双碳存在的问题范例6篇

双碳存在的问题

双碳存在的问题范文1

同分异构体的书写规律:①烷烃。烷烃只存在碳链异构,书写时应注意要全面而不重复,具体规则如下:成直链,一条线;摘一碳,挂中间,往边移,不到端;摘二碳,成乙基,二甲基,同、邻、间;②具有官能团的有机物。一般书写的顺序:碳链异构位置异构官能团异构;③芳香族化合物。取代基在苯环上的相对位置具有邻、间、对3种。

常见烃基的异构体:①-C3H7异构体有2种;②-C4H9异构体有4种。

同分异构体数目的常见判断方法:①)基团连接法:将有机物看作由基团连接而成,由基团的异构数目可推断有机物的异构体数目。如:丁基有四种,丁醇(看作丁基与羟基连接而成)也有四种:戊醛、戊酸(分别看作丁基跟醛基、羧基连接而成)也分别有四种;②替代法:将有机物中不同的原子或原子团互相替代。如二氯乙烷有二种结构,四氯乙烷也有二种结构;③等效氢原子法(又称对称法):A:分子中同一个碳原子上的氢原子等效;B:同一个碳原子上的甲基上的氢原子等效;C:分子中处于对称位置上的碳原子上的氢原子等效。

一、有机物种类多的原因

(1)神奇的碳原子。一个C原子可以形成四个化学键,既可以其它元素的原子,也可以C原子之间相互结合,形成比较稳定的化学键。

(2)神奇的碳骨架。有机物中的碳原子,有多种立体空间排布方式,大多数以正四面体形式存在,也可以平面三角形、直线形结构存在。目前世界上目前已经存在 3000 多万种化合物,有机物的数量超过2000万种。

(3)碳原子成键的五种类型。碳原子可以形成四个共价键,自己可以成:①单键、②双键、③叁键、④成链、⑤成环等五种情形(中学以单键、双键、环三种为主),所有容易混淆视野。

二、如何判断同分异构体的结构和数量

判断有机物的同分异构体,最重要的是:根据化学式,判断其中含有多少个双键、叁键、环?

(1)不饱和度,引入一个不饱和度的概念。①C=C双键。一个C=C双键的不饱和度为1;②环。一个环的不饱和度为1。③碳碳三键。碳碳叁键的不饱和度为2。不饱和度的概念,在大学中就会学到。

(2)有机物的通式。①烷烃:通式CnH2n+2。(满足这个通式的,不饱和度为0。)只含有C-C单键,不含双键、叁键和环;②烯烃:通式CnH2n 。(与烷烃相比,每少2个H原子,就是一个不饱和度),这个通式的不饱和度为1,所以,可能含有一个 C=C 双键,或者含有一个环,不含叁键;③炔烃:通式CnH2n-2。这个通式的不饱和度为2。可能含有一个碳碳叁键,或者其它情形(双键、环的不饱和度都为1,二者组合,三种情形);上面的知识,大家是都知道的。④杂原子问题。实际应用上,经常出现C、H之外的杂原子,如何判断不饱和度?技巧就在这里:每增加一个杂原子,则在H原子的个数上,“加上2,减去这个杂原子的化合价”。就这么简单!

三、判断同分异构体的实例

例1:如果有机物的化学式中含有卤素(F、Cl、Br、I),它们的化合价都是1,每含有一个卤素原子,则加上2,再减去它们的化合价1(+2-1=1),结果还是1。结论:化学式中含卤素原子,通常可以认为是氢原子,计算到化学式的通式中。

例2:如果化学式中含有氧,化合价是2,计算H原子个数时候,加2、减2,等于零。结论:化学式中含O原子,计算氢原子时候,可以忽略不计O原子的存在。

例3:含有其它杂原子,例如N,就需要按照几种情形分别处理。①只含有N、不含O,这个N按照三价计算;②含N、也含O,就需要将N分别按照3价、5价两种情况计算。不过,这个时候的题目中一定有提示,告诉我们这个N是怎么存在的。

双碳存在的问题范文2

关键词:低碳供应链;碳排放限额与交易;单位减排成本;减排率;边际替代率

中图分类号:F274 文献标识码:A 文章编号:1001-8409(2013)05-0080-06

Decision Mechanism Study on Product Pricing and Emission Reduction in Two Level Low-carbon Supply Chain Enterprises Based on the CDM

XIE Xin-peng1,2,ZHAO Dao-zhi1

(1.School of Management and Economics,Tianjin University,Tianjin 300027

2.School of Automobile Engineering,Military Transportation University,Tianjin 300161)

Abstract:This paper,under the framework of Clean Development Mechanism (CDM),starts from the customer's actual demand for low-carbon product,combining with the emission right exchange in the carbon market,and then deduces the profit functions which take retail price as decision variable of retailer and wholesale price as decision variables of manufacturer.Through the analysis of centralized and decentralized decision-making,it can be derived that it has close relation between wholesale price and emission reducing rate,emission reducing cost as well as carbon trade price.Overhigh emission reducing cost means that the manufacturer will pay a huge cost to reduce carbon emission,and then will lose the cooperative space when cooperates with retailer,meanwhile,overlow means that the product will lose competition ability,it has little rate of return on investment.

Key words:low-carbon supply chain;carbon cap and trade;unit cost of carbon abatement;carbon abatement rate;the marginal rate of substitution

引言

经济在不断地发展,环境也在不断地恶化。导致这一问题的根源就是温室气体(CO2)无节制的排放。国际社会致力于缓解和适应气候变化的具体行动上来。1992年的《联合国气候变化框架公约》、1997年的《京都议定书》以及2010年召开的哥本哈根气候变化大会就是这一行动的具体体现[1]。

目前在众多的碳减排的方法中,较为常见的是征收碳税和碳排放权交易。其中,排放权交易是在排放限额的基础上进行的直接管制与经济激励相结合的减排手段[2]。CDM是在发达国家和发展中国家之间展开的基于项目的碳交易机制。2006年12月,安钢与英国CAMCO公司签署了合作开发安钢CDM项目协议。如此,发达国家通过资金购买不足的碳配额来实现外部成本内部化;而发展中国家开发了先进技术实现了碳排放量的减少。

1 文献回顾

1.1 庇古税和科斯定理

碳税或碳排放权交易的实质就是将生产企业的外部成本内部化。传统解决这一问题的方法主要包括两类:一是20世纪20年代庇古(Pigou)提出的庇古税[3];另一是20世纪60年代科斯(Coase)所讨论由外部性导致的社会成本问题以及采取“私了”方式解决外部性问题的科斯定理[4]。科斯认为解决的方案应与强制企业支付给其行为造成损失的受害者的赔偿方案不同。

1.2 碳配额的政策研究

遵循着以上两种思路,国内外许多学者开始关注碳排放权分配方面的研究,大多数学者认为碳排放权分配方式主要有免费分配、公开拍卖和标价出售,前两种方式最为常见[5]。Aarón David Bojarski等人设计了低碳供应链的网络模型,认为整个供应链中某一时期的碳排放量等于政府在这一时期免费分配的碳配额加上从市场上购买的碳配额再减去通过市场卖出的碳配额[6]。杜[7]在考虑碳排放及其交易对企业生产决策的影响时认为:企业获得的排放许可来源于三种方式。即:政府免费分配量、碳市场交易量和碳排放减少量。本文在建立碳交易模型时也认为制造型企业的所有碳排放权来源于以上三个方面。

