基于氨氮减排的氮肥行业清洁生产技术评估方法

2014-06-23骆其金谌建宇王振兴庞志华叶万生

环境工程技术学报 2014年3期

关键词：氨氮氮肥专家

骆其金，谌建宇，王振兴，庞志华，叶万生

环境保护部华南环境科学研究所，广东广州 510655

基于氨氮减排的氮肥行业清洁生产技术评估方法

骆其金，谌建宇*，王振兴，庞志华，叶万生

环境保护部华南环境科学研究所，广东广州 510655

针对国内环境技术评估以定性判断为主，缺乏综合评估方法的问题，结合国家“十二五”规划纲要对氨氮排放总量控制和氮肥工业氨氮减排的需求，构建了基于氨氮减排的氮肥行业清洁生产技术评估指标体系和综合评估方法。利用层次分析法确定各指标的权重，利用灰色关联度法对氨氮减排技术进行评估，同时给出了该评估方法数学模型的建模过程，并进行了实例应用分析。

氨氮;总量控制;清洁生产技术;综合评估

《第一次全国污染源普查公报》［1］结果显示，工业废水氨氮排放量居前几位的行业分别为化学原料及化学制品制造业(包括氮肥工业)、有色金属冶炼及压延加工业、石油加工炼焦及核燃料加工业、农副食品加工业、纺织业、皮革毛皮羽毛(绒)及其制品业、饮料制造业、食品制造业(包括味精等酿造业) (图1)。上述8个行业氨氮排放量占工业废水氨氮排放量(厂区排放口)的85．9%。

其中化学原料及化学制品制造业中的氮肥工业是氨氮排放量最大的行业之一，据《2010年环境统计年报》［2］及《氮肥行业“十二五”发展思路》［3］显示，2010年我国氮肥行业氨氮排放量约为6．96万t，占全国工业氨氮排放量的25．5%。

“十二五”期间国家提出氨氮减排10%的目标，为配合该目标，各行业氨氮排放标准相继提标，如何进行氨氮减排、完成减排目标成为企业亟待解决的问题。清洁生产技术是污染物减排的重要手段，虽然氮肥工业清洁生产技术众多，但效率差异大，国内缺乏规范有效的技术评估方法，技术研发与应用缺乏科学评价依据。针对以上问题，笔者研究构建了氮肥工业氨氮减排清洁生产技术评估方法，利用层次分析法确定各指标的权重，利用灰色关联度法对氨氮减排技术进行评估。

图1 我国8个行业氨氮排放分布情况Fig．1 The proportion of NH3|N discharge of8 industries

1 评估方法及评估体系的构建

1.1 评估方法

技术评估的方法很多，常用的评价方法有模糊综合评判法［4］、灰色综合评判法［5］、层次分析法［6］、费用效益分析法［7］等，无论选择哪种方法，关键要看评估对象和评估目的，同时也与评估条件相关(如原始数据资料等)。通常是多种方法联合使用，使得评估结果科学和全面［8|10］。

由于是以行业废水氨氮过程减排技术为评价对象，其具有多指标性、多层次性、模糊性等特点，因此研究选取了“层次分析法+灰色综合评价法”的综合评估方法，以层次分析法计算指标权重，以灰色综合评价法进行指标量化计算。

1.2 评估指标体系构建

根据各典型行业自身废水处理工艺的特点及基于氨氮减排的技术评估目标选择确定评估指标，为突出该评估指标体系基于氨氮减排的评估特点，指标体系在“污染控制指标”中重点突出了“氨氮减排效果指标”，构建具有行业特点的基于氨氮减排的评估指标体系(图2)。

图2 基于氨氮减排的氮肥工业清洁生产技术评估指标体系Fig．2 Evaluation system based on the production of ammonia nitrogen emissions of industrial cleaning technology

