化工企業(yè)VOCs治理評(píng)估指標(biāo)體系的建立與應(yīng)用

沈達(dá)，劉金吉，周飛，鄭達(dá)，豆閌

(1.江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院 江蘇省環(huán)境工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210036；2.連云港贛榆區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，江蘇 連云港 222199)

揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的污染控制工作是我國(guó)大氣污染控制的重點(diǎn)工作之一[1-3]，其中以化工VOCs治理最為復(fù)雜?；な墙K省的支柱產(chǎn)業(yè)，全省共有52個(gè)化工園(集中)區(qū)，近年來面臨了較大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)考驗(yàn)。雖然環(huán)保政策越來越嚴(yán)格，但環(huán)境違法案件仍然頻發(fā)，其中與化工行業(yè)有關(guān)案件所占比例較高。

2014年，原江蘇省環(huán)保廳頒布了《江蘇省化工行業(yè)廢氣污染防治技術(shù)規(guī)范》(蘇環(huán)辦〔2014〕3號(hào))，對(duì)企業(yè)廢氣過程收集輸送控制、末端治理和管理要求等均作出明確要求。2016年，江蘇省頒布了《省政府關(guān)于深入推進(jìn)全省化工行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的實(shí)施意見》(蘇政發(fā)〔2016〕128號(hào))，在廢氣排放控制方面，要求切實(shí)加強(qiáng)企業(yè)廢氣，尤其是無組織廢氣的收集和治理，有效控制生產(chǎn)過程中污染物的排放[4-5]。2017年，江蘇省政府印發(fā)《“兩減六治三提升”專項(xiàng)行動(dòng)方案》(蘇政辦發(fā)〔2017〕6號(hào))，明確要求2017年底全面完成園區(qū)綜合治理，確保治理設(shè)施穩(wěn)定有效運(yùn)行，建立園區(qū)有機(jī)廢氣整治績(jī)效評(píng)估制度。但在2018年4月，央視《經(jīng)濟(jì)半小時(shí)》欄目報(bào)道了江蘇省灌河口3個(gè)化工園區(qū)的環(huán)境污染問題，說明許多政策規(guī)范仍未得到有效落實(shí)。雖然，目前已有不少化工園區(qū)廢氣治理相關(guān)政策規(guī)范，但要掌握化工園區(qū)廢氣治理的實(shí)際情況，需要開展相關(guān)評(píng)估工作?，F(xiàn)建立一套客觀實(shí)際、系統(tǒng)科學(xué)的化工企業(yè)VOCs評(píng)估指標(biāo)體系[6-7]，以綜合評(píng)估化工企業(yè)VOCs整治情況。

1 化工企業(yè)VOCs綜合評(píng)估指標(biāo)體系

構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)體系的方法主要有層次分析法(AHP)[8-9]和模糊評(píng)價(jià)法(FCE)[10-11]，其中AHP是一種定量和定性相結(jié)合的層次化分析方法，主要用于研究目標(biāo)函數(shù)在給定區(qū)間上的最優(yōu)化問題；FCE是運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的概念，將模糊性、不確定性問題轉(zhuǎn)化為定量指標(biāo)，減少個(gè)人主觀臆斷的影響，從多個(gè)因素對(duì)被評(píng)價(jià)事物隸屬等級(jí)狀況進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)[12-15]?，F(xiàn)將AHP和FCE兩種評(píng)價(jià)方法有機(jī)結(jié)合，先通過AHP法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值，然后采用FCE法確定因數(shù)集并設(shè)定評(píng)價(jià)等級(jí)，根據(jù)評(píng)價(jià)對(duì)象建立適當(dāng)?shù)碾`屬函數(shù)，并進(jìn)行模糊運(yùn)算，根據(jù)最大隸屬度原則，最終得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果[16-19]。針對(duì)化工園區(qū)企業(yè)，采用3層指標(biāo)評(píng)估體系和乘積求和模糊評(píng)價(jià)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[20-22]。

1.1 評(píng)估指標(biāo)篩選依據(jù)

評(píng)估指標(biāo)的建立主要參考《江蘇省化工工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物無組織排放控制技術(shù)指南》(蘇環(huán)辦〔2016〕95號(hào))、《化學(xué)工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)物排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB 32 2862—2016)、《江蘇省化工行業(yè)廢氣污染防治技術(shù)規(guī)范》(蘇環(huán)辦〔2014〕3號(hào))，以及周學(xué)雙等[23]關(guān)于石化化工企業(yè)VOCs污染源排查及估算方法研究與實(shí)踐，并結(jié)合江蘇省響水、灌南、大豐等園區(qū)化工企業(yè)廢氣核查評(píng)估經(jīng)驗(yàn)，建立包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層3個(gè)層次的指標(biāo)體系[24-25]。

