化工进展 ›› 2022, Vol. 41 ›› Issue (6): 3372-3380.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1479
收稿日期:
2021-07-13
修回日期:
2021-09-19
出版日期:
2022-06-10
发布日期:
2022-06-21
通讯作者:
吕碧洪
作者简介:
郑亚梅(1997—),女,硕士研究生,主要研究方向为大气污染控制。E-mail:基金资助:
ZHENG Yamei(), LIN Shengnan, JING Guohua, SHEN Huazhen, LYU Bihong()
Received:
2021-07-13
Revised:
2021-09-19
Online:
2022-06-10
Published:
2022-06-21
Contact:
LYU Bihong
摘要:
挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)污染防控是大气污染控制的一项重点工作,科学合理地评价并筛选最优治理技术是VOCs减排的关键。VOCs末端治理技术综合评价模型仍缺乏具有科学性和普适性的技术评价模型。模糊层次分析法(fuzzy analytic hierarchy process,FAHP)在构建定量和定性指标评价模型中具有客观性和准确性的优点,能够解决这一问题。本文介绍了基于FAHP建立经济、环境、技术3个一级指标和11个二级指标的VOCs末端治理技术评价模型,通过分析荆州经济技术开发区农药生产中典型的生产工艺及产VOCs环节,对9项典型的VOCs末端治理技术进行量化分析评价。结果说明催化燃烧和热力焚烧以及膜分离技术在环境和经济方面优势明显,吸附技术在经济和技术方面优势明显,综合评价结果表明,催化燃烧(0.143)是VOCs末端治理中值得推荐的技术。本研究为农药生产VOCs末端治理技术的筛选提供新的参考,有益于化工企业制订VOCs减排策略。
中图分类号:
郑亚梅, 林胜男, 荆国华, 申华臻, 吕碧洪. 基于FAHP的农药生产VOCs末端治理技术评价[J]. 化工进展, 2022, 41(6): 3372-3380.
ZHENG Yamei, LIN Shengnan, JING Guohua, SHEN Huazhen, LYU Bihong. Evaluation of VOCs terminal treatment technology in pesticide production based on fuzzy analytic hierarchy process[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2022, 41(6): 3372-3380.
序号 | 指标 | 含义 |
---|---|---|
C1 | 投资成本 | 包括设计成本、设备、施工以及材料成本等一系列的投资 |
C2 | 设备运行费用 | 包括设备维修费、人工工资、设备折旧等一系列费用 |
C3 | 占地面积 | 指处理设备占地面积的多少 |
C4 | 技术收益 | 包括资源能源回收,如产热和产品回收带来的效益 |
C5 | 稳定达标率 | 表示技术处理污染物是否达到国家/地方规定的污染物排放限值 |
C6 | 二次污染 | 表征技术处理污染物过程中是否产生二次污染,如气体逸散和副产物等 |
C7 | 去除效率 | 对大气污染物VOCs的去除效果 |
C8 | 环境影响 | 采用污染物控制技术而产生的环境效益 |
C9 | 技术复杂性 | 技术操作管理难易程度、设备构造的复杂程度等综合指标 |
C10 | 技术成熟度 | 包括污染控制技术的市场应用情况、技术安全性、运行稳定性、技术故障率等综合指标 |
C11 | 技术适用性 | 表征某项污染控制技术适用范围 |
表1 二级指标含义表
序号 | 指标 | 含义 |
---|---|---|
C1 | 投资成本 | 包括设计成本、设备、施工以及材料成本等一系列的投资 |
C2 | 设备运行费用 | 包括设备维修费、人工工资、设备折旧等一系列费用 |
C3 | 占地面积 | 指处理设备占地面积的多少 |
C4 | 技术收益 | 包括资源能源回收,如产热和产品回收带来的效益 |
C5 | 稳定达标率 | 表示技术处理污染物是否达到国家/地方规定的污染物排放限值 |
C6 | 二次污染 | 表征技术处理污染物过程中是否产生二次污染,如气体逸散和副产物等 |
C7 | 去除效率 | 对大气污染物VOCs的去除效果 |
C8 | 环境影响 | 采用污染物控制技术而产生的环境效益 |
C9 | 技术复杂性 | 技术操作管理难易程度、设备构造的复杂程度等综合指标 |
C10 | 技术成熟度 | 包括污染控制技术的市场应用情况、技术安全性、运行稳定性、技术故障率等综合指标 |
C11 | 技术适用性 | 表征某项污染控制技术适用范围 |
重要性标度 | 定义 |
---|---|
dij =1 | i因素较j因素,同等重要 |