1.3 技术评估指标评分

技术指标由专家根据评分规则(表1)给出各评估指标的评分数值，定性评估指标由专家根据经验直接给出分值，对于定量指标，由专家对照评分细则中的数值打分(数值根据调研及实测数据整理得出)，具体分值参考表1评分细则。根据专家的评分数值，利用指标权重方法计算每位专家对各技术的指标综合评分。选取的专家为该行业公认的理论知识和实际经验均较丰富的学者，因此，假定所有专家在评分时具有相同的重要性，则专家权重值相同，研究中选取了全国22位氮肥行业废水治理方面专家。利用算术加权法将各专家赋予的指标评分进行综合，求解出指标相对于目标的最终评分。

1.4 指标权重的计算

采用层次分析法(AHP)依据判断矩阵定量计算出准则层和方案层中各因素的相对权重(W)［11］，记为:

对于每一层中各因素相对重要性给出判断，这些判断通过数值表示并写成判断矩阵。判断矩阵的值反映了人们对各因素的相对重要性的认识，一般采用九级标度法对其赋值，其含义如表2所示。

1.5 评估过程计算公式

1.5.1 指标数值标准化

选出各评价指标的最优值形成理想方案并对指标数值进行标准化。通常，选用诸方案中的最优值(若某一指标取大值为好，则取该指标在各方案中的最大值;若取小值为好，则取各方案中的最小值)作为关联分析的参考数列［12］，即理想方案，记为X0，表示为:

表1 技术评估指标评分细则Table 1 Scoring rules for evaluation index

表2 重要性判断标度及其含义Table 2 Important judgment scale and its application

根据确定的理想方案，对某一具体指标的实际数值进行标准化无因次处理。考虑到正向指标与逆向指标的差别，对各项评价指标的实际数值根据其类别和不同情况分别进行标准化处理。

对正向指标:

对逆向指标:

式中，Si为第i项评价指标的单项标准化评价指数; Sxi为第i项评价指标的实际值;S0i为第i项评价指标的理想方案值。

1.5.2 关联度系数计算

将决定、影响被评判事物性质的各子因素数据的有序排列作为关联分析的比较数列［13］，记为Xi(k)，表示为:

关联度系数计算公式:

式中，ξi(k)为第i个方案第k个指标与第k个最优指标的关联系数;ξ∈［0，1］，一般取0．5。

1.5.3 综合关联度计算

综合关联度计算公式:

式中，ri为第i个参比方案对理想方案的灰色加权关联度;Wk为第k个评价指标对应的权重。

1.5.4 结果统计分析规则

1)如某一工段仅有一种减排技术，那么该技术直接认定为最佳可行技术;2)集成式氨氮减排技术，因其集成了众多污染物减排技术，可直接认定为最佳可行技术;3)如同一工段有多种减排技术，那么通过评估方法综合评估确定，根据灰色关联度(r)计算结果，达到较好以上水平(r≥0．8)的参选技术即定为最佳可行技术，而达到一般水平(0．7≤r＜0．8)的参选技术为可行技术，其他技术为一般技术。

2 氮肥工业废水氨氮生产过程减排技术筛选与评估

2.1 备选技术的确定及评分

通过函调、文献调研和实地调研等途径获取技术参数，对大量调研数据进行处理筛选，在基于氨氮总量控制减排目标的基础上，最终获得13种典型氮肥企业的末端工程减排技术及其参数，其中根据1.5.4节分析规则，变换工段的蒸汽汽提法、碳化工段的“一点加入、逐级提浓”技术、尿素工段的深度水解解吸法、氮肥生产污水零排放技术及合成氨废水超低排放处理技术等5项技术被直接认定为最佳可行技术。其余8种技术，向22位专家发放评估指标评分表，根据专家的评分，利用指标权重计算方法计算出每位专家对各技术的指标评分;利用算术加权法将各专家赋予的指标评分进行综合，求解出指标相对于目标的最终评分。指标综合评分如表3所示。

表3 专家评分均值表Table 3 Themean value of expert grading 分

2.2 权重确定

向22位专家发放典型行业氨氮减排技术评估判断矩阵专家调研表，表中注明本评估方法建立的目的为基于氨氮减排的清洁生产技术评估，采用层次分析法计算出各专家构建的判断矩对应的权重，利用算术平均法将各专家构建的判断矩对应的权重进行综合，得到各评估指标的权重(表4)。

