一种基于层次分析的涉VOCs企业分级管理方法及应用

技术领域

本发明属于大气环境管理技术领域，尤其涉及一种基于层次分析的涉VOCs企业分级管理方法及应用。

背景技术

近年间，随着对环境污染的重视，大气污染物(PM

可见工业源VOCs精准减排是科学防治臭氧和二次有机气溶胶污染的重要举措；由于VOCs组分复杂，涉及的行业多样。从VOCs减排和环境管理的角度，若采用对所有行业企业“一刀切”式的管理，势必会增加环境监管难度，影响社会经济发展。在摸清企业情况背景下的分级管理能够提升环境管理的精细化水平。目前关于VOCs污染源的分级研究主要针对排放源大类或工业行业级别进行评级。关于具体企业的管控，我国2020年印发了《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南》，提及了39个行业企业的绩效分级标准和重污染天气应急管理办法，建立的是同一行业范围内企业统一标准的分级管理办法。实际大气环境管理工作中，既要明确重点行业，更要精细到企业，然而，环境管理人员面临的管控对象往往是多个行业的多家企业，但目前还缺少跨行业的涉VOCs企业分级管理。此外，企业的生产与发展不仅是环境问题，还与区域社会经济发展和产业结构密切相关。现有的分级管理主要从环境效益的角度开展，缺少对社会、经济等指标的综合考量与权衡。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于层次分析的涉VOCs企业分级管理方法，综合考虑企业的环保、社会经济和技术特点，结合区域特点，采用层次分析法量化多个指标在企业分级管理中的权重，从而实现跨行业的涉VOCs企业分级管理，可用于区县、城市、城市群以及省份等不同区域尺度的跨行业涉VOCs企业分级管理。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于层次分析的涉VOCs企业分级管理方法，包括以下步骤：

S1.根据区域社会经济发展、产业结构、环境污染特点，确定涉VOCs企业分级管理的评价内容和不同内容对应的指标，其中，评价内容为企业环保属性、社会经济特点和技术水平；企业环保属性对应的指标包括排放VOCs的二次反应活性、绩效分级管控类型和与区域目标受体的直线距离；社会经济特点对应的指标包括企业经营生产规模、企业周围人口密度和行业地位；技术水平对应的指标包括源头替代情况、生产工艺和末端治理技术；

S2.根据评价内容，结合区域环保、经济发展目标与规划，构建涉VOCs企业分级管理的层次结构模型框架，建立涉VOCs企业指标判断矩阵；具体为，邀请一位行业专家根据层次分析法的打分办法对所要评价的指标和内容逐层次进行重要性判断与打分，创建判断矩阵：

式中，n表示指标数量，即判断矩阵阶数；a

S3.对判断矩阵进行一致性检验，计算各指标的权重因子；

采用一致性比率CR检验所构建判断矩阵的一致性，当CR<0.1时，矩阵通过一致性检验，否则，对判断矩阵进行调整，其计算公式如下：

式中，n为判断矩阵阶数；CI为一致性指标，RI为随机一致性指标，由判断矩阵的阶数n决定；λ

从层次结构模型的最底层开始，根据上一层的评价内容与指标对应关系，首先开展逐内容对应指标的权重计算。将判断矩阵的各列元素做归一化处理得到矩阵B

式中，b

进一步地，将矩阵B

式中，u

进一步地，将向量U再次进行归一化处理，得到不同内容对应指标的权重wi，指标公式如下：

S4.计算企业得分，采用分段约束的方法，将各指标分值约束到0～100之间；

S5.根据得分情况对涉VOCs企业进行分级分类，将区域内企业分为I、II、III、IV四类企业，企业VOCs排放或二次反应活性累计减排量等于目标减排需求的企业为IV类企业，优先管控；企业VOCs排放或二次反应活性累计减排量在目标减排需求～1.5倍减排需求范围的企业为III类企业；企业VOCs排放或二次反应活性累计减排量在1.5倍目标减排需求～2倍减排需求范围的企业为II类企业；其余企业为I类企业。

进一步的，所述排放VOCs的二次反应活性指标以臭氧生成潜势、二次有机气溶胶生成潜势为判断依据，臭氧污染为主的时段，以臭氧生成潜势作为二次反应活性的指标，以细颗粒物污染为主的时段，选用二次有机气溶胶生成潜势作为企业排放VOCs的二次反应活性指标，臭氧和细颗粒物符合污染时段，同时采用臭氧和二次有机气溶胶生成潜势作为指标；绩效分级管控类型以国家或省级重污染天气重点行业绩效分级为依据。

进一步的，企业经营生产规模以企业生产总值进行量化；源头替代情况指企业使用低VOCs的原辅料情况，对于采用落后生产工艺或原辅料VOCs含量大于10％的企业应优先管控；过程管理指企业对各生产环节VOCs的收集情况，对于未密闭作业且VOCs收集措施落后，收集效率低的企业，应优先管控；末端治理技术：主要是指企业对收集的VOCs废气采取的末端治理措施及该措施的治理效率，末端治理效率越低的企业应优先管理。