dij =3 | i因素较j因素,稍微重要 |
dij =5 | i因素较j因素,明显重要 |
dij =7 | i因素较j因素,非常重要 |
dij =9 | i因素较j因素,极端重要 |
dij =2、4、6、8 | 介于以上两两比较的中间状态 |
倒数 | vij =1/vji |
表2 1~9标度含义
重要性标度 | 定义 |
---|---|
dij =1 | i因素较j因素,同等重要 |
dij =3 | i因素较j因素,稍微重要 |
dij =5 | i因素较j因素,明显重要 |
dij =7 | i因素较j因素,非常重要 |
dij =9 | i因素较j因素,极端重要 |
dij =2、4、6、8 | 介于以上两两比较的中间状态 |
倒数 | vij =1/vji |
A | B1 | B2 | B3 | 一致性检验 |
---|---|---|---|---|
B1 | 1 | 2 | 2 | λmax=3.0536 |
B2 | 1 | CI=0.0268 | ||
B3 | 1 | CR=0.0516 |
表3 A-B层之间判断矩阵及一致性
A | B1 | B2 | B3 | 一致性检验 |
---|---|---|---|---|
B1 | 1 | 2 | 2 | λmax=3.0536 |
B2 | 1 | CI=0.0268 | ||
B3 | 1 | CR=0.0516 |
B-C判断矩阵 | 一致性检验 | ||||
---|---|---|---|---|---|
B1 | C1 | C2 | C3 | C4 | λmax=4.2427 CI=0.0809 CR=0.0909 |
C1 | 1 | 2 | 2 | 4 | |
C2 | 1 | 3 | 1 | ||
C3 | 1 | ||||
C4 | 1 | 2 | 1 | ||
B2 | C5 | C6 | C7 | C8 | λmax=4.1752 CI=0.0584 CR=0.0656 |
C5 | 1 | ||||
C6 | 3 | 1 | |||
C7 | 4 | 4 | 1 | ||
C8 | 2 | 2 | 3 | 1 | |
B3 | C9 | C10 | C11 | λmax=3.0536 CI=0.0268 CR=0.0516 | |
C9 | 1 | ||||
C10 | 2 | 1 | |||
C11 | 2 | 2 | 1 |
表4 B-C层之间判断矩阵及一致性
B-C判断矩阵 | 一致性检验 | ||||
---|---|---|---|---|---|
B1 | C1 | C2 | C3 | C4 | λmax=4.2427 CI=0.0809 CR=0.0909 |
C1 | 1 | 2 | 2 | 4 | |
C2 | 1 | 3 | 1 | ||
C3 | 1 | ||||
C4 | 1 | 2 | 1 | ||
B2 | C5 | C6 | C7 | C8 | λmax=4.1752 CI=0.0584 CR=0.0656 |
C5 | 1 | ||||
C6 | 3 | 1 | |||
C7 | 4 | 4 | 1 | ||
C8 | 2 | 2 | 3 | 1 | |
B3 | C9 | C10 | C11 | λmax=3.0536 CI=0.0268 CR=0.0516 | |
C9 | 1 | ||||
C10 | 2 | 1 | |||
C11 | 2 | 2 | 1 |
目标层 | 准则层 | 权重 | 指标层 | 指标权重 |
---|---|---|---|---|
VOCs末端治理技术评价模型 | 经济层 | 0.493 | 投资成本 | 0.223 |
设备运行费用 | 0.119 | |||
占地面积 | 0.061 | |||
技术收益 | 0.091 | |||
环境层 | 0.311 | 稳定达标率 | 0.029 | |
二次污染 | 0.051 | |||
去除效率 | 0.164 | |||
环境影响 | 0.067 | |||
技术层 | 0.196 | 技术复杂性 | 0.038 | |
技术成熟度 | 0.097 | |||
技术适用性 | 0.061 |
表5 技术评价模型指标权重分配
目标层 | 准则层 | 权重 | 指标层 | 指标权重 |
---|---|---|---|---|
VOCs末端治理技术评价模型 | 经济层 | 0.493 | 投资成本 | 0.223 |
设备运行费用 | 0.119 | |||
占地面积 | 0.061 | |||
技术收益 | 0.091 | |||
环境层 | 0.311 | 稳定达标率 | 0.029 | |
二次污染 | 0.051 | |||
去除效率 | 0.164 | |||
环境影响 | 0.067 | |||
技术层 | 0.196 | 技术复杂性 | 0.038 | |
技术成熟度 | 0.097 | |||
技术适用性 | 0.061 |
