基于熵權(quán)和層次分析法的VOCs處理技術(shù)綜合評價(jià)

張亞青,王 相,孟凡榮,張文睿,焦甜甜,張華偉,梁 鵬

基于熵權(quán)和層次分析法的VOCs處理技術(shù)綜合評價(jià)

張亞青1*,王 相2,孟凡榮3,張文睿2,焦甜甜1,張華偉1,梁 鵬1

(1.山東科技大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院,山東 青島 266590；2.山東科技大學(xué)安全與環(huán)境工程學(xué)院,山東 青島 266590；3.北京郵電大學(xué)理學(xué)院,北京 100010)

針對化工行業(yè)所使用的VOCs控制技術(shù),綜合考慮了環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、管理以及技術(shù)4個(gè)一級因素以及13個(gè)二級因素對化工企業(yè)中常用的VOCs控制技術(shù)進(jìn)行綜合評價(jià),建立基于熵權(quán)法與層次分析法相結(jié)合的模糊綜合評價(jià)模型,對9種VOCs末端治理技術(shù)進(jìn)行量化分析評價(jià).闡述了備選VOCs的排放控制技術(shù)篩選方法、指標(biāo)體系的構(gòu)建以及評價(jià)方法,最后以山東省青島市化工企業(yè)為例,給出了模型的求解過程和評價(jià)結(jié)果.結(jié)果顯示,催化燃燒技術(shù)在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面優(yōu)勢明顯,熱力焚燒技術(shù)在經(jīng)濟(jì)方面優(yōu)勢顯著,吸附技術(shù)在技術(shù)方面優(yōu)勢突出.綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、管理和技術(shù)四個(gè)方面,VOCs排放控制技術(shù)綜合評價(jià)結(jié)果為:催化燃燒>熱力焚燒>光催化≈吸附濃縮-燃燒>等離子體>膜分離>吸附>冷凝>生物降解>吸收.

VOCs控制技術(shù)；熵權(quán)法；層次分析法；模糊綜合評價(jià)

VOCs污染防控是我國大氣污染控制的一項(xiàng)重點(diǎn)工作[1-2].化工行業(yè)的VOCs排放具有強(qiáng)度大、濃度高、持續(xù)時(shí)間長和污染物種類多等特點(diǎn)[3],是我國大氣污染的重要來源.由于評價(jià)VOCs排放控制技術(shù)考慮因素的復(fù)雜性,目前針對多種不同技術(shù)評價(jià)的指標(biāo)體系尚未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn).根據(jù)VOCs排放控制技術(shù)的不同特點(diǎn)與適用范圍,如何根據(jù)具體情況建立合適的評價(jià)指標(biāo)體系、合理地評價(jià)并選擇最佳排放控制技術(shù)是當(dāng)今環(huán)境科學(xué)亟待研究的問題.

國外從20世紀(jì)80年代初已開始對大氣污染物控制技術(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,歐盟和美國環(huán)保署指出對最佳可行性技術(shù)評價(jià)應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三個(gè)方面進(jìn)行入手[4].報(bào)道較多的是電力研究所(EPRI)、國際能源署(IEA)[5-6]以及美國能源部清潔煤計(jì)劃的研究工作.較為成熟的評價(jià)指標(biāo)體系有美國EPRI評價(jià)體系、EIA評價(jià)體系等.然而,由于各國的國情不同,這些體系并不完全適用于我國[7].

