水污染控制在石化园区生态化建设中的水绩效评价研究

侯峥 李婵媛 常胜 孙泽萍 杜明辉 孙晓明

摘 要：应用层次分析和模糊综合评价技术对石化工业园区在生态化建设中的水污染控制绩效进行评价。根据石化工业园区水污染控制特点，建立了包含水资源节约、水污染处理处置和园区管理3个评价要素、11个评价指标的指标体系，并以典型石化工业园区为案例进行了验证。研究表明，水污染处理处置权重达0.5992，对园区水污染控制绩效影响最大；2020年，目标园区水污染处理处置和园区管理处于国内先进水平，而资源节约处于国内一般水平；园区管理和资源节约距离国际先进仍有一定差距，提升园区资源节约和管理水平是提升园区水污染控制水平的潜力所在。

关键词：石化园区；水污染控制；生态化建设；绩效评价；生态工业

中图分类号：X82文献标志码：A文章编号：1673-9655（2023）01-0-07

0 引言

在经济增长的背景下，全球工业用水需求保持增长的同时水资源滥用和处理水平不足所导致水资源短缺和水环境污染的问题日益严重[1]，而工业园区作为我国水资源使用和废水排放的主要部门，其节约用水，减少水污染以及生态化建设水平一直是国家环保工作的关注点[2]。目前，水污染控制绩效的评估研究主要针对综合类工业园区[3-5]，针对某一特定行业工业园区的相关研究并不充分[6]。在众多行业中，石化行业作为我国的支柱产业[7]，在推动国民经济发展的同时，也带来了该行业用水量大、水污染严重的问题 [8]。近年来，基于安全与环境保护方面的特殊性，石化行业在我国的发展趋势必然是产业向园区聚集，石化园区是整个行业集中发展、集成发展的载体与平台[9-11]。目前，我国石化园区的发展模式仍以粗放型为主，这一现状更加剧了水资源的浪费和对生态环境的破坏[12]，因此，石化工业园区水污染控制绩效评估对石化工业园区实现持续改进、创新以及绿色发展具有重要意义。

在已有的针对特定行业的水污染控制绩效的评价中，评价体系往往存在着一些缺陷[13-16]：①一些研究只关注行业的节水或废水的排放情况而未对上述两个方面同时进行考虑，因为就某些行业而言，用水量的增加会导致废水被稀释，降低污染物排放水平；②在一些同时关注了节水和废水排放情况的研究中，评价体系通常以废水排放量、COD排放浓度等绝对量作为考察指标，经济增长与水污染控制水平之间的联系并未得到重视；③园区作为某一行业的集合整体，园区的管理水平对行业废水的污染控制起到的重要作用往往被忽视了，这导致了园区管理部门和企业之间形成了割裂，无法体现政策服务在水污染控制中所处的地位。

为了准确评价园区企业的水污染控制水平，本项工作基于循环经济理论、生态工业理论以及相关的工业园区和石化行业标准，结合石化园区特点，参考生态工业绩效评价指标体系的建立过程，构建了适用于石化工业园区水污染控制绩效的评价指标体系，采用层次分析法和模糊綜合评价法相结合的方法将复杂的、多指标的石化工业园区水污染控制绩效评价问题系统化，形成多层次的分析结构模型，并选取典型石化工业园区开展实证评估，以期为石化工业园区的水污染控制水平的评估和识别园区未来发展潜力提供技术支持。

