铅冶炼污染防治最佳可行技术筛选研究

王兵，孙启宏 ，扈学文，白璐，方琳，林星杰，杨晓松，汪靖

1.中国环境科学研究院清洁生产与循环经济研究中心，北京 100012

2.湖南有色金属研究院环境保护研究所，湖南 长沙 410015

3.北京矿冶研究总院，北京 100070

铅冶炼过程中产生的“三废”中含有大量的重金属及其他有害有毒物质，已造成了极大的安全隐患、环境压力和经济负担，同时也对人类的健康造成了危害［1-3］。虽然我国的铅冶炼技术及污染防治技术种类繁多，但是技术却参差不齐，企业在技术选取上的偏差，导致成本的加大和污染的加重。因而，制定一套完善的铅冶炼污染防治最佳可行技术导则很有必要，它能为污染物排放标准和清洁生产标准的制定/修订提供技术依据，为企业清洁生产工艺的选择提供主要依据，为环保管理部门开展环境影响评价、项目可行性研究、环境监督提供技术依据。

层次分析-模糊综合评判法［4-6］是基于模糊集理论和最大隶属度原则或加权平均法对多因素系统的特征进行总体评价的一种方法，是一种对多因素所影响的事物进行综合评判的有效方法。目前模糊综合评判的研究重点与难点之一，就是如何科学、客观地将一个多指标问题综合成一个单指标的形式，以便在一维空间中实现综合评价，其实质就是如何合理地确定这些评价指标的权重［7］。

笔者在分析发达国家污染防治最佳可行技术指南和我国铅冶炼工艺现状的基础上，通过层次分析法(AHP)确定铅冶炼污染防治可行技术中各因素的权重，结合模糊综合评判法对铅冶炼污染防治的工艺及其组合进行评估与筛选，提出了我国铅冶炼污染防治的最佳可行技术及工艺组合。

1 发达国家铅冶炼最佳可行技术经验

1.1 污染防治最佳可行技术相关政策

发达国家在污染的防治方面开展了大量的工作，并出台了一系列污染防治最佳可行技术的政策和技术指导文件，对我国的铅冶炼污染防治最佳可行技术的评估与筛选具有重要的借鉴意义。

美国以技术法规作为制订、实施环境质量和排放标准的基础，针对不同的工业部门制订不同的技术标准，并以此为基础再颁布各自相应的排放限值指令，从而实现对污染物排放的有效控制。目前美国已制定了56个行业(涵盖450个子行业)基于最佳可行技术的污染物排放指南［8-9］。

欧盟颁布了《综合污染预防与控制(IPPC)指令》［10］，指令中提出预防或减少污染物排放的技术措施应基于最佳可行技术(BAT)。欧盟BAT体系覆盖范围广，目前，欧盟已制定了27个行业的最佳可行技术参考文件(BREF)，包含能源、钢铁、有色、化工和造纸等部门，还有6个跨行业的BREF文件中提出了相应的BAT。欧盟于2010年颁布了最新版本的《工业排放指令(IDE)》，指令更是明确一旦制定了行业的BREF，相应的BAT结论将作为许可证发放的依据。IDE强化了技术规制这一手段，它改善及清晰了BAT的概念并根据发展状况进行了适当的更新，同时将BREF转化为欧盟法律文件，提升了BREF的效力和一致性［11-12］。

欧盟和美国的技术参考文件均体现全过程控制的理念，从原料来源、生产工艺、污染控制，到设备产品的要求及最终污染物排放限量都有详细的说明，这对我国建立适合我国国情的污染防治最佳可行技术具有可借鉴的经验。

