庆阳市危险废物现状分析与产生量预测研究
时间：2023-04-08 22:10:01 来源：千叶帆 本文已影响人
折伟强，柴芙蓉，孙晴阳，火昭翠，李生彬
(兰州交通大学 环境与市政工程学院，兰州 730070)
随着《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》等法律法规与《全国危险废物专项整治三年行动实施方案》等文件的出台，对危险废物监管、利用处置和有效防控危险废物环境与安全风险提出了更高的要求。文章通过对危险废物现状分析与未来产生量预测，理清现有危险废物利用处置能力，预测未来产生量，为危险废物管理者进一步部署工作提供参考。许多学者也采用模型对危险废物产生量进行预测，为管理者提供决策参考，如曲兵等人[1]采用人工神经网络模型对成都市危险废物产生量进行预测，为管理部门提供决策参考；
蔡彬等人[2-3]应用灰色模型对危险废物产生量进行预测；
宁忠仁等人[4～7]用回归模型对危险废物产生量进行预测。目前，常用的危险废物产生量预测方法还有PCA-SVR组合模型[8]、变权重组合预测模型[9]等。
目前，庆阳市处于经济发展的上升期，而其经济发展以资源开发利用为主，直接伴随着环境问题的日益突出，产生大量危险废物。对危险废物污染环境的防治，对改善大气、水及土壤等环境质量具有重要意义，同时对下一步开展环境保护工作奠定深厚基础[10]。因此，对庆阳市“十四五”危险废物产生量预测，为庆阳市“十四五”危险废物利用处置设施布局与环境保护工作的开展具有重要意义。
文章对庆阳市危险废物产生、利用现状及设施进行分析，并根据庆阳市危险废物产生量数据特征选用GM模型、一元非线性回归模型以及上述两种模型通过最优加权系数法形成的组合模型对庆阳市“十四五”危险废物产生量进行预测。采用灰色关联系数判定模型能否适用于庆阳市危险废物产生量预测，应用平均相对误差与后验差检验分析模型的可靠性筛选合适的模型，对庆阳市“十四五”危险废物产生量进行预测。依据庆阳市已建、在建、拟建危险废物利用处置设施与“十四五”期间危险废产生量预测值，对庆阳市“十四五”末危险废物利用处置能力进行评估。预测数据以庆阳市危险废物产生企业在甘肃省固体废物管理新系统填报月度产危险废物量为基础，预测数据从2018年5月开始，至2020年10月截止。庆阳市危险废物产生现状分析根据“十三五”期间庆阳市危险废物产生、利用现状调查数据。
1.1 研究对象
文章根据调研结果与统计数据对庆阳市“十三五”期间危险废物产生、利用现状，主要危险废物种类、危险废物产生企业重点源分布进行分析。优化GM(1,1)模型与一元非线性回归模型，并基于以上两种模型采用最优加权系数法构建组合模型对庆阳市“十四五”危险废物产生量进行预测。根据庆阳市已建、在建、拟建危险废物处理处置设施，对庆阳市危险废物处理处置能力进行评估。
1.2 研究方法
文章将调研结果与统计数据按照危险废物年度产生、利用处置量、危险废物种类产生量、危险废物重点源分布与设施能力进行统计分析。采用GM模型、一元非线性回归模型与组合模型对庆阳市“十四五”危险废物产生量进行预测，应用灰关联系数判定模型是否适用于庆阳市危险废物产生量预测，并通过平均相对误差、后验差法对预测结果进行验证，选择预测精度最高的模型对庆阳市“十四五”期间危险废物产生量进行预测。依据庆阳市危险废物处理处置设施已建、在建、拟建项目与“十四五”期间危险废物产生量预测值对该地区“十四五”期间危险废物处理处置设施能力进行评估。依据现状分析结果、“十四五”危险废物产生量预测结果与处理处置设施能力评估结果对庆阳市危险废物管理存在问题进行总结。
2.1 危险废物产生现状分析
经过对调研结果与统计数据进行分析，2016～2020年庆阳市危险废物产生量呈上升趋势，2020年产生危废91 968.85t，相较于2016年增长2.67倍，2016年产生34 431.2t、2017年产生41 363.2t、2018年产生65 043.9t、2019年产生82745.1t。庆阳市产生危废主要以委外处理处置为主，2016～2020年平均委外处理处置率为84.01%，仅有少量自行处理处置。除2020年外，庆阳市危险废物平均贮存率为9.47%，2020年贮存率为22.29%，详见下图。
