基于氨氮減排的氮肥行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)評估方法

駱其金，諶建宇，王振興，龐志華，葉萬生

環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東廣州 510655

基于氨氮減排的氮肥行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)評估方法

駱其金，諶建宇*，王振興，龐志華，葉萬生

環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東廣州 510655

針對國內(nèi)環(huán)境技術(shù)評估以定性判斷為主，缺乏綜合評估方法的問題，結(jié)合國家“十二五”規(guī)劃綱要對氨氮排放總量控制和氮肥工業(yè)氨氮減排的需求，構(gòu)建了基于氨氮減排的氮肥行業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)評估指標(biāo)體系和綜合評估方法。利用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重，利用灰色關(guān)聯(lián)度法對氨氮減排技術(shù)進(jìn)行評估，同時(shí)給出了該評估方法數(shù)學(xué)模型的建模過程，并進(jìn)行了實(shí)例應(yīng)用分析。

氨氮;總量控制;清潔生產(chǎn)技術(shù);綜合評估

《第一次全國污染源普查公報(bào)》［1］結(jié)果顯示，工業(yè)廢水氨氮排放量居前幾位的行業(yè)分別為化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)(包括氮肥工業(yè))、有色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、石油加工煉焦及核燃料加工業(yè)、農(nóng)副食品加工業(yè)、紡織業(yè)、皮革毛皮羽毛(絨)及其制品業(yè)、飲料制造業(yè)、食品制造業(yè)(包括味精等釀造業(yè)) (圖1)。上述8個(gè)行業(yè)氨氮排放量占工業(yè)廢水氨氮排放量(廠區(qū)排放口)的85．9%。

其中化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)中的氮肥工業(yè)是氨氮排放量最大的行業(yè)之一，據(jù)《2010年環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)》［2］及《氮肥行業(yè)“十二五”發(fā)展思路》［3］顯示，2010年我國氮肥行業(yè)氨氮排放量約為6．96萬t，占全國工業(yè)氨氮排放量的25．5%。

“十二五”期間國家提出氨氮減排10%的目標(biāo)，為配合該目標(biāo)，各行業(yè)氨氮排放標(biāo)準(zhǔn)相繼提標(biāo)，如何進(jìn)行氨氮減排、完成減排目標(biāo)成為企業(yè)亟待解決的問題。清潔生產(chǎn)技術(shù)是污染物減排的重要手段，雖然氮肥工業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)眾多，但效率差異大，國內(nèi)缺乏規(guī)范有效的技術(shù)評估方法，技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用缺乏科學(xué)評價(jià)依據(jù)。針對以上問題，筆者研究構(gòu)建了氮肥工業(yè)氨氮減排清潔生產(chǎn)技術(shù)評估方法，利用層次分析法確定各指標(biāo)的權(quán)重，利用灰色關(guān)聯(lián)度法對氨氮減排技術(shù)進(jìn)行評估。

圖1 我國8個(gè)行業(yè)氨氮排放分布情況Fig．1 The proportion of NH3|N discharge of8 industries

1 評估方法及評估體系的構(gòu)建

1.1 評估方法

技術(shù)評估的方法很多，常用的評價(jià)方法有模糊綜合評判法［4］、灰色綜合評判法［5］、層次分析法［6］、費(fèi)用效益分析法［7］等，無論選擇哪種方法，關(guān)鍵要看評估對象和評估目的，同時(shí)也與評估條件相關(guān)(如原始數(shù)據(jù)資料等)。通常是多種方法聯(lián)合使用，使得評估結(jié)果科學(xué)和全面［8|10］。

由于是以行業(yè)廢水氨氮過程減排技術(shù)為評價(jià)對象，其具有多指標(biāo)性、多層次性、模糊性等特點(diǎn)，因此研究選取了“層次分析法+灰色綜合評價(jià)法”的綜合評估方法，以層次分析法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，以灰色綜合評價(jià)法進(jìn)行指標(biāo)量化計(jì)算。