1.3 排放限额对企业行为影响研究

在对碳减排成本分析方面,张中祥[8]的研究表明,碳排放权交易在国际间比较活跃的原因是碳减排的边际成本在发达国家和发展中国家之间存在巨大差异。

在分析环境对企业行为影响方面,Fredrik通过比较三种模型分别得出了他们的最优排放税收[9]。J A Poyago-Theotoky[10]考虑了企业减排的技术溢出问题,对于R&D合作,独立R&D和ERC三种不同情况设计了两种契约机制。杜少甫等人分别研究了净化水平确定下企业的最优产量和最优净化量[11]。Zhang等[12]通过报童模型建立了企业依赖碳排放权交易机制下的生产与存储的优化决策模型。何大义等运用存储论的分析方法,得出了企业的最优生产决策、碳排放交易决策和减排率决策[13]。

1.4 考虑碳排放约束的供应链运营管理研究

Hoen等[14]研究了排放成本和排放限制两种碳排放规制对供应链中运输模式选择影响。随后,Hoen等[15]以一个实行运输外包的自愿减排的企业为对象,同时考虑了运输方式的选择和定价问题。Benjaafar等[16]分析如何通过运营决策的调整减少碳排放。Cachon[17]研究供应链零售商下游网点布局如何在满足碳排放约束的同时使运营成本最小化。

张靖江考虑了由排放权供应商和排放依赖型生产商所构成的两级供应链,给出了各方的最优决策和整个供应链的最终利润[18]。在此基础上,Du等[19]在考虑由传统非营利绿色环保组织(如能源管理公司EMC)作为碳排放权的供应商和碳排放权依赖企业组成的新型供应链优化问题。

综上,更多的学者还是侧重于要减少整条碳排放链的同时使得减排成本最小化和利润最大化;或者是侧重于考虑碳排放的整个供应链网络的优化设计和布局。而很少有人关注于在考虑了碳减排约束条件下的供应链上下游之间转移价格的博弈关系,及其与边际减排成本和碳交易价格之间的关系,本文正是基于这样的情景提出问题并进行分析解决的。

2 情景与模型

本文分析基于如下情景:在低碳经济环境下,消费者环境意识将不断提高。消费者在购买产品时除了要考虑价格因素外还会考虑产品生产过程中碳减排与环保和健康的关系。例如红星美凯龙国际家居连锁京沪—西南运营管理中心总经理王伟对什么是“低碳家居建材商场”做了严格的界定,该企业通过倡导低碳理念,扩大了潜在的消费群体。又比如国内两大零售商国美和苏宁相继通过宣传低碳节能产品引导消费者的消费理念,将一部分潜在的普通消费人群转化为低碳消费人群,最终实现了销售利润的提高。Fan Wang(2011)等学者就认为进行低碳供应链的需求预测时,我们不仅要以价格作为标准进行判断,还要考虑到在供应链中每个环节的碳排放量的大小。因此在消费者收入不变的前提下,低碳产品的需求将是价格和碳排放量综合的函数,即Q(p,e)。零售商将面对潜在需求增加与供应商抬高价格这样一种机遇与挑战并存的新环境,而制造商将在批发价格与减排投资之间进行权衡和决策。

2.1 假设与参数设定

(1)供应链中存在着一个制造商和一个零售商。双方均不存在库存。

(2)低碳产品的需求量是价格和减排量的线性函数。

(3)低碳产品采取成本加成法定价,即在单位产品成本的基础上,按照一定的加价率确定产品的价格。

(4)在一定的技术条件下,单位产品产生的碳排放量一定,制造商总的碳排放量将是产量的线性函数。

(5)单位碳排放的减排成本是减排率的增函数,并且随着减排率的增加而边际递增。

(6)减排成本投资对单位产品的生产成本没有影响,即单位产品生产成本在减排前后保持不变。

(7)政府在单一周期内免费分配的碳配额量是外生变量,并且当期碳配额不能转移到下一期使用。

(8)碳交易价格是由碳交易市场决定的,是外生变量。

(1)零售商批发价格曲线的斜率为负值,制造商批发价格曲线的斜率随着c(τ)τ的不断减小而由正值变为负值。制造商与零售商所形成的合作空间如图4灰色区域显示;

(2)随着c(τ)τ的不断减小,k1的变化速率要大于k2,于是灰色可行区域的面积将会减少,制造商批发价格的区间和上限都会减小,减排率由于减排投资的减少而减少;

(3)制造商在与零售商讨价还价中将处于不利地位,减排对于制造商来说意义很小。

以上四种情况我们可以看出,在低碳环境中,制造商减排效果在其与零售商价格竞争时将起到至关重要的作用。单位碳排放量减排成本过高,将减少制造商与零售商进行合作进而提高利润的空间;单位碳排放量减排成本过低,将使产品的碳排放过高,使其在与零售商进行价格竞争中处于不利地位;而单位碳排放量减排成本在一定的区间内围绕着碳交易价格波动时,并且略低于碳交易价格的时候,将使得制造商在与零售商讨价还价中更有话语权,此时的减排投资对于制造商来说是最有意义的。

4 结论

本文从对产品的需求出发,讨论了低碳环境下,消费者在购买低碳产品时不仅要考虑产品的价格,还要考虑到产品的碳排放量,从而构建了对低碳产品的需求函数。在假设零售商按需采购和制造商按需生产的前提下,得出并比较了分散决策和集中决策下零供双方的利润函数,结果可以看出双方均可以通过改变批发价格来获取更多的利润。然而,批发价格是与低碳产品的减排率、减排成本以及碳交易价格有密切联系的。单位减排成本过高,制造商将不会投巨资去减排,零供双方将没有合作的空间;单位减排成本过低,所生产的产品将不具有竞争力,制造商的减排投资不会起到什么效果,制造商在与零售商价格竞争时失去话语权;而单位减排成本在靠近碳交易价格区域内波动是最理想的状态。此时,零供双方均会有较大的利润提升空间,制造商所生产的产品将更具有竞争优势,并且制造商在与零售商进行价格竞争时更有话语权。对消费者来说,产品更加清洁环保,消费者使用得更加安全放心;对政府来说,总的碳排放量会逐渐地有所减少,从而完成联合国限定的减排任务;对制造型企业来说,利于它的长期发展,使其在低碳经济环境下做出正确的减排投资决策,从而立于不败之地。

参考文献:

[1]王遥.碳金融—全球视野与中国布局[M].中国经济出版社,北京,2010.8.

[2]魏一鸣.中国能源报告(2008):碳排放研究[M].北京科学出版社,2008.34.

[3]Arthur Cecil pigou.Welfare Economics[M].华夏出版社,2007.177-179.

[4]平新乔.微观经济学十八讲[M].北京大学出版社,北京,2001.326.

[5]Tietenberg T H,Cui Weiguo.Emissions Trading–Reform on Pollution Control Policy[M].Beijing Joint Press,1992.

[6]Aarón David Bojarski,José Miguel Laínez,Antonio Espua,et al.Incorporating Environmental Impacts and Regulations in a Holistic Supply Chains Modeling:An LCA approach[J].Computers and Chemical Engineering,2009,33:1747-1759.

