助于提高液態(tài)汞的處理率和固體廢物中的汞回收率.汞物質(zhì)平衡模型為下一步的成本效益分析提供了物質(zhì)流基礎(chǔ).

1.2 情景分析

基于《公約》要求,本文將基準(zhǔn)年份設(shè)定為2010年,履行《公約》年份為2020年.基于實(shí)地調(diào)研結(jié)果,案例企業(yè)在利用電石制備乙炔時(shí)使用干法工藝,相較于濕法工藝具有耗水量低和電石渣利于存儲(chǔ)、運(yùn)輸及應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)[18].2010年,案例企業(yè)使用高汞觸媒進(jìn)行生產(chǎn)并將廢汞觸媒(包括廢活性炭)轉(zhuǎn)移至專門(mén)企業(yè)進(jìn)行廠外回收,因此基準(zhǔn)情景為:使用高汞觸媒&廢汞觸媒廠外回收.

案例企業(yè)在基準(zhǔn)情景中的汞物質(zhì)平衡模型如圖1(a)所示.進(jìn)入廢汞觸媒和廢活性炭的汞比例最大,占汞輸入總量的76%.由廢汞觸媒和廢活性炭組成的固體廢物可堆存處理或?qū)ζ渲械墓M(jìn)行回收再利用.處理含汞廢水/酸/堿時(shí),通過(guò)吸收塔對(duì)氯化氫進(jìn)行回收再利用;液態(tài)汞從處理后的廢水、廢堿液和廢酸液混合物中排出,占汞輸入總量的0.23%;副產(chǎn)品HgS在廠內(nèi)或廠外回收.以廢氣形式排放的汞不超過(guò)汞輸入總量的1%.

汞觸媒是汞進(jìn)入CCPVC生產(chǎn)過(guò)程的唯一途徑.低汞觸媒的氯化汞含量遠(yuǎn)低于高汞觸媒[19],且使用技術(shù)的改進(jìn)可大幅度降低對(duì)汞的依賴[20].為履行《公約》要求,原環(huán)境保護(hù)部于2011年發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)電石法生產(chǎn)聚氯乙烯及相關(guān)行業(yè)汞污染防治工作的通知》(環(huán)發(fā)〔2011〕4號(hào)),規(guī)定2015年底前全行業(yè)100%采用低汞觸媒生產(chǎn)技術(shù)[21].因此,2010～2020年間,案例企業(yè)面臨以下變化:

(1)雖然生產(chǎn)工藝未發(fā)生根本改變,但案例企業(yè)于2015年后使用低汞觸媒替代高汞觸媒,意味著生產(chǎn)成本增加.為節(jié)約成本,企業(yè)須在廠內(nèi)自行回收汞和委托第三方處置含汞固體廢物并回收汞之間做出選擇.

(2)企業(yè)可根據(jù)污染削減和汞回收目標(biāo)選擇治理技術(shù).含汞廢水/酸/堿處理設(shè)施改進(jìn)可使除汞率由99%提高至99.9%,并增加以污泥形式進(jìn)入固體廢物中的汞及其回收量.固體廢物中的汞回收率在80%～99%之間.

案例企業(yè)在2020年履行《公約》時(shí)可采取不同應(yīng)對(duì)方式,并產(chǎn)生如下情景:

情景A:使用低汞觸媒&廢汞觸媒廠外回收&汞污染處理設(shè)施無(wú)改進(jìn).

情景B:使用低汞觸媒&廢汞觸媒廠外回收&汞污染處理設(shè)施有改進(jìn).

情景C:使用低汞觸媒&廢汞觸媒廠內(nèi)回收&汞污染處理設(shè)施無(wú)改進(jìn).

情景D:使用低汞觸媒&廢汞觸媒廠內(nèi)回收&汞污染處理設(shè)施有改進(jìn).