國內(nèi)學(xué)者基于層次分析法(AHP)圍繞化工行業(yè)[8-10]、包裝印刷行業(yè)[11]和石化及油品儲運(yùn)行業(yè)[12-13]等構(gòu)建了VOCs控制技術(shù)評估體系,通過對不同準(zhǔn)則的評價(jià)分別獲得了適用于各行業(yè)的最優(yōu)控制技術(shù).王燦[14]闡述了VOCs控制技術(shù)的評價(jià)原則、步驟和影響因素,從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會等方面初步構(gòu)建了VOCs控制技術(shù)的評價(jià)指標(biāo)體系.汪佳[15]針對VOCs治理技術(shù),結(jié)合層次分析法、熵權(quán)法(EVM)與灰色關(guān)聯(lián)度法集成構(gòu)建評價(jià)模型,得出了冷凝+吸附工藝為最優(yōu)VOCs回收技術(shù),對VOCs治理技術(shù)的分析具有指導(dǎo)性.然而,目前國內(nèi)對于VOCs開展的技術(shù)評估研究評價(jià)體系仍尚未形成系統(tǒng)的、科學(xué)的、全面的和得到權(quán)威部門認(rèn)可的VOCs排放控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)方法[7].

AHP和EVM被廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域的評價(jià)和決策[16-18].但是國外學(xué)者使用AHP和EVM針對VOCs排放控制技術(shù)的綜合評價(jià)研究較少.為評價(jià)深圳市環(huán)境保護(hù)績效的行政實(shí)踐,Liu等[19]構(gòu)建了區(qū)域政府環(huán)境保護(hù)績效評價(jià)指標(biāo)體系,包括生態(tài)環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約、生態(tài)空間優(yōu)化、生態(tài)制度實(shí)施和生態(tài)文明建設(shè)等部分.圍繞珠江三角洲地區(qū)的大氣污染治理,Streets等[20]以制造業(yè)為例進(jìn)行了成本效益分析,發(fā)現(xiàn)大氣污染治理的投入占產(chǎn)出的比例為0.3～ 3%.Li等[21]應(yīng)用熵權(quán)法和層次分析法相結(jié)合的多層次模糊綜合評價(jià)法建立了一個(gè)客觀有效的大氣污染控制環(huán)境績效評價(jià)模型.該評估模型基于中國的嚴(yán)重空氣污染區(qū)域,認(rèn)為大氣污染控制的環(huán)境績效與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)密切相關(guān).

層次分析法是一種主觀賦權(quán)法,根據(jù)專家的知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行賦權(quán), 此方法確定的指標(biāo)權(quán)重難免缺乏客觀的科學(xué)依據(jù),無法克服主觀因素的影響[22].熵權(quán)法實(shí)質(zhì)上是一種客觀賦權(quán)法,充分挖掘了原始數(shù)據(jù)的內(nèi)在規(guī)律和信息量[23],由其得出的權(quán)重獨(dú)立于決策者的主觀偏好以及經(jīng)驗(yàn),使得評價(jià)過程能夠有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)理論依據(jù)支撐,評價(jià)結(jié)果更具有客觀性[24].但是,熵權(quán)法不能反映專家的知識和經(jīng)驗(yàn), 所得權(quán)重與實(shí)際重要程度可能出現(xiàn)不相符,且該方法相對主觀賦權(quán)法而言形成較晚且很不完善.模糊綜合評價(jià)法是在層次分析法的基礎(chǔ)上結(jié)合模糊數(shù)學(xué)的一種綜合分析方法,對解決復(fù)雜的評價(jià)因素十分適用.目前,基于熵權(quán)法和層次分析法的模糊綜合評價(jià)在VOCs控制技術(shù)評估方面應(yīng)用較少.

化工企業(yè)VOCs處理技術(shù)類型多樣[25],其評價(jià)受多種因素制約且難以量化.將層次分析法和熵權(quán)法結(jié)合起來的模糊綜合評價(jià)將主客觀賦權(quán)結(jié)合,適用于非確定性VOCs處理技術(shù)的評價(jià). VOCs處理技術(shù)主要分為源頭控制、過程控制、末端治理三大類,其中末端治理技術(shù)在VOCs排放控制采取的措施中占比約60%～70%[10].常用末端治理技術(shù)主要分為單一治理和組合治理技術(shù)兩類.單一治理技術(shù)又包括回收技術(shù)與銷毀技術(shù),組合治理技術(shù)主要為吸附濃縮-燃燒、冷凝-催化燃燒、等離子-光催化等單一技術(shù)的組合應(yīng)用術(shù)等[26-30].

