工业废盐无害化技术建模评价及分析.pdf

收稿日期院2023-04-25基金项目院江苏省生态环境科研项目资助渊2021010袁2022016冤.作者简介院徐学骁渊1990-冤袁男袁江苏南京人袁硕士袁工程师袁主要从事环境保护工艺设计工作.通讯作者院左 武袁高级工程师袁E-mail:.0引言工业废盐主要来源于工业生产渊包括精细化工尧医药生产以及高盐废水处理等过程1-2冤遥 我国工业废盐产量随着工业的快速发展而快速增长袁 我国工业废盐年产量已超过 2.0 伊 107t3遥 其具有种类多尧产生量大尧成分复杂尧毒性大尧处理成本高尧环境危害大等特点4遥目前袁工业废盐处理技术主要包括物理法尧氧化法尧膜分离法尧热处理法等5-9遥 物理法通过溶解结晶及提纯等方法进行处理袁其主要包括重结晶法尧盐洗法和萃取法等10遥 氧化法主要利用氧化剂使废盐中不易降解的有机物氧化袁 物理法难以处理时可采用氧化法迅速地将有毒尧有害有机物完全氧化袁以得到干净的产物11遥 膜分离法采用纳滤膜或离子交换膜使有机物与盐分离袁其主要方法包括纳滤尧微滤以及电渗析等遥 热处理法通过高温使得废盐中有机杂质迅速分解袁实现有机物脱除12袁因热处理对脱除有机物比较彻底袁故研究人员对其广泛关注13-15遥 因企业工业废盐无害化技术建模评价及分析徐学骁袁左武袁武倩袁吕宜廉袁周海云袁姚烘烨渊江苏省环境工程技术有限公司袁江苏南京210019冤摘要院工业废盐无害化处理技术种类多尧应用场景广尧技术系统性强遥为准确有效评估废盐处理技术的优劣势及适用性袁建立多准则决策模型评价洗涤尧膜处理尧热解尧高温氧化等6类常见的工业废盐无害化技术遥首次建立AHP-TOPSIS耦合技术评估模型袁采用层次分析法渊AHP冤建立判断矩阵袁计算经济成本尧污染防治尧技术性能等方面的因素权重值袁并用TOPSIS算法开展技术优先级排序遥在综合评分基础上袁总结分析了各类技术的优尧劣势袁分析得出热解等高温处理技术的整体技术优势较大袁为今后技术发展的主导方向遥关键词院工业废盐曰多准则决策模型曰TOPSIS算法中图分类号押 X7文献标志码押 A文章编号押 1674-4829渊2023冤0源-0012-05Modeling Evaluation and Analysis of Harmless Technology of Industrial Waste SaltXUXue-xiao袁ZUOWu袁WUQian袁LUYi-lian袁ZHOUHai-yun袁YAOHong-ye渊Jiangsu Environmental Engineering Technology Co.,Ltd.,Nanjing 210019袁China冤Abstract:There are many kinds of harmless treatment technologies for industrial waste salt,which have wide applicationscenarios and strong systematic technology.In order to evaluate the advantages and disadvantages of waste salt treatmenttechnology accurately and effectively袁a multi-criteria decision model was established to evaluate six common harmlesstechnologies of industrial waste salt such as washing,film treatment,pyrolysis and high temperature oxidation.EstablishAHP-TOPSIS coupling technology evaluation model袁the analytic Hierarchy process(AHP)was used to establish a judgmentmatrix,and the weight values of factors such as economic cost,pollution prevention and control and technical performancewere calculated.The TOPSIS algorithm was used to carry out technology priority ranking.On