徐學(xué)驍， 左 武， 武 倩， 呂宜廉， 周海云， 姚烘燁

（江蘇省環(huán)境工程技術(shù)有限公司， 江蘇 南京 210019）

0 引言

工業(yè)廢鹽主要來源于工業(yè)生產(chǎn)（包括精細(xì)化工、醫(yī)藥生產(chǎn)以及高鹽廢水處理等過程[1-2]）。 我國工業(yè)廢鹽產(chǎn)量隨著工業(yè)的快速發(fā)展而快速增長， 我國工業(yè)廢鹽年產(chǎn)量已超過2.0 × 107t[3]。 其具有種類多、產(chǎn)生量大、成分復(fù)雜、毒性大、處理成本高、環(huán)境危害大等特點(diǎn)[4]。

目前，工業(yè)廢鹽處理技術(shù)主要包括物理法、氧化法、膜分離法、熱處理法等[5-9]。 物理法通過溶解結(jié)晶及提純等方法進(jìn)行處理，其主要包括重結(jié)晶法、鹽洗法和萃取法等[10]。 氧化法主要利用氧化劑使廢鹽中不易降解的有機(jī)物氧化， 物理法難以處理時(shí)可采用氧化法迅速地將有毒、有害有機(jī)物完全氧化，以得到干凈的產(chǎn)物[11]。 膜分離法采用納濾膜或離子交換膜使有機(jī)物與鹽分離，其主要方法包括納濾、微濾以及電滲析等。 熱處理法通過高溫使得廢鹽中有機(jī)雜質(zhì)迅速分解，實(shí)現(xiàn)有機(jī)物脫除[12]，因熱處理對(duì)脫除有機(jī)物比較徹底，故研究人員對(duì)其廣泛關(guān)注[13-15]。 因企業(yè)通常無法綜合多方面因素進(jìn)行技術(shù)評(píng)估并有效選擇處理技術(shù)，所以，對(duì)工業(yè)廢鹽無害化處理關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估具有技術(shù)指導(dǎo)的實(shí)際需求。

工業(yè)廢鹽無害化處理技術(shù)種類多、應(yīng)用場(chǎng)景廣、技術(shù)系統(tǒng)性強(qiáng)，由于評(píng)估指標(biāo)涉及技術(shù)性能、污染防治、經(jīng)濟(jì)成本、再生產(chǎn)品等多方面，故單一方面的指標(biāo)無法準(zhǔn)確有效評(píng)估技術(shù)的優(yōu)劣勢(shì)及適用性。 層次分析法（AHP）是一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)的、層次化的分析方法，可為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供簡(jiǎn)便的決策方法。 逼近理想解排序法（TOPSIS）是根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象與理想化目標(biāo)的接近程度進(jìn)行排序的方法， 是一種距離綜合評(píng)價(jià)方法。 通過采用AHP-TOPSIS 耦合評(píng)估，將2 種評(píng)估方法有機(jī)結(jié)合， 對(duì)廢鹽無害化處理技術(shù)進(jìn)行評(píng)估分析，具有一定的技術(shù)先進(jìn)性及創(chuàng)新性。

1 評(píng)估對(duì)象

擬對(duì)洗滌、膜處理、焚燒、熱解、高溫氧化、液中焚燒6 類無害化處理技術(shù)工藝開展評(píng)估， 通過對(duì)鎮(zhèn)江江南化工、南通江山化工、江蘇豐山集團(tuán)、江蘇杰林環(huán)保等企業(yè)進(jìn)行調(diào)研， 獲取相關(guān)參數(shù)資料并進(jìn)行技術(shù)對(duì)比，具體情況見表1。

2 評(píng)估方法

2.1 評(píng)估思路

①通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、文獻(xiàn)收集、監(jiān)測(cè)分析等方式，獲取技術(shù)性能、污染防治、經(jīng)濟(jì)成本和再生產(chǎn)品4 個(gè)方面數(shù)據(jù)； ②選取技術(shù)表征指標(biāo)， 基于層次分析法（AHP）建立多準(zhǔn)則決策模型；③評(píng)估指標(biāo)量化，對(duì)無法精準(zhǔn)判斷的指標(biāo)， 采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分級(jí)賦值；④建立判斷矩陣，計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重值；⑤通過逼近理想解排序技術(shù)（TOPSIS），對(duì)廢鹽無害化、資源化開展優(yōu)先級(jí)排序。 技術(shù)評(píng)估體系見圖1。

