典型石化廢水達標排放處理技術綜合評估

徐 恒，欒金義，魏尚琿，夏 瑜，魏玉梅，何緒文

（1.中國礦業(yè)大學（北京）化學與環(huán)境工程學院，北京 100083；2.中國石化 北京化工研究院，北京 100013）

石化是我國國民經(jīng)濟的支柱性產(chǎn)業(yè)，但同時也是廢水污染排放與控制的重點行業(yè)。石化廢水污染控制主要包括石化裝置區(qū)廢水源頭減排與預處理、末端廢水達標處理與回用處理等環(huán)節(jié)。石化廢水達標排放關系到流域水生態(tài)環(huán)境安全，是《水污染防治行動計劃》重點關注的對象。2015年，生態(tài)環(huán)境部頒布了《石油化學工業(yè)污染物排放標準》（GB 31571—2015）［1］等針對石化行業(yè)的污染物排放標準，廢水排放執(zhí)行的標準較原標準更為嚴格。因此，如何根據(jù)工程實際情況從現(xiàn)有石化行業(yè)水污染控制技術體系中選擇適宜的石化廢水達標排放處理技術變得愈加重要。

技術綜合評估，旨在對現(xiàn)有同類技術進行多維度的綜合量化分析與對比，明確不同技術的優(yōu)劣勢，為技術推廣應用提供理論依據(jù)，目前已在揮發(fā)性有機物控制［2］、城鎮(zhèn)生活污水處理［3-4］、農(nóng)村生活污水處理［5-7］、固體廢物管理［8］等環(huán)境治理領域得到廣泛應用。常用的評估方法包括德爾菲法［6］、層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）［9］、模糊綜合評估法［5］和灰色關聯(lián)分析法［10］等?！皹藯U管理”是一個系統(tǒng)的連續(xù)的評估過程，通過不斷地與行業(yè)領先者比較，并根據(jù)差距制定詳細的實施方案，達到持續(xù)改進乃至超越標桿的目的［11］。標桿法（Benchmarking Method，BM）成為技術評估中重要的一種數(shù)據(jù)標準化工具，具有非常廣闊的應用前景，近年來逐步應用于能源、交通和生態(tài)環(huán)保等領域［12-16］。

鑒于目前石化廢水處理領域尚未形成科學的、系統(tǒng)的技術綜合評估方法，本文擬將AHP和BM結合，構建基于AHP-BM的混合評估模型，并采用實際調(diào)研數(shù)據(jù)對模型進行賦值計算，進一步對評估結果進行分析，以期為石化行業(yè)水污染控制技術評估提供理論依據(jù)。

1 AHP-BM評估模型的構建

AHP-BM評估模型由兩部分組成：即AHP和BM。其中，AHP的功能在于建立評估指標的層次結構以及確定各個指標的權重；在此基礎上，應用BM對評估數(shù)據(jù)進行標準化處理，最后進行加權計算與綜合評估。AHP是目前最常用的指標權重確定方法，它能將專家定性的描述與定量的計算進行有機結合，提高了技術評估過程中的科學性和高效性。BM通過將評估數(shù)據(jù)與標桿數(shù)據(jù)進行對比，獲得標準化數(shù)據(jù)，可有效消除指標屬性、單位、量級尺度的影響。

1.1 基于AHP的指標權重計算方法

首先，根據(jù)各個指標的內(nèi)在聯(lián)系對指標進行分級（一級指標、二級指標等），形成如圖1所示的指標層次結構模型。然后，依次開展判斷矩陣構造、判斷矩陣求解、一致性檢驗，得到各個指標的權重［7，17］。

圖1 技術評估指標的層次結構模型

1.2 標桿值獲取與數(shù)據(jù)標準化處理方法

1.2.1 標桿值獲取

在傳統(tǒng)的標桿管理中，一般會選取實際存在且發(fā)展水平高的企業(yè)作為標桿，將其各項指標值作為標桿值［15］。本文擬結合石化行業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)資料，選取一批在廢水污染控制方面表現(xiàn)良好的企業(yè)或工程作為樣本。其次，基于實際調(diào)研數(shù)據(jù)，選取樣本中的指標最大值（正指標）或最小值（逆指標）作為標桿值。

