有色金属冶炼过程污染风险预警指标体系的设计.pdf

2 0 1 4 年第2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y Lb g r i m m ．c n d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 4 ．0 2 ．0 1 7 有色金属冶炼过程污染风险预警指标体系的设计 杨金兵1 ，梁兴印1 ，潘建波2 ，张螈3 ，赵亚丽1 ，王亚军1 1 ．北京盛邦天业科技有限公司，北京1 0 0 0 1 2 ；2 ．湖南有色金属控股集团有限公司，长沙4 1 0 0 1 5 ； 3 ．中国国际工程咨询公司，北京1 0 0 0 4 8 摘要以株洲冶炼集团为示范点，以D P S I R D r i v e r - P r e s s u r e - s t a t u s 一1 m p a c t - R e s p o n s e 模型为指导，筛选 能够从本质上反映有色金属冶炼过程污染风险变化的关键因素，并运用层次分析法确定各指标在满足 主客观条件下的组合权重，构建有色金属冶炼过程污染预警指标体系。结果表明，在指标集中，对目标 影响较大的指标主要集中在优控污染物状态与污染对象压力指标两大区域，废渣重金属含量指标D ，，对 目标层的影响最大，其次为土壤中各重金属的含量指标D z 。，而要素层C z 厂区建设的各指标对目标的影 响最小。 关键词有色金属；污染；预警；指标体系；D P S I R 模型；层次分析法 中图分类号X 5 0 6文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 4 0 2 一0 0 6 1 0 5 D e s i g no fE a r l y W a r n i n gI n d e xS y s t e mf o rP o l l u t i o nR i s ko f N o n f e r r o u sM e t a lS m e l t i n gP r o c e s s Y A N GJ i n - b i n 9 1 ，L I A N GX i n g y i n l ，P A NJ i a n - b 0 2 ，Z H A N GY u a n 3 ，Z H A OY a l i l ，W A N GY a j u n l 1 ．B e i j i n gS h e n g b a n gT i a n y eT e c h n 0 1 0 9 yL i m i t e dL i a b i l i t yC o m p a n y ，B e 巧i n g1 0 0 0 1 2 ，C h i n a ； 2 ．H u n n a nN o n f e r r o u sM e t a l sH o l d i n gG r o u p ，C h a n g s h a4 1 0 0 1 5 ，C h i n a ； 3 ．C h i n aI n t e m a t i o n a lE n g i n e e r i n gC o n s u l t i n gC o r p o r a t i o n ，B e i j i n g1 0 0 0 4 8 ，C h i n a A b s t r a c t W i t hZ h u z h o uS m e l t e rG r o u pa sd e m o n s t r a t i o ns i t ea n dD P S I R D r i v e r P r e s u r e S t a t u s I m p a c t R e s p o n s e m o d e la sag u i d e ，k e yf a c t o r s ，w h i c hc a ne s s e n t i a U yr e f l e c tp 0 1 1 u t i o nr i s kv a r i a t i o nf o rn o n f e r r o u sm e t a ls m e l t i n gp r o c e s s ，w e r es e l e c t e d ．