徐 恒,欒金義,魏尚琿,夏 瑜,魏玉梅,何緒文
(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京 100083;2.中國(guó)石化 北京化工研究院,北京 100013)
石化是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱性產(chǎn)業(yè),但同時(shí)也是廢水污染排放與控制的重點(diǎn)行業(yè)。石化廢水污染控制主要包括石化裝置區(qū)廢水源頭減排與預(yù)處理、末端廢水達(dá)標(biāo)處理與回用處理等環(huán)節(jié)。石化廢水達(dá)標(biāo)排放關(guān)系到流域水生態(tài)環(huán)境安全,是《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。2015年,生態(tài)環(huán)境部頒布了《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 31571—2015)[1]等針對(duì)石化行業(yè)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn),廢水排放執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)較原標(biāo)準(zhǔn)更為嚴(yán)格。因此,如何根據(jù)工程實(shí)際情況從現(xiàn)有石化行業(yè)水污染控制技術(shù)體系中選擇適宜的石化廢水達(dá)標(biāo)排放處理技術(shù)變得愈加重要。
技術(shù)綜合評(píng)估,旨在對(duì)現(xiàn)有同類技術(shù)進(jìn)行多維度的綜合量化分析與對(duì)比,明確不同技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì),為技術(shù)推廣應(yīng)用提供理論依據(jù),目前已在揮發(fā)性有機(jī)物控制[2]、城鎮(zhèn)生活污水處理[3-4]、農(nóng)村生活污水處理[5-7]、固體廢物管理[8]等環(huán)境治理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。常用的評(píng)估方法包括德爾菲法[6]、層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)[9]、模糊綜合評(píng)估法[5]和灰色關(guān)聯(lián)分析法[10]等。“標(biāo)桿管理”是一個(gè)系統(tǒng)的連續(xù)的評(píng)估過程,通過不斷地與行業(yè)領(lǐng)先者比較,并根據(jù)差距制定詳細(xì)的實(shí)施方案,達(dá)到持續(xù)改進(jìn)乃至超越標(biāo)桿的目的[11]。標(biāo)桿法(Benchmarking Method,BM)成為技術(shù)評(píng)估中重要的一種數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化工具,具有非常廣闊的應(yīng)用前景,近年來逐步應(yīng)用于能源、交通和生態(tài)環(huán)保等領(lǐng)域[12-16]。
鑒于目前石化廢水處理領(lǐng)域尚未形成科學(xué)的、系統(tǒng)的技術(shù)綜合評(píng)估方法,本文擬將AHP和BM結(jié)合,構(gòu)建基于AHP-BM的混合評(píng)估模型,并采用實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行賦值計(jì)算,進(jìn)一步對(duì)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行分析,以期為石化行業(yè)水污染控制技術(shù)評(píng)估提供理論依據(jù)。
AHP-BM評(píng)估模型由兩部分組成:即AHP和BM。其中,AHP的功能在于建立評(píng)估指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)以及確定各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重;在此基礎(chǔ)上,應(yīng)用BM對(duì)評(píng)估數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,最后進(jìn)行加權(quán)計(jì)算與綜合評(píng)估。AHP是目前最常用的指標(biāo)權(quán)重確定方法,它能將專家定性的描述與定量的計(jì)算進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,提高了技術(shù)評(píng)估過程中的科學(xué)性和高效性。BM通過將評(píng)估數(shù)據(jù)與標(biāo)桿數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,獲得標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù),可有效消除指標(biāo)屬性、單位、量級(jí)尺度的影響。
首先,根據(jù)各個(gè)指標(biāo)的內(nèi)在聯(lián)系對(duì)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)(一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)等),形成如圖1所示的指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)模型。然后,依次開展判斷矩陣構(gòu)造、判斷矩陣求解、一致性檢驗(yàn),得到各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重[7,17]。
圖1 技術(shù)評(píng)估指標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)模型
1.2.1 標(biāo)桿值獲取
在傳統(tǒng)的標(biāo)桿管理中,一般會(huì)選取實(shí)際存在且發(fā)展水平高的企業(yè)作為標(biāo)桿,將其各項(xiàng)指標(biāo)值作為標(biāo)桿值[15]。本文擬結(jié)合石化行業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)資料,選取一批在廢水污染控制方面表現(xiàn)良好的企業(yè)或工程作為樣本。其次,基于實(shí)際調(diào)研數(shù)據(jù),選取樣本中的指標(biāo)最大值(正指標(biāo))或最小值(逆指標(biāo))作為標(biāo)桿值。
1.2.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理
為消除指標(biāo)屬性、單位、量級(jí)尺度的影響,需要對(duì)各指標(biāo)實(shí)際值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,正指標(biāo)和逆指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化公式分別見式(1)和式(2)。