1.2 層次分析指標(biāo)權(quán)重設(shè)計(jì)

1.2.1 構(gòu)建階梯層結(jié)構(gòu)模型

將研究目標(biāo)評(píng)估中的因素分解為3層，建立目標(biāo)層A、準(zhǔn)則層B(B1，B2，…，Bm)、指標(biāo)層C(C1，C2，…，Cn)的階梯式層次結(jié)構(gòu)模型[26]。

1.2.2 確定判斷矩陣

首先，根據(jù)準(zhǔn)則層與目標(biāo)層對(duì)應(yīng)關(guān)系的重要程度進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造準(zhǔn)則層的判斷矩陣；然后，根據(jù)各指標(biāo)層與準(zhǔn)則層對(duì)應(yīng)關(guān)系的重要程度進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造指標(biāo)層的判斷矩陣；最后，通過專家打分進(jìn)行重要性標(biāo)度并對(duì)準(zhǔn)則層和指標(biāo)層進(jìn)行兩兩比較，形成指標(biāo)元素的兩兩重要性判別矩陣。

1.2.3 層次單排序及一致性檢驗(yàn)

計(jì)算構(gòu)建矩陣的最大特征值及其判斷矩陣對(duì)應(yīng)的特征向量，得出每一層指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重，并對(duì)各層次指標(biāo)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

根據(jù)矩陣特征根的求解方程N(yùn)W=λmaxWi求解出Wi，求解矩陣M對(duì)于準(zhǔn)則層判斷矩陣的指標(biāo)權(quán)重，轉(zhuǎn)化為向量的形式為W=(W1，W2…，Wn)T，N為矩陣數(shù)量，Wi為指標(biāo)權(quán)重。

對(duì)于單排序的判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，指標(biāo)的一致性計(jì)算見公式(1)和(2)。

(1)

(2)

式中： CI——一致性指標(biāo)；n——判斷矩陣的階數(shù)；λmax——該矩陣的最大特征根；CR——隨機(jī)一致性比率；RI——平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

一致性比率值以0.1為界限，若<0.1，則說明判斷矩陣M滿足一致性檢驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果有效，指標(biāo)的權(quán)重即可取為向量W中的分向量Wi；否則，則說明矩陣M未能通過一致性檢驗(yàn)，不能將Wi作為指標(biāo)的權(quán)重，此時(shí)，應(yīng)調(diào)整矩陣中的兩兩比較，使其能夠滿足一致性檢驗(yàn)。

1.2.4 層次總排序及一致性檢驗(yàn)

總排序即指根據(jù)準(zhǔn)則層中的指標(biāo)權(quán)重值，計(jì)算指標(biāo)層中指標(biāo)權(quán)重的過程，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。對(duì)指標(biāo)層總排序的一致性檢驗(yàn)見公式(3)。若CR*<0.1，則可以通過總層次一致性檢驗(yàn)，計(jì)算過程科學(xué)合理，否則，則調(diào)整指標(biāo)的取值重新進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。

(3)

式中：CR*——層次總排序一致性比率；bi——上一層次中指標(biāo)的權(quán)重；CIi——指標(biāo)層的判斷矩陣的一致性指標(biāo)；RIi——指標(biāo)層中判斷矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

建立的化工園區(qū)VOCs治理評(píng)估指標(biāo)體系及權(quán)重值見表1，具體計(jì)算過程省略[27-29]。

由表1權(quán)重?cái)?shù)值分析可知，工藝反應(yīng)過程和公輔真空泵區(qū)廢氣收集輸送、企業(yè)VOCs管理制度、VOCs工藝路線選擇和環(huán)保設(shè)備選型設(shè)計(jì)等因素是化工企業(yè)VOCs整治重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

表1 化工園區(qū)VOCs治理評(píng)估指標(biāo)體系及權(quán)重值

1.3 模糊綜合評(píng)判設(shè)計(jì)