T h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s sw a su s e dt od e t e r m i n ee a c hi n d e x ’sc o m b i n a t i o nw e i g h tw h i c hm e tt h es u b je c t i v ea n do b je c t i v ec o n d i t i o n s ，a n dt oc o n s t r u c tt h ee a r l yp 0 1 1 u t i o nw a r n i n gi n d e xs y s t e mo fn o n f e r r o u sm e t a ls m e l t i n gp r o c e s s ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ei n d e x e se x e r t i n gs i g n i f i c a n ti m p a c to nt a r g e ti n c l u d et h eo p t i m a lc o n t r o lo fp 0 1 1 u t a n t sa n dp o l l u t e do b j e c tp r e s s u r ei n d e x ．I n d e xD 1 7h a st h eb i g g e s ti n f l u e n c e ，f o l l o w e db yi n d e xD 2 3 ，a n de a c hi n d e xo fC 2h a sm i n i m a li m p a c t o nt h et a r g e t ． K e yw o r d s n o n f e r r o u sm e t a l s ；p 0 1 l u t i o n ；e a r l yw a r m i n g ；i n d i c a t o rs y s t e m ；D P S I Rm o d e l ；a n a l y t i ch i e r a 卜 c h yp r o c e s s 株洲冶炼集团地处株洲市清水塘工业区。该工 业区年排放废气量2 7 0 多亿立方米，年排废水量 50 0 0 多万t ，年产生废渣量1 0 0 多万t ‘12 。，各种形 态的污染物之间相互影响，导致多重污染，污染趋势 不明确，需进一步对污染风险进行研究，构建合理的 有色金属冶炼过程的污染预警体系。 收稿日期2 0 1 3 一0 8 2 3 基金项目“十二五”国家科技支撑计划项目 2 0 1 2 B A c l 2 B o o 作者简介杨金兵 1 9 8 7 ，男，山东潍坊人，硕士研究生；通信作者梁兴印 1 9 5 8 ，男，山东人，教授级高工 万方数据 6 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 4 年第2 期 重金属冶炼导致的环境危机的爆发总是有先兆 的，具体表现在一些环境指标数据的变化上，因而建 立一套科学、合理、能够敏感反应重金属冶炼过程环 境状况的指标体系是预警系统的基础。构建污染预 警指标体系时，首先应满足基本要求科学性、可比 性、全局性、统一性等。但由于冶炼过程的复杂性与 污染引发的环境问题的特殊性，在设计指标体系时， 还应遵循5 个原则超前性、灵活性、实用性、可持续 性、物质能量守恒和转化定律[ 3 ] 。 1 确定有色金属冶炼过程污染预警指 标层集 本文以株洲冶炼厂为示范点，以冶炼过程释放 的废水、废气、废渣等主要形态的污染物为研究主 线，以D P S I R 模型为指导，提取能够从本质上反映 有色金属冶炼过程污染状况的关键因素。D P S I R 模型将表征一个自然系统的指标分成驱动力、压力、 状态、影响和响应5 个部分[ 4 巧] ，能有效整合资源、发 展、环境与人类健康[ 6 。7 ] 。根据D P S I R 模型的需要 和指标体系设计的原则，基于污染物的产生、排放以 及厂区外污染的基本情况[ 8 1 来设计驱动力、污染源 投入品、优控污染物状态、污染对象压力、污染物处 理响应5 个方面的指标。 2 确定各指标权重值及进行指标体系 二次筛选 初选指标给出了预警指标体系的可能全集，不 是充分必要的集合，为了减少众多指标在预警模型 中的过多计算问题，更好体现指标体系的科学、综合 和代表性原则，关键是确定各预警指标对冶炼过程 污染程度的贡献度，即权重，本文采用层次分析法对 提取的指标进行二次筛选。按照层次分析法的要求 对初选的指标进行分类，结果如表1 所示。 表1基于D P S I R 模型的污染预警系统初选指标 T a b l e1 P r i m a r yi n d e xf o rp o u t i o ne a r l yw a r n i n gs y s t e mb a s e do nD P S I Rm o d e l 目标层A准则层B要素层C指标层D 驱动力指标B 经济发展c 1G D P 年增长率D l 、企业年均纯利润D 2 厂区建设c z 厂区工作人员数量增长率D 。