背 景
有色金屬工業(yè)是重金屬污染排放重點行業(yè)之一。在原國家環(huán)境保護部公布的《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》中,重有色金屬礦和重有色金屬冶煉業(yè)位居第一和第二,是重金屬污染治理的重中之重。而且,有色金屬礦山開采產(chǎn)生的廢水、選礦廢水以及尾礦壩滲漏水大多呈酸性,以含有大量可溶性離子、重金屬及有毒有害元素為特征,不僅直接影響地表水體的水質(zhì)安全,而且重金屬廢水污染累積會侵入周邊區(qū)域,以持續(xù)性、無序性、發(fā)散性等面源污染模式侵蝕、滲入周邊土壤及地下水體,對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生極大的威脅。此外,重金屬冶煉工業(yè)不僅是典型的高耗水大戶、水資源利用率低,也是環(huán)境重金屬污染的主要來源。重金屬廢水在造成嚴(yán)重環(huán)境污染的同時,也導(dǎo)致了重金屬資源本身的極大浪費。因此,加強對重金屬廢水處理技術(shù)和資源化利用的研究,已成為當(dāng)前環(huán)境治理工作開展過程中的首要任務(wù)。
由于現(xiàn)有重金屬廢水處理技術(shù)種類繁多,技術(shù)工藝實施過程多環(huán)節(jié)、多目標(biāo),關(guān)鍵評價因素難以判別及驗證。在實際的推廣應(yīng)用重金屬廢水污染治理過程中,由于其技術(shù)種類多、水平參差不齊等原因,造成了選擇和應(yīng)用上的偏差和盲從性,缺乏有效的、系統(tǒng)的評價指標(biāo)體系和方法,阻礙了高水平重金屬廢水的深度凈化與安全利用集成技術(shù)的研發(fā)和推廣應(yīng)用,成為制約我國水安全利用的重大難題。GB/T38224.1-2019《重金屬廢水處理與回用技術(shù)評價第1部分:程序和方法》和GB/T38224.2-2019《重金屬廢水處理與回用技術(shù)評價第2部分:指標(biāo)體系》兩項國家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布, 解決了我國重金屬廢水處理及回用技術(shù)方面缺乏有效的技術(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)與方法的問題,填補了我國標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域的空白,為我國重金屬廢水處理與回用技術(shù)的選擇、識別和評價提供了科學(xué)依據(jù),能夠有效促進我國重金屬廢水處理與回用技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。
這兩項國家標(biāo)準(zhǔn),依據(jù)多技術(shù)評價原理,綜合運用并優(yōu)化專家評估法、層次分析法、模糊綜合評判法和灰色綜合評價法,從技術(shù)、經(jīng)濟、環(huán)境以及安全等多維度創(chuàng)新性地提煉出了兼具行業(yè)特點、適用性和可操作性的共性方法和指標(biāo)體系。適用于以重金屬為特征污染物的廢水處理與回用技術(shù)的篩選評價和運行效果評價,包括礦山酸性廢水、鉛鋅冶煉廢水、電鍍廢水等。為使相關(guān)人員更好地理解、掌握和運用標(biāo)準(zhǔn),本文對標(biāo)準(zhǔn)的核心內(nèi)容“重金屬廢水處理與回用技術(shù)評價指標(biāo)體系和方法”進行解析。
重金屬廢水評價指標(biāo)體系
重金屬廢水安全利用是重金屬廢水處理與回用技術(shù)評價的總目標(biāo),其中的分級子目標(biāo)是相互獨立、相互補充、隸屬于總目標(biāo)層的一級指標(biāo),它們將從不同的角度、工藝的不同階段對重金屬廢水處理與回用技術(shù)的各要素水平進行概況式描述,其中包括技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)以及資源指標(biāo)四大類一級指標(biāo)。各一級指標(biāo)下面又設(shè)置了若干二級指標(biāo),這些二級指標(biāo)可以根據(jù)評價需求和實際情況作適當(dāng)?shù)脑鰷p。
01、技術(shù)指標(biāo)
技術(shù)指標(biāo)反映擬評價技術(shù)在技術(shù)性能、高效穩(wěn)定、運行管理等技術(shù)方面的特征,設(shè)置技術(shù)先進性、工藝成熟程度、重金屬去除率、抗沖擊負(fù)荷能力、操作復(fù)雜程度、運行安全性等二級指標(biāo)。其中,重金屬去除率、其他特征污染物去除率、抗沖擊負(fù)荷能力和運行安全性這4個二級指標(biāo)的設(shè)置考慮了水質(zhì)安全、操作工藝安全、環(huán)境和人類健康安全這三方面的安全風(fēng)險問題。
(1)技術(shù)先進性
