水污染控制在石化園區(qū)生態(tài)化建設(shè)中的水績效評價研究

侯崢 李嬋媛 常勝 孫澤萍 杜明輝 孫曉明

摘 要：應(yīng)用層次分析和模糊綜合評價技術(shù)對石化工業(yè)園區(qū)在生態(tài)化建設(shè)中的水污染控制績效進(jìn)行評價。根據(jù)石化工業(yè)園區(qū)水污染控制特點(diǎn)，建立了包含水資源節(jié)約、水污染處理處置和園區(qū)管理3個評價要素、11個評價指標(biāo)的指標(biāo)體系，并以典型石化工業(yè)園區(qū)為案例進(jìn)行了驗證。研究表明，水污染處理處置權(quán)重達(dá)0.5992，對園區(qū)水污染控制績效影響最大；2020年，目標(biāo)園區(qū)水污染處理處置和園區(qū)管理處于國內(nèi)先進(jìn)水平，而資源節(jié)約處于國內(nèi)一般水平；園區(qū)管理和資源節(jié)約距離國際先進(jìn)仍有一定差距，提升園區(qū)資源節(jié)約和管理水平是提升園區(qū)水污染控制水平的潛力所在。

關(guān)鍵詞：石化園區(qū)；水污染控制；生態(tài)化建設(shè)；績效評價；生態(tài)工業(yè)

中圖分類號：X82文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1673-9655（2023）01-0-07

0 引言

在經(jīng)濟(jì)增長的背景下，全球工業(yè)用水需求保持增長的同時水資源濫用和處理水平不足所導(dǎo)致水資源短缺和水環(huán)境污染的問題日益嚴(yán)重[1]，而工業(yè)園區(qū)作為我國水資源使用和廢水排放的主要部門，其節(jié)約用水，減少水污染以及生態(tài)化建設(shè)水平一直是國家環(huán)保工作的關(guān)注點(diǎn)[2]。目前，水污染控制績效的評估研究主要針對綜合類工業(yè)園區(qū)[3-5]，針對某一特定行業(yè)工業(yè)園區(qū)的相關(guān)研究并不充分[6]。在眾多行業(yè)中，石化行業(yè)作為我國的支柱產(chǎn)業(yè)[7]，在推動國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，也帶來了該行業(yè)用水量大、水污染嚴(yán)重的問題 [8]。近年來，基于安全與環(huán)境保護(hù)方面的特殊性，石化行業(yè)在我國的發(fā)展趨勢必然是產(chǎn)業(yè)向園區(qū)聚集，石化園區(qū)是整個行業(yè)集中發(fā)展、集成發(fā)展的載體與平臺[9-11]。目前，我國石化園區(qū)的發(fā)展模式仍以粗放型為主，這一現(xiàn)狀更加劇了水資源的浪費(fèi)和對生態(tài)環(huán)境的破壞[12]，因此，石化工業(yè)園區(qū)水污染控制績效評估對石化工業(yè)園區(qū)實(shí)現(xiàn)持續(xù)改進(jìn)、創(chuàng)新以及綠色發(fā)展具有重要意義。

在已有的針對特定行業(yè)的水污染控制績效的評價中，評價體系往往存在著一些缺陷[13-16]：①一些研究只關(guān)注行業(yè)的節(jié)水或廢水的排放情況而未對上述兩個方面同時進(jìn)行考慮，因為就某些行業(yè)而言，用水量的增加會導(dǎo)致廢水被稀釋，降低污染物排放水平；②在一些同時關(guān)注了節(jié)水和廢水排放情況的研究中，評價體系通常以廢水排放量、COD排放濃度等絕對量作為考察指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)增長與水污染控制水平之間的聯(lián)系并未得到重視；③園區(qū)作為某一行業(yè)的集合整體，園區(qū)的管理水平對行業(yè)廢水的污染控制起到的重要作用往往被忽視了，這導(dǎo)致了園區(qū)管理部門和企業(yè)之間形成了割裂，無法體現(xiàn)政策服務(wù)在水污染控制中所處的地位。

