基于层次分析法的干散货码头大气污染防治技术评价.pdf

第 45 卷 第 4 期2023 年 7 月环 境 影 响 评 价Environmental Impact AssessmentVol.45,No.4Jul.,2023收稿日期:2023-03-09基金项目:国家环保公益项目“港口及船舶大气污染排放与控制关键技术研究”(201509005);国家重点研发计划项目“船舶排放控制区大气污染物在线监测与实时监管技术(青年项目)”(2016YFC0208300)作者简介:赵晓帅(1973),男,山东滨州人,高级工程师,学士,主要从事大气、水、固废污染物排放控制研究工作,E-mail zpxhbjfzb 通讯作者:张卫(1974),男,山东聊城人,研究员,硕士,主要从事水运业污染物排放控制研究工作,E-mail zhwei 基于层次分析法的干散货码头大气污染防治技术评价赵晓帅1,张卫21.邹平市生态环境监控中心,山东邹平 256200;2.交通运输部水运科学研究所,北京 100088摘要:通过量化评估干散货码头大气污染防治技术的防治效果,为码头大气污染防治建设提供技术支撑。针对干散货码头大气污染防治技术特点,筛选了 21 种主要的干散货码头大气污染防治技术,对其建立了包含技术的先进性、适用性、经济效益和社会环境效益 4 个方面共 12 项评价指标的指标体系。将指标体系与层次分析法(AHP)相结合,指标的权重结合相关领域专家打分,建立干散货码头大气污染防治技术评价体系,对大气污染防治技术进行综合效果评价,确定技术等级。结果表明:筒仓技术、条形仓技术及干雾抑尘技术的得分较高,等级为最优;挡风围墙技术和防护林技术的得分相对较低,排序最后。本研究所建立的大气污染防治技术指标体系可为干散货码头大气污染防治技术不同单项技术的对比和筛选提供依据。关键词:层次分析法;干散货码头;指标体系;大气污染防治技术评价DOI:10.14068j.ceia.2023.04.012中图分类号:X51 文献标识码:A 文章编号:2095-6444(2023)04-0060-05Evaluation of Air Pollution Control Technologies for Dry Bulk Cargo Terminal Based on Analytical Hierarchy ProcessZHAO Xiaoshuai1,ZHANG Wei21.Zouping City Ecological Environment Monitoring Center,Zouping 256200,China;2.Institute of Water Transport Science,Ministry of Transport,Beijing 100088,ChinaAbstract:The effect of air pollution prevention and control technologies for dry bulk terminals was evaluated quantitatively to provide technical support for the construction of air pollution prevention and control of terminals.According to the characteristics of air pollution control technologies for dry bulk terminals,21 kinds of main air pollution control technologies for dry bulk terminals were selected,and an index system with 12 evaluation indexes was established,including 4 aspects of technical advancement,applicability,economic benefits and social and environmental benefits.The index system is combined with the Analytical Hierarchy Process(AHP),and the weight of the index is combined with the scoring of experts in related fields to establish the evaluation system of air pollution prevention and control technologies for dry bulk terminals,so as to evaluate the comprehensive