1 石化工业园区水污染控制绩效评价指标体系建立

基于石化工业园区水污染控制绩效指标筛选原则[17，18]，本研究依据循环经济、生态工业理论，参考生态工业园区生态环境绩效相关评价体系中的水污染控制相关指标，结合石化产业废水产排特征，从水资源节约、水污染处理处置、园区管理3个维度构建了石化工业园区水污染控制绩效评价指标体系。指标体系的选取参照《HJ 274-2015国家生态工业示范园区标准》《HJ/T 273-2006行业类生态工业园区标准》《HJ/T 125-2003清洁生产标准 石油炼制业》《GB 31571-2015石油化学工业污染物排放标准》《HJ 853-2017排污许可证申请与核发技术规范 石化工业》等标准将水资源节约、水污染治理、园区管理作为评价的准则层。为了能够准确反应石化园区的特点，本项工作中对比了同类石化工业园区排污许可证管理信息平台中石化行业的污染物排放信息，以石化工业园区中的代表性石化企业为样本，筛选石化行业特征污染物，筛选结果如图1所示。可以看到，除COD、氨氮等常规指标外，石油类和挥发酚的出现频次较高，因此将其作为石化工业园区水污染控制绩效评价中污染控制的特征污染物。

综合考虑以上标准中的各类指标以及反映石化工业园区水污染控制建设水平的因素，依据《HJ 274-2015国家生态工业示范园区标准》，进一步将水资源节约、水污染控制、园区管理三个一级指标细分为11个二级指标，形成石化工业园区水污染控制建设绩效评价指标体系框架，如图2所示，资源节约包括水耗强度（m3/万元）、水重复利用率（%）和新增节水减排措施，水污染处理包括废水排放量强度（m3/万元）、COD排放强度（kg/万元）、氨氮排放强度（kg/万元）、特征污染物达标率（%）和污水集中处理设施，园区管理包括水污染管理制度、清洁生产审核率、水体风险防范措施等的考察，其中，水耗强度、废水排放量强度、COD排放强度、氨氮排放强度分别为单位工业增加值的新鲜水耗、废水排放量、COD排放强度和氨氮排放量，特征污染物达标率包括石油类、挥发酚等石化行业特征污染物。

2 研究方法

2. 1 层次分析法

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）是美国学者T. L. Saaty提出的一种多准则决策方法[19]，可以分为四个步骤：

（1）建立递阶层次的结构模型

首先将复杂的、多指标的问题层次化，形成一个多层次的结构模型，抽象为评价对象的目标层、准则层和指标层，本项工作中的指标体系已经在1中有所叙述。

（2）构造判断矩阵

由于研究中采用的指标体系分为三个层次，对目标层A而言，准则层的两两判断矩阵A-B和对准则层B而言，指标层的两两判断矩阵B1-C、B2-C、B3-C均可采用式（1）的方法构建。

式中：xij—对目标层A而言，准则层Bi和Bj哪个更为重要，或对准则层B而言，指标层Ci和Cj哪个更为重要，xij的值采用表1所示的标度法确定；n—判断矩阵阶数，即准则层或目标层的指标个数。

（3）各层次指标权重的确定

得到某一标准层的两两因子比较举证后，对该准则下的n个因子x1， x2， ???， xn的相对权重进行计算，确定各层次指标的权重值。即计算判断矩阵X的最大特征值及对应的最大特征向量[20]，得到的最大特征向量为判断因素x1， x2， ???， xn的权重向量W=（a1， a2， ???， a2）。需要注意的是，本项工作中准则层B对目标层A的权重WA-B、指标层C对准则层B的权重WB-C、指标层C对目标层A的权重WA-C符合以下关系：

（4）一致性检验

为避免两两比较结果不一致程度过大，需要计算判断矩阵的CR值进行判断，当CR≤0.1，可以接受。若CR＞0.1，则判断矩阵偏离一致性的程度不可接受，须修改和调整判断矩阵，再次检验，检验方法如式（3）所示。

