典型石化廢水達標排放處理技術(shù)綜合評估

徐 恒，欒金義，魏尚琿，夏 瑜，魏玉梅，何緒文

（1.中國礦業(yè)大學（北京）化學與環(huán)境工程學院，北京 100083；2.中國石化 北京化工研究院，北京 100013）

石化是我國國民經(jīng)濟的支柱性產(chǎn)業(yè)，但同時也是廢水污染排放與控制的重點行業(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、末端廢水達標處理與回用處理等環(huán)節(jié)。石化廢水達標排放關(guān)系到流域水生態(tài)環(huán)境安全，是《水污染防治行動計劃》重點關(guān)注的對象。2015年，生態(tài)環(huán)境部頒布了《石油化學工業(yè)污染物排放標準》（GB 31571—2015）［1］等針對石化行業(yè)的污染物排放標準，廢水排放執(zhí)行的標準較原標準更為嚴格。因此，如何根據(jù)工程實際情況從現(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標排放處理技術(shù)變得愈加重要。

技術(shù)綜合評估，旨在對現(xiàn)有同類技術(shù)進行多維度的綜合量化分析與對比，明確不同技術(shù)的優(yōu)劣勢，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］、模糊綜合評估法［5］和灰色關(guān)聯(lián)分析法［10］等。“標桿管理”是一個系統(tǒng)的連續(xù)的評估過程，通過不斷地與行業(yè)領(lǐng)先者比較，并根據(jù)差距制定詳細的實施方案，達到持續(xù)改進乃至超越標桿的目的［11］。標桿法（Benchmarking Method，BM）成為技術(shù)評估中重要的一種數(shù)據(jù)標準化工具，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)域尚未形成科學的、系統(tǒng)的技術(shù)綜合評估方法，本文擬將AHP和BM結(jié)合，構(gòu)建基于AHP-BM的混合評估模型，并采用實際調(diào)研數(shù)據(jù)對模型進行賦值計算，進一步對評估結(jié)果進行分析，以期為石化行業(yè)水污染控制技術(shù)評估提供理論依據(jù)。

1 AHP-BM評估模型的構(gòu)建

AHP-BM評估模型由兩部分組成：即AHP和BM。其中，AHP的功能在于建立評估指標的層次結(jié)構(gòu)以及確定各個指標的權(quán)重；在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用BM對評估數(shù)據(jù)進行標準化處理，最后進行加權(quán)計算與綜合評估。AHP是目前最常用的指標權(quán)重確定方法，它能將專家定性的描述與定量的計算進行有機結(jié)合，提高了技術(shù)評估過程中的科學性和高效性。BM通過將評估數(shù)據(jù)與標桿數(shù)據(jù)進行對比，獲得標準化數(shù)據(jù)，可有效消除指標屬性、單位、量級尺度的影響。

1.1 基于AHP的指標權(quán)重計算方法

首先，根據(jù)各個指標的內(nèi)在聯(lián)系對指標進行分級（一級指標、二級指標等），形成如圖1所示的指標層次結(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，得到各個指標的權(quán)重［7，17］。

圖1 技術(shù)評估指標的層次結(jié)構(gòu)模型

1.2 標桿值獲取與數(shù)據(jù)標準化處理方法

1.2.1 標桿值獲取

在傳統(tǒng)的標桿管理中，一般會選取實際存在且發(fā)展水平高的企業(yè)作為標桿，將其各項指標值作為標桿值［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，基于實際調(diào)研數(shù)據(jù)，選取樣本中的指標最大值（正指標）或最小值（逆指標）作為標桿值。

1.2.2 數(shù)據(jù)標準化處理

為消除指標屬性、單位、量級尺度的影響，需要對各指標實際值進行標準化處理，正指標和逆指標數(shù)據(jù)標準化公式分別見式（1）和式（2）。

式中：xij為第i項待評估技術(shù)第j個指標的實際值；Xij為第i項待評估技術(shù)第j個指標的標準化值；Yj為第j個指標的標桿值。

1.3 綜合評估指數(shù)計算方法

基于指標權(quán)重以及其標準值計算結(jié)果，某項待評估技術(shù)的綜合評估指數(shù)計算公式見式（3）。

式中：Zi為第i項待評估技術(shù)的綜合評估指數(shù)；W為指標的權(quán)重向量；wj為第j個指標的權(quán)重值；Xi為第i項待評估技術(shù)的標準化值集合。