案例CCPVC企業(yè)在情景A和B中的汞物質(zhì)平衡模型如圖1(b)所示.相較于基準(zhǔn)情景,由于生產(chǎn)工藝改進(jìn),更高比例的汞進(jìn)入廢汞觸媒(包括廢活性炭),而更低比例的汞進(jìn)入廢水/酸/堿.情景A和B中,分別有汞輸入總量的98.95%和98.995%以廢汞觸媒的形式被轉(zhuǎn)移至廠外回收.由于汞污染處理設(shè)施的改進(jìn),情景B中廢水/酸/堿中排放的汞含量?jī)H為情景A中的10%.

不同于情景A和B,情景C和D均會(huì)產(chǎn)生廢汞觸媒(包括廢活性炭)堆存,如圖1(c)所示.汞污染處理設(shè)施的改進(jìn)使情景D中僅汞輸入總量的0.895%進(jìn)入廢汞觸媒,而98.1%得以回收再利用;情景C中汞輸入總量的18.75%進(jìn)入廢汞觸媒,僅80.2%被回收再利用.廠內(nèi)回收使情景C和D中企業(yè)外購(gòu)的汞觸媒量分別降至原本的1.9%和19.8%.

1.3 成本效益分析

1.3.1 分析框架 成本效益分析已廣泛應(yīng)用于重金屬污染防治研究中[3,22].《公約》的有效性可以定義為生態(tài)系統(tǒng)完整性和人類健康改善[23],但本文主要關(guān)注《公約》的汞削減要求對(duì)CCPVC行業(yè)的影響.事實(shí)上,成本效益分析通常被用于探究環(huán)境友好型工藝流程的可持續(xù)性[24]或比較污染物控制技術(shù)方案的優(yōu)劣[25].

圖2 CCPVC企業(yè)履行《關(guān)于汞的水俁公約》的成本效益分析框架

如圖2所示,成本效益分析分別針對(duì)PVC生產(chǎn)和汞污染處理.PVC生產(chǎn)效益指PVC銷售收入,汞污染處理效益則來(lái)自汞和氯化氫的回收.除含汞固體廢物的廠外處理回收成本支付給第三方外,所有PVC生產(chǎn)和汞污染處理的成本均為投資和運(yùn)行成本.其中,投資成本以20a為折舊期分?jǐn)傊粮髂?而汞污染處理成本則涵蓋廢氣、廢水和固體廢物中的汞處理及回收.基準(zhǔn)情景數(shù)據(jù)來(lái)源于企業(yè)在2010年的實(shí)際生產(chǎn)情況,2020年情景A、B、C、D的數(shù)據(jù)系企業(yè)根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)、應(yīng)用低汞觸媒生產(chǎn)現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展計(jì)劃合理預(yù)測(cè)得到.

1.3.2 成本 PVC生產(chǎn)成本可以由式(1)表示:

式中:P為PVC生產(chǎn)的總成本,萬(wàn)元;PI為PVC生產(chǎn)的投資成本,萬(wàn)元;PO為PVC生產(chǎn)的運(yùn)行成本,萬(wàn)元.由于2020年仍處于案例企業(yè)生產(chǎn)設(shè)施的折舊期間,因此2020年的PI和PO包括現(xiàn)有設(shè)施的折舊成本和潛在的改進(jìn)成本.

汞污染處理成本由式(2)計(jì)算得出:

式中:A為汞污染處理的總成本,萬(wàn)元;AI、WI、SI分別為廢氣汞處理、廢水汞處理和回收、廠內(nèi)固體廢物汞處理和回收的投資成本,萬(wàn)元;AO、WO、SO分別為上述3種形態(tài)的汞處理和回收的運(yùn)行成本,萬(wàn)元;SR為將固體廢物轉(zhuǎn)移至廠外處理回收汞所支付的成本,萬(wàn)元.

綜上,可以得到企業(yè)總成本,如式(3)所示:

式中:TOTAL為企業(yè)的總成本,萬(wàn)元.

1.3.3 效益 PVC生產(chǎn)效益為PVC產(chǎn)品的銷售收入,如式(4)所示:

式中:P為PVC生產(chǎn)的總效益,萬(wàn)元;PVC為PVC銷售收入,萬(wàn)元.

