王兵，孫啟宏 ，扈學(xué)文，白璐，方琳，林星杰，楊曉松，汪靖

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院清潔生產(chǎn)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究中心，北京 100012

2.湖南有色金屬研究院環(huán)境保護(hù)研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410015

3.北京礦冶研究總院，北京 100070

鉛冶煉過程中產(chǎn)生的“三廢”中含有大量的重金屬及其他有害有毒物質(zhì)，已造成了極大的安全隱患、環(huán)境壓力和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，同時(shí)也對(duì)人類的健康造成了危害［1-3］。雖然我國(guó)的鉛冶煉技術(shù)及污染防治技術(shù)種類繁多，但是技術(shù)卻參差不齊，企業(yè)在技術(shù)選取上的偏差，導(dǎo)致成本的加大和污染的加重。因而，制定一套完善的鉛冶煉污染防治最佳可行技術(shù)導(dǎo)則很有必要，它能為污染物排放標(biāo)準(zhǔn)和清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的制定/修訂提供技術(shù)依據(jù)，為企業(yè)清潔生產(chǎn)工藝的選擇提供主要依據(jù)，為環(huán)保管理部門開展環(huán)境影響評(píng)價(jià)、項(xiàng)目可行性研究、環(huán)境監(jiān)督提供技術(shù)依據(jù)。

層次分析-模糊綜合評(píng)判法［4-6］是基于模糊集理論和最大隸屬度原則或加權(quán)平均法對(duì)多因素系統(tǒng)的特征進(jìn)行總體評(píng)價(jià)的一種方法，是一種對(duì)多因素所影響的事物進(jìn)行綜合評(píng)判的有效方法。目前模糊綜合評(píng)判的研究重點(diǎn)與難點(diǎn)之一，就是如何科學(xué)、客觀地將一個(gè)多指標(biāo)問題綜合成一個(gè)單指標(biāo)的形式，以便在一維空間中實(shí)現(xiàn)綜合評(píng)價(jià)，其實(shí)質(zhì)就是如何合理地確定這些評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重［7］。

筆者在分析發(fā)達(dá)國(guó)家污染防治最佳可行技術(shù)指南和我國(guó)鉛冶煉工藝現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過層次分析法(AHP)確定鉛冶煉污染防治可行技術(shù)中各因素的權(quán)重，結(jié)合模糊綜合評(píng)判法對(duì)鉛冶煉污染防治的工藝及其組合進(jìn)行評(píng)估與篩選，提出了我國(guó)鉛冶煉污染防治的最佳可行技術(shù)及工藝組合。

1 發(fā)達(dá)國(guó)家鉛冶煉最佳可行技術(shù)經(jīng)驗(yàn)

1.1 污染防治最佳可行技術(shù)相關(guān)政策

發(fā)達(dá)國(guó)家在污染的防治方面開展了大量的工作，并出臺(tái)了一系列污染防治最佳可行技術(shù)的政策和技術(shù)指導(dǎo)文件，對(duì)我國(guó)的鉛冶煉污染防治最佳可行技術(shù)的評(píng)估與篩選具有重要的借鑒意義。

美國(guó)以技術(shù)法規(guī)作為制訂、實(shí)施環(huán)境質(zhì)量和排放標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，針對(duì)不同的工業(yè)部門制訂不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并以此為基礎(chǔ)再頒布各自相應(yīng)的排放限值指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物排放的有效控制。目前美國(guó)已制定了56個(gè)行業(yè)(涵蓋450個(gè)子行業(yè))基于最佳可行技術(shù)的污染物排放指南［8-9］。

歐盟頒布了《綜合污染預(yù)防與控制(IPPC)指令》［10］，指令中提出預(yù)防或減少污染物排放的技術(shù)措施應(yīng)基于最佳可行技術(shù)(BAT)。歐盟BAT體系覆蓋范圍廣，目前，歐盟已制定了27個(gè)行業(yè)的最佳可行技術(shù)參考文件(BREF)，包含能源、鋼鐵、有色、化工和造紙等部門，還有6個(gè)跨行業(yè)的BREF文件中提出了相應(yīng)的BAT。歐盟于2010年頒布了最新版本的《工業(yè)排放指令(IDE)》，指令更是明確一旦制定了行業(yè)的BREF，相應(yīng)的BAT結(jié)論將作為許可證發(fā)放的依據(jù)。IDE強(qiáng)化了技術(shù)規(guī)制這一手段，它改善及清晰了BAT的概念并根據(jù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了適當(dāng)?shù)母拢瑫r(shí)將BREF轉(zhuǎn)化為歐盟法律文件，提升了BREF的效力和一致性［11-12］。