式中：RI—可以通过方法查询得到，CI—则由式（4）计算。

式中：λmax—判断矩阵X的最大特征根；n—判断矩阵阶数。

2. 2 模糊综合评价法

模糊综合评价法是一种基于模糊数学及模糊关系原理的综合评价方法，将定性问题定量化，从多个方面对被评价对象的隶属情况进行综合全面评价[21]。其具体的步骤为：

（1）确定被评判对象的因素论域U=（u1， u2， ???， un），因素集是影响评价对象的n个评价因子所组成的模糊子集。

（2）确定评语等级论域V=（v1， v2， ???， vn），即与U中因素集相对应的评价标准集合，通常将模糊综合评价的评語分为V=（优、良、中、差）。

（3）进行单因素判断，建立模糊关系矩阵R以确定指标隶属度。建立隶属度函数时采用半梯形分布函数，如式（5）～（7）所示。具体方法如下：

设评价指标因素集XT={x1， x2， ???， xn}，评价等级标准V=（v1， v2， ???， vn），vj和vj+1为相邻两级标准，且vj+1>vj，则vj隶属度函数为下式所示。

根据上式，计算隶属度函数R，如式（8）所示。

式中：rij—R中因素xi对于V中vj等级的隶属关系。

（4）通过层次分析法确定判断因素权向量W=（a1， a2， ???， an），W表示U中各因子对评价对象的影响程度，根据程度大小分配对应的权重大小。

（5）模糊矩阵复合运算，采用加权平均型模糊矩阵复合算法，将判断因素权向量W与单因素模糊关系矩阵R复合，得到被评价对象的模糊综合评价向量B，如式（9）所示。根据最大隶属原则确定评价等级。

分别对历年准则层和指标层的指标进行计算，得到对应年份的目标层和准则层在国内一般、国内先进和国际先进三个发展水平对应的隶属度，隶属度越高代表园区绩效水平更接近相应的发展水平。

3 实证分析

3. 1 数据来源与评价过程

选取我国东北某石化工业园区作为评价对象，园区是以石油化工为主导产业的典型大规模工业园区，拥有石油化工、合成材料、精细化工等各类化工企业，已形成较为完整的化工产业体系。收集该园区2012—2020年各评价指标所对应的数据，均来源于园区的原始统计数据、环境统计数据，评价流程如图3所示。首先建立能够反应石化园区特点的水污染控制水平的指标体系，之后采用层次分析法确定各定性和定量指标所占权重，然后通过模糊综合评价的方式得到2012—2020年园区水污染控制水平与国内一般、国内先进、国际先进三个等级对应的隶属度，最后经过对隶属度的比较探索目标园区在不同时期的水污染控制水平发展情况。

3. 2 指标权重结果

根据园区基础资料和专家咨询，利用AHP方法计算下层指标相对上一层次的权重值，各层次权重及一致性检验结果如表2所示。计算得到的CR值均在0.1以下，说明判断矩阵评价得到的权重是可靠的。

通过自上而下合成单准则下的权重，最终确定石化工业园区的指标层次总排序权重，结果如图4所示。其中，从准则层来看，水污染处理（B2）要素对园区水污染控制绩效的影响最大（0.5992），其次是水资源节约（B1）、园区管理（B3）要素，这反映了石化行业中末端水污染处理处置水平仍是影响石化园区水污染防控的主要因素。从各指标来看，对园区水污染控制绩效影响最大的前四个指标依次是特征污染物（石油类、挥发酚）排放达标率（C24）、废水排放量强度（C22）、水耗强度（C11）、以及工业用水重复利用率（C12），这其中，从准则层与指标层的关系来看，有两项指标包含在水污染处理处置中，另外两项则包含在水资源节约中，这说明，在目前我国石化园区的水污染控制水平下，除污染的处理处置技术外，节水降耗在园区建设中占据一定地位。

3. 2 综合模糊评价结果

3. 2. 1 评价等级

参照相关标准和不同水污染控制水平的化工园区建设情况，将石化工业园区水污染控制水平分为国际先进、国内先进和国内一般水平三个等级，并确定对应的指标值（定性指标直接确定等级），等级的划分与对应指标值如表3所示。