、厂区员工年人均可支配收入D a 、厂区总面积D s 污染处理响应指标民污染处理c ，t 篆娄嚣竺蓍主淼芝麓i 銎篙篡裂嚣量及处理率 环保设备c 1 2环保投资占基础建设的比重D 2 s 、环保设备完好及开工率D z 。 3 数量标度分级 层次分析法采用1 ～9 标度方法凹] ，对不同情况 的评比给予数量标度，从而较好地将思维判断过程 以数量化的形式表达出来。文献[ 9 ] 详细叙述了各 数量标度的含义。 4构造矩阵 基本思路[ 9 ] 对于X 矩阵，把第i 行元素连乘起 来得m ，再开咒次方得到w ，然后正规化，即可得到 w ，、W 。、⋯、W 。。W ，即为各指标的权重值，打分情况 及具体数据见表2 ～6 。 首先确定指标层D 对相应的要素层C 的判断 矩阵，给出权重值，结果如表2 所示。 表2 指标层D 对要素层C 的权重值 T a b l e2 W e i g h tV a l u eo fi n d e xI a y e rD f o re l e m e n tl a y e rC 有色金属冶炼过程污染预警指标体系 万方数据 2 0 1 4 年第2 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 6 3 续表2 第二步，确定要素层C 对相应的准则层B 的权 重值，如表3 所示。 表3 T a b l e3 要素层C 对准则层B 的权重值 W e i g h tV a l u eO fe l e m e n tl a y e rC f o rs t a n d a r dl a y e rB 第三步，确定准则层B 对相应的目标层A 的判 断矩阵，给出权重值，如表4 所示。 表4 准则层B 对目标层A 的判断矩阵 T a b l e4 J u d g m e n tm a t r i xo fs t a n d a r dl a y e rBI ．o rg o a ll a y e rA 由表4 可以看出，对目标层A 影响最大的为准 则层B 3 优控污染物状态指标，其次为B 。污染对象 压力指标。 第四步确定要素层C 对目标层A 的权重值， 如表5 所示。 表5要素层C 对目标层A 的判断矩阵 T a b l e5 J u d g m e n tm a t r i xo fe l e m e n tl a y e rCf o rg o a Il a y e rA A B 1B 2 B 3B n B I 总权重排序“ O ．0 4 5O ．1 1 9O ．5 0 00 ．2 4 60 ．0 9 0 。。“1”“1 万方数据 6 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 4 年第2 期 由表5 可以看出，在要素层C 对目标层A 的总 权重值中，废气指标C 。与废渣指标C ，的影响最大， 其次为土壤指标C ，。，而影响最小的为厂区建设指 标C 。。 最后推导出指标层D 直接对目标层A 的权重 值，结果如表6 所示。 表6指标层D 对目标层A 的判断矩阵 T a b l e6 J u d g m e n tm a t r i xo fi n d e xDf b rg o a ll a y e rA A 。．急，。．‰。。．急。。．急。。．急。。．毫。。．乏。。．急。。．皂。。暑；，。冀；。。冀；。兰警 排序s 0 ．0 3 7O ．0 0 80 ．0 8 5O ．0 3 40 ．1 0 0O ．2 0 0O ．2 0 00 ．0 3 0O ．0 7 9O ．1 3 7O ．0 7 5O ．0 1 5重值 O ．2 0 0 O ．6 0 0 O ．2 0 0 O ．2 5 0 O ．2 5 0 O ．5 0 0 O ．5 0 0 O ．2 5 0 O ．2 5 0 O ．0 2 8 O ．0 0 9 0 ．0 0 2 O ．0 0 4 O ．0 0 2 O ．0 2 1 O ．0 6 4 O ．0 0 4 O ．0 1 9 0 ．0 1 1 O ．0 1 8 O ．0 1 3 O ．0 6 9 0 ．0 5 0 O ．0 5 0 O ．1 0 0 O ．2 0 0 0 ．0 2 6 O ．0 0 4 O ．0 3 9 O ．0 2 0 O ．0 2 0 O ．1 3 7 O ．0 1 3 O ．0 2 2 O ．0 2 2 O ．0 1 8 O ．3 3 3O ．0 0 5 O ．6 6 7O ．0 1 0 从表6 可知，在指标层的2 9 个指标中，对目标 层A 影响较大的指标主要集中在优控污染物状态 指标与污染对象压力指标两大区域。在对株洲冶炼 厂实地研究的过程中发现，废水、废气、废渣中重金 属处理处置的最终形态大部分为废渣态，因此废渣 重金属含量指标D 。，对目标层的影响最大。 其次为土壤中各重金属的含量指标D 。