圖1 技術(shù)評(píng)估體系

2.2 指標(biāo)及數(shù)據(jù)收集

經(jīng)濟(jì)成本主要包括投資成本和運(yùn)行成本指標(biāo)，主要來源于企業(yè)數(shù)據(jù)等。 污染防治主要包括產(chǎn)生的廢氣、廢水、固廢量等指標(biāo)，主要來源于企業(yè)數(shù)據(jù)等。技術(shù)性能主要包括穩(wěn)定運(yùn)行、技術(shù)適用性、自動(dòng)化程度、使用壽命等指標(biāo)，主要來源于企業(yè)數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)收集及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研等。再生產(chǎn)品指標(biāo)主要包括產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、TOC 含量及雜質(zhì)含量等指標(biāo)， 主要來源于企業(yè)數(shù)據(jù)、檢測(cè)分析數(shù)據(jù)等。

2.3 賦分標(biāo)準(zhǔn)

技術(shù)評(píng)估的16 個(gè)指標(biāo)包含定量和定性判斷且部分?jǐn)?shù)據(jù)存在數(shù)量級(jí)的差異， 因此采用分級(jí)賦值的方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的定量化和標(biāo)準(zhǔn)化。各評(píng)價(jià)指標(biāo)總分為100， 其余等級(jí)的賦值計(jì)算公式為總分除以該等級(jí)在指標(biāo)中的危害排序。對(duì)無法精準(zhǔn)判斷的指標(biāo)，采用模糊綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行分級(jí)賦值。

3 AHP-TOPSIS 模型

3.1 構(gòu)建AHP 模型

根據(jù)選取的16 個(gè)評(píng)估指標(biāo)構(gòu)建遞階層次結(jié)構(gòu)模型。第一層級(jí)為研究目的，第二層為評(píng)估的主要方面，其他層級(jí)為各因素包含的評(píng)價(jià)指標(biāo)。 技術(shù)評(píng)估層次結(jié)構(gòu)模型見圖2。

圖2 技術(shù)評(píng)估層次結(jié)構(gòu)模型

由圖2 可以看出， 工業(yè)廢鹽無害化處理技術(shù)評(píng)估主要包括經(jīng)濟(jì)成本、污染防治、技術(shù)性能和再生產(chǎn)品4 個(gè)方面的綜合指標(biāo)，該層級(jí)無法實(shí)現(xiàn)量化評(píng)估，需進(jìn)一步下分設(shè)置細(xì)化指標(biāo)。以投資成本、運(yùn)行成本作為經(jīng)濟(jì)成本的細(xì)化指標(biāo)，以“三廢”產(chǎn)量作為污染防治的細(xì)化指標(biāo)。 技術(shù)性能主要包括適用性、 可靠性、先進(jìn)性3 個(gè)方面，這3 方面分別是對(duì)技術(shù)的適用范圍、污染物去除效率和穩(wěn)定運(yùn)行、自動(dòng)化程度、使用壽命和抗沖擊負(fù)荷進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.2 計(jì)算權(quán)重

根據(jù)不同參數(shù)的優(yōu)先級(jí)，建立比較矩陣，按照1～9 標(biāo)度法進(jìn)行AHP 權(quán)重量化，并通過一致性檢驗(yàn)。

式中：w1，w2，……，wj為指標(biāo)參數(shù)的歸一化權(quán)向量。

根據(jù)1～9 標(biāo)度法量化各指標(biāo)重要性，形成m×m 維的成對(duì)比較矩陣A。

式中：aij為參數(shù)pi和pjw1/w1的權(quán)重比；p1，p2，……，pm為指標(biāo)參數(shù)。

若成對(duì)比較矩陣A 中的任何i,j,k=1,2…,m 滿足aij=aikakj，則稱矩陣A 為完全一致矩陣；否則，它不是一個(gè)完全一致的矩陣。 可通過求解以下特征方程來獲得權(quán)向量（W）。