來(lái)源于回收的汞污染處理效益的計(jì)算公式為:

式中:A為汞污染處理的總效益,萬(wàn)元;Hg和HCl分別為回收汞和氯化氫并再利用的效益,萬(wàn)元.在情景A和B中,A為0.在情景C和D中,Hg由回收再利用的汞對(duì)應(yīng)的低汞觸媒市場(chǎng)價(jià)值減去為此額外購(gòu)買活性炭的費(fèi)用得到,HCl表示回收氯化氫的市場(chǎng)價(jià)值.

綜上,得到企業(yè)總效益,如式(6)所示:

式中:TOTAL為企業(yè)的總效益,萬(wàn)元.

1.3.4 凈效益 為剔除通貨膨脹影響,將成本和效益數(shù)據(jù)均調(diào)整至2015年價(jià)格水平計(jì)算[26].

PVC生產(chǎn)的凈效益如式(7)所示:

式中:NPVP為PVC生產(chǎn)的凈效益,萬(wàn)元.

汞污染處理的凈效益如式(8)所示:

式中:NPV為汞污染處理的凈效益,萬(wàn)元.

綜上,企業(yè)的總凈效益為:

式中:NPVTOTAL為企業(yè)的總凈效益,萬(wàn)元.

各情景下案例企業(yè)的成本構(gòu)成、效益構(gòu)成、汞污染處理主體和汞污染處理(回收)率如表1所示.

表1 案例企業(yè)在各情景下的成本、效益和汞污染處理情況

1.3.5 成本和效益的變化 案例企業(yè)的基本信息如下所示:

(1)2010年的PVC產(chǎn)量為37.2萬(wàn)t/a,預(yù)計(jì)2020年達(dá)到49.5萬(wàn)t/a.

(2)如表2所示,應(yīng)《公約》要求,在2010～2020年間,汞輸入量從0.1068kg/t PVC降至0.0534kg/t PVC.

表2 我國(guó)CCPVC生產(chǎn)的汞觸媒投入

注:數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)地調(diào)研.

(3)2010年,由于使用高汞觸媒,單位廢汞觸媒的汞含量高,案例企業(yè)將其轉(zhuǎn)移至第三方回收再利用企業(yè)可獲得收入,即SR為負(fù).低汞觸媒替代后,單位廢汞觸媒的汞含量降低,僅為相同質(zhì)量廢高汞觸媒汞含量的68.6%.因此,案例企業(yè)需向第三方回收再利用企業(yè)支付費(fèi)用,此時(shí)SR為正.

(4)表3顯示2020年的成本和效益相對(duì)于2010年的變化,其影響因素包括產(chǎn)能擴(kuò)大、廢汞觸媒含汞量降低、廢汞觸媒處置方式改變(廠外回收→廠內(nèi)回收)、汞污染處理設(shè)施改進(jìn)四方面.2020年各情景中,產(chǎn)能擴(kuò)大導(dǎo)致PI、PO和P均增加,AI、AO、WI和WO也相應(yīng)提高.由于廢汞觸媒廠內(nèi)回收,情景C和情景D中SR為0,同時(shí)產(chǎn)生了SI、SO、Hg和HCl.汞污染處理設(shè)施改進(jìn)使情景B中的WI和WO進(jìn)一步增加,也使情景D中的SI、SO、Hg和HCl均進(jìn)一步增加.

表3 案例企業(yè)2020年成本和效益相對(duì)于2010年的變化

從研究對(duì)象選取的科學(xué)性來(lái)看,首先,就產(chǎn)量而言,2017年我國(guó)PVC行業(yè)的平均產(chǎn)量為32萬(wàn)t/a[7],說(shuō)明案例企業(yè)產(chǎn)量屬于該行業(yè)中的典型產(chǎn)量.其次,就用汞量而言,根據(jù)原環(huán)境保護(hù)部編制的《2012年電石法生產(chǎn)聚氯乙烯及相關(guān)行業(yè)汞污染防治情況檢查報(bào)告》,2010年我國(guó)CCPVC行業(yè)單位PVC產(chǎn)量的用汞量均值為0.0966kg/t PVC,與案例企業(yè)接近.最后,就生產(chǎn)技術(shù)而言,案例企業(yè)采用CCPVC行業(yè)近年來(lái)逐漸成熟的干法乙炔生產(chǎn)工藝和典型的氯乙烯單體及PVC合成工藝,并應(yīng)用主流的汞污染防治技術(shù).因此,案例企業(yè)的代表性較強(qiáng).