1.2 欧盟铅冶炼污染防治最佳可行技术

欧盟《有色金属工业最佳可行技术参考文件》［13］中详细描述了有色金属行业的各类生产工艺，主要包括卡尔多法、密闭鼓风炉和新泽西州蒸馏法、氧气底吹法、基夫赛特法及其相关设备，涵盖了使用初级原材料和二级原材料时的相关环境问题;并详细描述了锌铅镉(及锑、铋、铟、锗、镓、砷、硒、碲)以及铜、贵金属、耐火金属、碱和碱土金属等10组有色金属工业的原料来源及其储存、生产工艺及设备、废气收集与处理、二氧化硫回收、废液处理/水再利用等相关技术。对存在的环境问题，问题产生的环节、原因及控制措施，除一般的技术控制措施外，特别给出了在目前条件下不同工艺、不同控制条件下的最佳可行技术，并且给出通过应用最佳可行技术可能达到的污染物减排量和资源消耗水平。表1列出了欧盟铅冶炼的最佳可行技术。

表1 欧盟原生铅冶炼的最佳可行技术Table 1 The best available techniques of the primary lead smelting of EU

2 我国的铅冶炼技术

我国铅冶炼技术的工艺特点如表2所示。

表2 我国铅冶炼技术Table 2 The lead smelting technology in China

3 铅冶炼污染防治最佳可行技术评估筛选

3.1 铅冶炼污染防治最佳可行技术评价指标体系

铅冶炼污染防治最佳可行技术评价指标遵循系统、易选取、独立、定性与定量相结合的基本原则，借鉴国外冶炼行业BAT的经验，结合我国的实际国情，构建适于我国当前经济和环境承受能力的评价体系，评价指标体系选取资源能源消耗、污染物排放、经济成本、技术可靠性为评价指标(图1)，其中，资源能源消耗表征被评价工艺技术在资源能源消耗方面的指标，包括资源消耗和能源消耗;污染物排放表征被评价工艺技术对周边环境的影响指标，包括水污染物指标、大气污染物指标、固体废物指标和噪声指标;经济成本表征被评价工艺技术工程投资运行费用情况的指标，包括投资成本、运行维护成本、收益和避免费用;技术可靠性表征被评价工艺在运行方面的效能指标，包括技术有效性、技术成熟性、技术普及率、技术稳定性。

3.2 铅冶炼行业污染防治最佳可行技术评估方法——层次分析－模糊综合评判法

综合评判也称为多目标决策，是指对多种因素所影响的事物或现象进行总的评判。若这种评判过程涉及模糊因素，则称为模糊综合评判。从主要步骤上来讲，模糊综合评判可分为2步:按单个因素单独评判;按所有因素综合评判。具体细分6个步骤:建立因素集;建立权重集;建立备择集(评价集);单因素模糊评判;模糊综合评判;评判指标处理。

上述评判称为一级评判，适用于比较简单的情况。对于一些复杂的评判问题，或者在复杂的环境中进行评判时，通常要考虑很多的因素，各因素又有不同的层次，有时因素本身还具有强烈的模糊性，如果仍采用一级模糊综合评判，难以适应这些情况，得不出合理的评判结果。采用多级模型可以较好地解决这个问题。

多级模糊综合评判，就是在一级评判的基础上再进行模糊综合评判，并可根据需要多次进行下去。为简便计算，以二级评判为例，介绍这种评判的基本方法和步骤。

图1 污染防治最佳可行技术评估指标体系Fig.1 The pollution prevention and control of best available techniques of assessment index system

假定考虑的因素很多，则采用如下的评判步骤:

模糊综合预测是运用模糊数学知识从预测集到确定对象的因素集的一个模糊映射，模糊映射是由实际所测得数据通过数学运算得到模糊关系矩阵所确定的。以此为基础，兼顾评判对象各种特性、各方面因素，将各项指标进行量化，并根据不同指标对评判对象的影响程度来分配权重系数，从而得出一个整体预测。

3.2.1 确定预测集和因素集

(1)建立评价模型因素集

因素集是由影响评判对象的各个因素所组成的集合，是模糊综合评判是否科学合理的关键。它可以表示为 U={U1，U2，…，Um}，其中，Ui(i=1，2，…，m)是若干影响因素。在选取评价因素时既要尽可能全面，又要重点突出。若考虑因素过多过细，确定诸因素的权重时可能出现过小，甚至为零，因此需要必要的筛选。