effect of air pollution prevention and control technologies and determine the technical level.The results show that the scores of silo technology,strip warehouse technology and dry fog dust suppression technology were higher,and the grade was the best;the scores of windbreak wall technology and shelter forest technology were relatively low,and the ranking was the last.The technical index system of air pollution prevention and control established in this study can provide a basis for the comparison and selection of different individual technologies of air pollution prevention and control technology for dry bulk terminals.Keywords:Analytical Hierarchy Process(AHP);dry bulk terminal;index system;assessment of air pollution control technologies 干散货指不加包装呈松散状态的块状、颗粒状、粉末状的货物。典型的干散货主要包括铁矿石、煤炭、粮食、铝矾土和磷矿石等。我国是煤炭、矿石第 4 期赵晓帅等:基于层次分析法的干散货码头大气污染防治技术评价 等干散货的运输大国,根据 2021 年交通运输行业发展统计公报1,全国万吨级以上煤炭和金属矿石泊位共 357 个、通用散货泊位 596 个,万吨级以下干散货泊位数量众多,全年完成煤炭及制品吞吐量28.31 亿 t、金属矿石吞吐量 23.99 亿 t。研究表明2-3,在不利气象条件下,干散货码头对周边区域大气环境产生较为严重的影响4。干散货码头不同的作业环节有众多不同的大气污染防治技术。由于不同防治技术的经济效益和环境效益差异较大,如何从众多的技术中筛选出最佳的技术组合,从而得到最好的污染防治效果是亟待解决的问题。本文基于 层 次 分 析 法5(Analytical Hierarchy Process,AHP)构建了干散货码头大气污染防治技术指标体系,针对现有干散货码头大气污染防治技术特点,从技术的经济效益、环境效益以及技术的先进性、适用性等方面开展分析评价,形成有效、可行的评价方法,为干散货码头大气污染防治技术的最优选择和应用提供参考。1 干散货码头大气污染及防治技术概况1.1 干散货码头产排污特点1.1.1 产污环节多而散干散货码头作业工艺通常分为卸、堆、存、取、装等作业环节,除堆场静态存储外,其余均为动态作业环节。动态作业环节根据码头工艺水平划分成若干个转运步骤,每经历一次转运,干散货都会受到装卸机械扰动和外界气象因素影响,导致细小颗粒脱离物料逸散至空气中形成扬尘污染,导致起尘点增多、分布分散且具有阵发性。1.1.2 颗粒物以无组织排放为主干散货码头作业货种以干散货为主,作业过程因受到机械扰动或外界气象因素影响造成粉尘污染,排放特征以颗粒物无组织排放为主,约占 70%90%,少量颗粒物通过安装于筒仓、翻车机房、装车楼、转接塔等设施内的干式除尘设备实现有组织排放。干散货码头废气产排污节点见表 1。1.1.3 粉尘排放量和影响范围大由于干散货码头年吞吐量大,分布相对集中,行业粉尘排放量相对较大。研究表明,当港区风速大于 4 级时,粉尘扩散影响半径可达 810 km。环渤 海 地 区 港 口 与 周 边 人 口 聚 集 区 平 均 距 离 约2.1 km,最近距离不到 100 m,在不利气象条件下,干散货码头对周边区域大气环境影响的贡献较大。表 1 干散货码头废气产排污节点Table 1 Waste gas generation and discharge nodes of dry bulk cargo wharf主要生产单元产排污环节污染物种类排放形式泊位装船作业颗粒物无组织卸船作业颗粒物无组织堆场堆存作业颗粒物无组织有组织堆取作业颗粒物无组织输运系统卸车作业颗粒物无组织有组织装车作业颗粒物无组织有组织转运作业颗粒物无组织有组织1.2 干散货码头污染防治技术类型干散货码头大气污染防治技术种类较多6,应用范围和对象较广,技术原理与污染治理效果差异性较大。为了保证技术评价指标体系的可比性,提高评价结果的准确度与可靠性,需对技术进行合理的筛选分类。