2 結(jié)果與分析

2.1 汞平衡

圖3 案例企業(yè)在各情景下的汞平衡結(jié)果

如圖3所示,相較于基準(zhǔn)情景,2020年履行《公約》使廢氣中的汞排放量減少25%,廢水/酸/堿中的汞排放量減少85.7%～98.9%.2020年各情景相比,汞污染處理設(shè)施改進(jìn)使廢水/酸/堿的汞排放量減少約90%.雖然情景C和情景D中汞的回收率分別高達(dá)80.2%和98.1%,但廢觸媒堆存的汞含量分別達(dá)到4.969和0.248t/a,由此產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)不容忽視.

2.2 凈效益

由表4可知,由于低汞觸媒替代高汞觸媒,案例企業(yè)2020年的凈效益比2010年增加50.7%～ 55.4%.2020年各情景中,情景D的凈效益最大,為10.48億元,表明積極的廢汞觸媒回收再利用以及汞污染處理設(shè)施改進(jìn)具有經(jīng)濟(jì)合理性,也是案例企業(yè)的理性選擇.比較情景A和B發(fā)現(xiàn),僅改進(jìn)汞污染處理設(shè)施不足以獲得更高利潤(rùn).然而,進(jìn)一步比較情景C和D可知,改進(jìn)汞污染處理設(shè)施以提高廢汞觸媒中汞的回收率,可彌補(bǔ)成本甚至產(chǎn)生凈效益.需要說(shuō)明,案例企業(yè)盈利仍主要來(lái)自PVC生產(chǎn),汞污染處理產(chǎn)生的凈效益在總凈效益中占比很小.即使在情景D中,PVC生產(chǎn)的凈效益對(duì)總凈效益的貢獻(xiàn)也高達(dá)97.6%.由于產(chǎn)品價(jià)格對(duì)生產(chǎn)效益影響顯著,當(dāng)PVC產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格降低時(shí),汞污染處理的凈效益將逐步凸顯.

比較情景C、D與情景A、B可知,通過(guò)廠內(nèi)回收廢汞觸媒,企業(yè)將獲得比委托第三方處置廢汞觸媒更高的汞污染處理凈效益.

表4 案例企業(yè)成本效益分析結(jié)果(百萬(wàn)元,以2015年為基年進(jìn)行價(jià)格調(diào)整)

污染物排放強(qiáng)度的概念通常在地區(qū)[27]或工業(yè)部門(mén)[28]層面發(fā)揮平衡經(jīng)濟(jì)和環(huán)境污染的作用.基于此,本文將汞輸入和汞排放分別與凈效益進(jìn)行比較,并提出汞的輸入強(qiáng)度和排放強(qiáng)度.

(1)汞輸入強(qiáng)度

定義汞輸入強(qiáng)度為單位總凈效益的汞輸入量,如式(10)所示:

式中:Hg為汞輸入強(qiáng)度,kg/萬(wàn)元;Hginput為汞總輸入量,kg.

(2)汞排放強(qiáng)度

定義汞排放強(qiáng)度為單位總凈效益的汞排放量或堆存量,其計(jì)算公式為:

式中:EIHg-gaseous、EIHg-liquid、EIHg-stockpiling分別為氣態(tài)汞、液態(tài)汞和堆存汞的汞排放強(qiáng)度,kg/萬(wàn)元;EIHg為總汞排放強(qiáng)度,kg/萬(wàn)元;Hggaseous、Hgliquid、Hgstockpiling分別為廢氣中的汞排放量、廢水中的汞排放量和固體廢物堆存中的汞排放量,kg.