基于此,本文主要研究化工企業(yè)在VOCs排放控制中末端處理技術(shù)的選擇,通過對化工企業(yè)采用的VOCs末端治理技術(shù)進(jìn)行分析.采用層次分析法與熵權(quán)法為模糊綜合評價(jià)法提供綜合權(quán)重,構(gòu)建包括主觀權(quán)重、客觀權(quán)重和綜合權(quán)重的系統(tǒng)權(quán)重體系,對多種類型的VOCs末端治理技術(shù)進(jìn)行定性與定量結(jié)合的分析與綜合評估.

1 研究方法

1.1 VOCs排放控制技術(shù)綜合評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

構(gòu)建綜合評價(jià)指標(biāo)體系首先要確定分析指標(biāo).VOCs排放控制技術(shù)綜合評價(jià)指標(biāo)的選擇需要參考政府等有關(guān)部門發(fā)布的與VOCs有關(guān)的法律法規(guī)、管控政策及指導(dǎo)性文件,考察影響VOCs排放控制技術(shù)投入使用的關(guān)鍵因素.指標(biāo)體系的構(gòu)建需要滿足系統(tǒng)性、科學(xué)性、可操作性和實(shí)用性的原則.一方面要求指標(biāo)體系能夠通過定性或定量的方法,準(zhǔn)確充分地反映評價(jià)對象的情況,另一方面也要考慮指標(biāo)量化的難易程度,要求在盡可能保證評價(jià)結(jié)果客觀、全面和公正的情況下,評分方法和標(biāo)準(zhǔn)明確易操作[31-33].基于以上原則,結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)研,并綜合考慮目前化工企業(yè)VOCs排放特征和治理情況及研究現(xiàn)狀,從技術(shù)、管理、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境4個(gè)方面選取評價(jià)指標(biāo)見表1.

1.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

指標(biāo)賦權(quán)是VOCs排放控制技術(shù)評價(jià)中的重要環(huán)節(jié).權(quán)重確定的合理性可直接影響評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性與科學(xué)性[34].本文使用組合賦權(quán)法,將EVM和AHP結(jié)合起來使用,取其權(quán)重的均值作為指標(biāo)最終的綜合權(quán)重,使得在求解指標(biāo)權(quán)重的過程中兩種方法能夠優(yōu)劣互補(bǔ).由于EVM需要有一定量的樣本數(shù)據(jù)才能正常使用,且熵值與指標(biāo)數(shù)值本身的大小關(guān)系非常密切.因此EVM只適用于指標(biāo)層的構(gòu)權(quán),對于準(zhǔn)則層的構(gòu)權(quán)只采用AHP.

表1 VOCs排放控制技術(shù)指標(biāo)體系

1.2.1 層次分析法 AHP是參照心理學(xué)研究規(guī)律,根據(jù)分析對象的數(shù)據(jù)性質(zhì),將決策過程層次化、系統(tǒng)化呈現(xiàn),建立體系和結(jié)構(gòu)清晰的指標(biāo)評價(jià)體系的方法[8].在AHP的應(yīng)用過程中,問題將被劃分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層.同一層的指標(biāo)以上層指標(biāo)為準(zhǔn)則進(jìn)行兩兩比較,構(gòu)造成對比較矩陣,并對比較結(jié)果進(jìn)行一致性檢驗(yàn). 結(jié)合文獻(xiàn)和實(shí)地調(diào)研,咨詢相關(guān)專家,通過專家學(xué)者打分的形式,根據(jù)專家提供的內(nèi)容信息判斷各指標(biāo)因素的相對重要性.按照表2中的1～9相對尺度進(jìn)行賦值,構(gòu)建具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的針對VOCs排放控制技術(shù)的評判矩陣,計(jì)算特征根和特征向量:

設(shè)一個(gè)指標(biāo)評價(jià)體系有個(gè)評價(jià)指標(biāo),個(gè)被評價(jià)對象(或方案),獲得的成對比較矩陣可表示為:

式中:a表示指標(biāo)e比e的重要(不重要)程度.