指标 | 热力焚烧 | 催化燃烧 | 生物降解 | 低温等离子体反应 | 光催化反应 | 吸附 | 吸收 | 冷凝 | 膜分离 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
投资成本/万元 | 150 | 135 | 60 | 75 | 90 | 45 | 150 | 180 | 60 |
设备运行费用/万元 | 90 | 66 | 106 | 113 | 89 | 162.2 | 111.6 | 178 | 162.5 |
占地面积 | 较大 | 较大 | 大 | 小 | 小 | 中 | 较大 | 较大 | 中 |
技术收益 | 较高 | 高 | 较高 | 较低 | 较低 | 中 | 中 | 低 | 中 |
稳定达标率/% | 95 | 95 | 60 | 100 | 95 | 90 | 80 | 90 | 90 |
二次污染 | 无 | 无 | 较多 | 较少 | 较少 | 多 | 多 | 无 | 无 |
去除效率/% | 90~98 | 95~99 | 60~99 | 50~90 | 50~95 | 50~80 | 60~70 | 70~85 | 90~99 |
环境影响 | 较好 | 较好 | 差 | 较好 | 较好 | 一般 | 较差 | 较差 | 较好 |
技术复杂性 | 中 | 较高 | 较高 | 较低 | 低 | 较低 | 低 | 较低 | 中 |
技术成熟度 | 高 | 较高 | 较低 | 低 | 低 | 高 | 较高 | 中 | 中 |
技术适用性 | 广 | 较广 | 较少 | 少 | 少 | 较广 | 中 | 较少 | 较少 |
表6 VOCs末端治理技术模糊综合评价指标值
指标 | 热力焚烧 | 催化燃烧 | 生物降解 | 低温等离子体反应 | 光催化反应 | 吸附 | 吸收 | 冷凝 | 膜分离 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
投资成本/万元 | 150 | 135 | 60 | 75 | 90 | 45 | 150 | 180 | 60 |
设备运行费用/万元 | 90 | 66 | 106 | 113 | 89 | 162.2 | 111.6 | 178 | 162.5 |
占地面积 | 较大 | 较大 | 大 | 小 | 小 | 中 | 较大 | 较大 | 中 |
技术收益 | 较高 | 高 | 较高 | 较低 | 较低 | 中 | 中 | 低 | 中 |
稳定达标率/% | 95 | 95 | 60 | 100 | 95 | 90 | 80 | 90 | 90 |
二次污染 | 无 | 无 | 较多 | 较少 | 较少 | 多 | 多 | 无 | 无 |
去除效率/% | 90~98 | 95~99 | 60~99 | 50~90 | 50~95 | 50~80 | 60~70 | 70~85 | 90~99 |
环境影响 | 较好 | 较好 | 差 | 较好 | 较好 | 一般 | 较差 | 较差 | 较好 |
技术复杂性 | 中 | 较高 | 较高 | 较低 | 低 | 较低 | 低 | 较低 | 中 |
技术成熟度 | 高 | 较高 | 较低 | 低 | 低 | 高 | 较高 | 中 | 中 |
技术适用性 | 广 | 较广 | 较少 | 少 | 少 | 较广 | 中 | 较少 | 较少 |
指标 | 热力焚烧 | 催化燃烧 | 生物降解 | 低温等离子体反应 | 光催化反应 | 吸附 | 吸收 | 冷凝 | 膜分离 | 指标权重 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
投资成本 | 0.058 | 0.045 | 0.173 | 0.110 | 0.115 | 0.217 | 0.061 | 0.036 | 0.186 | 0.223 |
设备运行费用 | 0.136 | 0.191 | 0.116 | 0.116 | 0.190 | 0.042 | 0.127 | 0.041 | 0.041 | 0.119 |
占地面积 | 0.049 | 0.049 | 0.087 | 0.219 | 0.219 | 0.124 | 0.078 | 0.078 | 0.098 | 0.061 |
技术收益 | 0.225 | 0.152 | 0.225 | 0.051 | 0.058 | 0.061 | 0.090 | 0.047 | 0.090 | 0.091 |
稳定达标率 | 0.158 | 0.141 | 0.033 | 0.204 | 0.158 | 0.085 | 0.050 | 0.085 | 0.085 | 0.029 |
二次污染 | 0.166 | 0.166 | 0.035 | 0.098 | 0.098 | 0.054 | 0.051 | 0.166 | 0.166 | 0.051 |
去除效率 | 0.226 | 0.226 | 0.073 | 0.058 | 0.047 | 0.033 | 0.026 | 0.083 | 0.226 | 0.164 |