图 2016～2020年庆阳市危废产生处置情况Fig. Production and disposal of Hazardous Wastes in Qingyang City in 2016～2020
2.2 危险废物产生重点源分布
以2019年数据为基础，庆阳市国家级危废重点源(年产生量≥100t的企业或单位) 20家，产生危废81872.42t，占全市总产量的98.95%；
省级危废重点源(10t≤年产生量<100t的企业或单位)15家，产生危废500.3t，占全市总产量的0.6%；
市级危废重点源(1t≤年产生量<10t的企业或单位)35家，产生危废114.29t，占全市总产量的0.14%；
庆阳市危险废物主要集中于华池县、庆城县、合水县和环县，这4个地区共产生危废73 818.74t，占全市总产量的89.21%。其中，华池县产生危废24 982.41t，占全市30.19%；
庆城县产生危废22 576.92t，占全市27.28%；
合水县产生危废17 381.39t，占全市21.01%；
环县产生危废8 878.02t，占全市10.73%。
2.3 危险废物类别分布
2020年庆阳市危险废物种类涉及《国家危险废物名录》所列50类中的10类，产生量较大的依次是HW08废矿物油与含矿物油废物、HW18焚烧处置残渣、HW49其他废物、HW50废催化剂，以上几类危废占庆阳市危废总产量的99.71%，庆阳市危险废物主要类别详见表1。
表1 2020年庆阳市主要危险废物产量Tab.1 Production of main hazardous waste in Qingyang City in 2020
2.4 处置能力分析
经统计，2020年庆阳市危险废物经营单位共10家，危废处理处置类别主要为HW08废矿物油与含矿物油废物、HW18焚烧处置残渣、HW01医疗废物、HW50废催化剂、HW06废有机溶剂与含有机溶剂废物和HW49其他废物。HW08处理能力≥22.832万t/年，处理处置企业8家，处理能力盈余；
HW50(772-007-50)处理能力≥0.6万t/年，处理处置企业2家，处理能力盈余；
具有HW18、HW49处理处置企业1家，处理能力可满足需求；
其余产生量小的危险废物种类，能力不足可通过运输至其他地区利用处置。医疗废物处理能力可满足感染性废物、损伤性废物，处理能力为6t/d，目前处于提标改造中；
镇原县在建医疗废物处理设施能力可满足病理性废物、化学性废物、药物性废物三类医疗废物，处理能力为0.073万t/年。庆阳市危险废物处理处置设施可满足自身需求。
根据甘肃省固体废物管理新系统危险废物月度填报数据统计分析得出庆阳市危险废物月度产生规律，根据规律以每年5～10月、每年11～12月与次年1～4月各为一个数据的方式进行数据整理，以此类推。本次预测原始数据取值从2018年5月到2020年10月截止，月度数据经叠加处理，文章所用预测原始数据序列为(34 994.17t，34 336.28t，32 670.83t，37 701.85t，49 480.39t)。
3.1 GM(1，1)模型的建立
-3754715.5614
(1)
(2)
通过灰关联定理对该模型进行验证，对于庆阳市“十四五”危险废物产生量的预测存在关联度低的问题，其预测结果不符合庆阳市产废趋势。
3.2 一元非线性回归模型的建立
一元非线性回归模型将非线性原始数据转化为线性数据，进行预测，该模型预测结果完整，且对数据转折点具有鉴别能力。应用一元非线性模型预测公式及预测原始数据，通过计算得知|r|=0.7591>0.7，说明回归直线与实际数据变化趋势相符，达到预测要求。
通过计算庆阳市危险废物产量预测一元非线性回归预测模型为：
y=29545.796432e0.07863x
(3)
其中，|r|为线性相关判定依据，当0<|r|<1，r越接近1，说明变量x与变量y之间线性关系越强，利用回归方程求得预测值越可靠。通过预测，数据预测结果偏差较大，平均相对误差大，该模型不适用于庆阳市危险废物产生量的预测。
3.3 基于最优加权系数法进行的组合模型
基于以上模型的优缺点，为消除其模型针对庆阳市产废特点存在的弊端，将庆阳市危险废物产生量预测GM(1，1)模型与一元非线性模型，通过最优加权系数法形成组合模型，克服单一模型预测存在的不足，提高预测结果的可靠性。通过计算，GM(1，1)模型最优加权系数值W1=0.57124，一元非线性回归模型加权系数值W2=0.42876。故庆阳市危险废物产生量预测组合模型为：
