李旭華，方 剛，黨春閣，于秀玲

（中國環(huán)境科學研究院環(huán)境保護部清潔生產中心，北京 100012）

1 前言

技術進步是新時期我國工業(yè)污染防治和產業(yè)升級的重要突破口[1]。2007年，我國頒布實施了《國家環(huán)境技術管理體系“十一五”建設規(guī)劃》，其中明確提出制定我國的污染防治最佳可行技術導則[2]，其靈魂則是最佳可行技術評估。目前，國內外的研究多集中在污染治理或全過程控制的管理體系建設上，尚未發(fā)現對電解錳（EMM）行業(yè)污染防治技術的篩選評估研究[3～5]。電解錳行業(yè)最佳可行技術評估能夠為我國電解錳行業(yè)和環(huán)境保護部門選擇清潔生產工藝、污染物達標排放技術和工藝方法提供重要依據，有利于促進行業(yè)整體技術進步和污染防治措施的科學性和可操作性的提高。

電解錳是我國重要的冶金、化工原材料，在國民經濟中占有十分重要的戰(zhàn)略地位[6，7]。由于長期以來的粗放型發(fā)展，產業(yè)發(fā)展缺乏統籌規(guī)劃，投入產出比較低，導致資源能源消耗較大，環(huán)境污染排放多且管理不夠規(guī)范。針對當前企業(yè)污染防治技術選擇和污染防治措施的難題，本文以電解錳行業(yè)為例，從清潔生產與污染控制系統的全流程出發(fā)，通過大樣本的污染防治技術調研，研究并構建了污染物減排技術評估指標和技術選擇方法，以環(huán)境、經濟效益多目標整體優(yōu)化為原則，開展技術篩選，得到污染防治最佳可行技術，并對篩選出的技術進行減排潛力預測，以此作為支撐電解錳行業(yè)污染物減排和技術普及推廣的依據。

2 污染防治最佳可行技術評估指標體系構建

2.1 污染防治最佳可行技術的定義

中華人民共和國環(huán)境保護部編制的《污染防治最佳可行技術指南評價技術通則》對污染防治最佳可行技術（BAT）的定義為：針對生活、生產過程中產生的各種環(huán)境問題，為減少污染物的排放，從整體上實現高水平的環(huán)境保護所采用的與某一時期的技術、經濟發(fā)展水平和環(huán)境管理要求相適應、在公共基礎設施和工業(yè)部門得到應用的有效、先進、可行的污染防治工藝和技術。

2.2 污染防治最佳可行技術評估框架的確定

依據污染防治最佳可行技術的定義，制定污染防治最佳可行技術的評估路線，如圖1所示。

圖1 污染防治最佳可行技術評估路線Fig.1 The pollution prevention and control BAT assessment route

2.3 污染防治最佳可行技術評估指標體系

對于最佳可行技術的評估篩選，在評估之前應確定可以將各項技術進行評估、分析、比較的指標體系，所構建的指標體系應能體現技術各方面的性能，滿足最佳可行技術定義的要求。在借鑒國外BAT經驗的基礎上，結合我國國情，并根據電解錳企業(yè)工藝流程、排污節(jié)點和污染防治技術的特點，構建適用于我國當前經濟和環(huán)境承受能力的評價體系。

電解錳行業(yè)污染防治最佳可行技術評估指標體系分為清潔生產技術指標體系和末端治理技術指標體系，評價指標體系主要包含目標層、準則層和指標層3個層次，如圖2和圖3所示。其中，目標層為一級評價指標，反映了電解錳行業(yè)污染防治最佳可行技術水平。準則層為二級評價指標，一般為具有普適性和概括性的指標。指標層中的各項指標在二級評價指標之下，是具有電解錳行業(yè)生產特點的、具體的、可操作的、可驗證的若干指標。

圖2 污染防治最佳可行技術評估指標體系（清潔生產技術）Fig.2 The pollution prevention and control BAT evaluation index system（cleaner production technology）

圖3 污染防治最佳可行技術評估指標體系（末端治理技術）Fig.3 The pollution prevention and control BAT evaluation index system（end-of-pipe control technology）

3 確定備選技術

本文設計了電解錳企業(yè)調研表格，通過函調和實地調研等途徑獲取技術參數，通過對大量調研數據進行處理篩選，最終獲得近70家企業(yè)的技術參數信息。通過調研發(fā)現：a.國內電解錳生產工藝主要采用濕法冶金工藝，該工藝在電解錳生產過程中產生大量含鉻含錳廢水和固體廢棄物，對周邊環(huán)境造成了嚴重的破壞；b.目前國內外鮮有與電解錳行業(yè)污染防治技術有關的研究，原因在于電解錳行業(yè)污染嚴重，20世紀90年代初，國外大批電解錳企業(yè)倒閉，到目前為止，國外電解錳企業(yè)只有南非Manganese Metal Company（MMC）一家，且其工藝水平與我國情況類似[2，8]；c.電解錳行業(yè)污染治理技術頗多，其中應用較多的主要有還原-中和沉淀、堿中和、鐵屑微電解、絮凝沉淀、堿液吸收、文丘里、袋式除塵、旋風+袋式除塵、電除塵和水膜除塵等，而清潔生產技術明顯不足，成熟應用的主要有負壓立磨、錳粉二段酸浸洗滌一體化、空氣氧化除鐵和鉻離子循環(huán)利用等。表1對各調研企業(yè)的污染防治技術進行了匯總。