式中：λmax為成對(duì)比較矩陣A 的最大特征值。成對(duì)比較矩陣A 的一致性需要在可接受的一致性范圍內(nèi)，使用一致性比（CR）進(jìn)行檢驗(yàn)。

式中：RI 為同階矩陣的平均隨機(jī)一致性。如果CR 滿足要求， 說明構(gòu)建的成對(duì)比較矩陣的一致性是可以接受的。

3.3 構(gòu)建TOPSIS 模型

采用TOPSIS 算法、結(jié)合AHP 和利用Python 編譯，開展廢鹽無害化、資源化優(yōu)先級(jí)排序。TOPSIS 計(jì)算的具體步驟如下：

（1）評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換

式中：XN為正樣本值；Xi為指標(biāo)樣本值；Xmax和Xmin分別為該評(píng)價(jià)指標(biāo)的最大值和最小值。

（2）參數(shù)樣本歸一化

式中：XN,STD為歸一化的值；Xmean和Xstd分別為樣本平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

（3）計(jì)算正、負(fù)理想解（Si+，Si-）

式中：Si+，Si-分別為正、負(fù)理想解的計(jì)算值。

（4）計(jì)算到正、負(fù)理想解的距離

式中：Sdi+，Sdi-分別為到正、負(fù)理想解的距離值。

（5）TOPSIS 得分

式中：εi為TOPSIS 得分。

4 評(píng)估結(jié)果與分析

4.1 判斷矩陣權(quán)重

通過Yaahp10.1 軟件進(jìn)行評(píng)估體系建模， 對(duì)判斷矩陣進(jìn)行賦值計(jì)算，得出AHP 計(jì)算權(quán)重，第二層級(jí)評(píng)估因素權(quán)重值見表2。 其它子層級(jí)評(píng)估因素權(quán)重值見表3。

表2 第二層級(jí)評(píng)估因素權(quán)重值

表3 技術(shù)評(píng)估因素權(quán)重值

由表2 可以看出，污染防治的權(quán)重值最高（Wi=0.357 3），經(jīng)濟(jì)成本的權(quán)重值最低（Wi=0.117 3），在選擇實(shí)際技術(shù)中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注評(píng)估技術(shù)在污染防治方面的表現(xiàn)，不可過度以投資低、運(yùn)行省作為技術(shù)決策的主要評(píng)估依據(jù)。 技術(shù)性能、 再生產(chǎn)品的權(quán)重值一致，說明除污染防治外，這2 方面評(píng)估指標(biāo)是同等重要的評(píng)估依據(jù)。 由表3 可以看出，細(xì)分指標(biāo)中TOC含量的權(quán)重值最高（Wi=0.131 4），說明無害化產(chǎn)物中的TOC 含量指標(biāo)是評(píng)估處理技術(shù)的重要指標(biāo)，在技術(shù)選擇過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注其處理后的無害化產(chǎn)物中TOC 含量值。 其次是廢水、廢氣、固廢產(chǎn)生量，權(quán)重值Wi=0.119 1。