[7]S DU,JF DONG,L LIANG,J Zhang.Optimal Production Policy with Emission Permits and Trading(J),Chinese Journal of Management Science,2009,17(6):3.

[8]Zhang Zhongxiang.The Economic Impact of Emissions Trading Market-Based on 12 Countries and Regions Marginal Abatement Cost Global Model Analysis[J].The Journal of Quantitative & Technical Economics,2003(9):95-99.

[9]Fredrik carlsson.Environmental Taxation and Strategic Commitment in Duopoly Model[J].Environmental and Resource Economics.Kluwer Academic Publishers.Printed in the Netherlands,2000,15:243-256.

[10]J A Poyago-Theotoky.The Organization of R&D and Environmental Policy[J].Journal of Economic Behavior & Organization.2007,62:63-75.

[11]杜少甫,董骏峰,梁樑,等.考虑排放许可与交易的生产优化[J],中国管理科学,2009,17(3):81-85.

[12]JJ Zhang,TF Nie,SF Du.Optimal Emission-dependent Production Policy with Stochastic Demand[J].Journal International Journal of Society Systems Science.2011,3(1-2):21-39.

[13]何大义,马洪云.碳排放约束下企业生产与存储策略研究[J].资源与产业,2011,13(2):63.

[14]K M R Hoen,T Tan J C Fransoo,G J van Houtum.Effect of Carbon Emission Regulations on Transport Mode Selection in Supply Chains[N].Working paper:Eindhoven University of Technology,Netherlands,2010.

[15]KMR Hoen,T Tan,JC Fransoo,GJ van Houtum.Switching Transport Modes to Meet Voluntary Carbon Emission Targets[N].Working paper,School of Industrial Engineering,Eindhoven University of Technology,October 17,2011.

[16]S Benjaafar,Y Li,M Daskin.Carbon Footprint and the Management of Supply Chains:Insights from Simple Models[N].Working paper.2009.http://ie.umn.edu/faculty/faculty/pdf/beyada-3-31-10.pdf.

[17]Gérard P,Cachon.Supply Chain Design and the Cost of Greenhouse Gas Emissions[N].Working paper:University of Pennsylvania,2011.

双碳存在的问题范文3

碳青霉烯对MRSA缺少有效活性,推测可能与大多数青霉素和头孢菌素一样,不能很好地与MRSA特有的青霉素结合蛋白PBP2a(或PBP2,)相结合。因而,在碳青霉烯中引入与PBP2a的“结合元素”,提高与PBP2a的亲合力,有可能提高碳青霉烯的抗MRSA活性。根据这一设计思路,我们设计了l,3,4—噻二唑碳青霉烯类新化合物60a—f。通过三氟甲磺酸酐活化1—β甲基碳青霉烯双环母核,将制备的5—取代的2—巯基—1,3,4—噻二唑侧链引入碳青霉烯双环母核的C—2位,脱去保护基,成功地合成了1,3,4—噻二唑碳青霉烯类新化合物60a—f’钾盐。并测定了新化合物60a—e的体外抗菌活性。

在合成的新化合物中60a、b的活性最强,其抗菌活性与对照药泰能、美罗培南、万古霉素相比:(1)对MSSA抗菌活性明显优于万古霉素及美罗培南16倍;与泰能相等。(2)对MRSA抗菌活性略弱于万古霉素;明显优于美罗培南4倍及与泰能16倍。(3)对肺炎球菌敏感菌抗菌活性明显优于万古霉素和泰能16倍,优于美罗培南32倍;对肺炎球菌耐药菌抗菌作用明显优于万古霉素和泰能2倍,优于美罗培南8倍。(4)对肠球菌敏感菌抗菌活性与万古霉素和泰能相等,是美罗培南2倍;对肠球菌耐药菌抗菌活性略弱于万古霉素,明显优于美罗培南32倍及与泰能16倍。(5)抗革兰阴性菌作用明显弱于美罗培南;但对绿脓杆菌显示有一定的抗菌活性,与泰能的抗菌作用相比差别不大。

从以上结果可以看出,合成的碳青霉烯类新化合物60a、60b抗革兰阳性菌活性除MSSA弱于泰能外,对MRSA、肺炎球菌、肠球菌活性均强于泰能和美罗培南。与临床上的抗MRSA抗生素—万古霉素相比对MSSA、肺炎球菌活性强于万古霉素,抗MRSA、肠球菌活性比万古霉素稍弱。经过进一步的生物学性质的研究和结构改造,有望开发成为抗MRSA的新一代碳青霉烯类抗生素。

随着硫霉素的问世和青霉素、头抱菌素耐药菌的出现,碳青霉烯类抗生素已成为当前治疗院内严重感染,包括多重耐药茵感染的一类有效的抗菌药物。虽然,亚胺培南、美罗培南等已上市的碳青霉烯具有很强的抗菌活性、超广的抗菌谱,并对β—内酰胺酶稳定,但对甲氧西林耐药的金黄色葡萄球菌(methicilliH—resistant Straphylococcus aureus,MRSA)缺乏有效的抗菌活性。从1961年第一次发现MRSA以来,MRSA现已成为全世界范围内最常见的院内感染病原菌。由于该菌不仅对各类β—内酰胺类抗生素具有内在的耐药性,而且通过获得其它耐药基因而呈现出对其它类抗生素的多重耐药性,给临床治疗带来了严重问题。目前,万古霉素(vancomycin)作为临床上治疗MRSA感染的一线用药,但因其具有副作用,限制了它在临床上的应用。而且,随着万古霉素在临床上的广泛应用,万古霉素耐药的MRSA和肠球菌的出现,已成为临床上更为棘手的问题。因而,迫切需要探寻新的具有强抗MRSA活性的碳青霉烯类抗生素。

碳青霉烯对MRSA缺少有效活性,推测可能与大多数青霉素和孢菌素一样,不能很好地与MRSA特有的青霉素结合蛋白PBP2a(或PBP2’)相结合。因而,在碳青霉烯中引入与PBP2a的“结合元素”,提高与PBP2a的亲合力,有可能提高碳青霉烯的抗MRSA活性。根据这一设计思路,我们设计合成了碳青霉烯类新化合物60a—f,并测定了新化合物60a—e的体外抗菌活性。

(一)1,3.4—噻二唑碳青霉烯类新化合物的合成

如前所述,为了寻找具有抗MRSA活性的新碳青霉烯类抗生素,我们设计将5—位取代的2—疏基—1,3,4—噻二唑引入1—β甲基碳青霉烯双环母核的C—2位,合成碳青霉烯新化合物。我们先选取具有代表性的取代基:2—吡啶基、苯基、甲基、氨基、酰胺基,进行初步的合成,并测定其体外抗菌活性,望能发现对MRSA具有有效活性的l,3,4—噻二唑碳青霉烯新化合物,进一步进行深入的构效关系研究,合成出具有开发前景的抗MRSA碳青霉烯类抗生素。

1.侧链5—取代的2—巯基—1,3,4—噻二唑引入

将制备的侧链5—取代的2—巯基—1,3,4—噻二唑引入碳青霉烯双环母核的C—2位,我们采用与活化的1—β甲基碳青霉烯双环母核的烯醇磷酸酯在二异丙基乙基胺的存在下,进行反应,但未能得到预期产物。这可能是由于侧链5—取代的2—巯基—l,3,4—噻二唑存在异构现象:其酮式结构的存在,减弱了硫的亲核性,使反应活性降低。