1.2 評估指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)各典型行業(yè)自身廢水處理工藝的特點(diǎn)及基于氨氮減排的技術(shù)評估目標(biāo)選擇確定評估指標(biāo)，為突出該評估指標(biāo)體系基于氨氮減排的評估特點(diǎn)，指標(biāo)體系在“污染控制指標(biāo)”中重點(diǎn)突出了“氨氮減排效果指標(biāo)”，構(gòu)建具有行業(yè)特點(diǎn)的基于氨氮減排的評估指標(biāo)體系(圖2)。

圖2 基于氨氮減排的氮肥工業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)評估指標(biāo)體系Fig．2 Evaluation system based on the production of ammonia nitrogen emissions of industrial cleaning technology

1.3 技術(shù)評估指標(biāo)評分

技術(shù)指標(biāo)由專家根據(jù)評分規(guī)則(表1)給出各評估指標(biāo)的評分?jǐn)?shù)值，定性評估指標(biāo)由專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直接給出分值，對于定量指標(biāo)，由專家對照評分細(xì)則中的數(shù)值打分(數(shù)值根據(jù)調(diào)研及實(shí)測數(shù)據(jù)整理得出)，具體分值參考表1評分細(xì)則。根據(jù)專家的評分?jǐn)?shù)值，利用指標(biāo)權(quán)重方法計(jì)算每位專家對各技術(shù)的指標(biāo)綜合評分。選取的專家為該行業(yè)公認(rèn)的理論知識和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)均較豐富的學(xué)者，因此，假定所有專家在評分時(shí)具有相同的重要性，則專家權(quán)重值相同，研究中選取了全國22位氮肥行業(yè)廢水治理方面專家。利用算術(shù)加權(quán)法將各專家賦予的指標(biāo)評分進(jìn)行綜合，求解出指標(biāo)相對于目標(biāo)的最終評分。

1.4 指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算

采用層次分析法(AHP)依據(jù)判斷矩陣定量計(jì)算出準(zhǔn)則層和方案層中各因素的相對權(quán)重(W)［11］，記為:

對于每一層中各因素相對重要性給出判斷，這些判斷通過數(shù)值表示并寫成判斷矩陣。判斷矩陣的值反映了人們對各因素的相對重要性的認(rèn)識，一般采用九級標(biāo)度法對其賦值，其含義如表2所示。

1.5 評估過程計(jì)算公式

1.5.1 指標(biāo)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化

選出各評價(jià)指標(biāo)的最優(yōu)值形成理想方案并對指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。通常，選用諸方案中的最優(yōu)值(若某一指標(biāo)取大值為好，則取該指標(biāo)在各方案中的最大值;若取小值為好，則取各方案中的最小值)作為關(guān)聯(lián)分析的參考數(shù)列［12］，即理想方案，記為X0，表示為:

表1 技術(shù)評估指標(biāo)評分細(xì)則Table 1 Scoring rules for evaluation index

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

根據(jù)確定的理想方案，對某一具體指標(biāo)的實(shí)際數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化無因次處理?？紤]到正向指標(biāo)與逆向指標(biāo)的差別，對各項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的實(shí)際數(shù)值根據(jù)其類別和不同情況分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

對正向指標(biāo):

對逆向指標(biāo):

式中，Si為第i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化評價(jià)指數(shù); Sxi為第i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值;S0i為第i項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)的理想方案值。

1.5.2 關(guān)聯(lián)度系數(shù)計(jì)算

將決定、影響被評判事物性質(zhì)的各子因素?cái)?shù)據(jù)的有序排列作為關(guān)聯(lián)分析的比較數(shù)列［13］，記為Xi(k)，表示為:

關(guān)聯(lián)度系數(shù)計(jì)算公式:

式中，ξi(k)為第i個(gè)方案第k個(gè)指標(biāo)與第k個(gè)最優(yōu)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù);ξ∈［0，1］，一般取0．5。

1.5.3 綜合關(guān)聯(lián)度計(jì)算

綜合關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式:

式中，ri為第i個(gè)參比方案對理想方案的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)度;Wk為第k個(gè)評價(jià)指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重。

