基于成分分析的工业固体废物分类技术

陈晓凌

【摘 要】工业固体废物的合理分类对工业固体废物的资源化利用、从中挖掘有价值的再生资源具有重要意义，寻找合符实际的分类技术刻不容缓。本文首先对我国广东地区工业固体废物的现状和特点进行了分析探讨。在此基础上，引入成分分析方法，对工业固体废物分类技术进行了阐述。最后，结合实例，基于成分分析对广东粤北、粤西等地区的工业固体废物分类技术进行了阐述。结果表明，该方法客观可行，切实有效。

【关键词】工业固体废物；现状分析；成分分析；分类处理

0.引言

随着经济社会的快速发展，工业固体废物的产生量不断增加，工业固体废物种类不断变化。据调查，广东省近年来的工业固体废物总产生量年均超过2000万吨。而目前我国每年的工业固体废物总量已接近十亿吨，累计工业固体废物总量即将接近一百亿吨大关。从来源上看，我国80%左右的工业固体废物是矿山开采和基于矿山开采的冶炼工业固体废物。目前，我国对工业固体废物的综合利用总体水平仍然普遍不高，从全国范围看再利用率较低，使得我国的企业成本上升，经济效益和社会效益低下。更为严重的是，大排量的废弃物占地面积大，对我国的环境造成了严重的污染。准确掌握工业固体废弃物的产生量变化，尤其是产生的种类的分类，对环境保护和工业废弃物的管理有着重要的意义。目前，国内外学者对工业固体废弃物的产生量、产生来源做了大量的研究，取得了值得借鉴的研究成果。但对产生量和来源主要是基于回归分析、灰色模糊理论或者时间序列法进行，对工业固体废弃物的分类技术研究较少。而工业固体废弃物分类技术的细化研究对制定合适的策略、政策对工业固体废弃物进行处理和管理，尤其是对工业固体废物分类后，从工业固体废物中挖掘有价值的再生资源进行再分类和综合利用具有相当大的现实意义。

1.广东工业固体废物现状

1.1基于统计数据的分析概述

根据已有的研究成果，工业固体废物的产生量与国内生产总值（GDP）呈现正相关性，年递增率达到10%以上，但以旅游业为主的地区例外，工业固体废物产生量的增加部分主要来源于工业的快速发展。根据国家环保总局和国家统计局的数据，近十年来的数据与此结论基本相吻合。同时，由于我国加强了工业固体废弃物的处理，工业固体废弃物的排放量正逐年递减，平均递减率接近12%。从公布的数据来看，我国工业固体废物的排放强度和资源化处理有较强的地域分异性，河北等地较高，西藏等地较低。2010年底广东全省固体废物产生量超过13亿吨，其中一般工业固体废物约1.16亿吨，工业危险废物21818万吨，广东省的工业固体废物则呈逐年上升的趋势。经过多方努力，至2010年底，广东省持危险废物经营许可证单位年处理能力是2005年的2.4倍，省危险废物综合处置示范中心以及深圳危险废物处置中心建成投入使用。但从整体上看，广东省仍缺乏完善的工业固体废物收集系统和有效的收集体制，并且严重缺乏必需的废物处理设施，致使大量工业固体废物得不到妥善处理，对城市市容、水体、土壤和大气环境都造成了严重影响。

1.2特点总结

根据统计数据的分析可知，工业固体废物的产生量与国内生产总值在以工业发展为主的地区中基本为正相关关系。地域分异性由于存在地域分异性，我国应加快工业结构调整，采取措施减少污染物排放总量。不同区域、不同工业固体废物之间彼此存在较复杂的关系，共同构成了工业固体废弃物体系。单纯针对某一大类或者某一区域的分类技术具有明显的局限性，需要寻找一种能普遍适用的工业固体废弃物分类处理技术。

2.基于成分分析原理的分类技术

工业固体废物产生量大，种类繁多，分类因形态、来源、组分、规模、价值等不同而各异，工业固体废物的分类是一项复杂的工作，如按照《固体废物申报登记工作指南》的分类将工业固体废物分为99类。目前，广东就生活垃圾、危险废物和医疗废物已经建立了相应的分类目录。对于工业固体废物，我国在排放污染物申报登记、环境统计以及大、中城市固体废物环境防治信息发布等实际工作中基本制定了相应的工业固体废物分类统计目录，但是，还没有正式颁布二级分类目录。工业固体废物产生较为稳定，产生的污染具有长期性和间接性。工业固体废物的这些特点使得分类技术的发展逐渐偏向于先对其进行成分分析。成分分析一般应用于产品的配方研究，近年来也逐渐采用定量或定性分析应用于产品的性能分析、失效分析，对测试材料的环保性应用也逐渐广泛。不同的工业固体废物之间存在着极为复杂的相关关系，认真分析工业固体废物状况，对于工业固体废物的防治和再利用，变废为宝极为重要。

目前对工业固体废物的分类处理主要采用的是成分分析中的主成分分析，采用数学变换的方法，实现各种类之间相互关系的降维逻辑处理，以总方差不变为基本原则，将新生变量的方差依次递减排列。借助SPSS等软件或者数学方法，对工业固体废物产生的种类、产生的数量进行细化研究，通过主成分分析，得到相应的评价值，为工业固体废物源头的控制和分类处理提供决策指导。下面以某地区为例进行详细分析说明。

3.分析实例

未来几年，随着我省核电、石化、造纸、钢铁以及装备制造等行业的加速发展，将会产生更多的固体废物。根据相关预测，至2015年，广东省工业危险废物产生量将达24693万吨。以广东粤北、粤西等地区的统计年鉴和环境统计综合年报数据为数据来源，对GDP、危险物、固体废弃物量、冶炼废渣、炉煤灰、炉渣、尾渣等评价指标进行成分分析。利用SPSS软件进行相关系数、方差、初始因子荷载矩阵的计算，生成成分分析模型，以提取的成分特征值比例为权重进行综合分析。其中，初始因子荷载矩阵中GDP、固体废弃物量、冶炼废渣、炉渣等均超过0.9。可知，GDP、固体废弃物量、粉煤灰、冶炼废渣、炉渣存在着显著的关系，而变量的相关系数高的会列入同一主成分，分析中化为第一主成分。根据相关系数矩阵的特征根可确定两个主成分，可利用该主成分对该地区的工业固体废物进行综合评价分类。危险废物和煤矸石等划分为第二主成分。为便于分析，可将这两个新变量代替原始数据的多个变量，基于SPSS的成分评价值如下图。

根据工业固体废物的基本种类和评价值可知，第一成分主要以煤炭为能源，这类企业产生的固体废物成分显著，主要来自电力和钢铁冶炼企业，第二成分主要来自石化、装备制造等企业，这与该地区的经济发展方式和相应行业的规模发展基本符合。可见，在工业固体废物总量的控制上要注重对相关企业的控制和排放处理优化。对工业固体废物的分类处理和资源化利用也可以此采取相应措施，对相应的工业固体废物存放地、处理方法、废物的再利用、提取具有价值的再生材料