根据亲核取代反应机理,将制备的烯醇三氟甲磺酸酯(57)代替烯醇磷酸酯,使反应活性增强;同时将侧链制成硫醇锂盐,增强其亲核性,在无水四氢吱喃中,成功地在碳青霉烯双环母核的C—2位引入5—位取代的2—巯基—1,3,4—噻二唑侧链,得到产物(58)。

2.羟基脱保护

以二甲基甲酰胺、N—甲基毗咯烷酮作溶剂,与氟化氢铵在室温反应96h,即可脱去羟基的叔丁基二甲基硅醚保护,得到产物(59)。  3.羧基脱保护

用Pd(PPhz)4—PPhz作催化剂,与2—乙基己酸钾反应,脱去烯丙基,用大孔树脂柱层析纯化,冷冻干燥,得到目标产物(60)。其中,化合物(59f)侧链氦基上的烯丙氧碳基保护也应同时脱去,得到产物(60f),但分离纯化得到的是少量的氨基直接与烯丙基相连的产物(60f’)。推测,可能由于游离氨基很活泼,类似于硫霉素,在脱去烯丙氧碳基和烯丙基保护后,分解失活,而有少部分侧链氨基脱去烯丙氧碳基后因与脱下的烯丙基反应或经六元环环状过渡态重排生成烯丙胺产物(60f’),得到稳定,而未致分解。

(二)1,3,4—噻二唑碳青霉烯类新化合物60a—e的抑菌试验

双碳存在的问题范文4

【关键词】 碳税; 博弈; 可行性

中国是世界上第二大二氧化碳排放国,采取相关措施应对全球气候变化已成为我国一个不可回避的问题。同时环境与资源的约束制约着我国经济和社会发展,我国正面临着巨大的节能减排压力。在国际和国内的双重压力下,研究制定相应的减排措施非常必要,开征碳税作为一种减排途径倍受青睐,下文将从博弈论的视角出发,探讨开征碳税的可行性。

一、可行性分析

(一)理论基础

1.外部不经济性问题与庇古税

经济力量的相互作用产生了外部性,外部性使资源不能有效配置。英国经济学家庇古提出:国家可以通过税收或补贴的办法使得外部性内部化,这就是著名的庇古税。按照碳排放量或化石燃料中的碳含量征收的碳税就是一种庇古税。合理的碳税设计是将温室气体排放外部费用内部化的有效手段。

2.污染者付费原则

“污染者付费原则”是指排放污染物的单位和个体经营者缴纳一定的费用,以使其污染行为造成的外部费用内部化。碳税就可通过价格作用实现资源的有效配置。

3.双重红利

用环境税来替代现行的扭曲性税收,从而实现改善环境质量和降低超额税负、增加就业等非环境目标的双重功效,这就是所谓的环境税的“双重红利”效应。

4.收入中性理论

要开征一种新税就要保持税收收入的中性。例如:基于双重红利理论,政府在增加与环境相关的税收收入的同时,同比例降低从工资所得、财产或者利润等方面的税收收入。因此开征碳税应注重多个税种和税制结构的调整。

基于以上分析开征碳税在理论上是可行性。

(二)政策支持

2006年3月,我国“十一五”规划纲要指出,“十一五”期间主要污染物排放总量减少10%。

2007年6月,国家制定《节能减排综合性工作方案》,提出了实现节能减排的主要目标。2007年6月政府颁布了《中国应对气候变化国家方案》来减缓温室气体排放。

2007年12月的中央经济工作会议要求加快污染减排技术的开发和技术产业化示范。

2008年“两会”期间,政府工作报告提出实施节能减排重大技术和示范工程建设。

开征碳税可以转变经济发展方式并实现节能减排,我国已经出台了相应的政策为其运行提供支持。

(三)技术保证

碳税以碳的排放量作为税基,直接按照各种能源的含碳量确定,计量比较简单,同时我们可以借鉴其他国家碳税实践的丰富经验。

总之征收碳税在理论、政策、技术上都有其可行性,征收碳税可以实现节能减排的目标。

二、碳税的相关博弈模型

(一)企业进入博弈

1.相关分析

与其他减排方式相比征收碳税主要有以下优点:

其一,征收碳税有利于企业间公平竟争。一些企业向外界排放大量的二氧化碳,将成本转嫁给了社会,相对于无排放或者低排放的企业不公平。通过征收碳税可以将企业的外部成本内部化,达到企业间公平竞争的目标。

其二,提高资源利用率和社会生产效率。征收碳税,将企业的外部成本内部化,使得排污企业的成本提高。企业将不得不采取相应措施减少单位产出的能源消耗,从而改善资源配置,提高污染的治理能力。

其三,碳税的行政成本低于管制和许可,相对于制定标准、实施罚则来比成本较低。

2.模型构建

笔者假设企业是否进入高碳税的行业与政府是否征收碳税密切相关。设两个局中人为政府G和企业E,政府追求的是社会效益最大化,而企业追求的是自身利益的最大化,他们全都是完全的理性人。下面构建一个企业是否进入的动态博弈模型。首先是企业选择是否进入,其次是政府对于进入的企业选择是否征税,如图1,如果局中人企业E选择不进入那么博弈结束,它可以投资其他行业并得益g3;如果企业E选择进入高碳税的行业,政府G选择不征收碳税则双方得益为(g2,0),选择征收碳税则双方得益为(g1,T)。利用逆推法,对于政府G选择征税则得益T,不征税则得益为0,因此政府G选择征税。企业E进入得益g1,不进入得益g3,因此当g1大于g3时企业选择进入,反之选择不进入。

可以看到,存在一个均衡使得政府征收碳税的同时,企业也进入了高碳行业,双方实现各自利益的最大化。因此开征碳税达到了外部成本内部化,在企业进入的博弈中是可行的。

开征碳税将导致生产成本的提高,并促使部分产生CO2多的企业失去行业竞争力,最终退出该行业。未退出的企业将引进先进技术,降低CO2的排放,减少化石燃料使用,更多地使用非化石燃料,如氢能和电能,也会利用更清洁的能源,如水电、核电和风电。这就促使企业不断地探索与利用非化石燃料和清洁能源,研究和使用先进的节能减排技术,改善产业的不良结构,实现产业结构的优化与升级。与此同时,在降低能源消耗和加快节能减排技术的开发和利用过程中,还能催生一批专门致力于减排的新企业,促进新行业的发展。同时提高了资源利用率和社会生产效率,加强了污染的防治。

例如,我国财政部财政科学研究所苏明等组成的“中国开征碳税:障碍及对策措施研究”课题组提出碳税实施初期根据国家的经济政策等实际需要,在一定时期内对需要实施优惠的行业可以适度的减免税,对积极实施CO2减排并取得成效的企业,给予减免税优惠。

国外一些国家已经征收了碳税,表1是1999年丹麦对不同企业征收碳税的政策情况,对于不同的企业实行不同的政策,最终实现节能减排,达到资源的优化配置,促进了产业的优化升级。