3. 2. 2 目标层评价结果

2012—2020年，该园区水污染控制绩效评价结果如图5所示。2012—2018年，园区水污染控制水平属于国内一般水平，该隶属度由2012年的70.60%逐渐下降，国内先进水平的隶属度同步提高，2018年后，国内先进水平的隶属度成为园区最大隶属度，至2020年，国内先进水平隶属度为40.68%，超过了国内一般水平（28.35%），园区水污染控制达到国内先进水平。与此同时，国际先进水平隶属度由2012年的5.15%提升至2020年的23.86%，说明该园区整体水污染控制建设向好发展。

3. 2. 3 准则层评价结果

园区水资源节约要素评价结果如图6所示，2012—2020年园区水资源节约属于国内一般水平，在该水平下的隶属度随着年份增加由70.64%下降至44.23%，2020年，虽然国内一般水平的隶属度仍是最大隶属度，但是国内先进水平的隶属度（33.21%）有逐步接近的趋势。同时也可以看到，国内先进水平和国际先进水平对应的隶属度在2012—2020年均呈上升趋势，这说明园区水资源节约不断改善，水耗强度、工业用水重复利用率、新增节水减排措施等方面均向好发展。总体来说，该园区在水资源节约方面距离国际先进水平仍有一定差距，这也是园区未来建设过程中需要重点关注的问题。

水污染处理处置要素评价结果如图7所示，2012—2016年园区的水污染处理处置能力属于国内一般水平，国内先进水平和国内一般水平的隶属度整体呈现此消彼长的状态，园区的水污染处理处置水平由国内一般向国内先进发生转变。值得注意的是，2015年后，国内和国际先进水平的隶属度出现了较为明显的上升，这可能与我国“十三五”水专项针对石化行业包括多种特征污染物在内的相关污染控制标准的制定有密切联系，重点技术研发和相关工程项目的推广促进了石化废水末端处理水平的提高。至2020年，国内先进水平的隶属度（43.69%）为最大隶属度并且其变化趋势逐渐平滑，国际先进隶属度（25.54%）逐渐接近国内一般隶属度（30.77%）呈稳步上升的态势，从三种隶属度变化的趋势来看，目标园区水污染处理处置水平正向提升并有潜力在未来向国际先进水平靠拢。

园区管理要素评价结果如图8所示，2012—2015年，园区管理属于国内一般水平，2014年后国内先进水平的隶属度不断提高，至2016年超过国内一般水平，成为最大隶属度，园区管理水平达到国内先进水平，且国内先进水平的隶属度仍呈上升趋势，同时国内一般水平的隶属度不断下降，至2020年，國内先进的隶属度达到最大（57.52%）。值得注意的是，虽然目标园区国内先进水平不断提升，但是国际先进水平的变化却并不明显，这体现了园区2012—2020年对区内企业管理管控阶段性强化的特点，同时也说明园区水污染控制水平的提高仍需更为严格管理管控措施和手段。

4 结论

（1）在石化工业园区水污染控制过程中，水污染处理处置要素对园区生态化建设绩效的影响最大，权重达0.5992，对园区水污染控制绩效影响最大的前四个指标依次是特征污染物（石油类、挥发酚）排放达标率、废水排放量强度、水耗强度、以及工业用水重复利用率。

（2）综合评价结果显示，2012—2020年，目标石化工业园区的水污染控制水平总体呈上升趋势。2012—2018年，园区水污染控制水平属于国内一般水平，2018年后，园区水污染控制绩效达到国内先进水平，国际先进水平隶属度也由2012年的5.15%提升至2020年的23.86%。

（3）准则层评价结果显示，2012—2020年，园区水资源节约由国内一般水平提升至国内先进水平，水污染处理处置绩效维持国内一般水平，其中，水资源节约距国际先进水平仍有一定差距，水污染处理处置处于国内先进水平，并且有逐步接近国际先进水平的趋势，而园区管理虽达到国内先进水平，但国际先进水平隶属度上升不明显。未来提升园区生态化建设水平的工作应侧重于水资源节约和园区管理两个方面。

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