技術(shù)先進性泛指與國內(nèi)外同類技術(shù)相比,被評價廢水處理和回用技術(shù)水平所處的地位。可根據(jù)國家先進污染防治示范技術(shù)和國家鼓勵發(fā)展的環(huán)境保護技術(shù)目錄中列舉技術(shù)、核心技術(shù)獲獎數(shù)量、國家發(fā)明專利授權(quán)數(shù)量等聯(lián)合評定。按照被評價技術(shù)的實際情況,分為優(yōu)(0.80~1.00)、良(0.70~0.80)、中(0.60~0.70)、差(0~0.60)四級。
(2)工藝成熟程度
技術(shù)在研發(fā)過程所達到的一般性可用程度。可根據(jù)技術(shù)開發(fā)的年代,參考工業(yè)化程度和市場普及率情況等評定。按照被評價技術(shù)的實際情況,分為產(chǎn)業(yè)化階段(0.80~1.00)、工程化階段(0.60~0.80)、實驗室階段(0~0.60)三級。
(3)重金屬去除率
廢水處理和回用技術(shù)對重金屬污染物指標(biāo)的去除效率。計算公式如下:
(4)其他特征污染物指標(biāo)
廢水處理和回用技術(shù)對特征污染物(如氟、氯、鈣、鐵等)指標(biāo)的去除效率。計算公式如下:
(5)抗沖擊負(fù)荷能力
當(dāng)進水水質(zhì)、水量發(fā)生變化時對處理性能的影響以及出水水質(zhì)達標(biāo)程度的變化情況。按照被評價技術(shù)的實際情況,分為優(yōu)(0.80~1.00)、良(0.70~0.80)、中(0.60~0.70)、差(0~0.60)四級。
(6)操作復(fù)雜程度
廢水處理技術(shù)涉及的自控水平及人工管理的復(fù)雜程度。按照被評價技術(shù)的實際情況,分為優(yōu)(0.80~1.00)、良(0.70~0.80)、中(0.60~0.70)、差(0~0.60)四級。
(7)運行安全性
包括使用的原材料安全、設(shè)備及設(shè)施運行的安全性、運行管理過程中的物料使用安全性、產(chǎn)物的毒性及有害性、潛在危險性。按照被評價技術(shù)的實際情況,分為優(yōu)(0.80~1.00)、良(0.70~0.80)、中(0.60~0.70)、差(0~0.60)四級。
02、經(jīng)濟指標(biāo)
經(jīng)濟指標(biāo)反映擬評價技術(shù)在投資成本、運行費用、節(jié)水收益等經(jīng)濟方面的特征,設(shè)置單位建設(shè)投資、單位運行費用、單位占地面積等二級指標(biāo)。
(1)單位建設(shè)投資
處理1m³廢水建廠平均一次性投資費用,包括土地費用、土建直接建設(shè)和安裝工程費用、設(shè)備工器具購置費用、管理費用等。計算公式如下:
(2)單位運行費用
處理1m³廢水產(chǎn)生的運行費用,包括人員費、動力費、維修費、藥劑費和其他費用。計算公式如下:
(3)單位占地面積
平均處理1m³廢水所占用的土地面積,不包括遠期預(yù)留用地。計算公式如下:
03、環(huán)境指標(biāo)
環(huán)境指標(biāo)反映擬評價技術(shù)對環(huán)境的正面和負(fù)面的影響等環(huán)境方面的特征,設(shè)置重金屬削減率、單位危險廢物產(chǎn)生量等二級指標(biāo)。這兩個二級指標(biāo)的設(shè)置考慮了水質(zhì)安全、環(huán)境及人類健康安全這兩方面的安全風(fēng)險。
(1)重金屬削減率
廢水中重金屬污染物經(jīng)過處理后被降低的比率。計算公式如下:
(2)單位危險廢物產(chǎn)生量
處理1m³廢水產(chǎn)生的危險廢物的數(shù)量。計算公式如下:
04、資源指標(biāo)
資源指標(biāo)反映擬評價技術(shù)在回收利用有用和稀缺資源等方面的特征,設(shè)置廢水回用率、資源回收率等二級指標(biāo)。
(1)廢水回用率
處理后回用廢水量占被處理廢水總量的比例。計算公式如下:
(2)重金屬資源回收率
回收的重金屬質(zhì)量占廢水中重金屬總量的比例。計算公式如下:
評價程序與方法
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了篩選評價和運行評價這兩類技術(shù)評價程序與方法。篩選評價程序與方法是指經(jīng)過技術(shù)篩選與評價后,確定最佳適用技術(shù),適用于例如新改擴建企業(yè)的建設(shè)施工及技術(shù)改造等用途。運行評價程序和方法是指經(jīng)過與基準(zhǔn)值進行評價對比后,考量被評價技術(shù)的實施效果及效益的,適用于例如企業(yè)實施某項重金屬廢水處理與回用技術(shù)一段時間后的運行效果綜合評價。
01、篩選評價程序與方法
重金屬廢水處理與回用技術(shù)篩選評價是通過對不同類別的技術(shù)以及不同所屬的同類技術(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)確定的程序和方法進行分析比較,從而確定最佳適用技術(shù)。主要分為以下幾個步驟:
(1)篩選技術(shù)清單
首先,根據(jù)重金屬廢水的來源和特點,對國內(nèi)外現(xiàn)有處理和回用技術(shù)進行分析總結(jié),初步確定擬評價的若干技術(shù)。
其次,對確定的擬評價技術(shù)進行初步篩選。考慮的因素包括但不限于:a) 依據(jù)GB 8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB 20426-2006《煤炭工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB 25466-2010《鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB25467-2010《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB31574-2015《再生銅、鋁、鉛、鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 27678-2011《濕法煉鋅企業(yè)廢水循環(huán)利用技術(shù)規(guī)范》、GB/T 29773-2013《銅選礦廠廢水回收利用規(guī)范》、GB/T 29999-2013《銅礦山酸性廢水綜合處理規(guī)范》、SL368-2006《再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》以及HG-T3923-2007《循環(huán)冷卻水用再生水標(biāo)準(zhǔn)》,判斷技術(shù)能否滿足其相應(yīng)的達標(biāo)排放或回用要求;b) 是否在現(xiàn)有的場地、公用設(shè)施等條件或稍作改進即可實施;c) 其他必要條件。
最后,討論確定擬評價技術(shù)清單。
(2)收集信息和數(shù)據(jù)
針對擬評價技術(shù)清單中的每項技術(shù)收集信息和數(shù)據(jù),包括但不限于以下:a)技術(shù)案例所處地理位置;b) 實際接收廢水的水質(zhì)、水量長周期統(tǒng)計情況;c) 處理與回用技術(shù)中各工段的實際工況及設(shè)備;d) 廢水排放量;e) 主要污染物排放測試、統(tǒng)計數(shù)據(jù)及其記錄文件;f) 資源、能源消耗計量統(tǒng)計數(shù)據(jù)及其記錄文件;g) 環(huán)境影響評價報告;h) 投資運行成本分析數(shù)據(jù);i) 其他必要文件資料。
對于無法收集到的必要的評價信息和數(shù)據(jù),可以采取必要的測試、計算和估算等手段獲取。
(3)確定評價指標(biāo)體系
根據(jù)評價需求以及相關(guān)信息和數(shù)據(jù)收集情況,提煉技術(shù)清單中各項擬評價技術(shù)的共性和特性,選擇并確定重金屬廢水處理與回用的評價指標(biāo)體系。
(4)計算各級指標(biāo)的單項指標(biāo)值
結(jié)合收集的信息和數(shù)據(jù),對每個單項評價指標(biāo)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中給出的方法進行賦值,得出單項指標(biāo)值。其中,各級指標(biāo)的權(quán)重值可采用平均權(quán)重法、專家咨詢法以及相關(guān)系數(shù)矩陣法確定。
(5)計算各級指標(biāo)的評價指數(shù)
從最低一級指標(biāo)開始逐級計算,計算每一個上級指標(biāo)所包含的全部下級指標(biāo)。最后得到擬評價技術(shù)清單中某一項擬評價技術(shù)的綜合評價指數(shù)。
正向指標(biāo)按公式(1)計算其評價指數(shù):
負(fù)向指標(biāo)按公式(2)計算其評價指數(shù):
式中:
Itij—第t項擬評價技術(shù)的第i項一級指標(biāo)中的第j項二級指標(biāo)的評價指數(shù);
Stij—第t項擬評價技術(shù)的第i項一級指標(biāo)中的第j項二級指標(biāo)的指標(biāo)值;
Sijmax—擬評價技術(shù)中第i項一級指標(biāo)中的第j項二級指標(biāo)的最大值;
Sijmin—擬評價技術(shù)中第i項一級指標(biāo)中的第j項二級指標(biāo)的最小值。
一級指標(biāo)的評價指數(shù)按公式(3)計算:
式中:
Iti—第t項擬評價技術(shù)的第i項一級指標(biāo)的評價指數(shù);
Wtij—第t項擬評價技術(shù)的第i項一級指標(biāo)中的第j項二級指標(biāo)權(quán)重;
m—第i項一級指標(biāo)中的二級指標(biāo)個數(shù)。
綜合評價指數(shù)按公式(4)計算:
式中:
It—第t項擬評價技術(shù)的綜合評價指數(shù);
Wti—第t項擬評價技術(shù)的第i項一級指標(biāo)的權(quán)重;
n 一第t項擬評價技術(shù)的一級指標(biāo)個數(shù)。