表2 1～9尺度

RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)(表3),一致性比率為CR,利用CR檢驗(yàn)成對比較矩陣的一致性,當(dāng)CR<0.1時(shí),表明的不一致程度在容許范圍內(nèi).

當(dāng)成對比較矩陣通過一致性檢驗(yàn)后,對的最大特征值所對應(yīng)的特征向量=(1,2……U)T進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化處理,所得結(jié)果即為所求指標(biāo)權(quán)向量=(1,2……W).

表3 隨機(jī)一致性指標(biāo)RI數(shù)值

式中:為大于零的恒量.

對某項(xiàng)指標(biāo)x,指標(biāo)值x的差距越大,則該指標(biāo)在綜合評價(jià)中所起的作用越大;如果某項(xiàng)指標(biāo)的指標(biāo)值全部相等,則表明該指標(biāo)在綜合評價(jià)中不起作用.計(jì)算綜合指標(biāo)時(shí),首先需要對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理,將異質(zhì)指標(biāo)同質(zhì)化.由于正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)數(shù)值代表的含義不同,因此,對于高低指標(biāo)本文進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理具體方法如下:

計(jì)算第項(xiàng)指標(biāo)下第個(gè)指標(biāo)占該指標(biāo)的比重:

式中:=1, 2…,;=1,2,…,.

采用自然對數(shù),此時(shí)第個(gè)評價(jià)指標(biāo)的熵可定義為:

小學(xué)道德與法治課堂教學(xué)進(jìn)行教法升級符合新課改倡導(dǎo)的基本精神。小學(xué)身心成長有自身規(guī)律，教師要巧妙借助教材中的插圖，點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)習(xí)熱情；善于運(yùn)用生活中的故事，拓展學(xué)生思維認(rèn)知；組織趣味游戲，內(nèi)化學(xué)生道德情感；探析典型案例，升級學(xué)生法制意識。通過這些方式，課堂教學(xué)實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，學(xué)生良好品德自然生成。

計(jì)算信息熵冗余度:d=1-e

最終計(jì)算得到各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)值:

根據(jù)以上熵函數(shù)的定義以及指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算過程可知:(1)當(dāng)VOCs排放控制技術(shù)評價(jià)指標(biāo)的評價(jià)等級分值差異較大時(shí),熵權(quán)較大,說明該指標(biāo)為決策者提供了有用信息[15].(2)如果所有評價(jià)指標(biāo)的評價(jià)等級得分情況相同,熵值達(dá)到最大值1,此時(shí)熵權(quán)為零,說明該指標(biāo)未能向決策者提供有用信息,該指標(biāo)可剔除.(3)指標(biāo)的熵越大,得到的熵權(quán)就越小,說明該指標(biāo)越不重要.

1.3 模糊綜合評價(jià)模型

模糊綜合評價(jià)法隸屬于模糊數(shù)學(xué)范疇,能夠基于模糊數(shù)學(xué)的隸屬度原理將定性問題轉(zhuǎn)化為定量問題,即利用模糊數(shù)學(xué)解決對復(fù)雜系統(tǒng)做出總體評價(jià)的問題[11].其步驟如下:

(1)確定因素集、評語集、建立模糊矩陣

因素集=｛1,2……U｝

式中:為所要研究事物的模糊集合,1……U為的模糊子集.

評語集=｛1,2……V｝

式中:為對應(yīng)于的評價(jià)集合,1……V對應(yīng)于1……U各子集的評判,其可能是高或低、大或小等.