歐盟和美國(guó)的技術(shù)參考文件均體現(xiàn)全過程控制的理念，從原料來源、生產(chǎn)工藝、污染控制，到設(shè)備產(chǎn)品的要求及最終污染物排放限量都有詳細(xì)的說明，這對(duì)我國(guó)建立適合我國(guó)國(guó)情的污染防治最佳可行技術(shù)具有可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

1.2 歐盟鉛冶煉污染防治最佳可行技術(shù)

歐盟《有色金屬工業(yè)最佳可行技術(shù)參考文件》［13］中詳細(xì)描述了有色金屬行業(yè)的各類生產(chǎn)工藝，主要包括卡爾多法、密閉鼓風(fēng)爐和新澤西州蒸餾法、氧氣底吹法、基夫賽特法及其相關(guān)設(shè)備，涵蓋了使用初級(jí)原材料和二級(jí)原材料時(shí)的相關(guān)環(huán)境問題;并詳細(xì)描述了鋅鉛鎘(及銻、鉍、銦、鍺、鎵、砷、硒、碲)以及銅、貴金屬、耐火金屬、堿和堿土金屬等10組有色金屬工業(yè)的原料來源及其儲(chǔ)存、生產(chǎn)工藝及設(shè)備、廢氣收集與處理、二氧化硫回收、廢液處理/水再利用等相關(guān)技術(shù)。對(duì)存在的環(huán)境問題，問題產(chǎn)生的環(huán)節(jié)、原因及控制措施，除一般的技術(shù)控制措施外，特別給出了在目前條件下不同工藝、不同控制條件下的最佳可行技術(shù)，并且給出通過應(yīng)用最佳可行技術(shù)可能達(dá)到的污染物減排量和資源消耗水平。表1列出了歐盟鉛冶煉的最佳可行技術(shù)。

表1 歐盟原生鉛冶煉的最佳可行技術(shù)Table 1 The best available techniques of the primary lead smelting of EU

2 我國(guó)的鉛冶煉技術(shù)

我國(guó)鉛冶煉技術(shù)的工藝特點(diǎn)如表2所示。

表2 我國(guó)鉛冶煉技術(shù)Table 2 The lead smelting technology in China

3 鉛冶煉污染防治最佳可行技術(shù)評(píng)估篩選

3.1 鉛冶煉污染防治最佳可行技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

鉛冶煉污染防治最佳可行技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)遵循系統(tǒng)、易選取、獨(dú)立、定性與定量相結(jié)合的基本原則，借鑒國(guó)外冶煉行業(yè)BAT的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際國(guó)情，構(gòu)建適于我國(guó)當(dāng)前經(jīng)濟(jì)和環(huán)境承受能力的評(píng)價(jià)體系，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系選取資源能源消耗、污染物排放、經(jīng)濟(jì)成本、技術(shù)可靠性為評(píng)價(jià)指標(biāo)(圖1)，其中，資源能源消耗表征被評(píng)價(jià)工藝技術(shù)在資源能源消耗方面的指標(biāo)，包括資源消耗和能源消耗;污染物排放表征被評(píng)價(jià)工藝技術(shù)對(duì)周邊環(huán)境的影響指標(biāo)，包括水污染物指標(biāo)、大氣污染物指標(biāo)、固體廢物指標(biāo)和噪聲指標(biāo);經(jīng)濟(jì)成本表征被評(píng)價(jià)工藝技術(shù)工程投資運(yùn)行費(fèi)用情況的指標(biāo)，包括投資成本、運(yùn)行維護(hù)成本、收益和避免費(fèi)用;技術(shù)可靠性表征被評(píng)價(jià)工藝在運(yùn)行方面的效能指標(biāo)，包括技術(shù)有效性、技術(shù)成熟性、技術(shù)普及率、技術(shù)穩(wěn)定性。

