区块链技术在环境污染治理上的应用

2023-03-21王兰王楠张英杰滨州市生态环境局阳信分局山东滨州251800

化工管理 2023年5期

王兰，王楠，张英杰(滨州市生态环境局阳信分局，山东滨州 251800)

0 引言

化工企业污染问题一直是我国当前环境污染的主要问题之一，其不仅严重影响了我国人民群众的身体健康，而且还严重地影响到我国环境的可持续发展。基于化工企业污染现状，对其所面临的污染过程进行分析研究能有效地提升我国化工企业污染治理效率。区块链技术是一种新型的数据存储和共享机制，其特点是去中心化及去信任机制，并且能够在其中建立起共享机制能够极大地提高监管体系和数据治理能力，而且对于化工企业来说，采用区块链技术会大幅提升自己的环境污染治理效率。利用区块链技术能够有效地解决传统化工企业污染治理效率低且存在一定安全隐患等问题，而且其能够实现信息追溯、价值传递等功能和特点给化工企业带来巨大益处。通过利用区块链技术对化工企业所面临的污染过程进行分析，能够提高环境行政监管部门对石化企业环境质量进行监管的能力和水平。

1 区块链简单介绍

1.1 区块链起源及概念

区块链技术是基于P2P技术构建的一种网络，它采用保密技术，以时间标记的方式确定数据的顺序。区块链就是以一种广播的方式，最后形成一个完整的互联网络。在超过51%的使用者达成共识之后，这些资料才能被储存起来。最早的区块链应用是以比特币为基础的，首先是建立网路，构建储存一个储存资讯的单位，任何操作所有区块都存储，由于去中心化式的思维方式，使得进攻变得更加困难，每一块都是由随机散列(Hash)组成的，后区块是由前区块的哈希值组成，当数据交换越来越频繁时，一个区块与一个区块地连接起来，最后的数据就是区块链[1]。区块链的实质仍是一种资料库，只是过去的资料库通常都是集中式的，而区块链是去中心化，透过时间去中心化机制，Hash算法等技术的新应用。

1.2 区块链的特征

区块链是我国自主创新和核心技术发展的一个重大突破。一是去中心化。由于以前的数据集中，一旦修改了中央数据库，就会导致整体的信息发生变化，从而产生虚假的数据。所以，去中心化就是没有中心区块，每个区块都可以进行数据的自我检验、自我管理和自我传递；二是开放性。区块链中的资料是向公众开放的，可以透过公开的界面来进行查询，让资料具有很高的透明度，并且只能保密；三是自主性。经过协商，双方同意的规范和协议，区块能够安全地进行数据交换，不需要任何介入就可以自动地进行数据交换；四是安全性。由于区块链需要经过协商来进行资料库的升级，所以必须取得超过一半的人的赞同，方可进行资料的升级，如果有一个或者更多的被修改，将会被别的区块把数据修正正确。目前，大多数的应用都建立在安全的基础上；五是匿名性。在一个区块链中，所有的区块地址都是不记名的，彼此都不会了解双方的隐私。

2 应用背景

目前，很多产业对其进行了深入的探讨。而在化工企业中，也采用区块链。特别是在化工企业，它的运用可以使环境问题得到有效的改善。大家都知道，在国家经济发展的同时，也存在着许多问题。我们应该重视环境保护，这是一项利国利民的政策。作为我国工业的主要组成部分，化学企业持续为国民经济发展作出了巨大贡献，但也产生了一些问题：高排放、高污染和高能耗。大部分化工厂的建设，由于当时历史条件的限制，不能满足目前的环境保护需求。环境污染治理方面应加速发展，迅速制定出可行的办法。当今的化工企业，不是被淘汰就是要与时俱进，利用现代科技为自己的生产和管理提供支持。区块链在各个领域的广泛运用，可以将其纳入到企业的信息化中，运用区块链来实现对企业的污染控制。