1.2.2 數(shù)據(jù)標準化處理

為消除指標屬性、單位、量級尺度的影響，需要對各指標實際值進行標準化處理，正指標和逆指標數(shù)據(jù)標準化公式分別見式（1）和式（2）。

式中：xij為第i項待評估技術第j個指標的實際值；Xij為第i項待評估技術第j個指標的標準化值；Yj為第j個指標的標桿值。

1.3 綜合評估指數(shù)計算方法

基于指標權重以及其標準值計算結果，某項待評估技術的綜合評估指數(shù)計算公式見式（3）。

式中：Zi為第i項待評估技術的綜合評估指數(shù)；W為指標的權重向量；wj為第j個指標的權重值；Xi為第i項待評估技術的標準化值集合。

2 綜合評估實例計算與結果分析

2.1 指標體系

根據(jù)《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）［18］、《石油化學工業(yè)污染物排放標準》（GB 31571—2015）［1］、《石油煉制工業(yè)污染物排放標準》（GB 31570—2015）［19］等國家發(fā)布的相關標準和實際企業(yè)調(diào)研情況，經(jīng)過多次專家咨詢會討論后，形成如表1所示的石化廢水達標排放處理技術綜合評估指標體系，其中的三級指標類別與含義見表2。

表1 石化廢水達標排放處理技術綜合評估指標體系

表2 三級指標類別與含義

為便于評估模型賦值計算，需依據(jù)表3所列標準將表2中的定性指標進行定量轉化。

2.2 指標權重

結合已建立的指標體系，通過專家打分，獲得各層指標的判斷矩陣，再經(jīng)過計算特征向量與層次單排序、矩陣的一致性檢驗、層次總排序及一致性檢驗等過程，最終計算得出各個指標的權重，結果見表4。

表3 定性指標定量轉化標準

表4 石化廢水達標排放處理技術綜合評估指標體系的權重表

2.3 評估過程與結果分析

根據(jù)企業(yè)調(diào)研和專家咨詢資料，對表5所示典型達標處理技術工藝進行評估。通過選擇各項指標的最佳值作為標桿值，對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，結果見表6。在此基礎上，計算得出技術、經(jīng)濟與環(huán)境3個單項評估指數(shù)，以及綜合評估指數(shù)，結果見表7。

從表7可以看出，在綜合評估指數(shù)方面，“隔油+氣浮+A/O-PACT“和“隔油+氣浮+MBBR+催化臭氧氧化+BAF”兩種技術工藝較為接近，分別為0.80和0.79；后面依次為“隔油+氣浮+A/O-MBR”（0.77）、“隔油+氣浮+A/O+過濾”（0.63）和“隔油+氣浮+A/O+氣浮+BAF”（0.62）。從企業(yè)調(diào)研情況來看，“隔油+氣浮+A/O-PACT”和“隔油+氣浮+MBBR+催化臭氧氧化+BAF”兩種技術工藝應用較為廣泛，這與評估結果是一致的。

表5 待評估技術工藝原始數(shù)據(jù)

表6 待評估技術工藝各項指標標準化結果

表7 待評估技術工藝單項、綜合評估指數(shù)

此外，從技術性能方面看，“隔油+氣浮+MBBR+催化臭氧氧化+BAF”工藝評估指數(shù)最高（0.50），主要因為其具有較高的先進性、穩(wěn)定性和出水水質(zhì)；從經(jīng)濟性能方面看，“隔油+氣浮+A/O+過濾”工藝評估指數(shù)最高（0.20），主要因為其流程工藝較為簡單成熟且流程短，投資成本和運維成本相對較低；從環(huán)境效應方面看，“隔油+氣浮+A/O-MBR”工藝產(chǎn)生的固廢、廢氣相對較少，因而該項評估指數(shù)最高（0.18）。

3 結論及建議

a）本文構建了包含3項一級指標、8項二級指標和14項三級指標的石化廢水達標排放處理技術綜合評估指標體系。基于專家打分結果，利用AHP法獲得各項指標的權重，最后基于5項典型達標排放處理技術工藝的調(diào)研數(shù)據(jù)，利用BM法進行數(shù)據(jù)標準化處理，計算得到每項技術工藝的單項評估指數(shù)以及綜合評估指數(shù)。

b）評估結果表明，“隔油+氣浮+A/O-PACT”和“隔油+氣浮+MBBR+催化臭氧氧化+BAF”兩種技術工藝綜合指數(shù)較高，同時具有較好的技術性能，但經(jīng)濟性能較低，因此，在經(jīng)濟條件允許的情況下，可以優(yōu)先考慮。

c）評估結果受指標權重的影響較大，目前指標權重的獲取主要依賴專家打分的結果。因此，在進行石化行業(yè)水污染控制技術綜合評估時，應為專家提供實際水量、水質(zhì)、用地、管理需求、經(jīng)濟成本需求等背景資料，以便獲得因地制宜的權重數(shù)值和優(yōu)選技術。