2.3 综合评估

将表3与表4的数值代入式(3)～(7)计算，结果如表5所示。根据r筛选最佳可行技术(r≥0．8)、可行技术(0．7≤r＜0．8)及一般技术(r＜0．7)。结果表明，PDS法为脱硫工段中氨氮减排最佳可行技术，栲胶法、双甲精制工艺、醇烃化工艺、ⅢJD氨合成系统、JR型氨合成塔系统为氨氮减排可行技术，ADA技术和MSQ法为氨氮减排一般技术。

表4 技术评估指标权重均值Table 4 Themean value of index weigh

表5 灰色关联度评估结果Table 5 Evaluation results of grey integrated evaluation method

3 结语

(1)根据评价结果，蒸汽汽提法、“一点加入、逐级提浓”技术、深度水解解吸法、氮肥生产污水零排放技术、合成氨废水超低排放处理技术、PDS法为氨氮减排最佳可行技术，栲胶法、双甲精制工艺、醇烃化工艺、ⅢJD氨合成系统、JR型氨合成塔系统为氨氮减排可行技术，ADA技术和MSQ法为氨氮减排一般技术。

(2)层次分析－灰色关联度综合评估法适用于氮肥工业清洁生产技术的效益评价，计算结果与实际得出的结论基本一致。该方法较好地克服了人为主观性，从而使结果更加客观公正，有着广泛的应用前景。

［1］环境保护部，国家统计局，农业部．第一次全国污染源普查公报［EB/OL］(2010|02|10)．http:xA1/x A1/www．gov．cnxA1/j r 02/10/content_1532174．htm．

［2］环境保护部．2010年环境统计年报［EB/OL］．［2013|10| 20］2011．http://zls．mep．gov．cn/hjtj/nb/2010tjnb/．

［3］中国氮肥工业协会．氮肥行业“十二五”发展思路［J］．氮肥技术，2011，32(6):1|3．

［4］张秀兰．基于模糊综合评判法的研究及应用［J］．科技信息，2008(14):423|424．

［5］刘方贵，夏岑岭．灰色综合评判法在城市防洪规划方案选择中的应用［J］．山东水利，2001(2):32|33．

［6］李恺．层次分析法在生态环境综合评价中的应用［J］．环境科学与技术，2009，32(2):183|185．

［7］王蕾，刘婷．用交叉列表评价法解决企业技术经济效益评价问题［J］．技术经济，2006，25(10):36|38．

［8］向连城，宋永会，段亮，等．辽河流域重污染行业废水处理最佳可行技术评估方法与系统开发［J］．中国工程科学，2013，15(3):49|55．

［9］李旭华，方刚，党春阁，等．电解锰行业污染防治最佳可行技术评估及污染减排潜力［J］．中国工程科学，2013，15(3):56 |61．

［10］赵吝加，曾维华，许乃中，等．废纸脱墨工艺节能减排先进适用技术评估方法研究［J］．中国造纸，2012，31(12):36|40．

［11］杜栋，庞庆华，吴炎．现代综合评价方法与案例精选［M］．北京:清华大学出版社，2008:111|138．

［12］田云丽．基于模糊综合方法的工业污水环境安全影响评价研究［J］．中国安全科学学报，2007，17(9):109|112．

［13］赵玲萍，张凤娥，董良飞，等．灰色模糊综合评价法在中水工程中的应用［J］．节水灌溉，2009(4):40|45．○

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

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

10．3969/j．issn．1674－991X．2014．03．040

1674－991X(2014)03－0243－05

2013－11－18

环境保护公益性行业科研专项(201009012)

骆其金(1981—)，男，工程师，硕士，主要从事水污染控制与治理，luoqijin@scies．org

*责任作者:谌建宇(1965—)，男，研究员，硕士，主要从事水污染控制与治理，chenjianyu@scies．org