水污染控制在石化園區生態化建設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：應用層次分析和模糊綜合評價技術對石化工業園區在生態化建設中的水污染控制績效進行評價。根據石化工業園區水污染控制特點，建立了包含水資源節約、水污染處理處置和園區管理3個評價要素、11個評價指標的指標體系，并以典型石化工業園區為案例進行了驗證。研究表明，水污染處理處置權重達0.5992，對園區水污染控制績效影響最大；2020年，目標園區水污染處理處置和園區管理處于國內先進水平，而資源節約處于國內一般水平；園區管理和資源節約距離國際先進仍有一定差距，提升園區資源節約和管理水平是提升園區水污染控制水平的潛力所在。

關鍵詞：石化園區；水污染控制；生態化建設；績效評價；生態工業

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

0 引言

在經濟增長的背景下，全球工業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致水資源短缺和水環境污染的問題日益嚴重[1]，而工業園區作為我國水資源使用和廢水排放的主要部門，其節約用水，減少水污染以及生態化建設水平一直是國家環保工作的關注點[2]。目前，水污染控制績效的評估研究主要針對綜合類工業園區[3-5]，針對某一特定行業工業園區的相關研究并不充分[6]。在眾多行業中，石化行業作為我國的支柱產業[7]，在推動國民經濟發展的同時，也帶來了該行業用水量大、水污染嚴重的問題 [8]。近年來，基于安全與環境保護方面的特殊性，石化行業在我國的發展趨勢必然是產業向園區聚集，石化園區是整個行業集中發展、集成發展的載體與平臺[9-11]。目前，我國石化園區的發展模式仍以粗放型為主，這一現狀更加劇了水資源的浪費和對生態環境的破壞[12]，因此，石化工業園區水污染控制績效評估對石化工業園區實現持續改進、創新以及綠色發展具有重要意義。

在已有的針對特定行業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]：①一些研究只關注行業的節水或廢水的排放情況而未對上述兩個方面同時進行考慮，因為就某些行業而言，用水量的增加會導致廢水被稀釋，降低污染物排放水平；②在一些同時關注了節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，經濟增長與水污染控制水平之間的聯系并未得到重視；③園區作為某一行業的集合整體，園區的管理水平對行業廢水的污染控制起到的重要作用往往被忽視了，這導致了園區管理部門和企業之間形成了割裂，無法體現政策服務在水污染控制中所處的地位。

為了準確評價園區企業的水污染控制水平，本項工作基于循環經濟理論、生態工業理論以及相關的工業園區和石化行業標準，結合石化園區特點，參考生態工業績效評價指標體系的建立過程，構建了適用于石化工業園區水污染控制績效的評價指標體系，采用層次分析法和模糊綜合評價法相結合的方法將復雜的、多指標的石化工業園區水污染控制績效評價問題系統化，形成多層次的分析結構模型，并選取典型石化工業園區開展實證評估，以期為石化工業園區的水污染控制水平的評估和識別園區未來發展潛力提供技術支持。

1 石化工業園區水污染控制績效評價指標體系建立

基于石化工業園區水污染控制績效指標篩選原則[17，18]，本研究依據循環經濟、生態工業理論，參考生態工業園區生態環境績效相關評價體系中的水污染控制相關指標，結合石化產業廢水產排特征，從水資源節約、水污染處理處置、園區管理3個維度構建了石化工業園區水污染控制績效評價指標體系。指標體系的選取參照《HJ 274-2015國家生態工業示范園區標準》《HJ/T 273-2006行業類生態工業園區標準》《HJ/T 125-2003清潔生產標準 石油煉制業》《GB 31571-2015石油化學工業污染物排放標準》《HJ 853-2017排污許可證申請與核發技術規范 石化工業》等標準將水資源節約、水污染治理、園區管理作為評價的準則層。為了能夠準確反應石化園區的特點，本項工作中對比了同類石化工業園區排污許可證管理信息平臺中石化行業的污染物排放信息，以石化工業園區中的代表性石化企業為樣本，篩選石化行業特征污染物，篩選結果如圖1所示?？梢钥吹?，除COD、氨氮等常規指標外，石油類和揮發酚的出現頻次較高，因此將其作為石化工業園區水污染控制績效評價中污染控制的特征污染物。