為了準(zhǔn)確評價園區(qū)企業(yè)的水污染控制水平，本項工作基于循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論、生態(tài)工業(yè)理論以及相關(guān)的工業(yè)園區(qū)和石化行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合石化園區(qū)特點(diǎn)，參考生態(tài)工業(yè)績效評價指標(biāo)體系的建立過程，構(gòu)建了適用于石化工業(yè)園區(qū)水污染控制績效的評價指標(biāo)體系，采用層次分析法和模糊綜合評價法相結(jié)合的方法將復(fù)雜的、多指標(biāo)的石化工業(yè)園區(qū)水污染控制績效評價問題系統(tǒng)化，形成多層次的分析結(jié)構(gòu)模型，并選取典型石化工業(yè)園區(qū)開展實(shí)證評估，以期為石化工業(yè)園區(qū)的水污染控制水平的評估和識別園區(qū)未來發(fā)展?jié)摿μ峁┘夹g(shù)支持。

1 石化工業(yè)園區(qū)水污染控制績效評價指標(biāo)體系建立

基于石化工業(yè)園區(qū)水污染控制績效指標(biāo)篩選原則[17，18]，本研究依據(jù)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)工業(yè)理論，參考生態(tài)工業(yè)園區(qū)生態(tài)環(huán)境績效相關(guān)評價體系中的水污染控制相關(guān)指標(biāo)，結(jié)合石化產(chǎn)業(yè)廢水產(chǎn)排特征，從水資源節(jié)約、水污染處理處置、園區(qū)管理3個維度構(gòu)建了石化工業(yè)園區(qū)水污染控制績效評價指標(biāo)體系。指標(biāo)體系的選取參照《HJ 274-2015國家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》《HJ/T 273-2006行業(yè)類生態(tài)工業(yè)園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》《HJ/T 125-2003清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn) 石油煉制業(yè)》《GB 31571-2015石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》《HJ 853-2017排污許可證申請與核發(fā)技術(shù)規(guī)范 石化工業(yè)》等標(biāo)準(zhǔn)將水資源節(jié)約、水污染治理、園區(qū)管理作為評價的準(zhǔn)則層。為了能夠準(zhǔn)確反應(yīng)石化園區(qū)的特點(diǎn)，本項工作中對比了同類石化工業(yè)園區(qū)排污許可證管理信息平臺中石化行業(yè)的污染物排放信息，以石化工業(yè)園區(qū)中的代表性石化企業(yè)為樣本，篩選石化行業(yè)特征污染物，篩選結(jié)果如圖1所示。可以看到，除COD、氨氮等常規(guī)指標(biāo)外，石油類和揮發(fā)酚的出現(xiàn)頻次較高，因此將其作為石化工業(yè)園區(qū)水污染控制績效評價中污染控制的特征污染物。

綜合考慮以上標(biāo)準(zhǔn)中的各類指標(biāo)以及反映石化工業(yè)園區(qū)水污染控制建設(shè)水平的因素，依據(jù)《HJ 274-2015國家生態(tài)工業(yè)示范園區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》，進(jìn)一步將水資源節(jié)約、水污染控制、園區(qū)管理三個一級指標(biāo)細(xì)分為11個二級指標(biāo)，形成石化工業(yè)園區(qū)水污染控制建設(shè)績效評價指標(biāo)體系框架，如圖2所示，資源節(jié)約包括水耗強(qiáng)度（m3/萬元）、水重復(fù)利用率（%）和新增節(jié)水減排措施，水污染處理包括廢水排放量強(qiáng)度（m3/萬元）、COD排放強(qiáng)度（kg/萬元）、氨氮排放強(qiáng)度（kg/萬元）、特征污染物達(dá)標(biāo)率（%）和污水集中處理設(shè)施，園區(qū)管理包括水污染管理制度、清潔生產(chǎn)審核率、水體風(fēng)險防范措施等的考察，其中，水耗強(qiáng)度、廢水排放量強(qiáng)度、COD排放強(qiáng)度、氨氮排放強(qiáng)度分別為單位工業(yè)增加值的新鮮水耗、廢水排放量、COD排放強(qiáng)度和氨氮排放量，特征污染物達(dá)標(biāo)率包括石油類、揮發(fā)酚等石化行業(yè)特征污染物。

2 研究方法

2. 1 層次分析法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP）是美國學(xué)者T. L. Saaty提出的一種多準(zhǔn)則決策方法[19]，可以分為四個步驟：

（1）建立遞階層次的結(jié)構(gòu)模型

首先將復(fù)雜的、多指標(biāo)的問題層次化，形成一個多層次的結(jié)構(gòu)模型，抽象為評價對象的目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，本項工作中的指標(biāo)體系已經(jīng)在1中有所敘述。

（2）構(gòu)造判斷矩陣

由于研究中采用的指標(biāo)體系分為三個層次，對目標(biāo)層A而言，準(zhǔn)則層的兩兩判斷矩陣A-B和對準(zhǔn)則層B而言，指標(biāo)層的兩兩判斷矩陣B1-C、B2-C、B3-C均可采用式（1）的方法構(gòu)建。