根據(jù)表5,各情景中,情景D的汞輸入強(qiáng)度最低,表明汞污染處理設(shè)施改進(jìn)及廢汞觸媒廠內(nèi)回收提高了案例企業(yè)的生產(chǎn)效率.此外,情景D的氣態(tài)汞排放強(qiáng)度和液態(tài)汞排放強(qiáng)度也最低,表明汞回收利用對(duì)于控制廢氣和廢水中的汞排放具有最高的經(jīng)濟(jì)效率.然而,從總汞排放強(qiáng)度來(lái)看,盡管情景D的總汞排放強(qiáng)度雖然僅為情景C的5.03%,但卻達(dá)到情景A的14.3倍和情景B的60.2倍.從汞輸入強(qiáng)度和總汞排放強(qiáng)度之間的矛盾可以推斷, CCPVC行業(yè)的汞污染控制主要是汞輸入限制,而非汞排放限制.同時(shí),情景D和C中占比高達(dá)98.4%和99.7%的堆存汞排放強(qiáng)度表明,廠內(nèi)自行回收汞時(shí)應(yīng)特別注意廢汞觸媒堆存的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范.需要說(shuō)明,廢汞觸媒廠外堆存和廠內(nèi)堆存產(chǎn)生的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)可能存在差異.一方面,鑒于廢汞觸媒屬于危險(xiǎn)廢物,而危險(xiǎn)廢物處置具有技術(shù)復(fù)合性強(qiáng)和門(mén)檻高的特點(diǎn)[29],第三方企業(yè)較CCPVC企業(yè)在廢汞觸媒回收的專業(yè)性和規(guī)模經(jīng)濟(jì)性上存在優(yōu)勢(shì).另一方面,考慮到廢汞觸媒在運(yùn)輸過(guò)程中可能發(fā)生泄漏,對(duì)環(huán)境和受體造成直接危害[30],廠內(nèi)自行回收廢汞觸媒具有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)少和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)可控性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì).因此,為避免對(duì)汞污染排放測(cè)算的不確定性,本文的研究對(duì)象限定于案例企業(yè)內(nèi)部,不考慮基準(zhǔn)情景、情景A和情景B中第三方企業(yè)的含汞固體廢物堆存.

表5 案例企業(yè)的汞輸入強(qiáng)度和汞排放強(qiáng)度(g/百萬(wàn)元)

在情景D的基礎(chǔ)上不斷提高汞的回收利用率,最終將使汞污染處理的邊際成本超過(guò)邊際效益,說(shuō)明汞回收率存在極限.就CCPVC行業(yè)而言,我國(guó)目前通過(guò)限制汞輸入強(qiáng)度和設(shè)定汞污染排放標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)《公約》要求.但只要這些命令控制型手段允許汞排放,就必然產(chǎn)生一定程度的汞污染.鑒于汞可能是一種缺乏可確定允許排放總量的非閾值污染物[31],降低汞環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及其外部成本的最可行方案應(yīng)當(dāng)是盡可能地減少汞的排放或堆存,從而凸顯經(jīng)濟(jì)激勵(lì)型手段的重要性.

3 討論

3.1 外部環(huán)境成本

我國(guó)控制汞污染的主要市場(chǎng)工具是環(huán)境稅,分別對(duì)廢氣、廢水和固體廢物中的汞排放設(shè)定稅率,含汞固體廢物執(zhí)行危險(xiǎn)廢物的稅率.2018年《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)稅法》施行,2020年執(zhí)行的環(huán)境稅率較2010年有所調(diào)整,如表6所示.案例企業(yè)為汞支付的環(huán)境稅占總凈效益的百分比不超過(guò)0.13%,可見(jiàn)外部環(huán)境成本可承受.需要說(shuō)明,由于在情景A和B中,案例企業(yè)將廢汞觸媒委托第三方企業(yè)處置,因此第三方企業(yè)將使環(huán)境稅含在案例企業(yè)支付的委托處置費(fèi)用中.根據(jù)調(diào)研可知,案例企業(yè)向第三方企業(yè)繳納的委托處置費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)境稅率相同,均為1000元/t固體廢物.