綜合考慮以上標準中的各類指標以及反映石化工業園區水污染控制建設水平的因素，依據《HJ 274-2015國家生態工業示范園區標準》，進一步將水資源節約、水污染控制、園區管理三個一級指標細分為11個二級指標，形成石化工業園區水污染控制建設績效評價指標體系框架，如圖2所示，資源節約包括水耗強度（m3/萬元）、水重復利用率（%）和新增節水減排措施，水污染處理包括廢水排放量強度（m3/萬元）、COD排放強度（kg/萬元）、氨氮排放強度（kg/萬元）、特征污染物達標率（%）和污水集中處理設施，園區管理包括水污染管理制度、清潔生產審核率、水體風險防范措施等的考察，其中，水耗強度、廢水排放量強度、COD排放強度、氨氮排放強度分別為單位工業增加值的新鮮水耗、廢水排放量、COD排放強度和氨氮排放量，特征污染物達標率包括石油類、揮發酚等石化行業特征污染物。

2 研究方法

2. 1 層次分析法

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

（1）建立遞階層次的結構模型

首先將復雜的、多指標的問題層次化，形成一個多層次的結構模型，抽象為評價對象的目標層、準則層和指標層，本項工作中的指標體系已經在1中有所敘述。

（2）構造判斷矩陣

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

式中：xij—對目標層A而言，準則層Bi和Bj哪個更為重要，或對準則層B而言，指標層Ci和Cj哪個更為重要，xij的值采用表1所示的標度法確定；n—判斷矩陣階數，即準則層或目標層的指標個數。

（3）各層次指標權重的確定

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

（4）一致性檢驗

為避免兩兩比較結果不一致程度過大，需要計算判斷矩陣的CR值進行判斷，當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。

2. 2 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是一種基于模糊數學及模糊關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中因素集相對應的評價標準集合，通常將模糊綜合評價的評語分為V=（優、良、中、差）。

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

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

根據上式，計算隸屬度函數R，如式（8）所示。

式中：rij—R中因素xi對于V中vj等級的隸屬關系。

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

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

分別對歷年準則層和指標層的指標進行計算，得到對應年份的目標層和準則層在國內一般、國內先進和國際先進三個發展水平對應的隸屬度，隸屬度越高代表園區績效水平更接近相應的發展水平。

3 實證分析

3. 1 數據來源與評價過程

選取我國東北某石化工業園區作為評價對象，園區是以石油化工為主導產業的典型大規模工業園區，擁有石油化工、合成材料、精細化工等各類化工企業，已形成較為完整的化工產業體系。收集該園區2012—2020年各評價指標所對應的數據，均來源于園區的原始統計數據、環境統計數據，評價流程如圖3所示。首先建立能夠反應石化園區特點的水污染控制水平的指標體系，之后采用層次分析法確定各定性和定量指標所占權重，然后通過模糊綜合評價的方式得到2012—2020年園區水污染控制水平與國內一般、國內先進、國際先進三個等級對應的隸屬度，最后經過對隸屬度的比較探索目標園區在不同時期的水污染控制水平發展情況。

3. 2 指標權重結果

根據園區基礎資料和專家咨詢，利用AHP方法計算下層指標相對上一層次的權重值，各層次權重及一致性檢驗結果如表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重是可靠的。

通過自上而下合成單準則下的權重，最終確定石化工業園區的指標層次總排序權重，結果如圖4所示。其中，從準則層來看，水污染處理（B2）要素對園區水污染控制績效的影響最大（0.5992），其次是水資源節約（B1）、園區管理（B3）要素，這反映了石化行業中末端水污染處理處置水平仍是影響石化園區水污染防控的主要因素。從各指標來看，對園區水污染控制績效影響最大的前四個指標依次是特征污染物（石油類、揮發酚）排放達標率（C24）、廢水排放量強度（C22）、水耗強度（C11）、以及工業用水重復利用率（C12），這其中，從準則層與指標層的關系來看，有兩項指標包含在水污染處理處置中，另外兩項則包含在水資源節約中，這說明，在目前我國石化園區的水污染控制水平下，除污染的處理處置技術外，節水降耗在園區建設中占據一定地位。