3.2 鉛冶煉行業(yè)污染防治最佳可行技術(shù)評(píng)估方法——層次分析－模糊綜合評(píng)判法

綜合評(píng)判也稱為多目標(biāo)決策，是指對(duì)多種因素所影響的事物或現(xiàn)象進(jìn)行總的評(píng)判。若這種評(píng)判過程涉及模糊因素，則稱為模糊綜合評(píng)判。從主要步驟上來講，模糊綜合評(píng)判可分為2步:按單個(gè)因素單獨(dú)評(píng)判;按所有因素綜合評(píng)判。具體細(xì)分6個(gè)步驟:建立因素集;建立權(quán)重集;建立備擇集(評(píng)價(jià)集);單因素模糊評(píng)判;模糊綜合評(píng)判;評(píng)判指標(biāo)處理。

上述評(píng)判稱為一級(jí)評(píng)判，適用于比較簡(jiǎn)單的情況。對(duì)于一些復(fù)雜的評(píng)判問題，或者在復(fù)雜的環(huán)境中進(jìn)行評(píng)判時(shí)，通常要考慮很多的因素，各因素又有不同的層次，有時(shí)因素本身還具有強(qiáng)烈的模糊性，如果仍采用一級(jí)模糊綜合評(píng)判，難以適應(yīng)這些情況，得不出合理的評(píng)判結(jié)果。采用多級(jí)模型可以較好地解決這個(gè)問題。

多級(jí)模糊綜合評(píng)判，就是在一級(jí)評(píng)判的基礎(chǔ)上再進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，并可根據(jù)需要多次進(jìn)行下去。為簡(jiǎn)便計(jì)算，以二級(jí)評(píng)判為例，介紹這種評(píng)判的基本方法和步驟。

圖1 污染防治最佳可行技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系Fig.1 The pollution prevention and control of best available techniques of assessment index system

假定考慮的因素很多，則采用如下的評(píng)判步驟:

模糊綜合預(yù)測(cè)是運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)知識(shí)從預(yù)測(cè)集到確定對(duì)象的因素集的一個(gè)模糊映射，模糊映射是由實(shí)際所測(cè)得數(shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)運(yùn)算得到模糊關(guān)系矩陣所確定的。以此為基礎(chǔ)，兼顧評(píng)判對(duì)象各種特性、各方面因素，將各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行量化，并根據(jù)不同指標(biāo)對(duì)評(píng)判對(duì)象的影響程度來分配權(quán)重系數(shù)，從而得出一個(gè)整體預(yù)測(cè)。

3.2.1 確定預(yù)測(cè)集和因素集

(1)建立評(píng)價(jià)模型因素集

因素集是由影響評(píng)判對(duì)象的各個(gè)因素所組成的集合，是模糊綜合評(píng)判是否科學(xué)合理的關(guān)鍵。它可以表示為 U={U1，U2，…，Um}，其中，Ui(i=1，2，…，m)是若干影響因素。在選取評(píng)價(jià)因素時(shí)既要盡可能全面，又要重點(diǎn)突出。若考慮因素過多過細(xì)，確定諸因素的權(quán)重時(shí)可能出現(xiàn)過小，甚至為零，因此需要必要的篩選。

(2)建立評(píng)價(jià)模型評(píng)價(jià)集

評(píng)價(jià)集［14］是由對(duì)評(píng)價(jià)客體可能作出的評(píng)判結(jié)果所組成的集合，可表示為 V={V1，V2，…，Vn}，其中元素Vj(j=1，2，…，n)是若干可能作出的評(píng)判結(jié)果。模糊綜合評(píng)判的目的就在于通過綜合考慮評(píng)判對(duì)象的所有影響因素，從評(píng)價(jià)集V中獲得一個(gè)最佳的評(píng)判結(jié)果。

對(duì)鉛冶煉的技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并最終將評(píng)價(jià)等級(jí)分為4級(jí)，其目標(biāo)評(píng)價(jià)集和適用于各二級(jí)因素的評(píng)價(jià)子集如表3所示。