(二)政府税率与企业产量的博弈

1.相关分析

碳税税率的设定将对我国的经济产生一定的影响,下面将分析是否存在最优碳税税率,使得企业获得利润最大化。

2.模型构建

下面是政府和企业的博弈模型。模型假定税率完全由政府决定,碳税在生产环节缴纳,企业(这里的企业主要指化石能源的生产、精炼、加工企业)根据产量缴纳碳税,并依据政府的税率要求决定产量。政府不仅追求较高的税率,还希望达到社会效益的最大化。政府效用应该是税率和产量两者的函数,即u=u(t,Q),其中t,Q分别表示税率和企业的产量。同时假设企业只关心利润最大化目标,这里假设收益是产量的函数R(Q),且企业的成本有税负成本,等于产量乘以税率再乘上一定的换算比率a,即t·Q·a;企业的其他成本假设为C且是固定的。企业的利润函数?仔=?仔(t,Q)=R(Q)-t·Q·a-C。

假设政府与企业之间的博弈过程是这样的:首先由政府来决定碳税税率,然后企业根据碳税税率决定生产产量。为了简便,假设生产产量和碳税税率都是连续且可分的,因此政府和企业都有无限种选择。这是一个完美信息动态博弈,用逆推归纳法来分析这个博弈。

第一步:先求出第二阶段企业对碳税的反应函数Q(t)。企业选择产量最大化的利润函数即:

实现最大利润需要满足条件?仔对Q的导数。?仔'(t,Q)=R'(Q)-t·a=0。R'(Q)-t·a=0的经济意义是生产最后一个单位产品所增加的收益等于增加税收的边际成本(税率t),在收益函数R(Q)的图形上反应出来就是使企业取得最大利润的产量,Q*(t)对应的总收益线R(Q)上的点处的切线斜率一定等于碳税税率,如图2所示。如果做出成本线t·Q·a-C与上述切线平行,这就意味着在切点处R(Q)与t·Q·a-C之间的距离就是企业的利润达到的最大值。

第二步:回到第一步政府的选择,由于政府了解企业的决策方案,因此他完全清楚自己选择的每种税率,企业的产量是由上述的Q*(t)决定的,因而政府需解决的决策问题是t*使其达到最大值。最大值函数为:

根据政府的效用函数u=u(t,Q)做出Q和t之间的无差异曲线,如图3所示,位置越高的无差异曲线代表政府的效用越高,将企业的反应函数Q*(t)画上去,那么企业的反应函数相切的无差异曲线就是政府能实现的最大效用。切点的纵坐标t*是政府要实现最大效用所必须选择的碳税税率,横坐标是企业对政府的t*的最佳反应Q*(t*)。博弈的均衡解就是[t*,Q*(t*)]。

从这个博弈过程可以看出,政府通过与企业的博弈可以制定出一个合适的税率,既避免因税率过低而造成的碳排放量过大引起环境污染,又可避免因税率过高而抑制社会生产。政府在征收碳税后,含碳量高且产量大的企业所缴纳的碳税就多,企业生产经营成本就会增加,利润就会降低。因此在利润的驱使下,征收碳税可促使企业选择最合适的产量。这样就可以达到CO2减排的目的。因此从博弈的视角出发,税收政策可以通过制定合适的税率等方式引导和激励纳税人实现二氧化碳减排。

例如,我国财政部财政科学研究所苏明等组成的“中国开征碳税:障碍及对策措施研究”课题组提出我国可以实行定额税率,从量征收。在开始征收碳税时以低税率起步,可选择10元/吨。CO2碳税税率换算关系为:1元/吨CO2=3.03元/吨原油=1.94元/吨煤炭=2.2元/千立方米天然气=3.13元/吨柴油=2.95元/吨汽油。

表2是国外其他国家征收碳税的税率,仅以煤炭和焦炭为例。丹麦、挪威和瑞典三个国家征收碳税较早,并且取得了显著成效,我国可以借鉴其经验,制定出一个合适的税率,达到CO2减排并保护环境的目标。

当然,我国开征碳税还面临着具体税率的制定,开征时机的选择,税收优惠的制定等一系列的问题需要解决;同时开征碳税也可能会带来收入低的居民难以承担,企业的竞争力下降等问题,这些问题也需要协调,因此开征碳税虽然可行,但仍有一系列的问题需要解决,本文在此不再赘述。

【参考文献】

[1] 王玲玲,李新春,马骁.环境污染税的博弈论分析[J].江苏科技大学学报(社会科学版),2007(1):15-17.

[2] 吴晓燕,有楠楠.低碳经济背景下开征碳税的相关问题探讨[J].财政监督,2010(21):67-68.

[3] 邢丽.碳税国际协调的理论综述[J].经济研究参考,2010(44):40-49.

[4] 谢识予.经济博弈论[M].上海:复旦大学出版社,1997.

双碳存在的问题范文5

关键词: 碳税工具;治理成效;煤燃料碳排放;欧盟

中图分类号: F810.42 文献标识码: A 文章编号:1003-7217(2011)06-0097-04

近年来,环境污染的碳税治理诉求渐趋强烈。欧盟较早将碳税作为一种调节工具用于治理环境。1988年多伦多气候大会上,几个国家发起减少20%的二氧化碳排放倡议,最终,芬兰、瑞典单方面提出征收碳税。随后,荷兰、斯洛文尼亚也开征碳税。1990年代末,欧盟主要成员国德国、英国引入类似的税以抑制愈演愈烈的温室气体排放。然而,作为宏观调控工具的碳税,不可避免的遭遇减排与经济发展之间矛盾的困境。如何实现碳税的“双重红利”,成为理论界和政策界争论的焦点。本文试图通过对欧盟碳税实践的客观分析,评价碳税工具调控成效,为我国税收政策设计提供借鉴。

一、欧盟碳税工具环境治理成效

碳税在抑制CO2排放方面究竟发挥着什么样的作用,欧盟国家有没有获得碳税“双重红利”?此类问题的争论发端于上个世纪80年代末,伴随着碳税制度兴起,并将继续进行下去。本文重点关注欧盟国家碳税政策工具的实践效果,进而发掘碳税工具的真谛。以下就1990~2006年间欧盟有关国家的碳税及其减排效果进行分析。表1是相关国家的CO2排放增量和能源使用增量情况,数据显示,碳税工具调控效果明显。

由表1可知,所有北欧国家都实施了碳税政策,但唯有丹麦减排效果最佳。碳税促进了北欧诸国减少能源使用强度,但挪威节能效果最不理想。也就是,碳税对于北欧诸国而言,都有着抑制CO2排放的作用,但节能减排的效果存在很大差异。

欧盟区内,丹麦是唯一碳税带来碳排放稳定下降的国家。表1所示,1990~2006年间,丹麦以年单位投入近15%的速度减排①。有趣的是,芬兰、荷兰、挪威在减排方面比美国情况还要糟糕。Martin, Isaac, Ajay Mehrotra and Monica Prasad(2009)的比较研究认为,在减少因节能减排对经济增长产生影响方面,丹麦比挪威和瑞典都要成功[1]。

丹麦是否以牺牲经济增长换来环境保护目标,毫无疑问,没有税收,经济增长速度可能更快。但自1993年以来,丹麦人创造了“丹麦奇迹”,并保持着经济的高速增长。Campbell and Pedersen(2007)比较了1990年代的丹麦、美国、德国和瑞典的经济运行状况时发现,在人均GDP、失业和通货膨胀等方面,丹麦与瑞典和美国情况相似,但比德国要好得多[2]。

二、欧盟国家碳税结构及其优惠政策分析

欧盟国家碳税工具调控效果迥异,是否与其税制结构有着一定的联系呢?