表6 案例企業(yè)汞排放的環(huán)境稅

盡管廢氣和廢水中汞的環(huán)境稅率在2010～2020年間提高了4倍,但汞排放量的大幅減少導(dǎo)致情景A和B的總環(huán)境稅反而比基準(zhǔn)情景少.從情景A到情景B,邊際汞污染處理成本為106萬(wàn)元,但不存在邊際效益,這表明汞環(huán)境稅率應(yīng)至少提高13.25倍,從而為廢汞觸媒廠外回收情景下進(jìn)一步降低廢氣和廢水汞排放提供激勵(lì).就廢汞觸媒廠內(nèi)回收而言,從情景C到情景D,邊際汞污染處理成本為332萬(wàn)元,即便加上總環(huán)境稅后提高至462萬(wàn)元,也低于764萬(wàn)元的邊際汞污染處理效益.該結(jié)果表明,案例企業(yè)目前的汞排放量超過(guò)了最優(yōu)排放水平.根據(jù)最優(yōu)稅率和實(shí)際稅率的比較[32],總環(huán)境稅需要增加432萬(wàn)元,從而使邊際效益等于邊際成本,意味著汞環(huán)境稅率應(yīng)在當(dāng)前水平的基礎(chǔ)上增加3.32倍,如表7所示.如果考慮超過(guò)有害污染物控制成本的未量化效益[33],則最優(yōu)環(huán)境稅率應(yīng)進(jìn)一步提高.

表7 汞排放的環(huán)境稅率調(diào)整(情景C、D)

由于廢氣和廢水中汞的最優(yōu)環(huán)境稅率低于政策規(guī)定的上限,提高這兩項(xiàng)汞環(huán)境稅率以激勵(lì)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)排放水平是可行的.然而,如果將廢汞觸媒的環(huán)境稅率提高至最優(yōu)水平(超過(guò)稅率上限),就需要修訂環(huán)境保護(hù)稅政策.

此外,情景C中固體廢物中單位汞的環(huán)境稅為246元/kg汞,遠(yuǎn)低于情景D中的4919元/kg汞.導(dǎo)致該巨大差異的原因,是環(huán)境稅率基于固體廢物自身重量而非其中關(guān)鍵污染物的重量設(shè)定.長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)固體廢物(包括危險(xiǎn)廢物)按量計(jì)征的環(huán)境稅[34]會(huì)導(dǎo)致廢汞觸媒的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)控制存在不確定性.為糾正這一扭曲,應(yīng)將固體廢物中所含有害物質(zhì)的重量而非其自身重量界定為稅基.

3.2 市場(chǎng)不確定性

已有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品價(jià)格同經(jīng)營(yíng)績(jī)效及環(huán)境績(jī)效掛鉤[35].本文采用敏感性分析方法[36]探究市場(chǎng)不確定性對(duì)案例企業(yè)總凈效益的影響.本研究中,與效益直接掛鉤的市場(chǎng)因素包括PVC、汞和氯化氫的市場(chǎng)價(jià)格.以2015年價(jià)格水平計(jì)量,2015～ 2020年間,PVC市場(chǎng)價(jià)格谷值為4632元/t,峰值為7311元/t,當(dāng)前價(jià)格為6500元/t.由于汞和氯化氫市場(chǎng)價(jià)格變動(dòng)對(duì)總凈收益影響偏小,帶來(lái)的總凈效益變化幅度僅為-10.28%～+1.99%,本文聚焦于PVC市場(chǎng)價(jià)格變化產(chǎn)生的影響.以當(dāng)前市場(chǎng)價(jià)格下的計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ),在PVC價(jià)格谷值,案例企業(yè)總凈效益降至9.02%～11.80%;而在PVC價(jià)格峰值,總凈效益提高至1.38～1.40倍,如圖4所示.因此,PVC產(chǎn)品市場(chǎng)價(jià)格及其近期波動(dòng)特征對(duì)凈效益產(chǎn)生顯著影響.