設(shè)是個(gè)因素集構(gòu)成的集合,各因素集又有個(gè)描述對象特征的變量,由這些權(quán)重間的不同可以得出其隸屬度(｜x)間的差異,由此建立模糊矩陣如下式(11)所示.其中,第行第列元素,表示因素集對評語集等級的模糊數(shù)學(xué)隸屬度.

模糊評價(jià)中元素的權(quán)重向量=(1,2……W)表示對應(yīng)于(｜x)的權(quán)重值集合,其表征各元素間的相對重要程度[13].本文利用EVM與AHP結(jié)合的組合賦權(quán)法確定權(quán)重系數(shù).

(3)計(jì)算模糊綜合評價(jià)結(jié)果向量

構(gòu)建模糊綜合評價(jià)結(jié)果向量=W如式(12)所示.針對模糊評價(jià)結(jié)果,使用合適的方法進(jìn)行分析;常用的方法是最大隸屬度的分析原則,但有時(shí)誤差較大;為補(bǔ)足其缺點(diǎn),可使用平均加權(quán)隸屬等級的方法加以優(yōu)化.

2 評價(jià)案例應(yīng)用

根據(jù)青島市大氣污染源排放清單,不同區(qū)(市)工業(yè)企業(yè)VOCs排放量由高到低依次為黃島區(qū)、平度市、萊西市、城陽區(qū)、即墨區(qū)、膠州市、李滄區(qū)、嶗山區(qū)、市北區(qū)、高新區(qū)、市南區(qū).排在前3位的重點(diǎn)排放行業(yè)依次為橡膠和塑料制品業(yè)、化學(xué)原料和化學(xué)制品制造業(yè)、原油加工及石油制品制造業(yè)[35].青島市已有49%的工業(yè)企業(yè)安裝了VOCs處理工藝及設(shè)備.在已安裝VOCs處理工藝及設(shè)備的企業(yè)中,治理技術(shù)以吸附(26%)和吸收(22%)技術(shù)為主[36].本研究以山東省青島市化工企業(yè)為例,通過開展青島市工業(yè)源VOCs排放情況及控制技術(shù)實(shí)地調(diào)研獲得初始數(shù)據(jù),建立層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合的模糊綜合評價(jià)模型,對典型工業(yè)使用的VOCs控制技術(shù)進(jìn)行定性和定量評估,篩選出最適合工業(yè)企業(yè)應(yīng)用的VOCs排放控制技術(shù).

選取化工企業(yè)常用的VOCs末端處理技術(shù):吸附、吸收、膜分離、冷凝、熱力焚燒、催化燃燒、吸附濃縮-燃燒、等離子體、生物降解、光催化9種VOCs控制技術(shù),從技術(shù)(A)、管理(B)、經(jīng)濟(jì)(C)、環(huán)境(D)4個(gè)方面進(jìn)行分析評價(jià).利用Yaahp軟件建立如圖1所示指標(biāo)評價(jià)體系.為了使得評估結(jié)果更加科學(xué)合理,本文對指標(biāo)因子層進(jìn)行了數(shù)值統(tǒng)計(jì).對于可定量的指標(biāo),采取如凈化率、穩(wěn)定達(dá)標(biāo)率、投入成本、運(yùn)行成本,利用實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行評價(jià);對于不能進(jìn)行量化處理的指標(biāo),采用定性分析的方法,利用文字?jǐn)⑹霰硎酒湎鄬Φ牡燃壴u價(jià),如表4所示.并利用模糊分析方法對9種VOCs排放控制技術(shù)做出評估,并將指標(biāo)因子層各數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,得到各技術(shù)在相應(yīng)指標(biāo)下的模糊評價(jià)矩陣結(jié)果見表5.

