典型石化废水达标排放处理技术综合评估

2020-06-28栾金义魏尚珲魏玉梅何绪文

化工环保 2020年3期

徐恒，栾金义，魏尚珲，夏瑜，魏玉梅，何绪文

（1.中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京 100083；2.中国石化北京化工研究院，北京 100013）

石化是我国国民经济的支柱性产业，但同时也是废水污染排放与控制的重点行业。石化废水污染控制主要包括石化装置区废水源头减排与预处理、末端废水达标处理与回用处理等环节。石化废水达标排放关系到流域水生态环境安全，是《水污染防治行动计划》重点关注的对象。2015年，生态环境部颁布了《石油化学工业污染物排放标准》（GB 31571—2015）［1］等针对石化行业的污染物排放标准，废水排放执行的标准较原标准更为严格。因此，如何根据工程实际情况从现有石化行业水污染控制技术体系中选择适宜的石化废水达标排放处理技术变得愈加重要。

技术综合评估，旨在对现有同类技术进行多维度的综合量化分析与对比，明确不同技术的优劣势，为技术推广应用提供理论依据，目前已在挥发性有机物控制［2］、城镇生活污水处理［3-4］、农村生活污水处理［5-7］、固体废物管理［8］等环境治理领域得到广泛应用。常用的评估方法包括德尔菲法［6］、层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）［9］、模糊综合评估法［5］和灰色关联分析法［10］等。“标杆管理”是一个系统的连续的评估过程，通过不断地与行业领先者比较，并根据差距制定详细的实施方案，达到持续改进乃至超越标杆的目的［11］。标杆法（Benchmarking Method，BM）成为技术评估中重要的一种数据标准化工具，具有非常广阔的应用前景，近年来逐步应用于能源、交通和生态环保等领域［12-16］。

鉴于目前石化废水处理领域尚未形成科学的、系统的技术综合评估方法，本文拟将AHP和BM结合，构建基于AHP-BM的混合评估模型，并采用实际调研数据对模型进行赋值计算，进一步对评估结果进行分析，以期为石化行业水污染控制技术评估提供理论依据。

1 AHP-BM评估模型的构建

AHP-BM评估模型由两部分组成：即AHP和BM。其中，AHP的功能在于建立评估指标的层次结构以及确定各个指标的权重；在此基础上，应用BM对评估数据进行标准化处理，最后进行加权计算与综合评估。AHP是目前最常用的指标权重确定方法，它能将专家定性的描述与定量的计算进行有机结合，提高了技术评估过程中的科学性和高效性。BM通过将评估数据与标杆数据进行对比，获得标准化数据，可有效消除指标属性、单位、量级尺度的影响。

1.1 基于AHP的指标权重计算方法

首先，根据各个指标的内在联系对指标进行分级（一级指标、二级指标等），形成如图1所示的指标层次结构模型。然后，依次开展判断矩阵构造、判断矩阵求解、一致性检验，得到各个指标的权重［7，17］。

图1 技术评估指标的层次结构模型

1.2 标杆值获取与数据标准化处理方法

1.2.1 标杆值获取

在传统的标杆管理中，一般会选取实际存在且发展水平高的企业作为标杆，将其各项指标值作为标杆值［15］。本文拟结合石化行业调研数据资料，选取一批在废水污染控制方面表现良好的企业或工程作为样本。其次，基于实际调研数据，选取样本中的指标最大值（正指标）或最小值（逆指标）作为标杆值。

1.2.2 数据标准化处理

为消除指标属性、单位、量级尺度的影响，需要对各指标实际值进行标准化处理，正指标和逆指标数据标准化公式分别见式（1）和式（2）。

式中：xij为第i项待评估技术第j个指标的实际值；Xij为第i项待评估技术第j个指标的标准化值；Yj为第j个指标的标杆值。

1.3 综合评估指数计算方法

基于指标权重以及其标准值计算结果，某项待评估技术的综合评估指数计算公式见式（3）。

式中：Zi为第i项待评估技术的综合评估指数；W为指标的权重向量；wj为第j个指标的权重值；Xi为第i项待评估技术的标准化值集合。

2 综合评估实例计算与结果分析

2.1 指标体系

根据《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）［18］、《石油化学工业污染物排放标准》（GB 31571—2015）［1］、《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570—2015）［19］等国家发布的相关标准和实际企业调研情况，经过多次专家咨询会讨论后，形成如表1所示的石化废水达标排放处理技术综合评估指标体系，其中的三级指标类别与含义见表2。

表1 石化废水达标排放处理技术综合评估指标体系

表2 三级指标类别与含义

为便于评估模型赋值计算，需依据表3所列标准将表2中的定性指标进行定量转化。

2.2 指标权重

结合已建立的指标体系，通过专家打分，获得各层指标的判断矩阵，再经过计算特征向量与层次单排序、矩阵的一致性检验、层次总排序及一致性检验等过程，最终计算得出各个指标的权重，结果见表4。

表3 定性指标定量转化标准

表4 石化废水达标排放处理技术综合评估指标体系的权重表

2.3 评估过程与结果分析

根据企业调研和专家咨询资料，对表5所示典型达标处理技术工艺进行评估。通过选择各项指标的最佳值作为标杆值，对原始数据进行标准化处理，结果见表6。在此基础上，计算得出技术、经济与环境3个单项评估指数，以及综合评估指数，结果见表7。

从表7可以看出，在综合评估指数方面，“隔油+气浮+A/O-PACT“和“隔油+气浮+MBBR+催化臭氧氧化+BAF”两种技术工艺较为接近，分别为0.80和0.79；后面依次为“隔油+气浮+A/O-MBR”（0.77）、“隔油+气浮+A/O+过滤”（0.63）和“隔油+气浮+A/O+气浮+BAF”（0.62）。从企业调研情况来看，“隔油+气浮+A/O-PACT”和“隔油+气浮+MBBR+催化臭氧氧化+BAF”两种技术工艺应用较为广泛，这与评估结果是一致的。

表5 待评估技术工艺原始数据

表6 待评估技术工艺各项指标标准化结果

表7 待评估技术工艺单项、综合评估指数

此外，从技术性能方面看，“隔油+气浮+MBBR+催化臭氧氧化+BAF”工艺评估指数最高（0.50），主要因为其具有较高的先进性、稳定性和出水水质；从经济性能方面看，“隔油+气浮+A/O+过滤”工艺评估指数最高（0.20），主要因为其流程工艺较为简单成熟且流程短，投资成本和运维成本相对较低；从环境效应方面看，“隔油+气浮+A/O-MBR”工艺产生的固废、废气相对较少，因而该项评估指数最高（0.18）。