式中:xij為第i項(xiàng)待評(píng)估技術(shù)第j個(gè)指標(biāo)的實(shí)際值;Xij為第i項(xiàng)待評(píng)估技術(shù)第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;Yj為第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)桿值。
基于指標(biāo)權(quán)重以及其標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算結(jié)果,某項(xiàng)待評(píng)估技術(shù)的綜合評(píng)估指數(shù)計(jì)算公式見式(3)。
式中:Zi為第i項(xiàng)待評(píng)估技術(shù)的綜合評(píng)估指數(shù);W為指標(biāo)的權(quán)重向量;wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值;Xi為第i項(xiàng)待評(píng)估技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化值集合。
根據(jù)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)[18]、《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 31571—2015)[1]、《石油煉制工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 31570—2015)[19]等國(guó)家發(fā)布的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際企業(yè)調(diào)研情況,經(jīng)過多次專家咨詢會(huì)討論后,形成如表1所示的石化廢水達(dá)標(biāo)排放處理技術(shù)綜合評(píng)估指標(biāo)體系,其中的三級(jí)指標(biāo)類別與含義見表2。
表1 石化廢水達(dá)標(biāo)排放處理技術(shù)綜合評(píng)估指標(biāo)體系
表2 三級(jí)指標(biāo)類別與含義
為便于評(píng)估模型賦值計(jì)算,需依據(jù)表3所列標(biāo)準(zhǔn)將表2中的定性指標(biāo)進(jìn)行定量轉(zhuǎn)化。
結(jié)合已建立的指標(biāo)體系,通過專家打分,獲得各層指標(biāo)的判斷矩陣,再經(jīng)過計(jì)算特征向量與層次單排序、矩陣的一致性檢驗(yàn)、層次總排序及一致性檢驗(yàn)等過程,最終計(jì)算得出各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重,結(jié)果見表4。
表3 定性指標(biāo)定量轉(zhuǎn)化標(biāo)準(zhǔn)
表4 石化廢水達(dá)標(biāo)排放處理技術(shù)綜合評(píng)估指標(biāo)體系的權(quán)重表
根據(jù)企業(yè)調(diào)研和專家咨詢資料,對(duì)表5所示典型達(dá)標(biāo)處理技術(shù)工藝進(jìn)行評(píng)估。通過選擇各項(xiàng)指標(biāo)的最佳值作為標(biāo)桿值,對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,結(jié)果見表6。在此基礎(chǔ)上,計(jì)算得出技術(shù)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境3個(gè)單項(xiàng)評(píng)估指數(shù),以及綜合評(píng)估指數(shù),結(jié)果見表7。
從表7可以看出,在綜合評(píng)估指數(shù)方面,“隔油+氣浮+A/O-PACT“和“隔油+氣浮+MBBR+催化臭氧氧化+BAF”兩種技術(shù)工藝較為接近,分別為0.80和0.79;后面依次為“隔油+氣浮+A/O-MBR”(0.77)、“隔油+氣浮+A/O+過濾”(0.63)和“隔油+氣浮+A/O+氣浮+BAF”(0.62)。從企業(yè)調(diào)研情況來看,“隔油+氣浮+A/O-PACT”和“隔油+氣浮+MBBR+催化臭氧氧化+BAF”兩種技術(shù)工藝應(yīng)用較為廣泛,這與評(píng)估結(jié)果是一致的。
表5 待評(píng)估技術(shù)工藝原始數(shù)據(jù)
表6 待評(píng)估技術(shù)工藝各項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果
表7 待評(píng)估技術(shù)工藝單項(xiàng)、綜合評(píng)估指數(shù)
此外,從技術(shù)性能方面看,“隔油+氣浮+MBBR+催化臭氧氧化+BAF”工藝評(píng)估指數(shù)最高(0.50),主要因?yàn)槠渚哂休^高的先進(jìn)性、穩(wěn)定性和出水水質(zhì);從經(jīng)濟(jì)性能方面看,“隔油+氣浮+A/O+過濾”工藝評(píng)估指數(shù)最高(0.20),主要因?yàn)槠淞鞒坦に囕^為簡(jiǎn)單成熟且流程短,投資成本和運(yùn)維成本相對(duì)較低;從環(huán)境效應(yīng)方面看,“隔油+氣浮+A/O-MBR”工藝產(chǎn)生的固廢、廢氣相對(duì)較少,因而該項(xiàng)評(píng)估指數(shù)最高(0.18)。
a)本文構(gòu)建了包含3項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)、8項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)和14項(xiàng)三級(jí)指標(biāo)的石化廢水達(dá)標(biāo)排放處理技術(shù)綜合評(píng)估指標(biāo)體系?;趯<掖蚍纸Y(jié)果,利用AHP法獲得各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重,最后基于5項(xiàng)典型達(dá)標(biāo)排放處理技術(shù)工藝的調(diào)研數(shù)據(jù),利用BM法進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理,計(jì)算得到每項(xiàng)技術(shù)工藝的單項(xiàng)評(píng)估指數(shù)以及綜合評(píng)估指數(shù)。
b)評(píng)估結(jié)果表明,“隔油+氣浮+A/O-PACT”和“隔油+氣浮+MBBR+催化臭氧氧化+BAF”兩種技術(shù)工藝綜合指數(shù)較高,同時(shí)具有較好的技術(shù)性能,但經(jīng)濟(jì)性能較低,因此,在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下,可以優(yōu)先考慮。
c)評(píng)估結(jié)果受指標(biāo)權(quán)重的影響較大,目前指標(biāo)權(quán)重的獲取主要依賴專家打分的結(jié)果。因此,在進(jìn)行石化行業(yè)水污染控制技術(shù)綜合評(píng)估時(shí),應(yīng)為專家提供實(shí)際水量、水質(zhì)、用地、管理需求、經(jīng)濟(jì)成本需求等背景資料,以便獲得因地制宜的權(quán)重?cái)?shù)值和優(yōu)選技術(shù)。