圖1 VOCs排放控制技術(shù)綜合評價(jià)指標(biāo)體系

表4 VOCs排放控制技術(shù)模糊綜合評價(jià)指標(biāo)值

表5 VOCs排放控制技術(shù)二級指標(biāo)評價(jià)值

2.1 層次分析法和熵權(quán)法組合求解權(quán)重

表6 VOCs排放控制技術(shù)評價(jià)體系A(chǔ)HP權(quán)重?cái)?shù)值

綜合已有文獻(xiàn)、專家意見以及調(diào)研結(jié)果,對1種VOCs排放控制技術(shù)針對評價(jià)體系中的指標(biāo)進(jìn)行兩兩優(yōu)勢對比,并依據(jù)表2中的1～9尺度表進(jìn)行賦值.以一級指標(biāo)準(zhǔn)則層為例,利用Yaahp軟件在輸入兩兩對比矩陣后得到準(zhǔn)則層指標(biāo)權(quán)重,并得到最大的特征值max=4.007,得出CR=0.002<0.1,即判斷通過一致性檢驗(yàn).用同樣的方法對指標(biāo)體系中所有的層次進(jìn)行計(jì)算并檢驗(yàn)一致性,得到表6所示的各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值.由表6計(jì)算結(jié)果顯示,根據(jù)層次分析法得到一級指標(biāo)技術(shù)、管理、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境指標(biāo)的權(quán)重分別是0.201、0.063、0.293和0.443.在二級指標(biāo)中環(huán)境效益、穩(wěn)定達(dá)標(biāo)率、運(yùn)行成本權(quán)重排名前3為VOCs排放控制技術(shù)的重要篩選指標(biāo),其權(quán)重分別為0.243、0.166和0.116.

表7 VOCs排放控制技術(shù)評價(jià)體系EVM權(quán)重?cái)?shù)值

表8 組合賦權(quán)法權(quán)重?cái)?shù)值

熵權(quán)法計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值,得到最終計(jì)算的VOCs排放控制技術(shù)評價(jià)影響因素的權(quán)重?cái)?shù)值如下表7所示.利用熵值法和層次分析法的組合賦權(quán),計(jì)算10種技術(shù)的指標(biāo)層權(quán)重,結(jié)果列于表8中.

2.2 綜合技術(shù)評價(jià)結(jié)果

由表5中,各技術(shù)的二級指標(biāo)評價(jià)值形成相應(yīng)的具體模糊評價(jià)矩陣如下:

技術(shù):

管理:

經(jīng)濟(jì):

環(huán)境:

分別對二級指標(biāo)中的各指標(biāo)進(jìn)行評價(jià),得出應(yīng)用各VOCs控制技術(shù)在技術(shù)、管理、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境方面的優(yōu)劣程度,為技術(shù)篩選提供參考.

2.2.1 技術(shù)層指標(biāo)評價(jià)B1=11=(0.145 0.097 0.092 0.053 0.165 0.142 0.117 0.068 0.049 0.069).

評價(jià)結(jié)果為:熱力焚燒>吸附>催化燃燒>吸附濃縮-燃燒>吸收>膜分離>光催化>等離子體>冷凝>生物降解.

在技術(shù)方面,熱力焚燒和吸附技術(shù)的優(yōu)勢明顯.該結(jié)果出現(xiàn)的原因是吸附技術(shù)和熱力焚燒技術(shù)在VOCs排放處理中應(yīng)用時(shí)間較久,技術(shù)相對成熟,且凈化效果較好,優(yōu)勢明顯.催化燃燒與吸附濃縮-燃燒技術(shù)較為成熟,但由于工藝復(fù)雜度較高,排名僅次于熱力焚燒和吸附.冷凝和生物降解技術(shù)雖然工藝復(fù)雜度低,但適用性和凈化效果較差.

2.2.2 管理層指標(biāo)評價(jià)B2=22=(0.061 0.043 0.105 0.094 0.073 0.074 0.038 0.184 0.082 0.267).

