清潔生產審核過程中的物料平衡技術與方法探討

劉 剛，陳玉成

（1.重慶新顏科技咨詢有限公司，重慶401147；2.西南大學資源環境學院，重慶400716）

企業清潔生產審核應針對審核重點開展物料平衡工作，從中分析并找出物料流失、資源浪費、污染物產生的環節和原因。通過物料平衡的建立，可以使企業和外部審核人員很直觀的了解企業生產過程中物料的流向以及損失環節，從中可以找出企業生產過程中存在問題以及清潔生產的潛力，為企業有針對性的提出清潔生產方案提供依據，因此，建立物料平衡是企業實施清潔生產的必要條件和重要環節［1］。物料平衡中的關鍵技術包括平衡對象、平衡數據、平衡圖和平衡結果分析，本文結合作者最近從事的清潔生產，從這4個方面探討物料平衡技術與方法。

1 物料平衡對象的選取

1.1 物料平衡對象選取的一般方法

建立物料平衡的對象必須針對審核重點，即企業當中污染嚴重的環節或部位、消耗大的環節或部位、環境及公眾壓力大環節或問題以及有明顯的清潔生產機會的環節或問題。在明確審核重點后，可根據審核重點的實際生產情況確定如何建立物料平衡［2］。

對工藝簡單，輸入輸出物料種類少的生產過程，將所有輸入輸出物料納入到一個物料平衡中，如某鋁合金輪轂生產企業熔煉過程物料平衡見表1所示［3］。

表1 熔煉工序物料平衡數據匯總 kg·d－1

對工藝復雜，輸入輸出物料種類多的生產過程，可按照生產工序來進行劃分，分別進行物料平衡工作，如某水泥企業，將其分為生料制備、熟料制備和水 泥制成三個工序進行物料平衡工作［4］（表2～表4）。

表2 水泥生料制備物料平衡數據匯總 t·d－1

表3 水泥熟料燒成物料平衡數據匯總 t·d－1

表4 水泥制成物料平衡數據匯總 t·d－1

對生產中使用有毒有害原料（如氰化物）、價值較高的原料（如金）以及產生特征污染因子（如重金屬）等情況，在進行物料平衡工作時應考慮以此種物料作為對象進行物料平衡。如電鍍行業可按照鍍種不同分別進行物料平衡工作；氮肥生產行業可將NH3（或N）作為物料平衡對象；使用硫磺制硫酸的生產過程將硫作為物料平衡對象等。如某電鍍企業，分別按照銅、鎳、鉻不同鍍種進行物料平衡，以鉻平衡為例［5］，見表5。

表5 鍍鉻物料平衡數據匯總 kg·d－1

1.2 物料平衡對象選取的特殊處理

在清潔生產審核實踐中，并不是所有的審核重點都會針對生產過程，而可能是針對某一臺設備、某一種資源。

針對某一設備進行物料平衡，最為常見的是將企業的燃煤鍋爐作為審核重點。鍋爐可能出現煙氣排放超標、能效較低、水資源浪費嚴重等情況，根據這一些問題，可有針對性的對鍋爐作硫平衡、熱平衡和水平衡，以硫平衡為例［6］，見表6。

表6 燃煤鍋爐硫平衡數據匯總 kg·d－1

針對某一種資源進行物料平衡，最為常見的是將某企業的用水排水作為審核重點的情況。進行此類物料平衡工作最易出現輸入和輸出環節的漏項，比如鍋爐蒸汽冷凝水未回用直排，職工生活區洗澡水、機修產生廢水等，在進行水平衡時很有可能會忽略掉，因此在數據整理時應特別注意。

針對特殊行業的情況。如采礦行業，如果將采掘的過程作為審核重點，由于此行業的特殊性，則有可能出現只有物料的輸出，無物料輸出的情況，或者輸入物料與輸出物料之間沒有直接對應關系。比如煤炭采掘當中，輸入礦坑木、炸藥以及電力、人力等，輸出原煤。出現這種情況，在審核工作當中就很難或者沒有辦法利用常規方式建立物料平衡。對于這種情況，在審核報告中，可通過適當的文字進行分析，闡明生產過程的特殊性。