(6)分析判定
根據(jù)各項擬評價技術(shù)的綜合評價指數(shù),按從大到小的順序排列,綜合評價指數(shù)最高的技術(shù)為最佳適用技術(shù)。
02、運行評價程序和方法
重金屬廢水處理與回用技術(shù)的運行效果評價是對已經(jīng)投入運行的技術(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)確定的程序和方法進行分析比較,從而確定其達到設(shè)計指標(biāo)的程度或在同類技術(shù)中的水平。在進行重金屬廢水處理與回用技術(shù)運行綜合評價時,首先應(yīng)選擇比較的基準(zhǔn)技術(shù)。具體步驟如下:
(1)選擇基準(zhǔn)技術(shù)
首先,根據(jù)組織自身對其產(chǎn)生的重金屬廢水的實際處理和回用需求,圍繞廢水處理后的收納水體、回用環(huán)節(jié)或工藝的水質(zhì)要求等,對國內(nèi)外現(xiàn)有的可以達到目前所使用技術(shù)處理要求的、成熟的重金屬廢水處理與回用技術(shù)進行篩選,確定比較的基準(zhǔn)技術(shù)。基準(zhǔn)技術(shù)是分析比較技術(shù)運行效果的基礎(chǔ),可以采用如下方法進行確定:a) 同類技術(shù)的最佳案例;b) 同類技術(shù)的平均水平;c) 設(shè)計指標(biāo);d) 其他。
(2)收集信息和數(shù)據(jù)
根據(jù)評價需求,針對擬評價技術(shù)和基準(zhǔn)技術(shù),對照標(biāo)準(zhǔn)給出的相應(yīng)指標(biāo)體系中各二級指標(biāo)收集相關(guān)的信息和數(shù)據(jù),包括但不限于以下:a) 技術(shù)案例所處地理位置;b) 實際接收廢水的水質(zhì)、水量長周期統(tǒng)計情況;c) 處理與回用技術(shù)中各工段的實際工況及設(shè)備;d) 廢水排放量;e) 主要污染物排放測試、統(tǒng)計數(shù)據(jù)及其記錄文件;f) 資源、能源消耗計量統(tǒng)計數(shù)據(jù)及其記錄文件;g) 環(huán)境影響評價報告;h) 投資運行成本分析數(shù)據(jù);i) 其他必要文件資料。
對于無法收集到的必要的評價信息和數(shù)據(jù),可以采取必要的測試、計算和估算等手段獲取。
(3)確定評價指標(biāo)體系
根據(jù)各二級指標(biāo)的信息和數(shù)據(jù)收集情況,結(jié)合實際評價需要,完善各指標(biāo)的信息和數(shù)據(jù),最終選擇并確定重金屬廢水處理與回用的評價指標(biāo)體系。
(4)計算各級指標(biāo)的單項指標(biāo)值
結(jié)合收集的信息和數(shù)據(jù),對每個單項評價指標(biāo)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)中給出的計算方法進行賦值,得出單項指標(biāo)值。
(5)計算各級指標(biāo)的評價指數(shù)
從最低一級指標(biāo)開始逐級計算,計算每一個上級指標(biāo)所包含的全部下級指標(biāo)。最后得到擬評價技術(shù)清單中某一項擬評價技術(shù)的綜合評價指數(shù)。
正向指標(biāo)按公式(5)計算其評價指數(shù):
負(fù)向指標(biāo)按公式(6)計算其評價指數(shù):
式中:
Iij—擬評價技術(shù)的第i項一級指標(biāo)中的第j項二級指標(biāo)的評價指數(shù);
Sij—擬評價技術(shù)的第i項一級指標(biāo)中的第j項二級指標(biāo)的指標(biāo)值;
Sbij—基準(zhǔn)技術(shù)的第i項一級指標(biāo)中的第j項二級指標(biāo)的基準(zhǔn)值。
一級指標(biāo)的評價指數(shù)按公式(7)計算:
式中:
Ii—擬評價技術(shù)的第i項一級指標(biāo)的評價指數(shù);
Wij—擬評價技術(shù)的第i項一級指標(biāo)中的第j項二級指標(biāo)的權(quán)重;
m—擬評價技術(shù)的第i項一級指標(biāo)中的二級指標(biāo)個數(shù)。
綜合評價指數(shù)按公式(8)計算:
式中:
I—擬評價技術(shù)的綜合評價指數(shù);
W i—擬評價技術(shù)的第i項一級指標(biāo)的權(quán)重;
n —擬評價技術(shù)的一級指標(biāo)個數(shù)。
(6)分析判定
擬評價技術(shù)的綜合評價指數(shù)大于1.可判定運行效果好于比較基準(zhǔn);擬評價技術(shù)的綜合評價指數(shù)等于1.可判定運行效果與比較基準(zhǔn)水平相同;擬評價技術(shù)的綜合評價指數(shù)小于1.可判定運行效果與比較基準(zhǔn)有差距。
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