燃料乙醇行业环境污染控制评价指标体系的构建

朱 美， 杨 晔， 梁 鹏

（1. 中国矿业大学（北京） 化学与环境工程学院，北京 100083；2. 环境保护部 环境工程评估中心，北京 100012）

与化石能源相比，生物能源具有原料来源广泛、可再生等特点，受到国内外普遍青睐［1-2］。燃料乙醇是以生物质为原料，通过生物发酵等途径生产，并进一步脱水至含水率小于0.8%（w）的可作为燃料用的乙醇产品［3］。燃料乙醇生产技术是目前发展规模最大、工艺相对最为成熟的生物质液化技术。当前，我国燃料乙醇行业按照“定点生产、定向流通、封闭运行”的原则布点发展，乙醇汽油的消费量已占全国汽油消费量的20%左右［4］。但燃料乙醇生产能耗高、污染物产生量大、碳排放量高，因此行业发展面临较大的环保压力。相关研究表明，每生产1 t乙醇将产生10 t以上的废水，废水COD高达（5～6）×104mg/L［5］，且废水末端治理难度大，对区域水环境造成较大的影响［6］。除此之外，在原料转化效率、蒸汽消耗、废物综合利用等方面，我国的燃料乙醇生产技术与国外先进水平的差距也较明显［7-8］。

本文针对我国目前燃料乙醇行业的发展现状及存在问题，构建了多层次指标的燃料乙醇行业环境污染控制评价体系。通过构建具有行业特色、科学的评价指标体系，可帮助企业对污染防控水平进行科学总结、定量考核，进而找出差距并借鉴先进技术完善现有污染防治措施，同时也可为行业管理部门提供技术支持和参考，推动燃料乙醇行业的持续发展。

1 环境污染控制评价指标体系的构建

“十一五”期间，国家提出在高度重视粮食安全的前提下发展“不与人争粮，不与粮争地”的燃料乙醇产业。由此出现了第1代、第1.5代、第2代燃料乙醇。第1代燃料乙醇是指以糖质和淀粉质作为原料；第2代燃料乙醇主要是以纤维素类为原料［9］；第1.5代燃料乙醇［10］是以薯类、高粱茎秆等非粮食作物为原料。本工作构建的燃料乙醇行业环境污染控制评价指标体系适用于国内现有、改扩建或新建燃料乙醇生产企业的环境污染控制水平的评价，涵盖了国内第1代、第1.5代、第2代燃料乙醇生产技术的特点，重点体现减污增效的污染防治思路，在突破传统燃料乙醇行业“红线”阈值评级方法的基础上，引入综合赋分评价方法，使得该评价体系更加全面和通用。

1.1 评价程序

燃料乙醇企业环境污染控制的考察项目必须首先满足“红线”阈值评价的各项指标，否则直接定为环境污染控制水平不达标；在满足“红线”阈值评价指标的基础上再进行综合赋分评价，即分别对企业的清洁生产、污染防治措施、环境风险防控和环境管理的各项指标进行评分。得到的综合赋分评价总值（R）越小，表明企业的环境污染控制水平越低；R越大，表明企业的环境污染控制水平越高。燃料乙醇行业环境污染控制评价程序见图1，综合赋分评价流程见图2。

图1 燃料乙醇行业环境污染控制评价程序

图2 综合赋分评价流程

1.2 评价指标体系

依据科学性、针对性、全面性原则筛选评价指标。评价指标体系包括“红线”阈值评价指标和综合赋分评价指标两部分。“红线”阈值评价指标是国家环境法律法规的硬性规定，主要包括：国家行业准入条件、区域流域产业准入条件、污染物排放及总量控制要求、固体废物处置要求，在此不再赘述。赋分评价指标共设置3级：一级指标主要包括清洁生产、污染防治措施、环境风险防控和环境管理四大类；其中，清洁生产包括4项二级指标，污染防治措施包括5项二级指标，环境风险防控包括4项二级指标，环境管理包括8项二级指标；在二级指标下还具有多项三级指标共计62项评价指标。综合赋分评价指标的分级框架见图3。

图3 综合赋分评价指标的分级框架

1.3 评价方法

该体系中各项指标的评价方法主要采用专家咨询法（即德尔菲法）、层次分析法、资料收集法、企业调研法。采用专家咨询法、资料收集法确定选取的各项指标的基准考核值，进而利用层次分析法确定指标权重，再采用企业调研法选取国内具有代表性的燃料乙醇企业，根据企业运行的实际数据对给出的指标进行校验和优化。

利用层次分析法确定指标权重，能有效地解决很多难以完全用定量或定性方法解决的实际问题［11］。根据层次分析法的基本原理，用4个一级评价指标构造判断矩阵，利用求特征值的方法，确定各环境因子的相对重要性（即权重）［12］。针对燃料乙醇行业综合赋分评价指标，利用层次分析法应用软件——yaahp 0.5.1对构造的判断矩阵进行最大特征值（λmax）及一致性比率（CR）的计算，得λmax=24.368，CR=0.076＜0.100，故判断矩阵一致性较好。归一化处理后得到燃料乙醇行业综合赋分评价一级指标的权重分值，见表1。

