大宗工业固体废物是指我国各工业领域在生产活动中年产生量在1 000×10⁴ t以上、对环境和安全影响较大的固体废物^[9]。结合徐淑民等^[10]的研究成果可知，尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣等是我国产生量最大的工业固体废物。本研究重点针对采矿、电力、热力、冶金等传统行业，分别选取尾矿、煤矸石、粉煤灰、冶炼渣、工业副产石膏等典型大宗工业固体废物产生量作为研究对象。有关数据来自2012–2020年生态环境部发布的《中国环境统计年报》^[11]《全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》^[12]。

采用某一行业某类典型大宗工业固体废物产生量与同期全国该品类废物产废总量的百分比，表示某一行业对某类大宗工业固体废物的产废贡献度，具体计算公式见式(1)。

式中：C_ij为i行业对j类大宗工业固体废物的产废贡献度；m_ij为某一时段i行业j类大宗工业固体废物的产废量，kg；M_ij为相同时段全国i行业j类大宗工业固体废物的产废总量，kg。

GM(1,1)是常用的灰色系统预测模型^[13]，其所构建的微分方程具有随时间变化的系数，因此可为具有单调特性数列进行准确预测。

设原始数列为式(2)。

根据灰色理论建立白化形式的一阶一元微分方程GM(1,1)，见式(3)。

式中：x⁽¹⁾为原始数列的一次累加序列；a为发展系数；u为灰色作用量。

对方程(3)求解后，还原可得预测方程，见式(4)。

式中：$ {x}^{\widehat{\left(1\right)}} $为求解序列；$ {x}^{\widehat{\left(0\right)}} $为求解序列一次累减还原所得到的预测序列。

为确保GM(1,1)模型预测方法适用于目标数据列，可采用级比检验对原始数列(2)进行检验处理。计算数列的级比见式(5)。

若所有的级比都落在区间内，则说明该原始数列具有规律性，可以建立GM(1,1)模型进行预测^[14]。

根据历年环境统计数据显示，我国大宗工业固体废物的产生量占到一般工业固体废物产生量的70%^[11-12]。图1展示了2013–2019年全国重点调查企业尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣、脱硫石膏等6种典型大宗工业固体废物产生量的变化趋势。可以看出，2013–2019年，尾矿是产生量最大的固体废物品类，年产生量约占6种典型大宗工业固体废物产生总量的40％。由于自2016年以来供给侧结构性改革的持续深化，我国钢铁、煤炭、有色等行业“十三五”期间的产能规模变化趋势与“十二五”期间存在较大差异，受不同年份尾矿产生量波动幅度较大影响，2012–2019年，以上6种典型大宗工业固体废物产生总量呈现出先减少后增长趋势，并于2016年达到最低值23.20×10¹¹ kg。“十三五”期间，6种典型大宗工业固体废物产生总量持续增长，2019年产生总量为29.10×10¹¹ kg，相较2016年增幅达25.6％。分地域看，2019年我国一般工业固体废物产生量排名依次是华北、华东、西南、西北、华中、东北、华南，分别是13.01×10¹¹、9.23×10¹¹、5.82×10¹¹、5.55×10¹¹、4.58×10¹¹、3.78×10¹¹、2.10×10¹¹ kg；其中，华北地区的山西、内蒙古、河北3个地区一般工业固体废物产生量居全国前三位，分别占全国产生量的11.8%、9.7%、7.4%^[11]。

根据《2016–2019年全国大中城市固体废物污染环境防治年报》^[12]，采用某一特定行业尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣、脱硫石膏等典型大宗工业固体废物产生量占同期全国产生总量的比例，评估不同行业对典型大宗工业固体废物产生量的贡献程度。如图2所示，2016–2019年尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣、脱硫石膏等大宗工业固体废物普遍集中产生于1~2个特定行业，且特定行业的贡献程度普遍超过80％。具体来看，87％的尾矿产生于金属矿采选业，97％的煤矸石产生于煤炭开采和洗选业，91％的冶炼废渣产生于金属冶炼和压延加工业，而电力、热力生产和供应业产生了87％的粉煤灰、52％的炉渣和81％的脱硫石膏。

根据《2016–2019年全国大中城市固体废物污染环境防治年报》^[12]，基于不同行业产废贡献程度分析，图3显示了2016–2019年金属矿采选业、煤炭开采和洗选业等特定行业典型大宗工业固体废物产生情况变化趋势。可以看出，所选取的时段内，金属矿采选业尾矿，电力、热力生产和供应业粉煤灰、炉渣和脱硫石膏，煤炭开采和洗选业煤矸石，以及金属冶炼和压延加工业冶炼废渣产生量普遍呈现出稳步增长趋势。

选取“十三五”时期供给侧改革后，2016–2019年生态环境部公布数据作为产生量预测基础数据样本时段^[12]。同时，考虑到特定行业对某一品类大宗工业固体废物产生量贡献较大，且GM(1,1)模型较好的适用于线性数据样本预测，本研究选取金属矿采选业尾矿，电力、热力生产和供应业粉煤灰、炉渣和脱硫石膏，煤炭开采和洗选业煤矸石，以及金属冶炼和压延加工业冶炼废渣产生量等6种典型大宗工业固体废物产生量作为研究对象数据样本。具体数据见表1。