式中：xij—對目標(biāo)層A而言，準(zhǔn)則層Bi和Bj哪個更為重要，或?qū)?zhǔn)則層B而言，指標(biāo)層Ci和Cj哪個更為重要，xij的值采用表1所示的標(biāo)度法確定；n—判斷矩陣階數(shù)，即準(zhǔn)則層或目標(biāo)層的指標(biāo)個數(shù)。

（3）各層次指標(biāo)權(quán)重的確定

得到某一標(biāo)準(zhǔn)層的兩兩因子比較舉證后，對該準(zhǔn)則下的n個因子x1， x2， ???， xn的相對權(quán)重進(jìn)行計算，確定各層次指標(biāo)的權(quán)重值。即計算判斷矩陣X的最大特征值及對應(yīng)的最大特征向量[20]，得到的最大特征向量為判斷因素x1， x2， ???， xn的權(quán)重向量W=（a1， a2， ???， a2）。需要注意的是，本項工作中準(zhǔn)則層B對目標(biāo)層A的權(quán)重WA-B、指標(biāo)層C對準(zhǔn)則層B的權(quán)重WB-C、指標(biāo)層C對目標(biāo)層A的權(quán)重WA-C符合以下關(guān)系：

（4）一致性檢驗

為避免兩兩比較結(jié)果不一致程度過大，需要計算判斷矩陣的CR值進(jìn)行判斷，當(dāng)CR≤0.1，可以接受。若CR＞0.1，則判斷矩陣偏離一致性的程度不可接受，須修改和調(diào)整判斷矩陣，再次檢驗，檢驗方法如式（3）所示。

式中：RI—可以通過方法查詢得到，CI—則由式（4）計算。

式中：λmax—判斷矩陣X的最大特征根；n—判斷矩陣階數(shù)。

2. 2 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)及模糊關(guān)系原理的綜合評價方法，將定性問題定量化，從多個方面對被評價對象的隸屬情況進(jìn)行綜合全面評價[21]。其具體的步驟為：

（1）確定被評判對象的因素論域U=（u1， u2， ???， un），因素集是影響評價對象的n個評價因子所組成的模糊子集。

（2）確定評語等級論域V=（v1， v2， ???， vn），即與U中因素集相對應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)集合，通常將模糊綜合評價的評語分為V=（優(yōu)、良、中、差）。

（3）進(jìn)行單因素判斷，建立模糊關(guān)系矩陣R以確定指標(biāo)隸屬度。建立隸屬度函數(shù)時采用半梯形分布函數(shù)，如式（5）～（7）所示。具體方法如下：

設(shè)評價指標(biāo)因素集XT={x1， x2， ???， xn}，評價等級標(biāo)準(zhǔn)V=（v1， v2， ???， vn），vj和vj+1為相鄰兩級標(biāo)準(zhǔn)，且vj+1>vj，則vj隸屬度函數(shù)為下式所示。

根據(jù)上式，計算隸屬度函數(shù)R，如式（8）所示。

式中：rij—R中因素xi對于V中vj等級的隸屬關(guān)系。

（4）通過層次分析法確定判斷因素權(quán)向量W=（a1， a2， ???， an），W表示U中各因子對評價對象的影響程度，根據(jù)程度大小分配對應(yīng)的權(quán)重大小。

（5）模糊矩陣復(fù)合運(yùn)算，采用加權(quán)平均型模糊矩陣復(fù)合算法，將判斷因素權(quán)向量W與單因素模糊關(guān)系矩陣R復(fù)合，得到被評價對象的模糊綜合評價向量B，如式（9）所示。根據(jù)最大隸屬原則確定評價等級。

分別對歷年準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的指標(biāo)進(jìn)行計算，得到對應(yīng)年份的目標(biāo)層和準(zhǔn)則層在國內(nèi)一般、國內(nèi)先進(jìn)和國際先進(jìn)三個發(fā)展水平對應(yīng)的隸屬度，隸屬度越高代表園區(qū)績效水平更接近相應(yīng)的發(fā)展水平。