主要采用三大筛选原则:一是优先采用预防污染物产生,从源头进行削减的污染防治技术。二是采用的港口污染防治技术有利于实现资源的高效、循环利用。三是采用的港口污染防治技术应实现经济、环境、社会三方面效益统一。根据干散货码头各作业环节采取的大气污染防治措施7及筛选原则,将污染防治技术归为五大类共 21 项技术(见表 2)。2 综合评价指标体系的建立干散货码头大气污染防治技术评价要考虑的指标较多,应尽可能包含评估的多方面影响因素,且要避免各指标间相互关联。借鉴其他行业大气污染技术评估指标体系,针对干散货码头大气污染防治技术特点,建立了包含技术的先进性、适用性、经济效益和社会环境效益 4 个方面共 12 项评价指标的指标体系。技术的先进性类别包括高效、技术成熟度和应用前景 3 项指标;技术的适用性类别包括运行难易程度和适用港口范围 2 项指标;技术的经济效益类别包括投资成本、运行成本、技术收益、提高资源循环利用率和节约能源 5 项指标;技术的社会环境效益类别包括污染物减排和社会效益 2 项指16 环 境 影 响 评 价第 45 卷标。每项指标建立 3 级评价标准,每级评价标准对应不同的分值。1 级标准赋分 810 分,2 级标准赋分 57 分,3 级标准赋分 14 分。干散货码头大气污染防治技术综合评价指标体系见表 3。表 2 干散货码头大气污染防治技术信息Table 2 Technical information of air pollution prevention and control of dry bulk cargo terminal污染防治技术主要原理技术分类适用生产单元装船卸船堆场堆存堆场堆取料装卸火车输送封闭针对作业过程中机器扰动产生的粉尘而采取的封闭局部空间的抑尘措施皮带机防护罩廊道适用导料槽适用适用适用适用密闭罩适用适用防尘帘、防风板适用适用适用车厢封闭苫盖适用防风抑尘通过建设构筑物、建筑物或使用其他方式,减小和避免散货作业环节受外界风气象因素的影响,从而达到抑尘目的防风抑尘网适用挡风围墙适用防护林适用筒仓、条形仓适用覆盖通过喷洒抑尘剂在煤炭等散货表面凝结成覆盖层,或通过苫布把货物盖起来从而抑制粉尘喷洒抑尘剂适用苫盖适用湿式除尘抑尘通过增加散货含水率,增加粉尘颗粒与大颗粒附着强度,增加堆垛表面张力,从而能够将扬尘有效地固定在水滴上达到降尘水雾抑尘适用适用适用适用干雾抑尘适用适用适用适用喷枪洒水适用高杆喷雾适用适用移动式远程射雾器适用适用适用洒水车适用水力冲洗适用干式除尘通过空气动力学原理把颗粒物捕集在封闭设施内,防止扩散到环境中的抑尘方式布袋除尘适用适用静电除尘适用适用微动力除尘适用适用 注:“”代表不适用的生产单元。3 评价方法层次分析法是一种应用广泛的多指标决策工具,通过对复杂的决策问题本质、影响因素及其内在关系等进行深入分析的一种定性与定量相结合的决策方法8-9。具体评价步骤包括:对评价指标体系进行分层;构建判断矩阵并进行一致性检验,计算不同层次的权重;利用权重和专家打分计算每项技术的综合得分10。3.1 指标体系分层利用层次分析法将评价指标体系分为 3 层结构12-13:A 层为目标层,为干散货码头大气污染防治技术评价。B 层为准则层,包括技术的先进性、适用性、经济效益和社会环境效益。C 层为指标层,技术的先进性类别包括高效、技术成熟度和应用前景 3 项指标;技术的适用性类别包括运行难易程度和适用港口范围 2 项指标;技术的经济效益类别包括投资成本、运行成本、技术收益、提高资源循环利用率和节约能源 5 项指标;技术的社会环境效益类别包括污染物减排和社会效益 2 项指标(见表 3)。3.2 构建判断矩阵构造和计算层次权重3.2.1 判断矩阵构造和一致性检验建立综合评价指标体系后,对指标层中各个因素的相对重要程度进行逐项比较,并结合专家调查法对评价指标的相对重要性进行打分,所构造的判断矩阵见式(1)。A(aij)nn,(i,j=1,2n)(1)式中,aij表示要素 ai相对于 aj重要程度的数值,即重要性的标度;i,j 均为要素序号,i,j=1,2n。通常 aij取 1,29 或其倒数,即采用19 标度法构造两两比较的判断矩阵。对每个判断矩阵还需进行一致性检验以便确定合理的权重11。构造 B 层(准则层)相对于 A 层(目标层)的判断矩阵(A-B)(见表 4)。