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(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶400716）

企業(yè)清潔生產(chǎn)審核應(yīng)針對審核重點(diǎn)開展物料平衡工作，從中分析并找出物料流失、資源浪費(fèi)、污染物產(chǎn)生的環(huán)節(jié)和原因。通過物料平衡的建立，可以使企業(yè)和外部審核人員很直觀的了解企業(yè)生產(chǎn)過程中物料的流向以及損失環(huán)節(jié)，從中可以找出企業(yè)生產(chǎn)過程中存在問題以及清潔生產(chǎn)的潛力，為企業(yè)有針對性的提出清潔生產(chǎn)方案提供依據(jù)，因此，建立物料平衡是企業(yè)實(shí)施清潔生產(chǎn)的必要條件和重要環(huán)節(jié)［1］。物料平衡中的關(guān)鍵技術(shù)包括平衡對象、平衡數(shù)據(jù)、平衡圖和平衡結(jié)果分析，本文結(jié)合作者最近從事的清潔生產(chǎn)，從這4個(gè)方面探討物料平衡技術(shù)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(diǎn)，即企業(yè)當(dāng)中污染嚴(yán)重的環(huán)節(jié)或部位、消耗大的環(huán)節(jié)或部位、環(huán)境及公眾壓力大環(huán)節(jié)或問題以及有明顯的清潔生產(chǎn)機(jī)會(huì)的環(huán)節(jié)或問題。在明確審核重點(diǎn)后，可根據(jù)審核重點(diǎn)的實(shí)際生產(chǎn)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(chǎn)過程，將所有輸入輸出物料納入到一個(gè)物料平衡中，如某鋁合金輪轂生產(chǎn)企業(yè)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(shù)據(jù)匯總 kg·d－1

對工藝復(fù)雜，輸入輸出物料種類多的生產(chǎn)過程，可按照生產(chǎn)工序來進(jìn)行劃分，分別進(jìn)行物料平衡工作，如某水泥企業(yè)，將其分為生料制備、熟料制備和水 泥制成三個(gè)工序進(jìn)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(shù)據(jù)匯總 t·d－1

表3 水泥熟料燒成物料平衡數(shù)據(jù)匯總 t·d－1

表4 水泥制成物料平衡數(shù)據(jù)匯總 t·d－1

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

表5 鍍鉻物料平衡數(shù)據(jù)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(chǎn)審核實(shí)踐中，并不是所有的審核重點(diǎn)都會(huì)針對生產(chǎn)過程，而可能是針對某一臺設(shè)備、某一種資源。

針對某一設(shè)備進(jìn)行物料平衡，最為常見的是將企業(yè)的燃煤鍋爐作為審核重點(diǎn)。鍋爐可能出現(xiàn)煙氣排放超標(biāo)、能效較低、水資源浪費(fèi)嚴(yán)重等情況，根據(jù)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(shù)據(jù)匯總 kg·d－1

針對某一種資源進(jìn)行物料平衡，最為常見的是將某企業(yè)的用水排水作為審核重點(diǎn)的情況。進(jìn)行此類物料平衡工作最易出現(xiàn)輸入和輸出環(huán)節(jié)的漏項(xiàng)，比如鍋爐蒸汽冷凝水未回用直排，職工生活區(qū)洗澡水、機(jī)修產(chǎn)生廢水等，在進(jìn)行水平衡時(shí)很有可能會(huì)忽略掉，因此在數(shù)據(jù)整理時(shí)應(yīng)特別注意。

針對特殊行業(yè)的情況。如采礦行業(yè)，如果將采掘的過程作為審核重點(diǎn)，由于此行業(yè)的特殊性，則有可能出現(xiàn)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(yīng)關(guān)系。比如煤炭采掘當(dāng)中，輸入礦坑木、炸藥以及電力、人力等，輸出原煤。出現(xiàn)這種情況，在審核工作當(dāng)中就很難或者沒有辦法利用常規(guī)方式建立物料平衡。對于這種情況，在審核報(bào)告中，可通過適當(dāng)?shù)奈淖诌M(jìn)行分析，闡明生產(chǎn)過程的特殊性。

2 物料平衡數(shù)據(jù)的獲取

2.1 物料平衡數(shù)據(jù)收集的范圍

對連續(xù)性生產(chǎn)企業(yè)，應(yīng)該連續(xù)考察其72h的生產(chǎn)狀況，收集物料平衡數(shù)據(jù)，通過按小時(shí)、按天或按生產(chǎn)班次求得平均值作為進(jìn)行物料平衡工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如利用天然氣制造氮肥的企業(yè)，生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行，可采用此方法。

對周期性生產(chǎn)企業(yè)，應(yīng)按照一個(gè)生產(chǎn)周期，如以從投料開始到產(chǎn)品產(chǎn)出為一個(gè)周期進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，應(yīng)連續(xù)考察至少三個(gè)生產(chǎn)周期，求得每個(gè)周期的平均值作為進(jìn)行物料平衡工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如顏料制造和醫(yī)藥行業(yè)，生產(chǎn)過程從按配比投料、反應(yīng)過程到最終產(chǎn)品產(chǎn)出為一個(gè)生產(chǎn)周期，可采用此方法。