3 實(shí)證分析

3. 1 數(shù)據(jù)來源與評價過程

選取我國東北某石化工業(yè)園區(qū)作為評價對象，園區(qū)是以石油化工為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的典型大規(guī)模工業(yè)園區(qū)，擁有石油化工、合成材料、精細(xì)化工等各類化工企業(yè)，已形成較為完整的化工產(chǎn)業(yè)體系。收集該園區(qū)2012—2020年各評價指標(biāo)所對應(yīng)的數(shù)據(jù)，均來源于園區(qū)的原始統(tǒng)計數(shù)據(jù)、環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)，評價流程如圖3所示。首先建立能夠反應(yīng)石化園區(qū)特點(diǎn)的水污染控制水平的指標(biāo)體系，之后采用層次分析法確定各定性和定量指標(biāo)所占權(quán)重，然后通過模糊綜合評價的方式得到2012—2020年園區(qū)水污染控制水平與國內(nèi)一般、國內(nèi)先進(jìn)、國際先進(jìn)三個等級對應(yīng)的隸屬度，最后經(jīng)過對隸屬度的比較探索目標(biāo)園區(qū)在不同時期的水污染控制水平發(fā)展情況。

3. 2 指標(biāo)權(quán)重結(jié)果

根據(jù)園區(qū)基礎(chǔ)資料和專家咨詢，利用AHP方法計算下層指標(biāo)相對上一層次的權(quán)重值，各層次權(quán)重及一致性檢驗結(jié)果如表2所示。計算得到的CR值均在0.1以下，說明判斷矩陣評價得到的權(quán)重是可靠的。

通過自上而下合成單準(zhǔn)則下的權(quán)重，最終確定石化工業(yè)園區(qū)的指標(biāo)層次總排序權(quán)重，結(jié)果如圖4所示。其中，從準(zhǔn)則層來看，水污染處理（B2）要素對園區(qū)水污染控制績效的影響最大（0.5992），其次是水資源節(jié)約（B1）、園區(qū)管理（B3）要素，這反映了石化行業(yè)中末端水污染處理處置水平仍是影響石化園區(qū)水污染防控的主要因素。從各指標(biāo)來看，對園區(qū)水污染控制績效影響最大的前四個指標(biāo)依次是特征污染物（石油類、揮發(fā)酚）排放達(dá)標(biāo)率（C24）、廢水排放量強(qiáng)度（C22）、水耗強(qiáng)度（C11）、以及工業(yè)用水重復(fù)利用率（C12），這其中，從準(zhǔn)則層與指標(biāo)層的關(guān)系來看，有兩項指標(biāo)包含在水污染處理處置中，另外兩項則包含在水資源節(jié)約中，這說明，在目前我國石化園區(qū)的水污染控制水平下，除污染的處理處置技術(shù)外，節(jié)水降耗在園區(qū)建設(shè)中占據(jù)一定地位。

3. 2 綜合模糊評價結(jié)果

3. 2. 1 評價等級

參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和不同水污染控制水平的化工園區(qū)建設(shè)情況，將石化工業(yè)園區(qū)水污染控制水平分為國際先進(jìn)、國內(nèi)先進(jìn)和國內(nèi)一般水平三個等級，并確定對應(yīng)的指標(biāo)值（定性指標(biāo)直接確定等級），等級的劃分與對應(yīng)指標(biāo)值如表3所示。

3. 2. 2 目標(biāo)層評價結(jié)果

2012—2020年，該園區(qū)水污染控制績效評價結(jié)果如圖5所示。2012—2018年，園區(qū)水污染控制水平屬于國內(nèi)一般水平，該隸屬度由2012年的70.60%逐漸下降，國內(nèi)先進(jìn)水平的隸屬度同步提高，2018年后，國內(nèi)先進(jìn)水平的隸屬度成為園區(qū)最大隸屬度，至2020年，國內(nèi)先進(jìn)水平隸屬度為40.68%，超過了國內(nèi)一般水平（28.35%），園區(qū)水污染控制達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。與此同時，國際先進(jìn)水平隸屬度由2012年的5.15%提升至2020年的23.86%，說明該園區(qū)整體水污染控制建設(shè)向好發(fā)展。

3. 2. 3 準(zhǔn)則層評價結(jié)果

園區(qū)水資源節(jié)約要素評價結(jié)果如圖6所示，2012—2020年園區(qū)水資源節(jié)約屬于國內(nèi)一般水平，在該水平下的隸屬度隨著年份增加由70.64%下降至44.23%，2020年，雖然國內(nèi)一般水平的隸屬度仍是最大隸屬度，但是國內(nèi)先進(jìn)水平的隸屬度（33.21%）有逐步接近的趨勢。同時也可以看到，國內(nèi)先進(jìn)水平和國際先進(jìn)水平對應(yīng)的隸屬度在2012—2020年均呈上升趨勢，這說明園區(qū)水資源節(jié)約不斷改善，水耗強(qiáng)度、工業(yè)用水重復(fù)利用率、新增節(jié)水減排措施等方面均向好發(fā)展?？傮w來說，該園區(qū)在水資源節(jié)約方面距離國際先進(jìn)水平仍有一定差距，這也是園區(qū)未來建設(shè)過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題。