(2)建立评价模型评价集

评价集［14］是由对评价客体可能作出的评判结果所组成的集合，可表示为 V={V1，V2，…，Vn}，其中元素Vj(j=1，2，…，n)是若干可能作出的评判结果。模糊综合评判的目的就在于通过综合考虑评判对象的所有影响因素，从评价集V中获得一个最佳的评判结果。

对铅冶炼的技术进行评价，并最终将评价等级分为4级，其目标评价集和适用于各二级因素的评价子集如表3所示。

表3 二级因素评价子集Table 3 The evaluation subset of two factors

二级因素评价集V0={最佳可行，可行，一般，不可行}。

3.2.2 确定模糊关系矩阵各指标的权重

笔者运用层次分析法［15］来确定各预测指标的权重。层次分析法是美国运筹学家Satty在20世纪70年代提出的一种多目标决策方法，决策者通过将复杂问题分解成若干层次和若干因素，在各因素之间进行简单的比较和运算，就可以得出不同方案重要性程度的权重，为最佳比例的选择提供依据［16］。其具体研究步骤:1)建立指标层次结构;2)构造判断矩阵求出特征根、特征向量;3)计算判断矩阵得一致性并检验一致性;4)计算权重向量。

3.2.3 综合预测及结果

由(U，V，R)三元体构成的综合模糊评判模型B是将模糊关系矩阵与各因素的权重进行模糊变换，即:

其中，B称为模糊综合评判集，bj(j=1，2，…，m)称为模糊综合评判指标，根据模糊综合评判指标可确定评判对象的具体结果。

3.2.4 铅冶炼最佳可行技术评估结果

(1)铅冶炼工艺过程污染防治最佳可行技术

铅冶炼行业污染防治的最佳可行技术分为两类:一类为工艺过程污染预防技术，即我国铅冶炼生产工艺中能够预防或减少污染物排放的实际应用技术(表4);另一类为污染治理技术，即用于冶炼工艺末端能够预防或减少污染物排放的实际应用的技术(表5)。

表4 铅冶炼工艺过程污染预防最佳技术筛选表Table 4 The screening table of best techniques of pollution prevention and control for lead smelting process

表5 铅冶炼工艺污染治理备选技术Table 5 The alternative techniques for lead smelting pollution control

(2)铅冶炼工艺末端治理最佳可行技术筛选

铅冶炼污染防治最佳可行技术包括工艺过程污染预防最佳可行技术和污染治理技术，前者包括封闭式料仓技术、富氧顶吹熔炼-鼓风炉还原法、富氧底吹熔炼-熔融高铅渣直接还原法、富氧底吹熔炼-鼓风炉还原法和烟化炉-余热锅炉一体化技术;后者包括烟气收尘、烟气制酸、烟气脱硫、污酸处理、酸性废水处理的最佳可行技术等。铅冶炼污染防治最佳可行技术工艺组合见图2。

图2 铅冶炼工艺污染防治最佳可行技术工艺组合Fig.2 The best available techniques combination for lead smelting pollution prevention and control

4 结语

在分析美国和欧盟污染防治最佳可行技术的政策和指导文件的基础上，结合我国铅冶炼工艺的现状，运用层次分析-模糊综合评判法对我国铅冶炼污染防治技术进行筛选，提出了铅冶炼污染防治的最佳可行技术及其工艺组合，以期为铅冶炼企业污染防治的清洁生产工艺和污染排放达标排放提供技术指导，为我国节能减排目标的实现和我国环境质量的改善提供强有力的技术支撑。同时，相应的研究成果已经形成了《铅冶炼污染防治最佳可行技术指南》技术指导文件的征求意见稿，经进一步修改后将由环境保护部发布。

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［16］环境保护部.污染防治最佳可行技术导则编制指南［EB/OL］.［2011-08-25］.http://train.chinabat.org/video/zsx.pdf.△