26第 4 期赵晓帅等:基于层次分析法的干散货码头大气污染防治技术评价 表 3 干散货码头大气污染防治技术综合评价指标体系Table 3 Indicators system for integrated assessment of air pollution prevention and control technologies for dry bulk cargo terminal目标层(A)准则层(B)指标层(C)评价等级评分干 散 货 码头 大 气 污染 防 治 技术评价(A)技术先进性(B1)技术适用性(B2)经济效益(B3)社会环境效益(B4)高效(C1)技术成熟度(C2)应用前景(C3)适用港口范围(C4)运行难易程度(C5)投资成本(C6)运行成本(C7)技术收益(C8)提高资源循环利用率(C9)节约能源(C10)污染物减排(C11)社会效益(C12)1 级:与同类技术相比达到国内领先水平8102 级:与同类技术相比达到国内先进水平573 级:与同类技术相比达到国内一般水平141 级:技术成功,应用案例数量较多8102 级:技术成功,应用案例数量一般573 级:技术成功,应用案例数量很少141 级:具有强制性,港口将普遍采用8102 级:国家有鼓励政策,港口有意愿采用573 级:港口较少考虑采用141 级:适用全部散货码头8102 级:适用于专业化散货码头573 级:仅适用于煤炭、矿石码头141 级:技术的运行管理较容易8102 级:技术的运行管理难度适中573 级:技术的运行管理较困难141 级:较低8102 级:一般573 级:较高141 级:较低8102 级:一般573 级:较高141 级:与传统技术相比收益显著8102 级:与传统技术相比收益较高573 级:与传统技术相比收益相当141 级:与传统技术相比可显著提高资源循环利用率8102 级:与传统技术相比可较多提高资源循环利用率573 级:与传统技术相比可提高资源循环利用率141 级:与传统技术相比可显著节约能源8102 级:与传统技术相比可较多节约能源573 级:与传统技术相比节约能源相当141 级:与传统技术相比可显著减少污染物排放8102 级:与传统技术相比可较多减少污染物排放573 级:与传统技术相比污染物排放相当141 级:技术应用对港区环境及周边环境有显著改善8102 级:技术应用对港区环境及周边环境产生积极影响573 级:技术应用对港区环境及周边环境改善效果不明显14表 4 B 层相对于 A 层的判断矩阵(A-B)Table 4 Judgment matrix(A-B)AB1B2B3B4B1111313B2111313B33311B43311判断矩阵一致性计算见式(2)。CR=CIRI=(max-n)(n-1)RI(2)式中,n 为判断矩阵阶数;max为最大特征值;CR 为一致性比率;CI 为度量判断矩阵偏离的一致性指标;RI 为平均随机一致性指标,与判断矩阵的阶数 n 有关,RI 值可由表 5 查得。表 5 平均随机一致性指标 RI 值Table 5 RI value of average random consistency index阶数 n123456789RI000.580.891.121.241.381.411.46经查表 4 和表 5,由式(2)计算得到 CR=36 环 境 影 响 评 价第 45 卷0.0029,由于 CR0.1,则(A-B)矩阵具有满意一致性,B 层的权重(WB)可以应用。同理,对其他各层的因素依其重要性构造判断矩阵,并检验其一致性。3.2.2 指标权重确定根据污染防治技术各项指标的权重计算,最终确定 B 层、C 层的权重 WB、WC及 C 层对 A 层权重WCA(见表 6)。其中权重排在前四位的是污染物减排、提高资源循环利用率、节约能源和社会效益,它们的权重分别为 0.28、0.12、0.12 和 0.12,对评价结果的影响较大。表 6 综合评价指标体系各层要素的权重Table 6 Weight of elements at each layer in the indicators system for integrated assessmentB 层要素WBC 层要素WCWCA技术先进性(B1)0.1高效(C1)0.10.01技术成熟度(C2)0.450.045应用前景(C3)0.450.045技术适用性(B2)0.1适用港口范围(C4)0.250.025运行难易程度(C5)0.750.075经济效益(B3)0.4投资成本(C6)0.10.04运行成本(C7)0.10.04技术收益(C8)0.20.08提高资源循环利用率(C9)0.30.12节约能源(C10)0.30.12社会环境效益(B4)0.1污染物减排(C11)0.70.28社会效益(C12)0.30.123.3 综合评价得分计算A 层技术综合评价得分(EA)的计算见式(3)。EA=ni=1DciWci(3)式中,Dci为 C 层第 i 项要素的专家评分;Wci为 C 层第 i 项要素的权重。根据 EA判断技术评价等级的标准:EA为 15 分的污染防治技术为一般技术;EA为 58 分的污染防治技术为较优技术;EA为 810 分的污染防治技术为最优技术。由式(3)计算干散货码头大气污染防治技术的综合得分及排名,综合评价结果见表 7。4 评价结果分析从表 7 可以看出,21 种大气污染防治技术综合得分为 4.718.0,综合得分排名靠前的防治技术以湿式除尘类和防风抑尘类为主。