管理評價(jià)結(jié)果為:光催化>等離子體>膜分離>冷凝>生物降解>催化燃燒>熱力焚燒>吸附>吸收>吸附濃縮-燃燒

在管理方面,光催化和等離子體技術(shù)在人工需求和占地面積方面優(yōu)勢明顯且相對易檢修與維護(hù),因此排名靠前.吸附濃縮-燃燒技術(shù)由于技術(shù)復(fù)雜,檢修與維修相對困難,且對人工與場地需求較大排名較后.

2.2.3 經(jīng)濟(jì)層指標(biāo)評價(jià)B3=33=(0.095 0.048 0.076 0.023 0.126 0.124 0.089 0.071 0.099 0.086).

經(jīng)濟(jì)評價(jià)結(jié)果為: 熱力焚燒>催化燃燒>生物降級>吸附>吸附濃縮-燃燒>光催化>膜分離>等離子體>吸收>冷凝.

在經(jīng)濟(jì)方面,運(yùn)行成本所占比例較高.熱力焚燒和催化燃燒由于運(yùn)行成本相對較低,且能夠帶來較好的經(jīng)濟(jì)收入,優(yōu)勢明顯.吸收與冷凝在投資成本和運(yùn)行成本兩方面都需要有較高的投入,帶來的經(jīng)濟(jì)效益也相對較小,因此略顯劣勢.

2.2.4 環(huán)境層指標(biāo)評價(jià)B4=44=(0.071 0.041 0.105 0.106 0.113 0.115 0.179 0.142 0.025 0.111)

環(huán)境評價(jià)結(jié)果為: 吸附濃縮-燃燒>等離子體>催化燃燒>熱力焚燒>光催化>冷凝>膜分離>吸附>吸收>生物降解.

在環(huán)境方面,各子指標(biāo)的重要級別排序:環(huán)境效益>穩(wěn)定達(dá)標(biāo)率>二次污染.組合技術(shù)吸附濃縮-燃燒,在環(huán)境三種指標(biāo)性能方面有顯著優(yōu)勢.等離子體技術(shù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)率較好,但在VOCs處理過程中會產(chǎn)生對環(huán)境有害的副產(chǎn)物;生物降解技術(shù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)率較差且可能出現(xiàn)異味大的問題,排名較差.

2.2.5 綜合評價(jià)A=11=(0.094 0.057 0.094 0.069 0.119 0.123 0.117 0.112 0.059 0.117)

綜合考慮上述環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、管理和技術(shù)四個(gè)方面,VOCs排放控制技術(shù)綜合評價(jià)結(jié)果(如圖2所示)為: 催化燃燒>熱力焚燒>光催化≈吸附濃縮-燃燒>等離子體>膜分離>吸附>冷凝>生物降解>吸收.

從圖3中可以看出,催化燃燒技術(shù)在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面優(yōu)勢明顯,熱力焚燒技術(shù)與經(jīng)濟(jì)方面優(yōu)勢顯著,吸附技術(shù)在技術(shù)方面優(yōu)勢突出.組合技術(shù)吸附濃縮-催化燃燒綜合效益較好;等離子體技術(shù)在環(huán)境層面效果較好,光催化技術(shù)在管理層面效果較好,但這兩種技術(shù)都屬于新興技術(shù),技術(shù)成熟度和適用性方面略顯劣勢.冷凝技術(shù)適用性較差,吸收技術(shù)雖然技術(shù)復(fù)雜度低但需要選用合適吸收劑,易產(chǎn)生二次污染.生物降解技術(shù)對環(huán)境影響較差,降解池異味較大,綜合評價(jià)效果不佳.根據(jù)綜合評價(jià)結(jié)果,催化燃燒、熱力燃燒和吸附濃縮-燃燒及光催化這幾種技術(shù)排名靠前,是VOCs排放處理中值得推薦的技術(shù).

圖2 VOCs排放控制技術(shù)綜合評價(jià)結(jié)果

圖3 VOCs排放控制技術(shù)指標(biāo)評估量化分布

3 結(jié)論

3.1 利用EVM與AHP結(jié)合的組合賦權(quán)模型,能較好地平衡評價(jià)過程中主觀因素的影響,獲得更加合理科學(xué)的VOCs排放控制技術(shù)選擇方案排序.