财经理论与实践(双月刊)2011年第6期2011年第6期(总第174期)唐祥来:欧盟碳税工具环境治理成效及其启示

1.芬兰。1990年,芬兰在全球率先推出碳税。考虑到碳税对企业生产经营及国民经济发展可能产生负面效应,通过降低所得税与劳务税税率以减轻企业税负,用碳税收入抵补减税空缺。最初,碳税征收范围涵盖所有矿物燃料,并以燃料的含碳量为计税依据,税率也较低。随后几年碳税税率逐渐提高,1995年达到38.30芬兰马克/吨CO2。同时,征税范围也在扩大。在税收优惠方面,芬兰实施严格的产业审查、审批制度,事实上只有少数工业设备生产企业获得税收返还机会,造纸和纸浆生产部门大约10~12个企业获得税收豁免②。

2.挪威。挪威在1991年开始对家庭和部分企业征收碳税,其目的是将2000年CO2排放量稳定在1988年的水平。1998年税制改革,碳税征收范围扩大到所有企业且税率不得低于13欧元/吨。但考虑到碳税会削弱国家竞争力,挪威政府制定了相应的税收返还政策,如将碳税收入部分的返还给使用生物柴油的企业,以及奖励那些提高能源利用效率和对于解决就业有突出贡献的企业。

3.丹麦。1992年,丹麦对家用能源征税,标准税率为13.4欧元/每吨CO2。1993年,对工商企业所用天然气开征碳税,税率与家用能源相同。1996年,丹麦推出新的能源税改革方案,其特点是实施行业差别税率,1996~2000年间的税率分别为:(1)重工艺,每吨CO2征收碳税5~25丹麦克朗,另签订能效改善协议且成功实施的企业,有效税率为3丹麦克朗/每吨CO2。(2)轻工艺,碳税税率是50~90丹麦克朗/每吨CO2,同样对签订协议并成功实施的企业实施低税率,2000年税率为68丹麦克朗/每吨CO2。(3)室内供热,碳税税率为200~600丹麦克朗/每吨CO2。

4.荷兰。1988年,荷兰开征环境税。1990年碳税成为环境税的一个税目。1992年,碳税改为能源税和碳税,比例各为50%。但大型用户可以享受能源税豁免。而天然气使用超过1000万立方米的生产厂商,其环境税的税率比基本税率要低40%左右。2004年,税改后只保留对煤征收环境税,其他能源产品的环境税转移到能源税和矿物油的消费税之中。第二种税是“能源管理税”。该税于1996年开征,并实施低税率,随后分阶段提高税率。1999年,主要针对小型用户征收能源管理税。2004年,将部分燃料环境税融入能源管理税,并将大型用户纳入标准征税范围。

5.瑞典。瑞典于1991年开征碳税。税基是根据各种不同燃料的平均含碳量和发热量确定。最初,私人家庭和工业用燃料的碳税税率均为250瑞典克朗/吨CO2。1993年,工业部门的碳税税率降为80瑞典克朗/吨CO2,同时提高家庭碳税税率至320克朗/吨CO2。此外,对于一些能源密集型产业,采取了力度颇大的税收优惠政策。如对于那些为制造业和农业提供热力的企业的除去汽油以外的全部燃料的能源税和70%的碳税返还等。

综上所述,欧盟碳税政策有着明显的特征:一是各国税种设置不同、税率差异大。税种设置分为单独设置碳税及能源税与碳税并重。挪威和瑞典的税率相对较高。二是混合征收方式。即税率设计既考虑燃料碳含量,还考虑不同燃料的比价、不同行业的燃料成本比重等因素。三是实行差别税率制度。对家庭、生产企业消费燃料实行差别税率政策,目的是获取“双重红利”。四是基本配置了税收优惠政策。税收优惠是有特定的消费指向,主要是最大限度地发挥政策工具的调控功能。

三、丹麦碳税工具环境治理成效深层次原因分析

丹麦碳税以减少煤的碳排放的指向目标明确,且“单一政策功能”的碳税思想使得碳税制度设计更符合本国经济社会发展实际,碳税工具环境治理成效显著。

1. 高碳替代能源的可获得性。丹麦碳排放的减少主要得益于煤燃料消费的碳排放减少。其主要特征之一是,在能源消费结构中,煤消费量占比大幅度下降,煤燃料排放占比下降更是明显,由1990年的33.86%降到2006年的22.61%[3]。石油燃料排放基本稳定,虽然1990年代中期曾经达到排放高峰,但2006年又回到了1990年代初期的排放水平。天然气排放一直处于稳定提高的状态。1990年,丹麦来源于煤的碳排放达到了24.41百万公吨,均高于芬兰(16.00)、挪威(3.49)和瑞典(9.61)。而1995和2001年,丹麦可再生能源占比分别为5.5%和16.4%③。因此,虽然单位资本能源消费量在增加,但由于发展了可再生能源,有效地替代了煤能源。可见,煤燃料的碳减排是丹麦碳减排的关键。

为什么丹麦碳税能够有效促进企业选择替代煤能源,原因主要有:一是开征碳税初期,丹麦能源结构中,煤能源占比大,达到了33.86%,因此,丹麦压缩煤消费的空间更大;二是丹麦在可替代能源上进行了大量投入,如开发风能,建造“热、能耦合”工厂以及发展氢能源等④可再生能源。丹麦的20%的电力来源于风力发电;三是通过对清洁能源如天然气等征收低税(相对于煤),从而设计出一个“人造替代性”。此种方法摒弃了按照碳含量对燃料征税的模糊做法,它对企业产生了“弃煤择气”的强烈激励。

2. 碳税收入用于环境专项治理。丹麦的碳税收入并非作为一般税收收入整体进入预算安排,而是作为环境治理目的再次回流到产业发展中。最初引入碳税时,其全部收入返回到产业中。1996年起,基于自愿协议的优惠导向,60%的碳税收入返回到产业中,40%的碳税收入指定用于特别的环境治理[3]。毫无疑问,丹麦的碳税产业返还政策有效地避免了该国经济竞争力的丧失,以及非最大化财政收入而社会理想水平的碳税设计理念,碳税政策的激励信号明显。

3. 自愿协议的激励政策。自愿协议是政府给予节能减排企业的一项税收优惠政策。企业达到了自愿协议所规定的碳排放,对企业实施较低的碳税税率。Shopley and Brasseur(1996)以企业访谈的方式评价自愿协议框架时说,大多数受访者认为,自愿协议能够激励企业投资高效节能技术。由于节能技术投资的回收期较长,没有优惠政策的支持,企业很难维持对高效节能技术的开发与利用投入,自愿协议在节能减排方面发挥着重要的作用。

4. 对家庭居民非歧视性碳税政策。北欧诸国对企业征收低税,对家庭居民征收高税。此制度安排基于碳税的“双重红利”思想。较之于家庭,企业对碳税的边际税率更敏感,而家庭的能源消费刚性更强。不同的是,丹麦对企业征收的碳税税率比其它国家都要高,而对家庭征收的碳税税率又比其它国家都要低。比较而言,丹麦的碳税政策对居民家庭的歧视性更弱。