3. 2 綜合模糊評價結果

3. 2. 1 評價等級

參照相關標準和不同水污染控制水平的化工園區建設情況，將石化工業園區水污染控制水平分為國際先進、國內先進和國內一般水平三個等級，并確定對應的指標值（定性指標直接確定等級），等級的劃分與對應指標值如表3所示。

3. 2. 2 目標層評價結果

2012—2020年，該園區水污染控制績效評價結果如圖5所示。2012—2018年，園區水污染控制水平屬于國內一般水平，該隸屬度由2012年的70.60%逐漸下降，國內先進水平的隸屬度同步提高，2018年后，國內先進水平的隸屬度成為園區最大隸屬度，至2020年，國內先進水平隸屬度為40.68%，超過了國內一般水平（28.35%），園區水污染控制達到國內先進水平。與此同時，國際先進水平隸屬度由2012年的5.15%提升至2020年的23.86%，說明該園區整體水污染控制建設向好發展。

3. 2. 3 準則層評價結果

園區水資源節約要素評價結果如圖6所示，2012—2020年園區水資源節約屬于國內一般水平，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，雖然國內一般水平的隸屬度仍是最大隸屬度，但是國內先進水平的隸屬度（33.21%）有逐步接近的趨勢。同時也可以看到，國內先進水平和國際先進水平對應的隸屬度在2012—2020年均呈上升趨勢，這說明園區水資源節約不斷改善，水耗強度、工業用水重復利用率、新增節水減排措施等方面均向好發展。總體來說，該園區在水資源節約方面距離國際先進水平仍有一定差距，這也是園區未來建設過程中需要重點關注的問題。

水污染處理處置要素評價結果如圖7所示，2012—2016年園區的水污染處理處置能力屬于國內一般水平，國內先進水平和國內一般水平的隸屬度整體呈現此消彼長的狀態，園區的水污染處理處置水平由國內一般向國內先進發生轉變。值得注意的是，2015年后，國內和國際先進水平的隸屬度出現了較為明顯的上升，這可能與我國“十三五”水專項針對石化行業包括多種特征污染物在內的相關污染控制標準的制定有密切聯系，重點技術研發和相關工程項目的推廣促進了石化廢水末端處理水平的提高。至2020年，國內先進水平的隸屬度（43.69%）為最大隸屬度并且其變化趨勢逐漸平滑，國際先進隸屬度（25.54%）逐漸接近國內一般隸屬度（30.77%）呈穩步上升的態勢，從三種隸屬度變化的趨勢來看，目標園區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水平靠攏。

園區管理要素評價結果如圖8所示，2012—2015年，園區管理屬于國內一般水平，2014年后國內先進水平的隸屬度不斷提高，至2016年超過國內一般水平，成為最大隸屬度，園區管理水平達到國內先進水平，且國內先進水平的隸屬度仍呈上升趨勢，同時國內一般水平的隸屬度不斷下降，至2020年，國內先進的隸屬度達到最大（57.52%）。值得注意的是，雖然目標園區國內先進水平不斷提升，但是國際先進水平的變化卻并不明顯，這體現了園區2012—2020年對區內企業管理管控階段性強化的特點，同時也說明園區水污染控制水平的提高仍需更為嚴格管理管控措施和手段。

4 結論

（1）在石化工業園區水污染控制過程中，水污染處理處置要素對園區生態化建設績效的影響最大，權重達0.5992，對園區水污染控制績效影響最大的前四個指標依次是特征污染物（石油類、揮發酚）排放達標率、廢水排放量強度、水耗強度、以及工業用水重復利用率。

（2）綜合評價結果顯示，2012—2020年，目標石化工業園區的水污染控制水平總體呈上升趨勢。2012—2018年，園區水污染控制水平屬于國內一般水平，2018年后，園區水污染控制績效達到國內先進水平，國際先進水平隸屬度也由2012年的5.15%提升至2020年的23.86%。

（3）準則層評價結果顯示，2012—2020年，園區水資源節約由國內一般水平提升至國內先進水平，水污染處理處置績效維持國內一般水平，其中，水資源節約距國際先進水平仍有一定差距，水污染處理處置處于國內先進水平，并且有逐步接近國際先進水平的趨勢，而園區管理雖達到國內先進水平，但國際先進水平隸屬度上升不明顯。未來提升園區生態化建設水平的工作應側重于水資源節約和園區管理兩個方面。

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