1.5.4 結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析規(guī)則

1)如某一工段僅有一種減排技術(shù)，那么該技術(shù)直接認(rèn)定為最佳可行技術(shù);2)集成式氨氮減排技術(shù)，因其集成了眾多污染物減排技術(shù)，可直接認(rèn)定為最佳可行技術(shù);3)如同一工段有多種減排技術(shù)，那么通過評估方法綜合評估確定，根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度(r)計(jì)算結(jié)果，達(dá)到較好以上水平(r≥0．8)的參選技術(shù)即定為最佳可行技術(shù)，而達(dá)到一般水平(0．7≤r＜0．8)的參選技術(shù)為可行技術(shù)，其他技術(shù)為一般技術(shù)。

2 氮肥工業(yè)廢水氨氮生產(chǎn)過程減排技術(shù)篩選與評估

2.1 備選技術(shù)的確定及評分

通過函調(diào)、文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)地調(diào)研等途徑獲取技術(shù)參數(shù)，對大量調(diào)研數(shù)據(jù)進(jìn)行處理篩選，在基于氨氮總量控制減排目標(biāo)的基礎(chǔ)上，最終獲得13種典型氮肥企業(yè)的末端工程減排技術(shù)及其參數(shù)，其中根據(jù)1.5.4節(jié)分析規(guī)則，變換工段的蒸汽汽提法、碳化工段的“一點(diǎn)加入、逐級提濃”技術(shù)、尿素工段的深度水解解吸法、氮肥生產(chǎn)污水零排放技術(shù)及合成氨廢水超低排放處理技術(shù)等5項(xiàng)技術(shù)被直接認(rèn)定為最佳可行技術(shù)。其余8種技術(shù)，向22位專家發(fā)放評估指標(biāo)評分表，根據(jù)專家的評分，利用指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法計(jì)算出每位專家對各技術(shù)的指標(biāo)評分;利用算術(shù)加權(quán)法將各專家賦予的指標(biāo)評分進(jìn)行綜合，求解出指標(biāo)相對于目標(biāo)的最終評分。指標(biāo)綜合評分如表3所示。

表3 專家評分均值表Table 3 Themean value of expert grading 分

2.2 權(quán)重確定

向22位專家發(fā)放典型行業(yè)氨氮減排技術(shù)評估判斷矩陣專家調(diào)研表，表中注明本評估方法建立的目的為基于氨氮減排的清潔生產(chǎn)技術(shù)評估，采用層次分析法計(jì)算出各專家構(gòu)建的判斷矩對應(yīng)的權(quán)重，利用算術(shù)平均法將各專家構(gòu)建的判斷矩對應(yīng)的權(quán)重進(jìn)行綜合，得到各評估指標(biāo)的權(quán)重(表4)。

2.3 綜合評估

將表3與表4的數(shù)值代入式(3)～(7)計(jì)算，結(jié)果如表5所示。根據(jù)r篩選最佳可行技術(shù)(r≥0．8)、可行技術(shù)(0．7≤r＜0．8)及一般技術(shù)(r＜0．7)。結(jié)果表明，PDS法為脫硫工段中氨氮減排最佳可行技術(shù)，栲膠法、雙甲精制工藝、醇烴化工藝、ⅢJD氨合成系統(tǒng)、JR型氨合成塔系統(tǒng)為氨氮減排可行技術(shù)，ADA技術(shù)和MSQ法為氨氮減排一般技術(shù)。

表4 技術(shù)評估指標(biāo)權(quán)重均值Table 4 Themean value of index weigh

表5 灰色關(guān)聯(lián)度評估結(jié)果Table 5 Evaluation results of grey integrated evaluation method

3 結(jié)語

(1)根據(jù)評價(jià)結(jié)果，蒸汽汽提法、“一點(diǎn)加入、逐級提濃”技術(shù)、深度水解解吸法、氮肥生產(chǎn)污水零排放技術(shù)、合成氨廢水超低排放處理技術(shù)、PDS法為氨氮減排最佳可行技術(shù)，栲膠法、雙甲精制工藝、醇烴化工藝、ⅢJD氨合成系統(tǒng)、JR型氨合成塔系統(tǒng)為氨氮減排可行技術(shù)，ADA技術(shù)和MSQ法為氨氮減排一般技術(shù)。

(2)層次分析－灰色關(guān)聯(lián)度綜合評估法適用于氮肥工業(yè)清潔生產(chǎn)技術(shù)的效益評價(jià)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際得出的結(jié)論基本一致。該方法較好地克服了人為主觀性，從而使結(jié)果更加客觀公正，有著廣泛的應(yīng)用前景。