四、欧盟碳税实践的几点启示

面对日益恶化的环境,采取任何严厉的治理措施均不为过,税收政策工具当仁不让。然而,依据我国经济社会发展现实,以及欧盟碳税实践经验,需要对以下问题仔细考量。

1. 我国征收碳税时机的选择。丹麦碳税政策成功经验之一是降低煤的使用量,开发替代煤的清洁能源,以及提高能效。从我国现时的能源消费结构来看,煤炭消费占有70%左右,压缩煤炭消费具有较大的空间。但从另一个角度,我国经济社会发展对煤炭的依存度较高,在煤替代能源还未真正形成,以及高效清洁能源尚在开发的初期,征收能源税(碳税)不但不能有效地促使企业转向消费低碳能源,相反,会直接加重企业负担,甚至危及其生存,非但不能产生“双重红利”,而且还会形成“双重黑损”。而且,我国煤炭工业已经形成了较大的产业规模,一些地区的民生基本依靠其维系,碳税对这些地区经济社会正常运行的影响是不言而喻的。当然,征收碳税是个趋势,但现在时机还不成熟。

2. 淡化碳税“双重红利”效应,立足节能减排调控功能。即使我国现在还无法实施碳税政策,但能源税改革应渐次推进。笔者以为,能源税改革的基本原则之一是,淡化碳税“双重红利”效应,立足节能减排调控功能。虽然“双重红利”问题还在争论,但其假设前提在现时的中国尚不具备。其一,我国是以流转税为主导的税制结构,个人所得税所占比重仍然很低,碳税调节扭曲性税收的客体并非明显存在。其二,我国劳动力供求严重失衡,供给几乎无弹性,碳税对劳动者的劳动供给行为的影响具有不确定性。其三,我国大部分税种的税目、税基和税率,还未从绿化角度进行全面设计,需要进一步优化。而且,作为一种宏观调节工具,同时发挥着两项以上的正向调节功能几乎是困难的,倒是反向功能往往互现。因此,应该将碳税功能定位于促进节能减排,并且,还要结合其它的政策工具综合调控。

3. 实施差别征税、善待民生、重在激励的碳税政策。开征碳税以及碳税标准的设计依据是:燃料的含碳量以及实施差别税率。丹麦对煤燃料征收高税,对天然气征收低税,引导企业消费天然气替代消费煤,这种做法我国即期还很难仿效,但通过差别税率调节燃料消费结构,引导消费是一种必要的手段。对不同的用户实施差别碳税,是欧盟诸国的普遍做法,也是制定税制的基本方针,我国在设计碳税时,应摈弃“善待企业、恶对居民”的做法。其原因:一是我国家庭能源消费属于基本民生。殊不知,即便在冬季,我国淮河以南的居民仍然缺乏供暖消费,因此,不存在能源过度消费问题;二是居民属于被动消费能源,能源消费的选择性较小,若对居民征收高税,不但不能优化消费结构,而且会进一步恶化民生。

碳税设计还应充分考虑其激励效用,通过节能减排战略,制定不同时期的减排指标,企业达到相应指标的,退还相应的碳税,激励企业自觉实施减排行为。另外,需要完善公共财政功能,在未建立环境预算的情况下,将碳税收入纳入专项资金管理范畴,形成健康的环境收支自循环,抑制环境的进一恶化。

4. 费税改革而非费外加税。我国现行的税制体制中,涉及到环境的相关税费并不在少数,但其发挥的环境保护功能非常有限,主要原因不仅它们分散在各种税费之中,而且基本是设置在消费环节,没有建立节约能源和保护环境的税制设置目标,因而也就没有形成税种、税制各要素相互配合、相互联系和制衡的相对独立的能源或环境保护税收体系。我国的碳税政策应走一条税费改革之路,而并非在已有的税费之外增加碳税,否则,其必然演化为政府获取财政收入的工具。在未来时期,我国可考虑设计融入型碳税方案,即不重新设立单独的环境税税种,主要通过对燃油税、消费税、资源税、城市维护建设税、耕地占用税以及车船税等部分现有税种的改革和完善,逐渐构建环境税制度体系。

注释:

①另外,英国因为减少煤炭工业致碳排放下降,德国由于关闭了东部工厂而致碳排放下降。

②Speck,Stefan,Mikael Skou Anderson,Helle Orsted Nielsen, Anders Ryelund, and Carey Smith.2006, The Use of Economics Instruments in Nordic and Baltic Environmental Policy 2001-2005. National Environmental Institute, Denmark.

③资料来源于“Energy Information Administration, International Energy Annual; del Rio and Gual(2004)”.

④荷兰经济能源结构与丹麦相似,煤能源占比较大。但荷兰过度依赖自愿协议,且工业企业达到自愿协议规定的碳排放标准,可完全获得碳税豁免。而丹麦的自愿协议只是个补充机制。

参考文献:

[1]Martin,Isaac, Ajay Mehrotra and Monica, Prasad. Introduction, in the new fiscal sociology:comparative and historical perspectives and taxation,eds[M].Isaac Martin, Ajay Mehrotra,and Monica Prsad.Cambridge University Press,2009:324.

[2]Campbell,John L., and Ove K. Pederson. The varieties of capitalism and hybrid success[J]. Comparative Political Studies,2007,40(3):307-32.

[3]Edward J. Balleisen and David A. Moss. Government and markets:toward a new theory of regulation[M].Cambridge University Press,2010:378.

[4]Daugbjerg, Carsten, and Anders Branch Pedersen.New policy ideas and old policy networks:implementing green taxation in scandinavia[J]. Journal of Public Policy,2004,24(2):219-49.

[5]Speck, Stefan, Mikael Skou Anderson, Helle orsted nielsen, anders ryelund, and carey smith.The use of economics instruments in nordic and baltic environmental policy 2001-2005[M]. National Environmental Institute, Denmark,2006.

[6]王哲林.环境税的国际比较及借鉴[J].税务研究,2007,(7):78-82.

[7]周剑,何建坤.北欧国家碳税政策的研究及启示[J].环境保护,2008,(408)(11B):70-73.

The Implement of European Carbon Taxation in Environmental Governance

TANG Xianglai

(School of Finance and Taxation, Nanjing University of Finance and Economics Nanjing 210046,China)

Abstract:Carbon taxation has good effects on the reduction of carbon emissions in European countries, especially in Denmark. The emission of Carbon from coal is restricted in narrow limits in Denmark. There, fuel as coal is imposed heavy taxes. There are different coal tax rate upon firms and residents. And voluntary agreements have great incentives in carbon emission reduction. Our government should levy carbon tax on an appropriate time, and environmental taxation system should be established based on reform of tax and charge. Forget the double dividend of carbon taxation and focus on its function of carbon emission reduction. Different tax rate between the companies and the families should be implemented.