Y=W1y1+W2y2
(4)
其中，yi为一元非线性回归模型或GM(1，1)模型的拟合及预测结果；
Y即组合模型预测结果。
4.1 预测结果对比分析
通过灰关联度分析，三种模型灰色关联度R皆大于0.6，都能够用于庆阳市“十四五”危险废物产生量预测，其中非线性回归模型与组合模型关联度较高。采用平均相对误差对三种预测模型预测误差进行对比，得出GM(1，1)模型与组合模型平均相对误差相对较低，详见表2。
表2 实际值与各预测值对比表Tab.2 Comparison between actual and predicted values
4.2 预测模型精度检验
采用后验差检验方式判定GM(1，1)模型与组合模型预测结果精度，后验差比值C越小，说明模型精度越高，预测结果准确度越高，检验结果如表3所示。依据后验差检验精度指标，两种预测模型后验差比值C与小概率误差P均能满足“一级”的等级要求。综合考虑，组合模型精度最高，作为庆阳市危险废物产生量的预测模型。
表3 模型检验结果比较Tab.3 Comparison of model test results
续表3
4.3 组合模型预测结果
采用组合模型对庆阳市危险废物产量进行预测，预测结果如表4所示。
表4 预测结果Tab.4 Prediction result
由于受新冠疫情影响，2020年1～4月危废产量与往年相比存在较大偏差，故以2018～2019年庆阳市各月度危废产量在全年总产量占比为依据，对预测数据进行处理。预测庆阳市2021年产生危废115 498.45t，2022年产生146 074.91t，2023年产生185 382.52t，2024年产生236 046.74t，2025年产生301 508.03t。
依据庆阳市已建危险废物利用处置设施、“十四五”期间在建与拟建危险废物处理处置设施及“十四五”末庆阳市危险废物产生量预测值，对庆阳市“十四五”末危险废物产生量处理处置能力能否满足需求进行评估。
该地区现有危险废物处理处置设施总规模为30.60万t/年，其中填埋规模4.7万t/年、综合利用规模22.90万t/年、收集规模3.00万t/年。在建处理处置设施总规模为6.20万t/年，其中综合利用规模5.00万t/年，收集规模1.20万t/年；
具有环评批复的拟建处理处置设施总规模为55.10万t/年，其中综合利用规模为43.00万t/年，收集规模为12.10万t/年。综合统计，该地区“十四五”末危险废物处理处置设施总规模为91.90万t/年，填埋规模为4.70万t/年，综合利用规模为70.9万t/年，收集规模为16.3万t/年，以处理处置废矿物油与含矿物油废物为主。
2025年庆阳市危险废物产生量预测值为301 508.03t，该地区危险废物处理处置设施能力基本能够满足需求，但焚烧飞灰处理处置能力存在缺口。废铅蓄电池、含汞废物、含铬废物、含铜废物、含铅废物、废酸在“十三五”期间产生量小，未规划相关处理处置设施，“十四五”期间需委外处理处置，将存在能力短板。
6.1 “十三五”期间，庆阳市危险废物主要以委外处理处置为主，自行处理处置为辅。2016～2020年平均委外处理处置率为84.01%，平均自行处理处置率为11.70%。说明庆阳市危险废物自行利用处置设施较少。
6.2 通过将三种预测模型应用于庆阳市危险废物产生量预测，对三种模型后验差比值与灰关联定理进行比对，组合模型后验差比值为0.16、灰关联系数为0.72，高于GM(1，1)模型与一元非线性模型。采用采用该模型预测结构精度高于GM(1,1)模型与一元非线性模型。
6.3 经设施能力评估分析，庆阳市“十四五”末危险废物经营规模总能力为91.90万t/年，其“十四五”末危险废物产生量预测值为301 508.03t，依据总能力能够满足需求。但“十三五”期间产生量较小的危险废物种类，未规划其处理处置设施，需委外处理处置，故“十四五”末庆阳市危险废物处理处置能力基本满足需求。
6.4 根据庆阳市“十三五”期间危险废物产生量，采用组合模型预测得到庆阳市“十四五”危险废物产生量数据精度较高，可作为庆阳市“十四五”危险废物利用处置能力设施布局依据，为管理部门进一步部署工作提供参考。
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