2 綜合評估實例計算與結(jié)果分析

2.1 指標體系

根據(jù)《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）［18］、《石油化學工業(yè)污染物排放標準》（GB 31571—2015）［1］、《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB 31570—2015）［19］等國家發(fā)布的相關(guān)標準和實際企業(yè)調(diào)研情況，經(jīng)過多次專家咨詢會討論后，形成如表1所示的石化廢水達標排放處理技術(shù)綜合評估指標體系，其中的三級指標類別與含義見表2。

表1 石化廢水達標排放處理技術(shù)綜合評估指標體系

表2 三級指標類別與含義

為便于評估模型賦值計算，需依據(jù)表3所列標準將表2中的定性指標進行定量轉(zhuǎn)化。

2.2 指標權(quán)重

結(jié)合已建立的指標體系，通過專家打分，獲得各層指標的判斷矩陣，再經(jīng)過計算特征向量與層次單排序、矩陣的一致性檢驗、層次總排序及一致性檢驗等過程，最終計算得出各個指標的權(quán)重，結(jié)果見表4。

表3 定性指標定量轉(zhuǎn)化標準

表4 石化廢水達標排放處理技術(shù)綜合評估指標體系的權(quán)重表

2.3 評估過程與結(jié)果分析

根據(jù)企業(yè)調(diào)研和專家咨詢資料，對表5所示典型達標處理技術(shù)工藝進行評估。通過選擇各項指標的最佳值作為標桿值，對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，結(jié)果見表6。在此基礎(chǔ)上，計算得出技術(shù)、經(jīng)濟與環(huán)境3個單項評估指數(shù)，以及綜合評估指數(shù)，結(jié)果見表7。

從表7可以看出，在綜合評估指數(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，這與評估結(jié)果是一致的。

表5 待評估技術(shù)工藝原始數(shù)據(jù)

表6 待評估技術(shù)工藝各項指標標準化結(jié)果

表7 待評估技術(shù)工藝單項、綜合評估指數(shù)

此外，從技術(shù)性能方面看，“隔油+氣浮+MBBR+催化臭氧氧化+BAF”工藝評估指數(shù)最高（0.50），主要因為其具有較高的先進性、穩(wěn)定性和出水水質(zhì)；從經(jīng)濟性能方面看，“隔油+氣浮+A/O+過濾”工藝評估指數(shù)最高（0.20），主要因為其流程工藝較為簡單成熟且流程短，投資成本和運維成本相對較低；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、廢氣相對較少，因而該項評估指數(shù)最高（0.18）。

3 結(jié)論及建議

a）本文構(gòu)建了包含3項一級指標、8項二級指標和14項三級指標的石化廢水達標排放處理技術(shù)綜合評估指標體系。基于專家打分結(jié)果，利用AHP法獲得各項指標的權(quán)重，最后基于5項典型達標排放處理技術(shù)工藝的調(diào)研數(shù)據(jù)，利用BM法進行數(shù)據(jù)標準化處理，計算得到每項技術(shù)工藝的單項評估指數(shù)以及綜合評估指數(shù)。

b）評估結(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，同時具有較好的技術(shù)性能，但經(jīng)濟性能較低，因此，在經(jīng)濟條件允許的情況下，可以優(yōu)先考慮。

c）評估結(jié)果受指標權(quán)重的影響較大，目前指標權(quán)重的獲取主要依賴專家打分的結(jié)果。因此，在進行石化行業(yè)水污染控制技術(shù)綜合評估時，應(yīng)為專家提供實際水量、水質(zhì)、用地、管理需求、經(jīng)濟成本需求等背景資料，以便獲得因地制宜的權(quán)重數(shù)值和優(yōu)選技術(shù)。