3 区块链技术在化工企业环境保护应用的制约因素

目前，区块链技术的应用在各领域都有所体现，例如，工业生产领域有区块链技术对环境污染治理进行监测；环境保护产业出现了区块链技术，使环境污染问题得到缓解。从化工产业环境污染治理角度出发，利用区块链技术构建了“大数据+智能合约”管理体系，实现了化工园区的规划、建设管理、生产运行全过程的数据采集和分析。但是目前随着新形势下石油行业的变革，以及国家对化工企业环境污染治理要求也不断提高，传统的化工园区规划设计、建设运营管理工作已无法满足如今的企业环境污染治理需求。

3.1 平台信息数据不完整

当前，区块链管理平台所涉及的大数据收集主要来自工业生产领域。由于工业生产领域已经存在很多年了，在这一领域积累的大量数据信息，对工业生产领域的发展来说是非常宝贵的，但目前相关的环境污染治理工作都是基于常规的环境保护监测及执法监督工作开展的[2]。这些数据具有专业性强、涉及面广等特点，对于化工企业来说往往较为棘手。化工企业自身难以获得完整的、全面的环境保护数据信息。因此，要实现利用区块链技术对化工企业环境污染治理信息全覆盖管理的目的就显得尤为重要。

3.2 数据不透明

在化工企业环境保护管理中，企业之间的数据不透明导致了监管难度加大。由于每一家企业都有自己的信息系统，其数据之间存在关联关系，数据信息不能完全共享，导致监管难度加大。同时，由于没有一套成熟可行的区块链系统进行监管认证，因此对大数据系统的监管就显得很被动。这些数据不透明不仅会造成监管难度加大、监管成本增加、监管结果不透明等问题。

3.3 企业运营成本较高

目前，化工企业在开展运营过程中，对于化工园区建设、改造、运行等方面的投入较大，资金占用和管理成本也较高。例如，园区大部分建设工程由多个企业或单位承建并同时负责施工的情况下，每个企业或单位只负责一个项目进行施工。在日常工作中，对园区运营管理人员来说，需要对多个项目实施过程中所产生的数据、资产资料进行核实保存和更新维护；同时对于多个项目的运营管理部门来说，也需要对多个项目进行协调和执行操作，耗费了大量时间和精力。

3.4 保障链上数据源的真实性

由于区块链技术的特殊性，在上链之后，对其进行篡改会造成很大的代价，但其自身的真伪并不能得到保证。现有环境监测体系中，存在着添加掩蔽剂、抽样口水样造假等欺骗行为，且缺少监督管理[3]。这种情况在区块链上也会发生，虽然技术可以保证数据的传递，但并不能保证数据的真实性，所以必须要有其他手段来保证。要达到对区块链进行环境保护监测，就必须在环境保护技术设备上实现“物联网”覆盖，以保证数据的真实和可采集。在环境污染治理等各个环节要按照区块链的核心理念，做好相应的工作。

3.5 政策支持不足

环境保护是一项耗资巨大的行业，它与企业的生产和运营活动有很大的区别，不仅没有直接的经济效益，反而要耗费大量的资金。所以，企业的独立性不强，只能靠政府来引导。当前我国环境科技监管缺乏相关的配套措施，致使生态保护区块链的建设未能实现收益，也造成了开发人员短缺，环境保护的区块链工程停滞不前。

4 区块链技术在化工企业环境污染治理上应用的影响

将区块链技术用于化工厂的环境污染治理，可以构建一个基础的区域化生态系统，打破以政府监管为主的常规治理体制，利用一系列的监管机制，使政府和相关各方能够利用区块链进行环境污染治理，提高政府对环境污染治理能力。这将有助于促进环境污染治理的主体由政府转向多样化。区块链可以利用P2P技术和一个去中心化的方式，在多个个体间建立起一个“自组织”，实现多个区块的互信。同时也是权威的，可以降低民众的疑问，加速问题的处理。在化工企业中，采用区块链技术进行环境污染治理，不但可以实现环境保护的智能化、高效化。同时，智能合约技术可以实现对环境污染治理的自动化，在系统中嵌入智能合约，可以避免人为的错误，节省了大量的人力，提高了环境污染治理的智能化和高效化。