环境影响 | 0.155 | 0.155 | 0.034 | 0.155 | 0.155 | 0.087 | 0.053 | 0.063 | 0.142 | 0.067 |
技术复杂性 | 0.069 | 0.031 | 0.031 | 0.177 | 0.106 | 0.192 | 0.135 | 0.192 | 0.069 | 0.038 |
技术成熟度 | 0.136 | 0.221 | 0.050 | 0.033 | 0.035 | 0.143 | 0.226 | 0.078 | 0.078 | 0.097 |
技术适用性 | 0.164 | 0.241 | 0.059 | 0.037 | 0.037 | 0.241 | 0.101 | 0.061 | 0.061 | 0.061 |
B1得分 | 0.053 | 0.050 | 0.078 | 0.056 | 0.067 | 0.067 | 0.042 | 0.022 | 0.061 | — |
B2得分 | 0.056 | 0.056 | 0.016 | 0.025 | 0.023 | 0.014 | 0.011 | 0.026 | 0.055 | — |
B3得分 | 0.026 | 0.037 | 0.010 | 0.012 | 0.011 | 0.036 | 0.033 | 0.019 | 0.014 | — |
综合得分 | 0.135 | 0.143 | 0.104 | 0.093 | 0.100 | 0.117 | 0.086 | 0.067 | 0.130 | — |
表7 VOCs末端处理技术二级指标评价值及综合得分
指标 | 热力焚烧 | 催化燃烧 | 生物降解 | 低温等离子体反应 | 光催化反应 | 吸附 | 吸收 | 冷凝 | 膜分离 | 指标权重 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
投资成本 | 0.058 | 0.045 | 0.173 | 0.110 | 0.115 | 0.217 | 0.061 | 0.036 | 0.186 | 0.223 |
设备运行费用 | 0.136 | 0.191 | 0.116 | 0.116 | 0.190 | 0.042 | 0.127 | 0.041 | 0.041 | 0.119 |
占地面积 | 0.049 | 0.049 | 0.087 | 0.219 | 0.219 | 0.124 | 0.078 | 0.078 | 0.098 | 0.061 |
技术收益 | 0.225 | 0.152 | 0.225 | 0.051 | 0.058 | 0.061 | 0.090 | 0.047 | 0.090 | 0.091 |
稳定达标率 | 0.158 | 0.141 | 0.033 | 0.204 | 0.158 | 0.085 | 0.050 | 0.085 | 0.085 | 0.029 |
二次污染 | 0.166 | 0.166 | 0.035 | 0.098 | 0.098 | 0.054 | 0.051 | 0.166 | 0.166 | 0.051 |
去除效率 | 0.226 | 0.226 | 0.073 | 0.058 | 0.047 | 0.033 | 0.026 | 0.083 | 0.226 | 0.164 |
环境影响 | 0.155 | 0.155 | 0.034 | 0.155 | 0.155 | 0.087 | 0.053 | 0.063 | 0.142 | 0.067 |
技术复杂性 | 0.069 | 0.031 | 0.031 | 0.177 | 0.106 | 0.192 | 0.135 | 0.192 | 0.069 | 0.038 |
技术成熟度 | 0.136 | 0.221 | 0.050 | 0.033 | 0.035 | 0.143 | 0.226 | 0.078 | 0.078 | 0.097 |
技术适用性 | 0.164 | 0.241 | 0.059 | 0.037 | 0.037 | 0.241 | 0.101 | 0.061 | 0.061 | 0.061 |
B1得分 | 0.053 | 0.050 | 0.078 | 0.056 | 0.067 | 0.067 | 0.042 | 0.022 | 0.061 | — |
B2得分 | 0.056 | 0.056 | 0.016 | 0.025 | 0.023 | 0.014 | 0.011 | 0.026 | 0.055 | — |
B3得分 | 0.026 | 0.037 | 0.010 | 0.012 | 0.011 | 0.036 | 0.033 | 0.019 | 0.014 | — |
综合得分 | 0.135 | 0.143 | 0.104 | 0.093 | 0.100 | 0.117 | 0.086 | 0.067 | 0.130 | — |
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