4.2 評(píng)分結(jié)果及分析

采用TOPSIS 算法，對(duì)洗滌、膜處理、焚燒、熱解、高溫氧化、液中焚燒等6 類技術(shù)工藝進(jìn)行賦值評(píng)分，具體見表4。

表4 技術(shù)評(píng)估綜合評(píng)分

由表4 可以看出， 得分由高到低排序?yàn)闊峤猓疽褐蟹贌に嚕径ㄏ蚍贌靖邷匮趸灸ぬ幚恚鞠礈?。①高溫?zé)峄瘜W(xué)處理工藝得分較高，說明其在污染物去除效率、產(chǎn)品質(zhì)量保證等方面具有較大優(yōu)勢(shì)；②熱解工藝整體得分最高，說明其技術(shù)優(yōu)勢(shì)高，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在產(chǎn)物污染物去除效率高、 次生污染風(fēng)險(xiǎn)小、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性好方面等，其劣勢(shì)主要在于投資及運(yùn)行成本相對(duì)較高。 該工藝適用于大多數(shù)灰熔點(diǎn)小于其運(yùn)行操作溫度（450～550 ℃）的工業(yè)廢鹽，如農(nóng)藥、印染行業(yè)產(chǎn)生的NaCl，Na2SO4廢鹽等；③液中焚燒和焚燒工藝得分均中等偏上， 說明兩者相對(duì)常溫物化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)均較大。 兩類工藝均為進(jìn)料形式為液態(tài)廢鹽的高溫?zé)峄瘜W(xué)處理技術(shù)， 爐型均為立式爐， 不同之處在于兩者出料形式分別為急冷溶解后母液出料和傳動(dòng)輸送式固態(tài)出料， 前者穩(wěn)定性相對(duì)較高。液中焚燒廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、化學(xué)原料藥行業(yè)產(chǎn)生的液態(tài)廢鹽及高鹽廢水的處理，焚燒工藝（定向轉(zhuǎn)化爐）主要用于草甘膦母液資源化生產(chǎn)焦磷酸鈉；④洗滌工藝得分最低， 其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)成本低、技術(shù)成熟度高，劣勢(shì)在于污染物去除效率明顯不足、產(chǎn)物中污染物含量控制不足等，該技術(shù)在國內(nèi)早期工業(yè)廢鹽無害化資源化應(yīng)用案例較多。

在經(jīng)濟(jì)成本方面， 通過計(jì)算高溫處理工藝設(shè)備投入成本和運(yùn)行成本發(fā)現(xiàn)，兩者均較高，故在投資、運(yùn)行成本評(píng)分上得分較低；在技術(shù)性能方面，液中焚燒、熱解工藝應(yīng)用案例較為廣泛（如江蘇豐山集團(tuán)、南通先正達(dá)、江蘇藍(lán)豐生化等單位），這2 類技術(shù)均采用高溫?zé)峄瘜W(xué)技術(shù)且運(yùn)行穩(wěn)定性高， 為自動(dòng)化水平高的技術(shù)。洗滌工藝在技術(shù)性能指標(biāo)上評(píng)分較高，原因在于其工藝成熟度較高，在各行業(yè)中應(yīng)用廣泛，具有流程單一、操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。 焚燒工藝其應(yīng)用廣泛度雖較高，但仍存在一定設(shè)備故障率，高溫氧化、 膜處理工藝這2 類技術(shù)穩(wěn)定性仍需有待提升；再生產(chǎn)品方面，因液中焚燒、熱解、焚燒、高溫氧化工藝均采用高溫處理工藝， 去除廢鹽中有機(jī)污染物效率較高， 故以上工藝的再生產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)更優(yōu)。洗滌工藝由于采用單純水洗或其他溶劑洗滌，故去除廢鹽中有機(jī)物的效率不徹底， 導(dǎo)致產(chǎn)品中有機(jī)物殘存量較高，使得產(chǎn)品質(zhì)量無法得到有效保證。

5 結(jié)論

工業(yè)廢鹽無害化處理技術(shù)種類多、應(yīng)用場(chǎng)景廣、技術(shù)系統(tǒng)性強(qiáng)，評(píng)估指標(biāo)涉及技術(shù)性能、污染防治、經(jīng)濟(jì)成本、 再生產(chǎn)品等多方面。 通過構(gòu)建AHPTOPSIS 模型對(duì)工業(yè)廢鹽無害化處理技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，以技術(shù)性能、污染防治、經(jīng)濟(jì)成本、再生產(chǎn)品為主要評(píng)估層面，細(xì)化16 個(gè)具體技術(shù)指標(biāo)，研究得出污染防治為技術(shù)評(píng)估的重點(diǎn)關(guān)注層面，技術(shù)性能、再生產(chǎn)品相關(guān)指標(biāo)也相對(duì)重要， 其中， 無害化產(chǎn)物中TOC 含量值為評(píng)估技術(shù)的重要關(guān)注點(diǎn)。采用TOPSIS算法對(duì)6 類無害化處理技術(shù)進(jìn)行賦值評(píng)分后發(fā)現(xiàn)，熱解等高溫處理技術(shù)的整體技術(shù)優(yōu)勢(shì)較大， 為今后技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)方向。