电解锰行业污染治理技术评估研究

李旭华,周长波,朱宁芳,王璠,党春阁,方刚

1.中国环境科学研究院，环境保护部清洁生产中心，北京 100012 2.中宁县环境保护局，宁夏 中卫 755100

电解锰行业污染治理技术评估研究

李旭华1,周长波1,朱宁芳2,王璠1,党春阁1,方刚1

1.中国环境科学研究院，环境保护部清洁生产中心，北京 100012 2.中宁县环境保护局，宁夏 中卫 755100

通过分析国内外电解锰企业的污染治理技术现状，以电解锰企业污染治理技术为评价对象，构建了我国电解锰行业污染治理技术评估指标体系，确定了各评价指标权重；利用层次分析法进行评估筛选，得出电解锰行业污染治理最佳可行技术清单。清单可为《电解锰行业污染防治最佳可行技术指南》技术指导文件提供技术支持。

电解锰；最佳可行技术；指标体系；技术评估

“无锰不成钢”，电解锰(electrolytic manganese metal，EMM)是我国重要的冶金、化工原材料，是我国黑色冶金领域的第二大行业[1-2]。2000年以来，我国电解锰行业飞速发展，成为世界上最大的电解锰生产国、消费国和出口国[3]，但同时也带来了严重的环境问题。

《国家环境技术管理体系建设规划》[4]的制定，开启了我国环境保护工作从行政管理保护环境到综合运用法律、经济、技术和必要的行政办法解决环境问题的转变，技术评估与环境技术指导文件的编制是环境技术管理体系建设的重要内容之一，2011年环境保护部着手进行了一批重点污染行业环境技术指导文件的编制，其中就包括电解锰行业。最佳可行技术指南是重点污染行业环境技术指导文件的重要组成部分，技术评估是筛选最佳可行技术的必要手段，是保证所推荐技术有效可行的重要保障之一。因此，对电解锰污染治理技术的评估是《电解锰污染防治最佳可行技术指南》编制的重点内容和主要环节之一。

1 技术评估发展概况

20世纪60年代中期美国提出了技术评估概念，1972年美国通过立法建立了国会技术评估办公室，统一协调开展该项工作[5]。此后，在西欧、日本、加拿大等国家也陆续开展了该项工作[6]。我国自20世纪90年代开始技术评估工作，但评估模式相对单一，很难全方面地对环境技术开展评估[7-9]。2006年第6次全国环境保护大会明确提出了建立系统的环境技术评估制度，2007年原国家环境保护总局发布了《国家环境技术管理体系建设规划》，我国环境技术管理体系开始了全面建设[10]。

污染治理技术评估是三大类环境技术评估对象中的一类[11]，其评价方法根据评估对象和目的来选择。笔者在掌握技术评估发展及电解锰行业污染现状的基础上，以电解锰行业污染治理技术为评价对象，确定行业备选技术名单，构建评价指标体系，对行业备选技术进行评估，目的是通过筛选得到行业污染治理最佳可行技术，推动经济、实用、可靠的环保技术的应用，促进行业技术升级，提升行业污染防治水平，为企业污染达标排放、排放限值的确定和污染防治最佳可行技术指南的制定等提供技术支持。

2 电解锰行业环境污染现状

电解锰行业属于典型的“高投入、高消耗、高污染、低效益”行业。我国电解锰行业呈现企业数量多、规模小、产业集中度低的特点。目前，我国电解锰产能超过百万t的企业有200余家，主要集中在湖南、重庆、贵州三省市交界地区，广西、宁夏近年来产能增长迅速[12-14]。

我国电解锰生产工艺主要采用美国矿山局1935年提出的湿法冶金工艺[15-17]，自1956年建立第一个电解锰厂以来，主体工艺未做大的改动[18]，主要为粉碎、压滤、电解、钝化、干燥、剥离等(图1)。