，土壤 中各种污染物的累积效应明显，而重金属冶炼过程 污染物的排放具有实时性和阶段性，对应污染物的 累积效应会影响到污染物排放情况和新增环境污染 程度的判断，因此在指标的筛选过程中重点针对污 染物的新增浓度。 废气指标C 。中的P M 2 ．5 含量指标D ，。与大气 指标C 。中的P M 2 ．5 含量指标D 。对目标层A 的权 重值分别达到了o ．1 0 0 和o ．0 3 9 ，相对于颗粒物总 量来说，P M 2 ．5 能够更好地体现出烟粉尘对环境与 人体的危害，因此P M 2 ．5 含量指标对目标层A 的 总权重值相对含尘总量来说大一些。 要素层原料矿石指标C 。中的铅锌矿品位指标 D 。与原矿综合利用率指标D ，对目标层A 的总权 重值分别达到了o ．0 2 1 与o ．0 6 4 ，贡献率较大。矿 石为生产铅锌产品的原料，同时为各种污染物产生 的原料，在对冶炼过程的污染状况进行预警时，需要 对矿石指标进行相应的研究。 要素层C 厂区建设指标中的工作人员数量增 长率指标D 3 、员工人均年收入指标D 。，厂区总面积 D ；对目标层A 的总权重值均小于o ．0 0 5 ，对污染状 况的变化影响较小，在污染预警过程中可以弱化厂 n眈眈胁胁胁西眈胁咖m咖肌眦咖咖咖蛐咖咖助助m比呦腑助幽助 万方数据 2 0 1 4 年第2 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 6 5 区建设指标的研究。 5结论 1 应用D P S I R 模型和层次分析法确定了驱动 力、污染源投人品、优控污染物状态、污染对象压力、 污染处理响应指标集范围。 2 对目标层A 影响最大的为准则层B 。优控污 染物状态指标，其次为B 。污染对象压力指标。 3 在要素层C 对目标层A 的总权重值中，废气 指标C 。与废渣指标C ，的影响最大，其次为土壤指 标C ，。，影响最小的为厂区建设指标C 。。 4 在指标层的2 9 个指标中，废渣重金属含量指 标D 。，对目标层的影响最大，其次为土壤中各重金 属的含量指标D 剐要素层原料矿石指标C 。中的铅 锌矿品位指标D 。与原矿综合利用率指标D ，对目 标层A 的贡献率较大，要素层C 厂区建设指标中 的工作人员数量增长率指标D 。、员工人均年收入指 标D 。，厂区总面积D 。对目标层A 的总权重值均小 于0 ．0 0 5 ，对污染状况的变化影响较小。 参考文献 [ 1 ] X i ex u e - j i n g ，c h e m gH a m g x in ． G l o b a lg e o c h e m i c a l m a p p i n ga n dI t si m p l e m e n t a t i o ni n A s i a P a c i f i cr e g i o n [ J ] ．A p p l i e dG e o c h e m i s t r y ，2 0 0 1 ，1 6 1 3 0 9 1 3 2 1 ． [ 2 ] 陈德生．株洲冶炼厂拟建废渣场环境地址评价[ J ] ．湖 南地质，1 9 9 4 ，1 3 4 2 2 4 2 2 6 ． [ 3 ] 颜卫忠．环境预警指标体系研究[ J ] ．长沙电力学院学 报，2 0 0 2 ，1 7 3 8 7 9 0 ． [ 4 ] 蔚国才，肖瑞，卫媛．基于贝叶斯模型的区域水安全评 价[ J ] ．2 0 0 9 ，2 8 6 8 9 9 1 ． [ 5 ] 韩宇平阮本清，解建仓．区域水安全评价指标体系初步 研究[ J ] ．资源科学，2 0 0 3 ，2 5 4 3 7 4 2 ． [ 6 ] 郭显光．熵值法及其在综合评价中的应用[ J ] ．财贸研 究，1 9 9 4 ，5 6 5 6 6 0 ． [ 7 ] 陈亮，王如松，王志理．2 0 0 3 年中国省域社会经济自然 复合生态系统生态位评价[ J ] ．应用生态学报，2 0 0 7 ，1 8 8 17 9 4 1 8 0 0 ． [ 8 ] 北京矿冶研究总院．第一次全国污染源普查工业污染 源产排污系数手册3 3 1 2 铅锌冶炼行业[ M ] ．北京中 国环境科学出版社，2 0 0 6 ． [ 9 ] 梅宝玲，陈舜华．内蒙古生态环境预警指标体系研究 [ J ] ．南京气象学院学报，2 0 0 3 ，2 6 3 3 8 4 3 9 4 ． 有色金属 冶炼部分 订阅及及开通网上投稿启事 本刊2 0 1 4 年定价每册1 0 元，全年1 2 0 元，邮发代号2 4 6 4 ，欢迎新老读者继 续订阅本刊 本刊网上在线系统已经开通，请广大作者登录网站在线投稿，网址为 h t t p ／／y 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