［1］ 環(huán)境保護(hù)部，國家統(tǒng)計(jì)局，農(nóng)業(yè)部．第一次全國污染源普查公報(bào)［EB/OL］(2010|02|10)．http:xA1/x A1/www．gov．cnxA1/j r 02/10/content_1532174．htm．

［2］ 環(huán)境保護(hù)部．2010年環(huán)境統(tǒng)計(jì)年報(bào)［EB/OL］．［2013|10| 20］2011．http://zls．mep．gov．cn/hjtj/nb/2010tjnb/．

［3］ 中國氮肥工業(yè)協(xié)會．氮肥行業(yè)“十二五”發(fā)展思路［J］．氮肥技術(shù)，2011，32(6):1|3．

［4］ 張秀蘭．基于模糊綜合評判法的研究及應(yīng)用［J］．科技信息，2008(14):423|424．

［5］ 劉方貴，夏岑嶺．灰色綜合評判法在城市防洪規(guī)劃方案選擇中的應(yīng)用［J］．山東水利，2001(2):32|33．

［6］ 李愷．層次分析法在生態(tài)環(huán)境綜合評價(jià)中的應(yīng)用［J］．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2009，32(2):183|185．

［7］ 王蕾，劉婷．用交叉列表評價(jià)法解決企業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)問題［J］．技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2006，25(10):36|38．

［8］ 向連城，宋永會，段亮，等．遼河流域重污染行業(yè)廢水處理最佳可行技術(shù)評估方法與系統(tǒng)開發(fā)［J］．中國工程科學(xué)，2013，15(3):49|55．

［9］ 李旭華，方剛，黨春閣，等．電解錳行業(yè)污染防治最佳可行技術(shù)評估及污染減排潛力［J］．中國工程科學(xué)，2013，15(3):56 |61．

［10］ 趙吝加，曾維華，許乃中，等．廢紙脫墨工藝節(jié)能減排先進(jìn)適用技術(shù)評估方法研究［J］．中國造紙，2012，31(12):36|40．

［11］ 杜棟，龐慶華，吳炎．現(xiàn)代綜合評價(jià)方法與案例精選［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2008:111|138．

［12］ 田云麗．基于模糊綜合方法的工業(yè)污水環(huán)境安全影響評價(jià)研究［J］．中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，17(9):109|112．

［13］ 趙玲萍，張鳳娥，董良飛，等．灰色模糊綜合評價(jià)法在中水工程中的應(yīng)用［J］．節(jié)水灌溉，2009(4):40|45．○

Evaluation M ethod of Best Available Cleaner Production Technology Based on Em ission Reduction of Ammonia in Nitrogen Fertilizer Industry

LUO Qi|jin，CHEN Jian|yu，WANG Zhen|xing，PANG Zhi|hua，YEWan|sheng
South China Institute of Environmental Sciences，Ministry of Environmental Protection，Guangzhou 510655，China

The current environmental technologies evaluation methods are mainly based on experts'qualitative estimation and lack of comprehensive evaluation methods．Aiming at this problem and combined with the total ammonia discharge control requested by National Economic and Social Development Plan in 2011-2015 and the ammonia discharge reduction demand of nitrogen fertilizer industry，the index system and an integrated evaluation method for cleaner production technology evaluation based on ammonia discharge reduction was built．Theweightof each index was obtained with analytic hierarchy process(AHP)，and the discharge reduction technologies evaluated using grey correlation analysismethod．Themodeling process of themathematicalmodel of the integrated evaluation method was provided with an application example analyzed．

ammonia;total amount control;cleaner production technology;comprehensive evaluation

X38

A

10．3969/j．issn．1674－991X．2014．03．040

1674－991X(2014)03－0243－05

2013－11－18

環(huán)境保護(hù)公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201009012)

駱其金(1981—)，男，工程師，碩士，主要從事水污染控制與治理，luoqijin@scies．org

*責(zé)任作者:諶建宇(1965—)，男，研究員，碩士，主要從事水污染控制與治理，chenjianyu@scies．org