4 污染防治最佳可行技術評估

在開展技術調研后，對于最佳可行技術指標體系（見圖2和圖3）中可定量化的指標則以調研數據為依據，對于定性指標則以專家判斷為參考，采用層次分析法[9～13]開展最佳可行技術評估。其具體步驟介紹如下。

4.1 規(guī)范化

規(guī)范化是指采用某些數據方法將不同量綱的指標值變成可比的規(guī)范值，即利用一定的數學變換，把性質、量綱各異的指標值轉化為可綜合處理的無量綱值，通常情況下各指標值統一變化到[0，1] 區(qū)間。

本文采用極差變換法對指標進行規(guī)范化。具體處理思想為：將最好的指標屬性值規(guī)范化為1，將最差的指標值規(guī)范化為0，其余的指標值均用線性差值方法得到其規(guī)范值。規(guī)范化后的各指標即xi。

對效益型指標，當maxxi→1，minxi→0時，其變化公式為

對成本型指標，當maxxi→0，minxi→1時，其變化公式為

4.2 構造判別矩陣

從層次結構模型的第一個指標開始，對其他指標采用1～9及其倒數的標度方法兩兩比較，確定構造出一個n階判斷矩陣，即A=（aij）n×n，aij＞1，aij=1/aji，aii=1，判斷矩陣的重要性標度及其含義見表2。

4.3 計算特征向量

根據所得判斷矩陣，計算最大特征值λmax及其對應的特征向量ωi

4.4 一致性檢驗

對計算出的特征向量進行一致性檢驗，當一致性比率參數CR小于0.1時，則認為該判別矩陣通過一致性檢驗，則最大特征值對應的特征向量即為權重，不能通過檢驗的判別矩陣需要重新調整標度，直至具有滿意的一致性。

CR計算公式為

式中，CI為一致性指標，；RI為隨機平均一致性指標，RI=-0.5114+2.1784lgn。

表2 重要性判斷標度及其含義Table 2 Important judgment scale and its application

4.5 加權

將各指標規(guī)范化后的值xi和所得判別矩陣對應的特征向量ωi進行加權處理，即可得出該項技術的綜合評價結果值

4.6 評估結果

評估出的電解錳行業(yè)污染防治最佳可行技術分為兩類：一類為清潔生產技術，即通過生產工藝的改進或提升達到預防或減少污染物排放目標的實際應用技術；另一類為污染治理技術，即在工藝末端使污染物減少排放的實際應用技術（見表3）。

續(xù)表

5 污染減排潛力分析

電解錳行業(yè)水環(huán)境污染嚴重，據統計每生產1 t電解錳，就會產生3～4 m3廢水（不包括循環(huán)冷卻水）[14]。電解錳廢水pH低，含有Cr6+、M2+、NH3-N等有害成分，且NH3-N濃度很高，對錳三角地區(qū)多家代表性的電解錳企業(yè)的生產廢水進行取樣分析發(fā)現NH3-N濃度達8000 mg/L，最高達13000 mg/L，超過國家排放標準（15 mg/L）500倍以上，對環(huán)境造成極大污染[15～19]。在篩選出的電解錳行業(yè)污染防治最佳可行技術的基礎上，通過構建自底向上模型[20～24]，并根據研究需要對模型進行簡化改進，來預測各項技術的減排潛力。

式中，Fi，p為情景年與i工藝對應的p污染物削減量；Qi，p為基準年與i工藝對應的p污染物排放量；Yi，j，k為i工藝j技術生產k產品產量；gi，j，k為i工藝j技術生產k產品的污染物產生系數。

通過文獻調研、企業(yè)調研和專家咨詢獲得各項參數，如基準年污染物排放量通過行業(yè)年鑒獲得，工藝過程各項技術生產的產品產量通過文獻和企業(yè)調研獲得，工藝過程各項技術噸產品污染物產生系數通過咨詢專家和分析行業(yè)情況后折算得到。假設各污染物年排放總量不變，以2010年為基準年，計算情景年2015年各技術的減排能力。

根據潛力分析計算結果，2015年電解錳行業(yè)廢水排放總量可削減270多萬噸，NH3-N氨氮減排6.6×104t，減排回收的錳和重鉻酸鉀可分別達到1.9×105t和 3.747×107t，錳渣減排4×106t。結果也顯示出清潔生產技術減排量明顯大于末端治理技術減排量，表明清潔生產技術具有較大的推廣普及潛力。

6 結語

污染防治最佳可行技術篩選評估使得電解錳行業(yè)“無好技術可用，有好技術不用”的困局得到了改善，最佳可行技術的初步推廣和普及使得行業(yè)污染物排放得到了有效控制，環(huán)境惡化趨勢有一定程度的減緩，但總體環(huán)境形勢依然嚴峻。最佳可行技術減排潛力分析初步預測了電解錳行業(yè)各項最佳可行技術的污染減排能力，從而使企業(yè)對最佳可行技術的推廣和普及所帶來的減排效果有了直觀的認識，同時也為行業(yè)工藝結構調整指明了方向。加大清潔生產技術的推廣和普及，尤其針對新建企業(yè)進行大力推廣，鼓勵其采用清潔生產技術，有利于實現行業(yè)技術結構的進一步優(yōu)化。

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