3.2 以山東省青島市化工企業(yè)為例,驗(yàn)證了模型的可行性.綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、管理和技術(shù)4個(gè)方面,VOCs排放控制技術(shù)綜合評價(jià)結(jié)果為催化燃燒>熱力焚燒>光催化≈吸附濃縮-燃燒>等離子體>膜分離>吸附>冷凝>生物降解>吸收.根據(jù)綜合評價(jià)結(jié)果,催化燃燒、熱力焚燒和吸附濃縮-燃燒及光催化這幾種技術(shù)排名靠前,是VOCs排放處理中值得推薦的技術(shù).其中,催化燃燒技術(shù)在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)方面優(yōu)勢明顯,熱力焚燒在技術(shù)與經(jīng)濟(jì)方面優(yōu)勢顯著,吸附技術(shù)在技術(shù)方面優(yōu)勢突出,光催化技術(shù)在管理層面效果較好.另外,本文的模型具有拓展性與可操作性,可根據(jù)實(shí)際需求對指標(biāo)體系進(jìn)行調(diào)整.

3.3 本研究為化工企業(yè)VOCs排放控制技術(shù)的評價(jià)、選擇和推廣使用提供了有效科學(xué)的方法.在實(shí)際應(yīng)用中對VOCs防治技術(shù)的選擇還可考慮源頭控制、過程控制如泄露監(jiān)測與修復(fù)(LDAR)、改進(jìn)收集轉(zhuǎn)置等,評價(jià)結(jié)果可作為結(jié)合其他VOCs排放控制技術(shù)、選擇最適合的VOCs排放控制技術(shù)的參考.

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Comprehensive evaluation of VOCs processing technology based on entropy weight method and analytic hierarchy process.

ZHANG Ya-qing1*, WANG Xiang2, MENG Fan-rong3, ZHANG Wen-rui2, JIAO Tian-tian1, ZHANG Hua-wei1, LIANG Peng1

(1.College of Chemical and Biological Engineering, Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590, China；2.College of Safety and Environmental Engineering, Shandong University of Science and Technology,Qingdao 266590, China；3.College of Science, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100010, China)., 2021,41(6)：2946～2955

Aiming at the VOCs control technology used in chemical industry, the 4primary factors of environment, economy, management, and technology and 13 secondary factors were comprehensively considered to evaluate VOCs control technologies commonly used in chemical enterprises. A fuzzy comprehensive evaluation model based on entropy weight method and analytic hierarchy process was established for quantitatively analyze, and 9kinds of VOCs elimination technologies were evaluated. The selection method of VOCs control technologies, and the construction and evaluation method of index system were described. Finally, taking the chemical enterprises in Qingdao, Shandong Province as an example, the resolution process and evaluation results of the model were given. The results showed that catalytic combustion technology had significant environmental and economic advantages, while thermal incineration technology performed better in economic aspects. Considering the 4aspects of environment, economy, management and technology, the comprehensive evaluation results of VOCs emission control technology were as follows: catalytic combustion > thermal incineration > photocatalysis ≈ adsorption condense combustion > plasma > membrane separation > adsorption > condensation > biodegradation > absorption.

VOCs control technology；entropy method；analytic hierarchy process；fuzzy comprehensive evaluation

X511

A

1000-6923(2021)06-2946-10

張亞青(1989-),女,山東單縣人,講師,博士,主要從事煤炭的清潔高效轉(zhuǎn)化和VOCs凈化材料及工藝開發(fā).發(fā)表論文30余篇.

2020-11-11

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21776164);山東省軟科學(xué)一般項(xiàng)目(2019RKB01290);山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(ZR2020QB186)

* 責(zé)任作者, 講師, nengyuan_zyq@126.com