the basis of comprehensivescoring,the advantages and disadvantages of various technologies are summarized and analyzed袁and concluded that pyrolysisand other high temperature treatment technologies have great overall technical advantages and will be the leading directionof technology development in the future.Key words:Industrial waste salt曰Multi-criteria decision model曰TOPSIS algorithm第36卷第4期圆园23年8月环 境 科 技耘灶增蚤则燥灶皂藻灶贼葬造 杂糟蚤藻灶糟藻 葬灶凿 栽藻糟澡灶燥造燥早赠灾燥造援36No.4Aug援圆园23第 猿6 卷第 4 期通常无法综合多方面因素进行技术评估并有效选择处理技术袁所以袁对工业废盐无害化处理关键技术评估具有技术指导的实际需求遥工业废盐无害化处理技术种类多尧应用场景广尧技术系统性强袁由于评估指标涉及技术性能尧污染防治尧经济成本尧再生产品等多方面袁故单一方面的指标无法准确有效评估技术的优劣势及适用性遥 层次分析法渊AHP冤是一种定性和定量相结合的尧系统的尧层次化的分析方法袁可为多目标尧多准则或无结构特性的复杂决策问题提供简便的决策方法遥 逼近理想解排序法渊TOPSIS冤是根据评价对象与理想化目标的接近程度进行排序的方法袁 是一种距离综合评价方法遥 通过采用 AHP-TOPSIS 耦合评估袁将 2 种评估方法有机结合袁 对废盐无害化处理技术进行评估分析袁具有一定的技术先进性及创新性遥1评估对象拟对洗涤尧膜处理尧焚烧尧热解尧高温氧化尧液中焚烧 6 类无害化处理技术工艺开展评估袁 通过对镇江江南化工尧南通江山化工尧江苏丰山集团尧江苏杰林环保等企业进行调研袁 获取相关参数资料并进行技术对比袁具体情况见表 1遥工艺洗涤膜处理焚烧高温氧化热解液中焚烧优势投资运行成本低袁操作简单稳定投资运行成本较低袁污染物去除效率较高污染物去除较为彻底通用性较强袁产物环境风险较低遥污染物去除彻底曰运行稳定性较好污染物去除较为彻底袁运行稳定性较好劣势污染物去除不彻底袁产品存在环境风险运行稳定性一般投资运行成本较高袁运行稳定性一般运行稳定性一般袁投资及运行成本较高投资运行成本较高运行成本高投资成本/渊万元 窑 t原员窑 d-1冤25 3040 5050 6090 100100 15035 50运营成本/渊元 窑 t-1冤50 701001 000 1 4001 500 1 6001 000 1 2001 300 1 500表1工业废盐无害化处理技术对比2评估方法2.1评估思路淤通过现场调研尧文献收集尧监测分析等方式袁获取技术性能尧污染防治尧经济成本和再生产品 4 个方面数据曰 于选取技术表征指标袁 基于层次分析法渊AHP冤建立多准则决策模型曰盂评估指标量化袁对无法精准判断的指标袁 采用模糊综合评价方法进行分级赋值曰榆建立判断矩阵袁计算各指标权重值曰虞通过逼近理想解排序技术渊TOPSIS冤袁对废盐无害化尧资源化开展优先级排序遥 技术评估体系见图 1遥图1技术评估体系2.2指标及数据收集经济成本主要包括投资成本和运行成本指标袁主要来源于企业数据等遥 污染防治主要包括产生的废气尧废水尧固废量等指标袁主要来源于企业数据等遥技术性能主要包括稳定运行尧技术适用性尧自动化程度尧使用寿命等指标袁主要来源于企业数据尧文献收集及现场调研等遥再生产品指标主要包括产品标准尧TOC 含量及杂质含量等指标袁 主要来源于企业数据尧检测分析数据等遥2.3赋分标准技术评估的 16 个指标包含定量和定性判断且部分数据存在数量级的差异袁 因此采用分级赋值的方式袁实现数据的定量化和标准化遥各评价指标总分为 100袁 其余等级的赋值计算公式为总分除以该等级在指标中的危害排序遥对无法精准判断的指标袁采用模糊综合评价方法进行分级赋值遥3AHP-TOPSIS 模型3.1构建 AHP 模型根据选取的 16 个评估指标构建递阶层次结构模型遥第一层级为研究目的袁第二层为评估的主要方面袁其他层级为各因素包含的评价指标遥 技术评估层次结构模型见图 2遥技术优先级清单选择处理处置技术数据收集经济成本污染防治技术性能再生产品技术评估多准则决策模型五层级尧十六个评价指标TOPSIS徐学骁等工业废盐无害化技术建模评价及分析13环境科技2023 