對某種資源進(jìn)行物料平衡工作時(shí)，如進(jìn)行水平衡工作時(shí)，出現(xiàn)企業(yè)每天用水、每月用水有較大波動(dòng)，或存在旺季淡季的生產(chǎn)特殊情況，按小時(shí)、天、月等方式收集數(shù)據(jù)都不能準(zhǔn)確反映企業(yè)的生產(chǎn)狀況時(shí)，可以按照全年的數(shù)據(jù)開展物料平衡工作。

在確定了數(shù)據(jù)收集范圍后，為方便了解某項(xiàng)原料的收率或利用率，還可以將在此范圍內(nèi)收集到的數(shù)據(jù)，按照單位產(chǎn)品消耗進(jìn)行計(jì)算［7］。比如將連續(xù)生產(chǎn)企業(yè)一個(gè)班次或者周期性生產(chǎn)企業(yè)一個(gè)周期收集的數(shù)據(jù)，按照每生產(chǎn)一噸產(chǎn)品進(jìn)行物料再整理，得出結(jié)果。如某染料中間體生產(chǎn)企業(yè)物料平衡數(shù)據(jù)，在收集到一個(gè)周期物料平衡數(shù)據(jù)后，將其計(jì)算為每1 000kg產(chǎn)品的物料平衡結(jié)果，見表7。

表7 2－萘酚生產(chǎn)平衡數(shù)據(jù)匯總 kg·d－1

2.2 物料平衡數(shù)據(jù)獲取方式

在清潔生產(chǎn)審核過程中，對于物料平衡數(shù)據(jù)的獲取主要有以下3種方式。

現(xiàn)場實(shí)測。實(shí)測是物料平衡數(shù)據(jù)最直接的來源，最能反映企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況，是數(shù)據(jù)獲取的首選方式。但是進(jìn)行實(shí)測要求企業(yè)有完善的計(jì)量設(shè)備和計(jì)量手段。然而由于進(jìn)行實(shí)測很可能會(huì)影響到企業(yè)的正常生產(chǎn)，對于大多數(shù)企業(yè)，尤其是連續(xù)性生產(chǎn)企業(yè)來說，完成起來比較困難。

資料查詢。通過對企業(yè)生產(chǎn)的日報(bào)表、月報(bào)表以及產(chǎn)排污報(bào)表等資料進(jìn)行查詢，獲取物料平衡數(shù)據(jù)。此種方式相對于實(shí)測，較為簡單，但是報(bào)表當(dāng)中的數(shù)據(jù)并沒有包含原輔料在儲(chǔ)運(yùn)過程中的損失以及原有計(jì)量的誤差，可能造成最后物料平衡結(jié)果的偏差，其準(zhǔn)確性相對于實(shí)測較差。

通過工藝設(shè)計(jì)的配料比、轉(zhuǎn)化率和化學(xué)反應(yīng)式等資料進(jìn)行測算。特別是在化工行業(yè)，對于計(jì)量設(shè)施不完善、基礎(chǔ)資料欠缺的企業(yè)，測算方式比較適用。由于測算只是按照工藝設(shè)備的設(shè)計(jì)值（理論值）進(jìn)行測算，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，參數(shù)的控制和人員的操作等方面的原因，都會(huì)影響到測算的準(zhǔn)確性，測算結(jié)果偏差較大。

以上3種方式，應(yīng)考慮受審企業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行選取。企業(yè)計(jì)量設(shè)備完善，應(yīng)該首選實(shí)測，其次考慮使用資料查詢方式，當(dāng)前面兩種方式條件不具備的時(shí)候，再選取測算方式，3種方式獲取的物料平衡數(shù)據(jù)，其準(zhǔn)確度逐次下降。

3 物料平衡圖

通過將獲取的物料平衡數(shù)據(jù)，用物料平衡圖的形式表現(xiàn)出來，可以使企業(yè)更為直觀的了解到在生產(chǎn)過程中物料的流向，同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)物料損失的環(huán)節(jié)，從而找到產(chǎn)生廢棄物的環(huán)節(jié)和部位。因此，物料平衡圖的質(zhì)量，將在很大程度上決定影響到對污染物產(chǎn)生環(huán)節(jié)的判斷。

如果生產(chǎn)工藝簡單，可直接采用黑箱圖表現(xiàn)生產(chǎn)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(jìn)入此工序當(dāng)中，并且所有的廢棄物也均由此工序產(chǎn)生，在圖中可以清楚的找到廢棄物產(chǎn)生的環(huán)節(jié)（圖1）。

圖1 熔煉工序物料平衡圖（單位：kg／d）

工藝復(fù)雜則可將黑箱拆分為不同工序，將每個(gè)工序的輸入物料和輸出物料分別標(biāo)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(gè)工序的輸入輸出物流情況，也就知道了廢棄物產(chǎn)生的環(huán)節(jié)［8］。