在情景C和D中,隨著PVC市場(chǎng)價(jià)格降至谷值,案例企業(yè)汞污染處理凈效益占總凈效益的比例分別由1.97%和2.38%提高至17.24%和20.13%,表明汞回收對(duì)CCPVC行業(yè)盈利的貢獻(xiàn)增加.當(dāng)PVC價(jià)格降至谷值之下,達(dá)到4480元/t時(shí),汞污染處理凈效益將等于PVC生產(chǎn)凈效益,企業(yè)實(shí)施廢汞觸媒廠內(nèi)回收的意愿相應(yīng)增強(qiáng).此外,隨著PVC市場(chǎng)價(jià)格觸底,總環(huán)境稅占總凈效益的比例將提高至當(dāng)前的8.5～ 11.1倍.然而,由于邊際治理成本和邊際效益不受影響,PVC價(jià)格波動(dòng)并不影響環(huán)境稅對(duì)汞污染物減排的作用.

圖4 PVC市場(chǎng)價(jià)格對(duì)案例企業(yè)總凈效益的影響

數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)地調(diào)研

3.3 產(chǎn)能利用率不確定性

我國(guó)CCPVC行業(yè)的產(chǎn)能利用率存在明顯年際波動(dòng),如圖5所示.2009年產(chǎn)能利用率最低,為51.43%.近年來(lái),在房地產(chǎn)行業(yè)迅速發(fā)展及城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶動(dòng)下,下游市場(chǎng)需求逐年增長(zhǎng),PVC市場(chǎng)供過(guò)于求和CCPVC行業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩狀況明顯改善[37],促使CCPVC行業(yè)產(chǎn)能利用率呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì),且2014年來(lái)保持在68%以上,2016年達(dá)到峰值74.08%.

產(chǎn)能利用率變化導(dǎo)致案例企業(yè)生產(chǎn)和汞污染處理的運(yùn)行成本以及效益發(fā)生變化,而投資成本不變.如表8所示,當(dāng)產(chǎn)能利用率為74.08%時(shí),各情景下的總凈效益降至最初的72%;而當(dāng)產(chǎn)能利用率為51.43%時(shí),總凈效益則降至最初的48%.該結(jié)果表明運(yùn)行成本和效益對(duì)總凈效益的影響大于投資成本.此外,隨產(chǎn)能利用率下降,汞污染處理凈效益的降幅遠(yuǎn)大于PVC生產(chǎn)凈效益的降幅,其原因?yàn)檫\(yùn)行成本為PVC生產(chǎn)總成本的主要構(gòu)成,而投資成本在汞污染處理總成本中占較大比例.

圖5 2008～2018年我國(guó)CCPVC行業(yè)產(chǎn)能利用率

數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)地調(diào)研

表8 不同產(chǎn)能利用率下的成本效益分析結(jié)果(百萬(wàn)元,以2015年為基年進(jìn)行價(jià)格調(diào)整)

隨著產(chǎn)能利用率下降,情景C與情景D的總凈效益差距顯著縮小,邊際汞污染處理成本和邊際汞污染處理效益的差距也大幅縮小.當(dāng)產(chǎn)能利用率分別為100%、74.08%和51.43%時(shí),情景D中汞污染處理凈效益占總凈效益的百分比依次為2.38%、2.09%和1.57%.因此,較高的產(chǎn)能利用率有助于激勵(lì)企業(yè)實(shí)施廢汞觸媒廠內(nèi)回收.

當(dāng)情景D的產(chǎn)能利用率降至51.43%時(shí),總環(huán)境稅降至67萬(wàn)元.邊際汞污染處理效益依舊比邊際汞污染處理成本高115萬(wàn)元,最優(yōu)環(huán)境稅率是當(dāng)前水平的1.72倍,但仍不足以激勵(lì)汞污染物進(jìn)一步減排.

未來(lái),預(yù)計(jì)全球PVC產(chǎn)能隨建筑產(chǎn)品需求的增加而提高[38].盡管中國(guó)的工業(yè)和建筑業(yè)因新冠疫情影響暫時(shí)放緩增速[39],但也導(dǎo)致塑料產(chǎn)品的需求和用量增加[40].可見(jiàn),我國(guó)CCPVC行業(yè)產(chǎn)能利用率趨于保持在相對(duì)較高水平,有利于鼓勵(lì)廢汞觸媒廠內(nèi)回收,但對(duì)汞污染控制影響不大.