5 化工企业环境污染治理中应用的主要区块链技术

5.1 利用区块链的去中心化存储结构进行监测并收集环境数据

区块链是去中心化的数据存储，由多个区块构成组成端到终端的数据流，各个区块之间的位置相等，单个区块的失效不会对整个数据进行分析。在化工企业，可以将各部门的生产经营分成不同的区域，对不同区域的环境进行监测和采集，并形成相应的污染记录档案，实现智能环境污染早期预报。可充分运用区块链防篡改、可追溯特性，全面地记录环境保护情况，通过对已有的环境问题分析，结合相关分析，找出可能存在的环境污染，将警告规定以合同条款的方式写进电脑程序。区块链是一个建立互信的网路，各区块是按照一定的规律运作，以达成对系统的完全信赖，且在区块中的资料纪录与规则均为公开。所有的人都可以使用公共界面来进行数据的访问，并且不能人工改变。可以说，在企业的环境保护管理中，区块链的运用可以突破互惠壁垒，有效地推动环境污染治理，构建一种多元化的环境污染治理模式。

5.2 实现信息价值共享

环境保护管理不仅仅是政府、企业、部门自己的事情，因此，信息之间的交流和分享是非常关键的因素。利用“去中心化”的区块链特征，可以解决目前处理环境问题的资料障碍和信息的“孤立”问题。可整合多个领域的资料，加速资讯的流动，构建一个更加紧凑、扁平化的环境保护管理架构，突破信任障碍，分享资讯，提高环境污染治理的效能。

5.3 区块链上排污权交易

由于实施了排污权交易制度，严格限制了污染的排放量，并优化了资源的分配。但是，我国现行的排污权交易是政府主导的，而化工企业参与意愿较低，且排放权的初始配置和转让价格方式差别很大，难以形成有效的协商一致。由于参与程度不高，有的企业亟待取得排污许可证，但无法进行有效的处置。在排污许可证的使用中，通过使用区块链技术，当地可以通过发行对应的排污许可证，设立一个交易平台，并且可以在年度内发行一次代币，第一批排放许可证的企业购买。该企业的污染资料是通过联机监测系统计算出来的，企业有责任将相应的货币交付给相关部门进行回收。而那些在技术上实现了节能减排目标的企业，则可以在该平台上使用余下的排污许可证进行贸易，只要有能力的企业都可以进行收购，这是一种完全市场化的贸易方式。有行业限制或区域限制的排污权交易，可以按照有关的规定收取手续费。

5.4 利用区块链打造危险废物管理平台

我国现行的有害废弃物转运流程是以“纸质清单制度”为基础的，其传递的数据大多是参与方进行的，最终提交有关的政府、环境保护机构进行监测。由于系统数据不及时，数据精度难以控制，系统维护和联合订单的费用较高。一些地方已经实行了纸质联单和危险废物处理平台联合的模式，但是由于平台的体系比较封闭，很难进行有效的衔接和扩展。应用了区块链技术，在处理危险品的时候，一旦有危险品被倾倒，物联网的“垃圾桶”就会将相关的数据直接传输到区块链中，而废料制造企业、危险品转运企业以及处理企业的后续工作也会通过这个链接传递到链条中。利用区块链建立的废物处理过程，将会在环境保护部门和社会大众的监测之下，通过加密技术，对各企业的个人资料进行保密。

5.5 区块链推动环境保护监管升级

目前环境监管中存在的一个主要问题是很多企业缺乏环境意识，存在不诚信的环境问题，而且由于缺乏管理者，导致环境主管部门不能完全了解企业的生产流程，很难对其进行实时、高效地监管，很难掌握企业的实际生产和排污状况。区块链技术可以用于从原材料的采购、运输到生产过程的各个环节。通过对生产过程中的每一个环节进行控制，将原辅料、能源消耗、污染排放量等信息通过链条传输至各大行业，形成不可伪造的、可追溯的信息。这样一来，监管机构就能知道企业的实际情况和排污情况，甚至可以迅速的追究责任。