利用所建立的大宗工业固体废物产生量与年份的一阶微分方程模型，得到2021–2025年不同行业尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、脱硫石膏等典型大宗工业固体废物产生量预测结果，见图4。根据1.3给出的方法求解得到大宗工业固体废物产生量与年份关系的一阶微分方程模型。模型相对误差均少于0.1，证明模型达到较高要求。所有模型均通过后验差检验，可认为模型总体预测效果理想。

GM(1,1)模型预测结果显示，“十四五”时期我国冶金、电力等传统行业典型大宗工业固体废物产生量将持续增长；预计到2025年，我国金属矿采选业尾矿，电力、热力生产和供应业粉煤灰，煤炭开采和洗选业煤矸石，黑色金属冶炼和压延加工业冶炼废渣，电力、热力生产和供应业炉渣及脱硫石膏产生量将分别达到13.46×10¹¹、6.45×10¹¹、15.86×10¹¹、6.21×10¹¹、2.57×10¹¹和2.50×10¹¹ kg，较2019年产生量分别增长55％、39％、238％、73％、52％和131％。其中，产生量增长速度最快的煤炭开采和洗选业煤矸石年均增长率达40％，将于2025年超过金属矿采选业尾矿，成为产生量最大的大宗工业固体废物品类。

大宗工业固体废物综合治理是制约我国生态环境治理工作取得实效的重要瓶颈问题。从环境治理工作的风险和挑战来看，由于大宗工业固体废物年产生量和历史存量巨大，长期堆存的工业固体废物对大气扬尘、土壤和地下水环境污染问题突出，环境风险长期存在。同时，由于我国工业发展依赖资源和能源的持续投入，且钢铁、有色、电力等传统行业规模大，在经济结构和技术条件没有明显改善的情况下，在未来一段时间内资源需求的增长趋势将长期持续，尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣、脱硫石膏等大宗工业固体废物产生量保持在较高水平也将是客观现实。因此，如果能有效提高我国典型大宗工业固体废物的综合治理能力，将对我国经济社会发展的资源保障能力提供重要支撑。有研究表明，在我国现有技术条件下，可利用工业固体废物替代60%～70%的建材矿产资源，平均综合利用1 000 kg工业固体废物可产生370元的产值。据此，仅电力、热力生产和供应业脱硫石膏，2025年综合利用潜力可达1.75×10¹¹ kg，产值可达到925×10⁸ 元^[15]。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》^[16]明确提出，以尾矿和共伴生矿、煤矸石、粉煤灰、建筑垃圾等为重点，开展100个大宗固体废弃物综合利用示范。同时，作为“十四五”时期“无废城市”建设的重要领域，生态环境部已明确提出要在深入打好污染防治攻坚战和碳达峰碳中和等重大战略部署下，加快探索重点行业工业固体废物减量化和“无废矿区”“无废园区”“无废工厂”建设的路径模式^[17]。尤其是大宗工业固体废物综合治理对于减污降碳协同增效意义重大，有研究表明，利用粉煤灰等工业固体废物替代石灰石等碳酸盐类高载碳原料，可有效降低煅烧环节能耗和石灰石分解产生的二氧化碳排放，每综合利用1 000 kg粉煤灰可减少二氧化碳排放约850 kg。基于产废量预测估算，电力、热力生产和供应业粉煤灰如果全量利用，2025年减碳贡献可达5.48×10¹¹ kg。因此，开展“无废城市”建设，在工业领域系统推进大宗工业固体废物减量化、资源化和无害化，能够更好地推动能源结构根本改变和产业结构、交通运输结构、用地结构的优化调整，从而实现减污降碳、协同增效。

1)2013–2019年全国重点调查企业尾矿、粉煤灰、煤矸石、冶炼废渣、炉渣、脱硫石膏等6种典型大宗工业固体废物产生总量呈现出先减少后增长趋势，普遍集中产生于1~2个特定行业，且特定行业的贡献程度超过80％。

2)模型预测结果显示，到2025年，我国金属矿采选业尾矿，电力、热力生产和供应业粉煤灰，煤炭开采和洗选业煤矸石，黑色金属冶炼和压延加工业冶炼废渣，电力、热力生产和供应业炉渣及脱硫石膏产生量较2019年产生量分别增长55％、39％、238％、73％、52％和131％。

3)建议以采矿、冶金、电力、热力等产废量较大的行业为重点，按照《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》相关要求，合理规划大宗工业固体废物利用处置设施布局和能力建设。

4)建议借助“十四五”时期“无废城市”建设试点工作，统筹利用政策、资金、技术全方位扶持清洁能源替代和大宗工业固体废物源头减量，持续打通大宗工业固体废物消纳利用渠道，充分发挥大宗工业固体废物治理助力减污降碳、协同增效的作用。