圖2 涂裝車間物料平衡圖（單位：kg／d）

另外，如果在審核時(shí)將前處理工序確定為一個(gè)審核重點(diǎn)，或在審核中發(fā)現(xiàn)此環(huán)節(jié)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(yù)脫脂、清洗、脫脂、清洗、鈍化等單元操作，繪制更為詳細(xì)的物料平衡圖。

4 物料平衡結(jié)果的分析

在繪制完成物料平衡圖后，基本上找到了生產(chǎn)過程中物料的流向以及產(chǎn)生污染物的部位和環(huán)節(jié)，隨后就是對物料平衡的結(jié)果進(jìn)行分析，第一是判斷物料平衡是否成功。如果物料平衡結(jié)果偏差大于5%，說明物料平衡工作失敗。其原因有：在進(jìn)行物料平衡時(shí)，對輸入輸出物料種類出現(xiàn)了漏項(xiàng)，此時(shí)需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行重新核查，將漏掉的補(bǔ)上；如果數(shù)據(jù)是通過實(shí)測獲取，則應(yīng)考慮是否是由于計(jì)量設(shè)備的誤差造成，應(yīng)對計(jì)量設(shè)備進(jìn)行重新校正后再進(jìn)行實(shí)測；如果數(shù)據(jù)以測算方式獲取，則應(yīng)該重新進(jìn)行一次測算，檢查在計(jì)算當(dāng)中選用的參數(shù)等是否正確，計(jì)算過程是否有誤。通過以上工作，使偏差在5%以內(nèi)，則認(rèn)為物料平衡結(jié)果有效。

第二，對有效的物料平衡結(jié)果進(jìn)行分析，主要從3方面進(jìn)行：①主要原輔料的收率（利用率），并與同類企業(yè)水平進(jìn)行對比，得出被審核企業(yè)資源利用水平的高低，并分析原因；②污染物產(chǎn)生排放情況，物料流失的種類、數(shù)量原因；③廢棄物產(chǎn)生對正常生產(chǎn)有無影響，如分析出某個(gè)環(huán)節(jié)有廢氣產(chǎn)生，是否對在該環(huán)節(jié)進(jìn)行勞動(dòng)的職工或設(shè)備有不利影響。

第三，從物料平衡分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)企業(yè)存在問題以及進(jìn)行清潔生產(chǎn)的潛力，從中找到解決辦法，有針對性的提出清潔生產(chǎn)方案。

以某化工企業(yè)硫酸制造裝置硫平衡為例（圖3）。根據(jù)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(chǎn)物料平衡的基本要求。

圖3 硫平衡圖（kg／d）

分析結(jié)果：

通過硫酸裝置，有效轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品硫酸中的硫?yàn)?9 183.69t，硫的有效利用率為97.65%。

剩余的硫共計(jì)941.41t，根據(jù)物料平衡圖可以計(jì)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(jìn)入硫酸尾渣和中和渣，轉(zhuǎn)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(huán)境影響的角度上講，硫酸尾氣的污染最為嚴(yán)重，應(yīng)是關(guān)注的重點(diǎn)。

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(shí)也發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)生的廢棄物中，硫酸尾氣是最為重要的部分，因次需要重點(diǎn)關(guān)注，這就是該企業(yè)發(fā)現(xiàn)的有清潔生產(chǎn)潛力的環(huán)節(jié)。

5 結(jié) 語

建立物料平衡是清潔生產(chǎn)審核的重要手段，是發(fā)現(xiàn)審核重點(diǎn)的物料流失環(huán)節(jié)、找出廢棄物產(chǎn)生原因、查找物料儲(chǔ)運(yùn)、生產(chǎn)運(yùn)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(jié)果找出企業(yè)與國內(nèi)外清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平之間的差距，同時(shí)為清潔生產(chǎn)方案的產(chǎn)生提供依據(jù)。

企業(yè)在開展清潔生產(chǎn)審核過程中，應(yīng)重視物料平衡這項(xiàng)工作，根據(jù)自身實(shí)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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

［1］ 國家環(huán)境保護(hù)局編.企業(yè)清潔生產(chǎn)審計(jì)手冊［M］.中國環(huán)境科學(xué)出版社.1996.12.

［2］ 郭斌，莊源益.清潔生產(chǎn)工藝［M］.化學(xué)工業(yè)出版社環(huán)境科學(xué)與工程出版中心.2003.5.

［3］ 李光強(qiáng)，朱誠意.鋼鐵冶金的環(huán)保與節(jié)能［M］.冶金工業(yè)出版社.2006.8.

［4］ 彭寶利.水泥生產(chǎn)工藝流程及設(shè)備參考圖冊［M］.武漢理工大學(xué)出版社.2005.1.

［5］ 馮紹斌等.電鍍清潔生產(chǎn)工藝［M］.化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)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(shù)［M］.化學(xué)工業(yè)出版社.2007.7.

［7］ 但衛(wèi)華，王坤余.輕化工清潔生產(chǎn)技術(shù)［M］.中國紡織出版社.2008.1.

［8］ 葉揚(yáng)祥，潘肇基.涂裝技術(shù)實(shí)用手冊［M］.機(jī)械工業(yè)出版社.2005.4.