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 成本效益分析結(jié)果表明,低汞觸媒替代顯著降低了廢水和廢氣汞排放量.CCPVC企業(yè)履行《公約》的最優(yōu)方式為廠內(nèi)回收廢汞觸媒并改進(jìn)汞污染處理設(shè)施.然而該情景下,以固體廢物形式堆存的汞顯著增加,產(chǎn)生較高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn).該結(jié)果反映出《公約》在控制CCPVC行業(yè)汞排放上的缺陷,即側(cè)重汞的輸入而非排放.因此,應(yīng)推動(dòng)CCPVC行業(yè)構(gòu)建汞物質(zhì)平衡,并加強(qiáng)對(duì)含汞固體廢物堆存的監(jiān)管.

4.2 鑒于汞的高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn),對(duì)其征收環(huán)境稅的目的是盡可能減少其排放.然而,即使市場(chǎng)和生產(chǎn)因素發(fā)生大幅波動(dòng),當(dāng)前汞環(huán)境稅率也低于最優(yōu)水平.為形成有效的汞減排激勵(lì),有必要提高汞環(huán)境稅率.由于含汞固體廢物的最優(yōu)環(huán)境稅率超出了法律規(guī)定的上限,可考慮取消該上限.

4.3 現(xiàn)行環(huán)境稅以固體廢物量為稅基,忽略了因固體廢物中汞含量不同而形成的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)差異,阻礙汞回收率進(jìn)一步提高.為提高企業(yè)回收汞的主動(dòng)性,將汞排放的外部環(huán)境成本完全內(nèi)部化,應(yīng)基于所含環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)量對(duì)固體廢物征收環(huán)境稅.

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Insight and Info. The PVC’s output and consumption have maintained steady growth, the production capacity has gradually picked up, and the overall layout is developing in an increasingly reasonable direction [EB/OL]. https://free.chinabaogao.com/huagong/202006/06449B222020. html. 2020-06-04.

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Cost benefit analysis of implementation of Minamata Convention on Mercury in calcium carbide process polyvinyl chloride industry.

CHANG Dun-hu1, ZHANG Ze-yang1, ZHOU Ji1, MA Zhong1, WANG Zu-guang2*

(1.School of Environment and Natural Resources, Renmin University of China, Beijing 100872, China；2.Foreign Environmental Cooperation Center, Ministry of Ecology and Environment, Beijing 100035, China)., 2022,42(6)：2931～2941

Mercury mass balance has been modelled for the calcium carbide process polyvinyl chloride (CCPVC) production with high-mercury catalyst and low-mercury catalyst respectively to identify the generation, transformation and emission of mercury. Further, cost benefit analysis has been conducted to compare the different responses of a typical enterprise to meet the requirements of the Minamata Convention on Mercury by low-mercury catalyst substitution. The case enterprise will reduce atmospheric and wastewater mercury emissions by 25% and 85.7%～98.9% respectively with the convention compliance, with the net benefits increasing by 50.7%～55.4%. The most profitable option for the case enterprise will be recycling waste catalyst inside plant and improving mercury abatement facilities, but the environmental risks from mercury-bearing solid waste are non-negligible. The reason is that the Minamata Convention on Mercury focuses on the input rather than emission of mercury in CCPVC industry. In addition, the current environmental tax rate on mercury is below the optimal level, indicating the insufficient incentives for the CCPVC enterprises to control mercury emissions. In order to improve the effectiveness of the Minamata Convention on Mercury, it is necessary to promote building mercury mass balance in China’s CCPVC industry, strengthen the supervision of mercury-bearing solid waste stockpiles, raise the environmental tax rate levied on mercury emissions, and take the amount of environmental risk substances as the tax basis for solid wastes.

Minamata Convention on Mercury；calcium carbide process polyvinyl chloride production；mercury mass balance model；cost benefit analysis；environmental tax

X196

A

1000-6923(2022)06-2931-11

昌敦虎(1977-),男,湖北武漢人,副教授,博士,主要從事環(huán)境經(jīng)濟(jì)與管理研究.發(fā)表論文50余篇.

2021-10-25

北京市社會(huì)科學(xué)基金資助重大項(xiàng)目(20ZDA04)

* 責(zé)任作者, 博士, wangzuguangfeco@163.com