2 物料平衡數據的獲取

2.1 物料平衡數據收集的范圍

對連續性生產企業，應該連續考察其72h的生產狀況，收集物料平衡數據，通過按小時、按天或按生產班次求得平均值作為進行物料平衡工作的基礎數據。如利用天然氣制造氮肥的企業，生產連續進行，可采用此方法。

對周期性生產企業，應按照一個生產周期，如以從投料開始到產品產出為一個周期進行數據的收集，應連續考察至少三個生產周期，求得每個周期的平均值作為進行物料平衡工作的基礎數據。如顏料制造和醫藥行業，生產過程從按配比投料、反應過程到最終產品產出為一個生產周期，可采用此方法。

對某種資源進行物料平衡工作時，如進行水平衡工作時，出現企業每天用水、每月用水有較大波動，或存在旺季淡季的生產特殊情況，按小時、天、月等方式收集數據都不能準確反映企業的生產狀況時，可以按照全年的數據開展物料平衡工作。

在確定了數據收集范圍后，為方便了解某項原料的收率或利用率，還可以將在此范圍內收集到的數據，按照單位產品消耗進行計算［7］。比如將連續生產企業一個班次或者周期性生產企業一個周期收集的數據，按照每生產一噸產品進行物料再整理，得出結果。如某染料中間體生產企業物料平衡數據，在收集到一個周期物料平衡數據后，將其計算為每1 000kg產品的物料平衡結果，見表7。

表7 2－萘酚生產平衡數據匯總 kg·d－1

2.2 物料平衡數據獲取方式

在清潔生產審核過程中，對于物料平衡數據的獲取主要有以下3種方式。

現場實測。實測是物料平衡數據最直接的來源，最能反映企業生產的實際情況，是數據獲取的首選方式。但是進行實測要求企業有完善的計量設備和計量手段。然而由于進行實測很可能會影響到企業的正常生產，對于大多數企業，尤其是連續性生產企業來說，完成起來比較困難。

資料查詢。通過對企業生產的日報表、月報表以及產排污報表等資料進行查詢，獲取物料平衡數據。此種方式相對于實測，較為簡單，但是報表當中的數據并沒有包含原輔料在儲運過程中的損失以及原有計量的誤差，可能造成最后物料平衡結果的偏差，其準確性相對于實測較差。

通過工藝設計的配料比、轉化率和化學反應式等資料進行測算。特別是在化工行業，對于計量設施不完善、基礎資料欠缺的企業，測算方式比較適用。由于測算只是按照工藝設備的設計值（理論值）進行測算，在實際生產過程中，參數的控制和人員的操作等方面的原因，都會影響到測算的準確性，測算結果偏差較大。

以上3種方式，應考慮受審企業的實際情況進行選取。企業計量設備完善，應該首選實測，其次考慮使用資料查詢方式，當前面兩種方式條件不具備的時候，再選取測算方式，3種方式獲取的物料平衡數據，其準確度逐次下降。

3 物料平衡圖

通過將獲取的物料平衡數據，用物料平衡圖的形式表現出來，可以使企業更為直觀的了解到在生產過程中物料的流向，同時可以發現物料損失的環節，從而找到產生廢棄物的環節和部位。因此，物料平衡圖的質量，將在很大程度上決定影響到對污染物產生環節的判斷。

如果生產工藝簡單，可直接采用黑箱圖表現生產工藝過程，繪制物料平衡圖。表1熔煉工序比較簡單，所有的物料都進入此工序當中，并且所有的廢棄物也均由此工序產生，在圖中可以清楚的找到廢棄物產生的環節（圖1）。

圖1 熔煉工序物料平衡圖（單位：kg／d）

工藝復雜則可將黑箱拆分為不同工序，將每個工序的輸入物料和輸出物料分別標示在圖上，如某涂裝車間物料平衡圖（圖2）就可以比較清楚的知道，在涂裝各個工序的輸入輸出物流情況，也就知道了廢棄物產生的環節［8］。

圖2 涂裝車間物料平衡圖（單位：kg／d）

另外，如果在審核時將前處理工序確定為一個審核重點，或在審核中發現此環節存在一定的問題，還可以按照圖2的方法，將前處理工序劃分為預脫脂、清洗、脫脂、清洗、鈍化等單元操作，繪制更為詳細的物料平衡圖。