筒仓、条形仓(DC9)和干雾抑尘(DC13)综合排名靠前,综合得分都为 8分,列为最优技术。皮带机防护罩廊道(DC1)、导料槽(DC2)和密闭罩(DC3)等 18 种技术等级为较优技术;挡风围墙技术(DC7)和防护林技术(DC8)的得分分别为 5.08 和 4.71,综合得分排序最后,其中防护林技术(DC8)等级为一般技术。表 7 21 种干散货码头大气污染防治技术综合评价结果Table 7 Assessment results of twenty-one kinds of air pollution prevention and control technologies for dry bulk cargo terminal序号防治技术综合得分得分排序技术等级1筒仓、条形仓(DC9)8.001最优2干雾抑尘(DC13)8.001最优3防风抑尘网(DC6)7.262较优4皮带机防护罩廊道(DC1)6.963较优5水雾抑尘(DC12)6.854较优6移动式远程射雾器(DC16)6.854较优7喷枪洒水(DC14)6.775较优8高杆喷雾(DC15)6.736较优9布袋除尘(DC19)6.567较优10洒水车(DC17)6.528较优11导料槽(DC2)6.269较优12苫盖(DC11)6.269较优13水力冲洗(DC18)6.1710较优14防尘帘、防风板(DC4)6.1411较优15密闭罩(DC3)6.1112较优16喷洒抑尘剂(DC10)6.0913较优17车厢封闭苫盖(DC5)6.0314较优18静电除尘(DC20)6.0015较优19微动力除尘(DC21)6.0015较优20挡风围墙(DC7)5.0816较优21防护林(DC8)4.7117一般5 结论(1)基于层次分析法的干散货码头大气污染防治技术评价体系,运用层次分析法确定了 12 项评价指标的权重,其中排在前 4 位的是污染物减排、提高资源循环利用率、节约能源和社会效益,权重分别为0.28、0.12、0.12 和 0.12,对评价结果的影响较大。(2)应用建立的技术评价方法对 21 项干散货码头大气污染防治技术进行评价,结果表明:筒仓技术、条形仓技术及干雾抑尘技术的得分均为 8 分,列为最优技术;挡风围墙技术和防护林技术的得分分别为 5.08 和 4.71,排序最后。(下转第 72 页)46 环 境 影 响 评 价第 45 卷综上,本研究结果有助于了解该铜矿尾矿库土壤重金属污染水平及风险,为闭库后土地安全再利用提供参考。同时,由于国家对土地再利用有严格的规定以及详细规范的评估程序,本研究针对部分指标进行了采样评估,后续对本区域进行开发再利用时应委托有资质的第三方评估单位进行详尽的调查及风险评估。参考文献(References):1崔丽蓉,叶丽丽,陈永山,等.广西露天铝土矿区复垦地土壤重金属空间分布特征及风险评价J.生态环境学报,2021,30(11)2232-2243.2孙厚云,吴丁丁,毛启贵,等.新疆东天山某铜矿区土壤重金属污染与生态风险评价J.环境化学,2019,38(12)2690-2699.3WCISLO E,BRONDER J,BUBAK A,et al.Human health risk assessment in restoring safe and productive use of abandoned contaminated sitesJ.Environment International,2016,94 436-448.4生态环境部.土壤环境监测技术规范:HJT 1662004S.北京 中国环境科学出版社,2005.5生态环境部.土壤 pH 值的测定 电位法:HJT 9622018S.北京 中国环境科学出版社,2018.6中国科学院土壤背景值协作组.北京、南京地区土壤中若干元素的自然背景值J.土壤学报,1979(4)319-328.7生态环境部.土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行):GB 366002018 S.北京 中国环境科学出版社,2018.8生态环境部.土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行):GB 156182018S.北京 中国环境科学出版社,2018.9TOMLINSON D L,WILSON J G,HARRIS C R,et al.Problems in the assessment of heavy-metal levels in estuaries and the formation of a pollution indexJ.Helgolnder meeresuntersuchungen,1980,33(1)566-575.10 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