图1 我国电解锰生产工艺流程Fig.1 Production and technology process of EMM in China

由图1可知，电解锰工艺在生产过程中产生大量废水和固体废物，环境污染严重。据统计每生产1 t电解锰约排放3 m3废水，该废水中含六价铬、二价锰、氨氮等有害成分，悬浮物较多，色度大[19]；而矿石酸浸后固液分离会产生大量的锰渣，每生产1 t电解锰产生锰渣达6～10 t。锰渣中含有锰、可溶性盐类及其他固态矿物成分，其中硫酸盐、氨氮、硒、锰离子浓度极高[20]。另外，粉碎、电解、干燥等工序还会产生工业粉尘、有毒废气(包括酸雾、氨气)等。

由于电解锰企业环境污染严重，目前国外仅南非MMC一家电解锰企业，日本、美国以及乌克兰等国家的电解锰企业均已关闭。

3 污染治理技术评估指标体系的构建

3.1 电解锰企业污染治理技术评估框架及流程

电解锰企业污染治理技术评估的框架和流程，如图2所示。

图2 电解锰企业污染治理技术评估流程Fig.2 The route of pollution control evaluation for EMM

3.2 备选技术的确定

通过函调、实地调研及企业咨询等途径获取备选技术名单及相关技术参数，并对调研数据进行统一化处理，通过与同行业水平比对剔除异常数据以保证处理筛选后的数据真实可靠，最终获得68家企业的备选技术的技术参数信息。调研结果显示：1)国内电解锰企业生产工艺大多数仍采用湿法冶金工艺；2)目前国内外对电解锰行业污染治理技术评估研究工作开展不足，不利于行业技术的提升和进步；3)电解锰行业应用较多的污染治理技术有还原-中和沉淀、碱中和、铁屑微电解、絮凝沉淀、碱液吸收、文丘里、袋式除尘、旋风+袋式除尘、电除尘和水膜除尘等。但由于行业技术评估不够成熟，致使许多污染治理技术得不到推广和使用。各调研企业的污染治理技术汇总分析如表1所示。

表1 电解锰企业污染治理技术分析

3.3 电解锰企业污染治理技术评估指标体系

电解锰企业污染治理技术评估指标体系应遵循“实用性、科学性、全面性、代表性”的设计原则，对所设置的指标进行系统优化，不仅要评出各治理技术的优劣程度，更要起到引导和鼓励被评价对象向正确的方向和目标发展的作用。

根据技术评估的程序，结合电解锰行业环境污染现状和污染治理技术特点，构建电解锰行业污染治理技术评价指标体系(图3)。由图3可知，评价指标体系分为目标层、准则层和指标层[21]。目标层反映了电解锰行业污染治理最佳可行技术水平；准则层为具有普适性和概括性的二级评价指标；指标层为具有电解锰行业生产特点的、具体的、可操作的、可验证的若干指标及行业特征污染物指标(如二价锰、六价铬、氨氮等特征污染去除率指标)。

图3 电解锰行业污染治理技术评估指标体系Fig.3 Index system of pollution control technology in EMM industry

4 电解锰行业污染治理技术评估

通过科学合理的评估方法将电解锰行业污染治理备选技术分解成若干评价因子，建立相应的评价指标体系，对多项技术进行分析评价并进行优先次序的区分，最终确定其中的最佳可行技术。层次分析法[22-26]不仅可直接用于多目标、多层次，难于完全用定量方法进行分析决策的问题研究，而且也是多目标决策问题中有效确定各项指标权重的一种有效方法。笔者采用定量与定性相结合的方法量化处理评价指标，对可定量化的指标(4 352个样本)以调研数据为依据；对定性的指标(816个样本)则采用以专家定性判断为主(Dephi法)，并利用层次分析的评价方法，开展最佳可行技术的评估筛选。