年 8 月由图 2 可以看出袁 工业废盐无害化处理技术评估主要包括经济成本尧污染防治尧技术性能和再生产品 4 个方面的综合指标袁该层级无法实现量化评估袁需进一步下分设置细化指标遥以投资成本尧运行成本作为经济成本的细化指标袁以野三废冶产量作为污染防治的细化指标遥 技术性能主要包括适用性尧 可靠性尧先进性 3 个方面袁这 3 方面分别是对技术的适用范围尧污染物去除效率和稳定运行尧自动化程度尧使用寿命和抗冲击负荷进行评价遥3.2计算权重根据不同参数的优先级袁建立比较矩阵袁按照 1 9 标度法进行 AHP 权重量化袁并通过一致性检验遥移wj=1曰wj逸 0曰j=1,2噎m曰m=17渊1冤式中院w1袁w2袁噎噎袁wj为指标参数的归一化权向量遥根据 1 9 标度法量化各指标重要性袁形成 m 伊m 维的成对比较矩阵 A遥A=(aij)m 伊 m=a11a1mam1amn杉删山山山山山山山山山山煽闪衫衫衫衫衫衫衫衫衫衫曰i袁j=1袁2袁噎袁m 渊2冤式中院aij为参数 pi和 pjwiw1的权重比曰p1袁p2袁噎噎袁pm为指标参数遥若成对比较矩阵 A 中的任何 i,j,k=1,2噎,m 满足aij=aikakj袁则称矩阵 A 为完全一致矩阵曰否则袁它不是一个完全一致的矩阵遥 可通过求解以下特征方程来获得权向量渊W冤遥AW 越 姿maxW渊3冤式中院姿max为成对比较矩阵 A 的最大特征值遥 成对比较矩阵 A 的一致性需要在可接受的一致性范围内遥使用一致性比渊CR冤进行检验遥CR=渊姿max-m冤/渊m-1冤RI渊4冤式中院RI 为同阶矩阵的平均随机一致性遥如果 CR 满足要求袁 说明构建的成对比较矩阵的一致性是可以接受的遥3.3构建 TOPSIS 模型采用 TOPSIS 算法尧结合 AHP 和利用 Python 编译袁开展废盐无害化尧资源化优先级排序遥 TOPSIS 计算的具体步骤如下院渊1冤评价指标标准化转换XN=渊Xi-Xmin冤/渊Xmax-Xmin冤渊5冤式中院XN为正样本值曰Xi为指标样本值曰Xmax和 Xmin分别为该评价指标的最大值和最小值遥渊2冤参数样本归一化XN,STD=渊XiN-Xmean冤/Xstd渊6冤式中院XN,STD为归一化的值曰Xmean和 Xstd分别为样本平均值和标准差遥渊3冤计算正尧负理想解渊Si+袁Si-冤Si+=max渊XiN,STD冤 伊 Wi渊7冤Si-=min渊XiN,STD冤 伊 Wi渊8冤式中院Si+袁Si-分别为正尧负理想解的计算值遥渊4冤计算到正尧负理想解的距离Sdi+=移渊Si+-XiN,STD冤姨渊9冤Sdi-=移渊Si-XiN,STD冤姨渊10冤式中院Sdi+袁Sdi-分别为到正尧负理想解的距离值遥图2技术评估层次结构模型ni=1ni=1mi=1噎噎TNTPp1p2pmTOCTOC14第 猿6 卷第 4 期渊5冤TOPSIS 得分着i=Sdi-Sdi垣+Sdi-渊11冤式中院着i为 TOPSIS 得分遥4评估结果与分析4.1判断矩阵权重通过 Yaahp10.1 软件进行评估体系建模袁 对判断矩阵进行赋值计算袁得出 AHP 计算权重袁第二层级评估因素权重值见表 3遥 其它子层级评估因素权重值见表 4遥表3第二层级评估因素权重值表4技术评估因素权重值由表 3 可以看出袁污染防治的权重值最高渊Wi=0.357 3冤袁经济成本的权重值最低渊Wi=0.117 3冤袁在选择实际技术中应重点关注评估技术在污染防治方面的表现袁不可过度以投资低尧运行省作为技术决策的主要评估依据遥 技术性能尧 再生产品的权重值一致袁说明除污染防治外袁这 2 方面评估指标是同等重要的评估依据遥 由表 4 可以看出袁细分指标中 TOC含量的权重值最高渊Wi=0.131 4冤袁说明无害化产物中的 TOC 含量指标是评估处理技术的重要指标袁在技术选择过程中应重点关注其处理后的无害化产物中 TOC 含量值遥 其次是废水尧废气尧固废产生量袁权重值 Wi=0.119 1遥4.2评分结果及分析采用 TOPSIS 算法袁对洗涤尧膜处理尧焚烧尧热解尧高温氧化尧液中焚烧等 6 类技术工艺进行赋值评分袁具体见表 5遥表5技术评估综合评分由表 5 可以看出袁 得分由高到低排序为热解 跃液中焚烧工艺 跃 定向焚烧 跃 高温氧化 跃 膜处理 跃洗涤遥淤高温热化学处理工艺得分较高袁说明其在污染物去除效率尧产品质量保证等方面具有较大优势曰于热解工艺整体得分最高袁说明其技术优势高袁其优势主要体现在产物污染物去除效率高尧 