表3 二級(jí)因素評(píng)價(jià)子集Table 3 The evaluation subset of two factors

二級(jí)因素評(píng)價(jià)集V0={最佳可行，可行，一般，不可行}。

3.2.2 確定模糊關(guān)系矩陣各指標(biāo)的權(quán)重

筆者運(yùn)用層次分析法［15］來確定各預(yù)測(cè)指標(biāo)的權(quán)重。層次分析法是美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家Satty在20世紀(jì)70年代提出的一種多目標(biāo)決策方法，決策者通過將復(fù)雜問題分解成若干層次和若干因素，在各因素之間進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較和運(yùn)算，就可以得出不同方案重要性程度的權(quán)重，為最佳比例的選擇提供依據(jù)［16］。其具體研究步驟:1)建立指標(biāo)層次結(jié)構(gòu);2)構(gòu)造判斷矩陣求出特征根、特征向量;3)計(jì)算判斷矩陣得一致性并檢驗(yàn)一致性;4)計(jì)算權(quán)重向量。

3.2.3 綜合預(yù)測(cè)及結(jié)果

由(U，V，R)三元體構(gòu)成的綜合模糊評(píng)判模型B是將模糊關(guān)系矩陣與各因素的權(quán)重進(jìn)行模糊變換，即:

其中，B稱為模糊綜合評(píng)判集，bj(j=1，2，…，m)稱為模糊綜合評(píng)判指標(biāo)，根據(jù)模糊綜合評(píng)判指標(biāo)可確定評(píng)判對(duì)象的具體結(jié)果。

3.2.4 鉛冶煉最佳可行技術(shù)評(píng)估結(jié)果

(1)鉛冶煉工藝過程污染防治最佳可行技術(shù)

鉛冶煉行業(yè)污染防治的最佳可行技術(shù)分為兩類:一類為工藝過程污染預(yù)防技術(shù)，即我國(guó)鉛冶煉生產(chǎn)工藝中能夠預(yù)防或減少污染物排放的實(shí)際應(yīng)用技術(shù)(表4);另一類為污染治理技術(shù)，即用于冶煉工藝末端能夠預(yù)防或減少污染物排放的實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)(表5)。

表4 鉛冶煉工藝過程污染預(yù)防最佳技術(shù)篩選表Table 4 The screening table of best techniques of pollution prevention and control for lead smelting process

表5 鉛冶煉工藝污染治理備選技術(shù)Table 5 The alternative techniques for lead smelting pollution control

(2)鉛冶煉工藝末端治理最佳可行技術(shù)篩選

鉛冶煉污染防治最佳可行技術(shù)包括工藝過程污染預(yù)防最佳可行技術(shù)和污染治理技術(shù)，前者包括封閉式料倉技術(shù)、富氧頂吹熔煉-鼓風(fēng)爐還原法、富氧底吹熔煉-熔融高鉛渣直接還原法、富氧底吹熔煉-鼓風(fēng)爐還原法和煙化爐-余熱鍋爐一體化技術(shù);后者包括煙氣收塵、煙氣制酸、煙氣脫硫、污酸處理、酸性廢水處理的最佳可行技術(shù)等。鉛冶煉污染防治最佳可行技術(shù)工藝組合見圖2。

圖2 鉛冶煉工藝污染防治最佳可行技術(shù)工藝組合Fig.2 The best available techniques combination for lead smelting pollution prevention and control

4 結(jié)語

在分析美國(guó)和歐盟污染防治最佳可行技術(shù)的政策和指導(dǎo)文件的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)鉛冶煉工藝的現(xiàn)狀，運(yùn)用層次分析-模糊綜合評(píng)判法對(duì)我國(guó)鉛冶煉污染防治技術(shù)進(jìn)行篩選，提出了鉛冶煉污染防治的最佳可行技術(shù)及其工藝組合，以期為鉛冶煉企業(yè)污染防治的清潔生產(chǎn)工藝和污染排放達(dá)標(biāo)排放提供技術(shù)指導(dǎo)，為我國(guó)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和我國(guó)環(huán)境質(zhì)量的改善提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。同時(shí)，相應(yīng)的研究成果已經(jīng)形成了《鉛冶煉污染防治最佳可行技術(shù)指南》技術(shù)指導(dǎo)文件的征求意見稿，經(jīng)進(jìn)一步修改后將由環(huán)境保護(hù)部發(fā)布。

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