4.1 指标规范化

指标规范化是通过采用一定的数据方法把性质、量纲各异的指标值转化为可综合处理的无量纲值，从而实现对不同量纲指标值的比较。

该评价中采用极差变换法对指标(包括定量化指标和定性指标)进行规范化。经过极差变换后，标准化指标满足0≤yi≤1，且正、逆向指标均化为正向指标，最优值为1，最劣值为0。

对于正向指标，maxxi→1，minxi→0,其变化公式为：

(1)

对于逆向型指标，maxxi→0,minxi→1,其变化公式为：

(2)

4.2 构造判断矩阵

按照1-9标度方法[27]构造n阶判断矩阵，满足A=(aij)n×n，aijgt;1，aij=1aji，aii=1。

4.3 计算特征向量

根据构造的判断矩阵A，计算出最大特征值(λmax)及其对应的特征向量(ωi)：

(3)

(4)

4.4 一致性检验

根据文献[28]方法，用一致性比率参数(CR)对计算出的特征向量进行一致性检验。当CRlt;0.1时，则认为该判断矩阵通过一致性检验，最大特征值对应的特征向量即为权重；否则需要重新调整标度，直到具有满意的一致性。CR计算公式为：

(5)

式中，CI为一致性指标；RI为随机平均一致性指标。

4.5 加权

将各指标规范化值(yi)和所得判别矩阵对应的特征向量(ωi)进行加权处理，得出该项技术的综合评价结果(C)：

(6)

4.6 评估结果

以碱中和法技术为例，按照4.1节方法对调研所得定性定量数据进行规范化，结果如表2所示。

表2 规范化指标值

根据4.2节方法对所选层次指标构造判断矩阵，结果如表3所示。

表3 构造判断矩阵结果

根据表3所得的判断矩阵，按照4.3节公式计算出最大特征值对应的特征向量值。其中，ω1为0.4；ω2为0.28，ω3为0.27，ω4为0.13，ω5为0.05。

根据4.4节方法对矩阵进行一致性检验，得出CR为0.06，通过一致性检验(lt;0.1)。并根据4.5节方法对yi和ωi进行加权处理，得到碱中和法技术的综合评价结果(C)为0.705。

按相同方法对其他备选技术进行分析，筛选得出电解锰行业污染治理最佳可行技术评估结果(表4)。

表4 电解锰行业污染治理最佳可行技术评估结果

5 结语

通过对我国电解锰行业污染治理技术的评估，最终筛选出电解锰行业污染治理最佳可行技术清单。评估出的技术可为环境保护部发布《电解锰行业污染防治最佳可行技术指南》技术指导文件提供支持。研究成果不仅为电解锰行业污染减排提供技术指导，也将为我国环境质量的改善提供强有力的技术支撑。

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EvaluationoftheTechnologiesforEMMIndustryPollutionControl

LI Xu-hua1, ZHOU Chang-bo1, ZHU Ning-fang2, WANG Fan1, DANG Chun-ge1, FANG Gang1

1.Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Cleaner Production Center of Ministry of Environmental Protection, Beijing 100012, China 2.Environmental Protection Agency of Zhongning County, Zhongwei 755100, China

The pollution control technologies of electrolytic manganese metal (EMM) both at home and abroad were analyzed and evaluated, and the evaluation index system of EMM pollution control technologies in China established. The weights of evaluation indexes were determined, the analytic hierarchy process (AHP) was selected as the evaluation method, and the best available technology (BAT) list for EMM industry pollution control screened out. The results can provide the technical support for theguidancedocumentofGuidelineonBestAvailableTechnologiesofPollutionPreventionandControlforEMMIndustry.

electrolytic manganese; best available technology; index system; technology assessment

1674-991X(2013)06-0514-05

2013-05-08

国家环境技术管理项目(2012-ZN-003)；国家水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07504-001)

李旭华(1980—)，女，博士，主要从事清洁生产研究，lixh@craes.org.cn

X38

A

10.3969j.issn.1674-991X.2013.06.080