次生污染风险小尧设备运行稳定性好方面等袁其劣势主要在于投资及运行成本相对较高遥 该工艺适用于大多数灰熔点小于其运行操作温度渊450 550 益冤的工业废盐袁如农药尧印染行业产生的 NaCl袁Na2SO4废盐等曰盂液中焚烧和焚烧工艺得分均中等偏上袁 说明两者相对常温物化技术的优势均较大遥 两类工艺均为进料形式为液态废盐的高温热化学处理技术袁 炉型均为立式炉袁 不同之处在于两者出料形式分别为急冷溶解后母液出料和传动输送式固态出料袁 前者稳定性相对较高遥液中焚烧广泛应用于农药尧化学原料药行业产生的液态废盐及高盐废水的处理袁焚烧工艺渊定向转化炉冤主要用于草甘膦母液资源化生产焦磷酸钠曰榆洗涤工艺得分最低袁 其主要优势体现在经济成本低尧技术成熟度高袁劣势在于污染物去除效率明显不足尧产物中污染物含量控制不足等袁该技术在国内早期工业废盐无害化资源化应用案例较多遥在经济成本方面袁 通过计算高温处理工艺设备投入成本和运行成本发现袁两者均较高袁故在投资尧运行成本评分上得分较低曰在技术性能方面袁液中焚烧尧热解工艺应用案例较为广泛渊如江苏丰山集团尧南通先正达尧江苏蓝丰生化等单位冤袁这 2 类技术均采用高温热化学技术且运行稳定性高袁 为自动化水平高的技术遥洗涤工艺在技术性能指标上评分较高袁原因在于其工艺成熟度较高袁在各行业中应用广泛袁具有流程单一尧操作简单尧稳定性好的特点遥 焚烧工艺其应用广泛度虽较高袁但仍存在一定设备故障率袁层级因素经济成本污染防治技术性能再生产品一致性比例:0.007 7;姿max:4.020 6经济成本12.52.52.5污染防治0.410.666 70.666 7技术性能0.41.511再生产品0.41.511Wi0.117 30.357 30.262 70.262 7评估因素TOC 含量废气产生量固废产生量废水产生量技术适用性产品标准杂质含量运行成本投资成本稳定运行抗冲击负荷使用寿命自动化程度TP 去除率TOC 去除率TN 去除率权重0.131 40.119 10.119 10.119 10.087 60.065 70.065 70.058 60.058 60.043 80.029 20.029 20.029 20.014 60.014 60.014 6技术工艺洗涤膜处理焚烧热解高温氧化液中焚烧得分70.3973.8777.1983.5674.9378.30徐学骁等工业废盐无害化技术建模评价及分析15环境科技2023 年 8 月高温氧化尧 膜处理工艺这 2 类技术稳定性仍需有待提升曰再生产品方面袁因液中焚烧尧热解尧焚烧尧高温氧化工艺均采用高温处理工艺袁 去除废盐中有机污染物效率较高袁 故以上工艺的再生产品质量指标更优遥洗涤工艺由于采用单纯水洗或其他溶剂洗涤袁故去除废盐中有机物的效率不彻底袁 导致产品中有机物残存量较高袁使得产品质量无法得到有效保证遥5结论工业废盐无害化处理技术种类多尧应用场景广尧技术系统性强袁评估指标涉及技术性能尧污染防治尧经济成本尧 再生产品等多方面遥 通过构建 AHP-TOPSIS 模型对工业废盐无害化处理技术进行评价分析袁以技术性能尧污染防治尧经济成本尧再生产品为主要评估层面袁细化 16 个具体技术指标袁研究得出污染防治为技术评估的重点关注层面袁技术性能尧再生产品相关指标也相对重要袁 其中袁 无害化产物中TOC 含量值为评估技术的重要关注点遥采用 TOPSIS算法对 6 类无害化处理技术进行赋值评分后发现袁热解等高温处理技术的整体技术优势较大袁 为今后技术发展的主导方向遥参考文献1 周海云袁鲍业闯袁包健袁等.工业废盐处理处置现状研究进展J.环境科技袁2020袁33(2)院 70-75援2 CHURCH J,HWANG J H,KIM K T,et al.Effect of salt typeand concentration on the growth and lipid content of Chlorellavulg aris in synthetic saline wastewater for biofuel productionJ.Bioresource technology,2017,243:147-153.3 樊锐袁刘玉坤.工业废盐资源化处置现状及分析J援 环境与发展袁2020袁32(8)院 52-53援4 李强袁戴世金袁郑怡琳袁等.工业废盐中有机物脱除和资源化技术进展J.环境工程袁2019袁37(12)院 200-206.5 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