水污染處理處置要素評價結(jié)果如圖7所示，2012—2016年園區(qū)的水污染處理處置能力屬于國內(nèi)一般水平，國內(nèi)先進(jìn)水平和國內(nèi)一般水平的隸屬度整體呈現(xiàn)此消彼長的狀態(tài)，園區(qū)的水污染處理處置水平由國內(nèi)一般向國內(nèi)先進(jìn)發(fā)生轉(zhuǎn)變。值得注意的是，2015年后，國內(nèi)和國際先進(jìn)水平的隸屬度出現(xiàn)了較為明顯的上升，這可能與我國“十三五”水專項針對石化行業(yè)包括多種特征污染物在內(nèi)的相關(guān)污染控制標(biāo)準(zhǔn)的制定有密切聯(lián)系，重點(diǎn)技術(shù)研發(fā)和相關(guān)工程項目的推廣促進(jìn)了石化廢水末端處理水平的提高。至2020年，國內(nèi)先進(jìn)水平的隸屬度（43.69%）為最大隸屬度并且其變化趨勢逐漸平滑，國際先進(jìn)隸屬度（25.54%）逐漸接近國內(nèi)一般隸屬度（30.77%）呈穩(wěn)步上升的態(tài)勢，從三種隸屬度變化的趨勢來看，目標(biāo)園區(qū)水污染處理處置水平正向提升并有潛力在未來向國際先進(jìn)水平靠攏。

園區(qū)管理要素評價結(jié)果如圖8所示，2012—2015年，園區(qū)管理屬于國內(nèi)一般水平，2014年后國內(nèi)先進(jìn)水平的隸屬度不斷提高，至2016年超過國內(nèi)一般水平，成為最大隸屬度，園區(qū)管理水平達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，且國內(nèi)先進(jìn)水平的隸屬度仍呈上升趨勢，同時國內(nèi)一般水平的隸屬度不斷下降，至2020年，國內(nèi)先進(jìn)的隸屬度達(dá)到最大（57.52%）。值得注意的是，雖然目標(biāo)園區(qū)國內(nèi)先進(jìn)水平不斷提升，但是國際先進(jìn)水平的變化卻并不明顯，這體現(xiàn)了園區(qū)2012—2020年對區(qū)內(nèi)企業(yè)管理管控階段性強(qiáng)化的特點(diǎn)，同時也說明園區(qū)水污染控制水平的提高仍需更為嚴(yán)格管理管控措施和手段。

4 結(jié)論

（1）在石化工業(yè)園區(qū)水污染控制過程中，水污染處理處置要素對園區(qū)生態(tài)化建設(shè)績效的影響最大，權(quán)重達(dá)0.5992，對園區(qū)水污染控制績效影響最大的前四個指標(biāo)依次是特征污染物（石油類、揮發(fā)酚）排放達(dá)標(biāo)率、廢水排放量強(qiáng)度、水耗強(qiáng)度、以及工業(yè)用水重復(fù)利用率。

（2）綜合評價結(jié)果顯示，2012—2020年，目標(biāo)石化工業(yè)園區(qū)的水污染控制水平總體呈上升趨勢。2012—2018年，園區(qū)水污染控制水平屬于國內(nèi)一般水平，2018年后，園區(qū)水污染控制績效達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，國際先進(jìn)水平隸屬度也由2012年的5.15%提升至2020年的23.86%。

（3）準(zhǔn)則層評價結(jié)果顯示，2012—2020年，園區(qū)水資源節(jié)約由國內(nèi)一般水平提升至國內(nèi)先進(jìn)水平，水污染處理處置績效維持國內(nèi)一般水平，其中，水資源節(jié)約距國際先進(jìn)水平仍有一定差距，水污染處理處置處于國內(nèi)先進(jìn)水平，并且有逐步接近國際先進(jìn)水平的趨勢，而園區(qū)管理雖達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，但國際先進(jìn)水平隸屬度上升不明顯。未來提升園區(qū)生態(tài)化建設(shè)水平的工作應(yīng)側(cè)重于水資源節(jié)約和園區(qū)管理兩個方面。

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