4 物料平衡結果的分析

在繪制完成物料平衡圖后，基本上找到了生產過程中物料的流向以及產生污染物的部位和環節，隨后就是對物料平衡的結果進行分析，第一是判斷物料平衡是否成功。如果物料平衡結果偏差大于5%，說明物料平衡工作失敗。其原因有：在進行物料平衡時，對輸入輸出物料種類出現了漏項，此時需要對數據進行重新核查，將漏掉的補上；如果數據是通過實測獲取，則應考慮是否是由于計量設備的誤差造成，應對計量設備進行重新校正后再進行實測；如果數據以測算方式獲取，則應該重新進行一次測算，檢查在計算當中選用的參數等是否正確，計算過程是否有誤。通過以上工作，使偏差在5%以內，則認為物料平衡結果有效。

第二，對有效的物料平衡結果進行分析，主要從3方面進行：①主要原輔料的收率（利用率），并與同類企業水平進行對比，得出被審核企業資源利用水平的高低，并分析原因；②污染物產生排放情況，物料流失的種類、數量原因；③廢棄物產生對正常生產有無影響，如分析出某個環節有廢氣產生，是否對在該環節進行勞動的職工或設備有不利影響。

第三，從物料平衡分析結果中發現企業存在問題以及進行清潔生產的潛力，從中找到解決辦法，有針對性的提出清潔生產方案。

以某化工企業硫酸制造裝置硫平衡為例（圖3）。根據上圖：總輸入＝40，125.10t，總輸出＝40， 125.10t，輸入輸出偏差小于5%，符合清潔生產物料平衡的基本要求。

圖3 硫平衡圖（kg／d）

分析結果：

通過硫酸裝置，有效轉化為產品硫酸中的硫為39 183.69t，硫的有效利用率為97.65%。

剩余的硫共計941.41t，根據物料平衡圖可以計算出：

硫酸尾渣含硫：251.98t，占26.8%（占未利用硫的比例）

中和渣含硫：515.89t，占54.8%

廢水中含硫：59.56t，占6.3%

硫酸尾氣含硫：102.19t，占10.9%

無組織排放：11.79t，占1.3%

可見，未利用的硫大部分進入硫酸尾渣和中和渣，轉化為固體廢物，占81.6%；少部分隨硫酸尾氣和無組織排放（以二氧化硫或硫酸霧的形式），占12.1%；最后還有極少量隨廢水排放（主要以硫酸鹽的形式），占6.3%。從環境影響的角度上講，硫酸尾氣的污染最為嚴重，應是關注的重點。

通過分析，可以很清楚的知道，硫酸裝置硫的有效利用率為97.65%，其利用率較高，同時也發現，在產生的廢棄物中，硫酸尾氣是最為重要的部分，因次需要重點關注，這就是該企業發現的有清潔生產潛力的環節。

5 結 語

建立物料平衡是清潔生產審核的重要手段，是發現審核重點的物料流失環節、找出廢棄物產生原因、查找物料儲運、生產運行、管理以及廢棄物排放等方面存在問題的基本方法，可以通過物料平衡的結果找出企業與國內外清潔生產先進水平之間的差距，同時為清潔生產方案的產生提供依據。

企業在開展清潔生產審核過程中，應重視物料平衡這項工作，根據自身實際情況選取建立物料平衡的方法，為審核工作的順利開展提供有力的保障，打下堅實的基礎。

［1］ 國家環境保護局編.企業清潔生產審計手冊［M］.中國環境科學出版社.1996.12.

［2］ 郭斌，莊源益.清潔生產工藝［M］.化學工業出版社環境科學與工程出版中心.2003.5.

［3］ 李光強，朱誠意.鋼鐵冶金的環保與節能［M］.冶金工業出版社.2006.8.

［4］ 彭寶利.水泥生產工藝流程及設備參考圖冊［M］.武漢理工大學出版社.2005.1.

［5］ 馮紹斌等.電鍍清潔生產工藝［M］.化學工業出版社化學與應用化學出版中心.2002.1.

［6］ 吳占松，馬潤田，趙滿成，等.煤炭清潔有效利用技術［M］.化學工業出版社.2007.7.

［7］ 但衛華，王坤余.輕化工清潔生產技術［M］.中國紡織出版社.2008.1.

［8］ 葉揚祥，潘肇基.涂裝技術實用手冊［M］.機械工業出版社.2005.4.