表1 燃料乙醇行业综合赋分评价一级指标的权重分值

采用同样的方法对一级指标下的各项二级指标进行权重分值的确定。在权重分值确定的过程中结合企业调研进行权重优化调整，确保评价体系客观科学。

1.4 评价模型

在构建评价指标体系的基础上建立适合的评价模型，以便进行后续燃料乙醇行业的环境污染控制水平分级。对该体系的62项定性和定量指标进行专家咨询判断和企业实际调研，结合目前国内相关法律法规得出各自的权重分值，在此基础上对三级指标权重分值进行加和，以分值的形式得到燃料乙醇行业环境污染控制评价结果。评价模型见式（1）。

式中：Ri为燃料乙醇行业环境污染控制三级指标的权重分值；n为所有三级指标的数目。

评价结果参照定级标准：75≤R＜90，为二级环境污染控制水平；R≥90，为一级环境污染控制水平；红线不达标者，为环境污染控制不达标。

2 环境污染控制评价指标体系的验证

2.1 验证企业的选取

本次调研选取8家国内主要燃料乙醇企业的9条生产线，涵盖了以淀粉质、糖质、纤维素质为原料的第1代、第1.5代和第2代燃料乙醇生产工艺，体现了燃料乙醇生产原料多元化、工艺多样化的特 点，主要调研企业概况见表2。

表2 主要调研企业概况

由表2可见，截至2012年，8家企业的燃料乙醇的总生产规模为2.05×106t/a。从生产厂家上涵盖了我国目前燃料乙醇重点生产企业；从投运时间上涵盖了从“十五”规划到“十二五”规划的12年时间，该期间也是我国燃料乙醇生产发展的主要阶段。综上所述，选取的8家国内燃料乙醇生产企业具有典型代表性。

2.2 调研结果的可行性分析

9条生产线的综合赋分评价结果见图4，9条生产线R值的样本分布直方图见图5。

图4 9条生产线的综合赋分评价结果—— 一级环境污染控制水平最小值—— 二级环境污染控制水平最小值

由图4可见，调研的9条生产线中，达到一级环境污染控制水平的生产线有1条，占调研生产线企业总数量的11.1%，达到二级环境污染控制水平的生产线有8条，占调研企业总数量的88.9%。在调研结果中，R值在90以上的是第1代淀粉质（玉米）燃料乙醇生产线，第1.5代非粮食生物燃料乙醇生产线的R值则在80左右，这一结果符合目前我国燃料乙醇的生产现状，即玉米原料燃料乙醇生产起步早、技术成熟度高，而非粮原料燃料乙醇生产工艺处在不断完善提高阶段。

图5 9条生产线R值的样本分布直方图

由图5可见，通过对调研企业的综合赋分评价结果采用Origin 8.0软件进行统计分析，得出该结果符合正态分布，由此可知该污染控制水平评价基准数据较准确地反应了目前我国燃料乙醇企业环境污染控制的实际水平，调研及综合赋分评价结果客观可行，可为企业提供环境污染控制水平评价的依据。

3 结语

经过对企业选取典型性、调研结果合理性的综合分析可见，该燃料乙醇行业环境污染控制指标体系设计合理，较客观地反映了目前我国燃料乙醇行业的发展现状，较全面地评价了我国燃料乙醇行业的环境污染控制水平，可为我国燃料乙醇行业提供环境污染控制水平评价的依据。同时，也对企业对照评价结果改进工艺技术，完善污染控制措施，提高环境管理水平具有较好的指导意义。

［1］ 李雪静，乔明，潘元清，等. 国外石化公司CO2减排对策分析［J］.中外能源，2009，14（7）：90-96.

［2］ 金涛. 从低碳经济角度看我国燃料乙醇企业面临的问题及对策［J］.资源环境与生态经济，2013（1）：96 -99.

［3］ 郑成才.中国生物能源产业发展对策研究［D］. 武汉：华中科技大学，2008.

［4］ 杜风光，冯文生. 秸秆生产乙醇示范工程进展［J］. 现代化工，2009，29（1）：16-19.

［5］ 韦永贡. 我国燃料乙醇的发展与对策［J］.轻工科技，2012（7）：145-147.

［6］ 杨晔. 燃料乙醇行业良性发展之环保对策［J］. 环境保护，2010（1）：53-55.

［7］ Ondrey G. Bio-alcoholic Fuels ［J］. Chem Eng，2010，117（5）：25-29.

［8］ 肖明松. 2011年我国生物质产业发展年终报告［EB］.［ 2012-02-29］. http：//www.022net.com/2011/6-1/491423112742825-2.html.

［9］ 姚国欣，王建明. 第二代和第三代生物燃料发展现状及启示［J］. 中外能源，2010，15（9）：23-37.

［10］ 张智先. 国内燃料乙醇加工业现状及发展趋势［J］ .粮食论坛，2010（11）：17-19.

［11］ 许树伯. 层次分析法原理［M］. 天津：天津大学出版社，1988：94-98.

［12］ 卢忠达，张江山. 层次分析法在环境风险评价中的应用［J］. 环境科学导刊，2007，26（3）：79-81.