將化工園區(qū)VOCs治理評(píng)估指標(biāo)體系中的4個(gè)層次22個(gè)指標(biāo)作為評(píng)估依據(jù)確定因數(shù)集，用U表示，U={U1，U2，U3，…，U22}。設(shè)定模糊評(píng)價(jià)等級(jí)V={V1，V2，V3，V4，V5}；其中“V1”代表好，“V2”代表良好，“V3”代表一般，“V4”代表較差，“V5”代表差。按照加權(quán)平均原則，將5個(gè)等級(jí)作為相對(duì)連續(xù)的位置。為了定量處理指標(biāo)范圍和尺度，更為直觀地呈現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果，根據(jù)專家意見及實(shí)際情況，使用百分值表示標(biāo)準(zhǔn)分值[27-28]，模糊綜合評(píng)價(jià)等級(jí)得分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 模糊綜合評(píng)價(jià)等級(jí)得分標(biāo)準(zhǔn)

1.4 建立多因素評(píng)價(jià)矩陣

鑒于建立的VOCs治理評(píng)估指標(biāo)體系考慮了多指標(biāo)、多因素的綜合作用，通過各指標(biāo)信息反映整體綜合目標(biāo)，因此選用乘積求積模型進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)。該模型是由層次分析與模糊綜合評(píng)價(jià)相結(jié)合建立的，模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算見公式(4)。

Bi=Wi×Ri

(4)

式中：Bi——準(zhǔn)則層的指標(biāo)層次分析與模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)合的綜合評(píng)估得分；Wi——各個(gè)層次中的指標(biāo)權(quán)重；Ri——i層次的評(píng)判矩陣。

根據(jù)準(zhǔn)則層的合成結(jié)果，對(duì)準(zhǔn)則層進(jìn)行綜合運(yùn)算，即可得出總的評(píng)價(jià)得分。假設(shè)參與企業(yè)廢氣評(píng)估的專家及管理人員有n個(gè)，每個(gè)評(píng)價(jià)人員在評(píng)價(jià)指標(biāo)Uij時(shí)，形成一個(gè)因素Uij到評(píng)價(jià)等級(jí)Vk的模糊映射關(guān)系矩陣，根據(jù)每個(gè)專家的評(píng)價(jià)判斷模糊矩陣，可形成綜合性的評(píng)價(jià)結(jié)果。

2 實(shí)證分析

2018年下半年對(duì)某化工園區(qū)A企業(yè)、B企業(yè)、C企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核查評(píng)估，根據(jù)評(píng)估結(jié)果，A企業(yè)情況較好，B企業(yè)整體一般，C企業(yè)問題較多。隨即邀請(qǐng)3家第三方機(jī)構(gòu)的專家各1人及環(huán)保管理人員2人，共5人對(duì)3家企業(yè)進(jìn)行指標(biāo)評(píng)估分析，以驗(yàn)證該評(píng)估指標(biāo)體系的合理性和可行性。

2.1 A企業(yè)分析

A企業(yè)是一家綜合性有機(jī)化工大型企業(yè)，生產(chǎn)的產(chǎn)品涉及農(nóng)藥、醫(yī)藥和染料中間體，擁有7個(gè)生產(chǎn)裝置，7個(gè)產(chǎn)品及原輔料儲(chǔ)罐區(qū)，3座原輔料及產(chǎn)品倉(cāng)庫(kù)。對(duì)應(yīng)的環(huán)保工程設(shè)備齊全，擁有2座污水處理站和多套廢氣處理系統(tǒng)。首先對(duì)具體的指標(biāo)層進(jìn)行模糊綜合評(píng)估，然后在求出指標(biāo)層結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用模糊綜合分析法對(duì)準(zhǔn)則層進(jìn)行模糊分析，具體計(jì)算過程省略[27-28]。

項(xiàng)目建立B1=W1×R1=(0.503 8，0.405 4，0.090 8，0，0)；現(xiàn)場(chǎng)排查B2=W2×R2=(0.450 0，0.377 2，0.096 4，0.076 4，0)；評(píng)估分析B3=W3×R3=(0.618 0，0.060 0，0.281 0，0，0)；監(jiān)督管理B4=W4×R4=(0，0.471 8，0.476 0，0.032 8，0)；通過AHP-FCE綜合評(píng)估，對(duì)A企業(yè)整體進(jìn)行歸一化處理得到，BA=WA×RA=(0.361，0.375，0.242，0.022，0)，即在對(duì)企業(yè)VOCs無組織評(píng)估中，處于 “優(yōu)秀”等級(jí)的占36.1%，“良好”等級(jí)的占37.5%，“一般”等級(jí)的占24.2%，“較差”等級(jí)的占2.2%，“差”等級(jí)的占0%。