5.6 打造基于区块链的生态环境监测平台

将环境监测资料上链，能够有效地阻止数据被篡改，使各个部门之间能够相互互联，充分利用这些信息的价值，促进环境污染治理的转变，加强环境保护管理。因为它是开放和透明的，而且很容易被篡改和删除，因此可以帮助消除环境欺诈，数据造假等。区块链技术促进了环境保护信息的分享，各个行业的资料可以分享，有利于进行全面的分析。

5.7 区块链降低环境资源交易成本

一种科斯法则的表述是：不管是什么人，只要交易费用足够低廉，就可以利用相同的资源。比如，一家化工企业的废气经过了治理达到了标准，却还会对周围的人造成一些负面的影响，所以在工厂里安装深度处理设施的成本不高，但要让附近的人都同意才行。为该工厂提供一个深加工设备的资金是非常昂贵的。比如，塑料瓶子的循环使用，使用者在扔掉塑料袋的过程中要支付一定的环境保护成本。收费是阶梯状的，扔垃圾的成本不是一成不变的，而是根据塑料袋的使用年限和使用的次数而决定。现行系统使得贸易费用非常高昂，难以实施。使用了区块链技术之后，会根据智慧契约决定，在特定的垃圾箱中进行。并在放弃过程中，会自动算出该过程中所消耗的时间和数量，并利用智能契约，来算出这一次的抛弃所需要付出的代价。所有的参与者都可以通过开放和透明的区块链特性来理解整体过程的操作以及对利润的透明度了解。而这样的公开和透明化又能使交易的费用得到进一步的减少，促进交易的达成。

5.8 基于区块链技术发展的物联网装置

区块链技术具有去中心化、可溯源等特点，可以实现对工业互联网中各种物品的实时追踪和溯源。物联网装置可以实现对物联网的监测，通过使用物联网传感器设备，可以实现对各种物品和设备的实时监测和管理，从而实现对物品和资产运行状态的跟踪。工业物联网系统通过物联网传感器以及相关装置对外界信息传递进行监测分析，最终实现实时智能管理，这也是一种实时性强、信息精确、可追溯的新技术。通过物联网设备对物联网系统中各项数据进行实时传输来实现对物品进行实时管理，这样可以避免物联网系统出现信息混乱以及各种问题出现。以美国为例，由微软开发的物联网装置可以实现对物联网设备进行实时监测，通过这些装置可实时查看该设备在美国各地和全球各地的运行状况，如有异常状况出现，可以在第一时间了解到相关信息并做出处理方案以及向有关部门反馈情况。如果相关单位和人员需要对此类情况进行处理时需要提前联系该装置或其运营商进行沟通。

5.9 应用区块链技术提升监管水平

化工企业污染物治理方面所存在的问题有很多，传统检测手段不能有效地进行污染事故处置以及风险预警等，使得监管困难问题凸显。应用区块链技术可有效解决这些问题，通过构建区块链环境污染防控模型，可以对该环境保护系统实现实时监测，并进行及时预警和处置。具体而言区块链技术能够实现精准数据收集、快速反应、即时反馈、动态分析、及时预警、快速处置和有效管理等功能。应用区块链技术对整个化工企业的污染物治理系统进行搭建，通过构建多个监管节点并进行数据上链后可以对监管系统中信息进行有效实时监测，并对数据存储时间进行分析统计汇总以求及时反馈，同时可通过将历史数据与区块链上记录进行对比分析以更好地掌握企业实际情况并判断其污染情况，从而准确有效地确定污染防治方案。此外还可以将该监管系统中涉及的环境保护信息汇总到区块链上并进行公示和存档。对于数据传输和存储过程中出现异常状况时能够及时预警，为应急处置提供可靠依据并减少现场处理难度，提升环境保护监测执法效率和精准度，实现对环境污染治理工作全流程监测体系。