基于自下而上模型的技术选择方法及其在环境管理中的应用研究

当前我国工业污染物削减目标的确定和行业限制、淘汰、鼓励技术目录的编制过程，主要依赖于专家定性判断和对行业技术发展趋势的简单预测，缺乏对行业整体性和技术成本效益的分析，污染物减排目标的可达性和技术可行性往往与实际情况不相符合。以工程技术为基础的自下而上模型构建技术选择方法是解决这一污染综合防治环境管理问题的关键。本研究基于工业部门生产全流程的污染防治技术体系，综合考虑多种水污染物模拟工业技术系统的运行机制，建立自下而上的技术选择模型，比较不同技术结构下的环境、资源、经济等方面的成本效益，并集成情景分析和不确定分析方法，研究污染防治技术更替及技术政策对污染物总量控制等环境管理目标的影响。同时，课题应用构建的自下而上技术选择模型，以排污量较大、技术结构清晰的造纸行业为例，开展造纸行业污染防治技术清单制定等环境技术管理方法的研究。

制定行业污染物减排约束性指标是当前世界各国常用的环境管理方法，而污染物减排的技术途径与不确定性是影响总量控制目标能否实现的关键因素。欧美国家大多在行业工艺结构和成本效益分析的基础上，以工艺技术为单元进行系统模拟建立自下而上模型，辅助开展污染物总量控制目标的制定。相比之下，我国环境技术管理和政策的制定大多依赖专家对行业技术水平和发展趋势的主观评价，构建环境经济计量模型进行趋势外推，其污染物减排目标计算结果的可达性和技术可行性存在较大问题，无法分解出清晰的管理政策措施。. 本项目以行业工艺技术系统模拟为基础，围绕工业水污染物总量控制、减排不确定性、多约束条件下的环境目标以及环境标准制定等污染防治技术管理问题，采用自下而上建模方法，开发了集技术结构模拟、不确定性分析、多条件约束下技术优选于一体的 “工业水污染物总量控制及技术政策综合评估（IWPCTP）”模型。同时，以造纸行业为例，搭建自下向上的工艺技术系统模拟模型，核算2010-2020年间废水、COD和氨氮的削减潜力，综合考虑节能、减排、成本等多目标约束条件，开展了污染减排的不确定性分析并提出多污染物协同控制技术政策建议。. 项目研究表明：（1）IWPCTP模拟表征了 “源头-过程-末端-循环”全生命周期的行业工艺技术系统，可以有效地评价行业中长期污染排放量和技术减排潜力，追溯行业内原料、工艺、规模等结构因素及关键技术成因，提出总量控制目标可分解的综合性方案。（2）造纸行业的应用结果表明，废水、COD和氨氮的减排潜力在2015年分别可达到6亿吨、36.8万吨和0.3万吨，相比“十二五”环保规划发布的削减目标可超额完成；2020年分别达到14.6亿吨、54.2万吨和0.58万吨。强化末端治理是实现水污染总量减排的主要途径，但2015年后行业结构调整和加快淘汰落后产能等措施对减排的贡献率逐年增高；（3）制定环境技术政策应同时考虑节能、减排、成本等多环境目标约束及其之间的“冲突”，尤其是规避技术在水-能等不同环境目标的转移。例如，造纸行业技术政策制定需要区别“减排耗能”技术（如改良型连续蒸煮、无元素氯漂白等）和“节能减排”双赢技术（如非木纤维干湿法备料+横管连蒸等技术）。（4）通过Monte Carlo随机采样方法可实现十万级次情景模拟方案的不确定性分析，为管理者识别并规避高风险技术方案。