A企業(yè)綜合評(píng)估得分為：TA總=BA×V=(0.361，0.375，0.242，0.021，0)×(95，80，70，50，25)T=82.29分，評(píng)價(jià)等級(jí)為2級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果為“良好”，說明A企業(yè)實(shí)施綜合效果良好。

2.2 B企業(yè)分析

B企業(yè)是以橡膠、涂料生產(chǎn)為主的小型化工企業(yè)，有氯化橡膠和樹脂涂料以及配套儲(chǔ)罐裝卸區(qū)。企業(yè)清潔生產(chǎn)水平較高，整體環(huán)保措施較好，但在部分區(qū)域存在收集和治理遺漏。

通過AHP-FCE綜合評(píng)估，對(duì)B企業(yè)整體進(jìn)行歸一化處理得到，BB=WB×RB=(0.039 6，0.507 6，0.299 0，0.153 8，0)，即在對(duì)企業(yè)VOCs無組織評(píng)估中，處于 “優(yōu)秀”等級(jí)的占3.96%，“良好”等級(jí)的占50.76%，“一般”等級(jí)的占29.99%，“較差”等級(jí)的占15.38%，“差”等級(jí)的占0%。

B企業(yè)綜合評(píng)估得分為：TB總=BB×V=(0.039 6，0.507 6，0.299 0，0.153 9，0)×(95，80，70，50，25)T=73分，評(píng)價(jià)等級(jí)為3級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果為“一般”，說明B企業(yè)實(shí)施綜合效果一般。

2.3 C企業(yè)分析

C企業(yè)是以染料中間體生產(chǎn)為主的中型化工企業(yè)，有9個(gè)產(chǎn)品以及2個(gè)儲(chǔ)罐區(qū)和1個(gè)產(chǎn)品倉(cāng)庫(kù)。擁有多套廢氣環(huán)保設(shè)備，但現(xiàn)場(chǎng)無組織逸散嚴(yán)重，廢氣產(chǎn)污環(huán)節(jié)收集及處理工藝均不到位。

通過AHP-FCE綜合評(píng)估，對(duì)C企業(yè)整體進(jìn)行歸一化處理得到，BC=WC×RC=(0.065 4，0.306 0，0.391 2，0.216 7，0.020 7)，即在對(duì)企業(yè)VOCs無組織評(píng)估中，處于 “優(yōu)秀”等級(jí)的占6.54%，“良好”等級(jí)的占30.6%，“一般”等級(jí)的占39.12%，“較差”等級(jí)的占21.67%，“差”等級(jí)的占2.07%。

C企業(yè)綜合評(píng)估得分為：TC總=BC×V=(0.065 4，0.306 0，0.391 2，0.216 7，0.021 0)×(95，80，70，50，25)T=69.44分，評(píng)價(jià)等級(jí)為4級(jí)，評(píng)價(jià)結(jié)果為“一般”，說明C企業(yè)實(shí)施綜合效果較差，有待進(jìn)一步完善改進(jìn)。

3 結(jié)論

(1)經(jīng)過化工園區(qū)排查評(píng)估并運(yùn)用AHP模型進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，可以得出化工園區(qū)企業(yè)在工藝反應(yīng)過程和公輔真空泵區(qū)廢氣收集輸送、企業(yè)VOCs管理制度、VOCs工藝路線選擇和環(huán)保設(shè)備選型設(shè)計(jì)等方面是企業(yè)VOCs整治重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

(2)運(yùn)用化工企業(yè)AHP-FCE綜合評(píng)估模型，構(gòu)建了包括項(xiàng)目建立、現(xiàn)場(chǎng)排查、評(píng)估分析和管理監(jiān)督4個(gè)準(zhǔn)則層及22個(gè)指標(biāo)層的化工園區(qū)企業(yè)VOCs綜合評(píng)估體系。突出了評(píng)估指標(biāo)之間的因果關(guān)系，評(píng)估指標(biāo)體系較為全面，為化工園區(qū)企業(yè)VOCs綜合整治績(jī)效評(píng)估提供了一種新的可行思路。

(3)利用VOCs整治AHP-FCE綜合評(píng)估模型，對(duì)江蘇某化工園3家企業(yè)進(jìn)行實(shí)證分析，評(píng)估結(jié)果分別為“良好”“一般”“較差”，符合3家企業(yè)現(xiàn)有實(shí)際狀態(tài)。