Key words:Carbon taxation;Implement;Carbon emissions from coal;European Union

收稿日期: 2011-06-17

双碳存在的问题范文6

关键词:城市污水;脱氮除磷;反硝化除磷;反硝化聚磷菌

中图分类号:[R123.3] 文献标识码:A

污水厂脱氮除磷的传统工艺如:A2/O、氧化沟、SBR等,普遍存在基建投资大、运行费用高、能量浪费、排放温室气体等一系列问题[1]。研究表明自然界中存在着另一类反硝化除磷菌,这种细菌很好地解决了传统生物脱氮除磷中反硝化细菌与聚磷菌竞争碳源的问题。反硝化除磷技术是由反硝化聚磷菌(DPB)在厌氧/缺氧(A/A)交替环境中,通过它们独特的新陈代谢功能同时完成过量吸磷和反硝化脱氮双重目的 [2]。

1 反硝化除磷技术原理

反硝化除磷(denetrifiying phosphorus removing bacteria, DPB)技术原理和传统A/O法除磷机理极为相似。厌氧阶段,DPB释磷过程和传统除磷工艺中聚磷菌(PAOs)基本是一致的;而在缺氧阶段,不同于(PAOs)以O2作为电子受体,DPB是以NO3-作为氧化胞内PHB的电子受体。它利用降解厌氧阶段储存于体内的PHB产生的能量ATP,大部分供给自身细胞的合成(糖原的合成)和维持生命活动,一部分则用于过量摄取水中的无机磷酸盐,并以Poly—P的形式储存在细胞体内;同时NO3-被还原为N2。如此在厌氧缺氧交替运行条件下,通过DPB的新陈代谢作用即可同步实现反硝化和除磷的效果[3]。

2 反硝化除磷技术工艺

目前,满足DPB所需的工艺有单、双两级。在单级工艺中,DPB细菌、硝化细菌及非聚磷异养菌同时存在于悬浮增长的混合液中,经历厌氧/缺氧/好氧三种环境[4]。 最具代表性的是BCFS工艺。在双级工艺中,硝化细菌独立于非聚磷异养菌而单独存在于某一反应器中。

2.1 单级工艺(BCFS工艺)

BCFS工艺实际上是UCT 工艺的一种变型。虽然UCT的设计原理仅仅是基于对PAOs所需环境条件的工程强化,但实践中发现该工艺中存在着不少的DPB细菌。

2.2 双级工艺

在双极工艺中,硝化细菌独立于DPB而单独存在于好氧SBR反应器或者固定膜生物反应器中,实现了硝化和除磷功能菌的分离,从而避免了聚磷菌和反硝化菌争夺为低分子挥发性有机酸(Volatile Fatty Acid, VFA)而产生矛盾,同时避免了硝化细菌需要较长污泥龄(SRT)和聚磷菌需要较短SRT之间产生矛盾。根据其原理发展起来的工艺有Dephanox工艺、A2NSBR工艺等。

2.2.1 Dephanox工艺

回流污泥完成在厌氧池中的放磷和PHA的储备后在中间沉淀池中进行泥水分离。分离后的上清液直接进入随后的固定膜反应池中进行硝化;被沉淀的污泥跨越固定膜反应池进入一缺氧的悬浮生长反应池内同时完成硝化和摄磷,然后再进入曝气池再生污泥(氧化细胞内残余的PHA),使其在下一环中发挥最大的放磷和PHA储备能力。此工艺具有能耗低,污泥产量低且COD消耗量低的特点。

2.2.2 A2NSBR工艺

A2NSBR工艺由A2/O-SBR反应器和N-SBR反应器组成。A2/O-SBR反应器可去除COD和反硝化除磷脱氮;N-SBR反应器主要起硝化作用。这两个反应器的活性污泥是完全分开的,只将各自沉淀后的上清液相互交换。

3 反硝化除磷工艺的特点

反硝化除磷的主要特点是碳源利用高效、泥龄控制先进,在处理低碳氮比的废水方面具有很大的优越性。

3.1 一碳两用

传统除磷工艺的缺氧段主要进行反硝化反应,只有提供足够的电子供体才能保证反硝化过程的顺利进行,在好氧段,需要曝气来进行好氧摄磷。在反硝化除磷工艺的缺氧段,同样进行反硝化反应,但是反硝化所需的电子供体(碳源)由DPB细胞内的PHB提供,而不需要额外碳源。在反硝化除磷工艺中,废水中的碳源在厌氧段由DPB以PHB的形式储存起来,在缺氧段发挥除磷和脱氮作用,达到了“一碳两用”的目的。

3.2 双泥系统

实践证明,采用双泥系统更易获得良好的处理效果,操作控制也更灵活。硝化细菌和聚磷菌在生长动力学上的巨大差异,给常规单泥系统的生物除磷工艺的污泥龄控制带来了较大的困难。

在双泥系统中,硝化系统和除磷系统彼此独立,具有以下优点:①DPB只经历交替的厌氧缺氧环境和短暂的好氧环境,有助于该菌的进一步富集,并能根据摄磷需要来控制泥龄;②氧气主要用于硝化作用,氧气消耗降至最低;③硝化反应器进行相对单一的硝化作用,反应器体积进一步缩小;④采用硝化-反硝化工艺流程,减少回流量,并为缺氧段摄磷提供了足够的硝酸盐。

3.3 兼顾脱氮和除磷

如果将反硝化除磷工艺的脱氮和除磷能力分别与传统生物除磷和反硝化工艺相比,没有优势可言,其优势主要在于对除磷脱氮的整合优势。 在一定程度上,反硝化除磷工艺可以利用有限的碳源,较好地兼顾除磷和脱氮效率。 对于低C/N比废水,反硝化除磷工艺的优势则十分明显。

4 反硝化脱氮除磷工艺存在的问题

4.1 C/N比和C/P比

C/N比对反硝化除磷系统的运行效果影响很大,控C/N比实际上就是控制了系统中反硝化菌和反硝化除磷菌(DPB)这两类菌的优势生长。要想获得理想的反硝化除磷效果,应尽可能使外碳源硝酸盐不在同一时间内共存,否则需调整二者的比例才能获得氮、磷的完全去除。但在实际的工程中不可能达到完全的理想条件,在我国南方城市的污水多属于低碳高氮的特点,所以进水C/N比仍是反硝化除磷的限制因素。

4.2MLSS和SRT

SRT也影响着MLSS的大小。DPB是在厌氧/缺氧的条件下生长的,与厌氧/好氧环境中生长的PAO相比生长速率较慢,所以系统只有维持较长的SRT,才能保证较大的污泥浓度;相反,如果SRT较短则MLSS浓度较低,则无法保证系统的正常运行。

5结语

反硝化脱氮除磷作为一种新的可持续发展的生物污水生物处理工艺具有极好的发展前景,不仅节约能源和碳源,而且可以实现污泥减量,以其独特的高效脱氮除磷优越性日益得到人们的青睐。目前,反硝化除磷技术已从基础性研究发展到了工程应用阶段。实践表明它对城市污水,特别是C/N比值较小的污水有很好的处理效果。随着各项研究的深入,反硝化除磷工艺的可控性及稳定性将得到进一步提高,为其工程化应用铺平道路。

参考文献:

[1] 陈威, 李晓梅, 李博. 脱氮除磷工艺发展探讨[J]. 黑龙江环境通报, 2009, 33(2): 62-68.

[2] 裘湛. 污水反硝化除磷技术研究进展[J]. 污染防治技术, 2009, 6(22): 79-82.