进一步的，采用分段约束方法约束各指标时，分以下两种情况：

1)指标值与得分呈正比

当某一指标值在评价企业同一指标构成的数据集在前2.5百分位时，约束后的指标得分y计算如下：

式中，x表示企业指标量化值；x

当某一指标值在评价企业同一指标构成的数据集2.5百分位至97.5百分位之间时，约束后的指标得分y计算如下：

式中，x

当某一指标值在评价企业同一指标构成的数据集97.5百分位以上时，约束后的指标得分y计算如下：

式中，x

3)若指标值与得分呈反比

当某一指标值在评价企业同一指标构成的数据集前2.5百分位时，约束后的指标得分y计算如下：

当某一指标值在评价企业同一指标构成的数据集97.5百分位以上时，约束后的指标得分y计算如下：

根据计算的最底层指标权重w

C

采用判断矩阵计算不同内容的权重w

G＝w

基于层次分析的涉VOCs企业分级管理方法在大气污染防治精细化防控与精准施策工作中的应用。

本发明具有的优点是：

1.目前普遍采用的《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南》和部分省份针对特色行业提出的相关技术指南，均是从技术水平的角度针对一个行业内的企业进行评级，一方面缺少对企业的绝对排放量、产值等属性的考量，一方面缺少跨行业的企业对比，本发明综合考虑企业环保、经济和技术水平，提出一种跨行业的涉VOCs企业分级管理方法，提升不同行业企业在管理优先级上的可比性；

2.目前普遍采用的企业管理办法主要根据企业级别和大气环境预警情况采取相应措施，缺少根据不同污染成因下管控过程污染物减排量的提前部署，本发明提出一种基于层次分析的涉VOCs企业分级管理方法，可根据大气环境污染特征和环境容量动态调整企业得分与分级情况，实现涉VOCs企业的精细化管理。

附图说明

图1是本发明基于层次分析的涉VOCs企业分级管理方法的流程图。

图2是本发明中涉VOCs企业分级管理的层次结构模型图。

具体实施方式

实施例

如图所示，一种基于层次分析的涉VOCs企业分级管理方法及应用，包括以下步骤：

步骤1：根据区域社会经济发展、产业结构、环境污染特点，确定涉VOCs企业分级管理的评价内容和不同内容对应的指标。其中，评价内容为企业环保属性、社会经济特点和技术水平。

其中，企业环保属性包括：排放VOCs的二次反应活性、绩效分级管控类型和与区域目标受体的直线距离等。

排放VOCs的二次反应活性：该指标反映的是企业VOCs排放对O3和二次有机气溶胶的贡献，为综合考虑企业VOCs二次反应活性对空气质量的影响，根据不同季节的污染特点，选用臭氧生成潜势、二次有机气溶胶生成潜势或二者联合使用作为评价二次反应活性的指标，如臭氧污染为主的时段，以臭氧生成潜势作为二次反应活性的指标，以细颗粒物污染为主的时段，选用二次有机气溶胶生成潜势作为企业排放VOCs的二次反应活性指标，臭氧和细颗粒物符合污染时段，同时采用臭氧和二次有机气溶胶生成潜势作为指标。二次反应活性越大，企业越需要优先管控。

绩效分级管控类型：主要指国家或省级重污染天气重点行业绩效分级情况，反映了企业的综合水平。D级以及地方C级企业的综合水平较低，污染治理效果差，具有较大的减排空间，应优先管理。

区域目标受体距离：直接反映了企业对目标区域空气质量的影响程度。离目标受体较近的企业对监测数据影响明显，需要优先管控。

社会经济特点包括：企业经营生产规模、企业周围人口密度和行业地位等。

企业经营生产规模：主要指企业对许昌市所创造的经济价值，企业的生产规模越大，对地方GDP贡献就越大，其管控级别越靠后。该指标用企业生产总值进行表征。使用企业生产总值进行量化。

企业周围人口密度：直接反映了评价企业对公众健康的影响程度，企业周边人口密度越大的企业，需要优先管控。

行业地位：指企业所属行业耗能、对区域经济发展的贡献，以及区域内对企业所属行业的鼓励支持程度。行业耗能越大、对区域经发展的贡献越小，区域对行业的支持度越低，企业越需优先管理。民生保障行业则反之，管控级别最低。

技术水平包括：源头替代情况、生产工艺和末端治理技术等。

源头替代情况：指企业使用低VOCs的原辅料情况，反映了企业生产工艺的先进性，根据企业现有的原辅料和生产工艺/设备判断企业是否具有先进工艺改进空间，是否开展清洁生产，对于采用落后生产工艺或原辅料VOCs含量大于10％的企业应优先管控。

过程管理：指企业对各生产环节VOCs的收集情况，对于未密闭作业且VOCs收集措施落后，收集效率低的企业，应优先管控。

末端治理技术：主要是指企业对收集的VOCs废气采取的末端治理措施及该措施的治理效率，反映了企业对VOCs的治理水平，末端治理效率越低，表明该企业应优先管理。

步骤2：根据不同环保、社会经济与技术指标特点，结合区域环保、经济发展目标与规划，构建层次结构模型框架，建立涉VOCs企业指标判断矩阵。

结合区域实际，构建涉VOCs企业分级管理的层次结构模型，如图2所示。

邀请一位行业专家根据层次分析法的打分办法对所要评价的指标和内容逐层次进行重要性判断与打分，创建判断矩阵：

式中，n表示指标数量，即判断矩阵阶数；a

步骤3.对判断矩阵进行一致性检验，计算各指标的权重因子；

采用一致性比率CR检验所构建判断矩阵的一致性，当CR<0.1时，矩阵通过一致性检验，否则，对判断矩阵进行调整，其计算公式如下：

式中，n为判断矩阵阶数；CI为一致性指标，RI为随机一致性指标，由判断矩阵的阶数n决定；λ

从层次结构模型的最底层开始，根据上一层的评价内容与指标对应关系，首先开展逐内容对应指标的权重计算。将判断矩阵的各列元素做归一化处理得到矩阵B

式中，b

进一步地，将矩阵B

式中，u

进一步地，将向量U再次进行归一化处理，得到不同内容对应指标的权重wi，指标公式如下：

步骤4：计算企业得分；

由于部分指标值的离散程度较大，若采用指标绝对值对各内容进行评价打分，会引入较大的误差。

进一步地，本发明采用分段约束的方法，将各指标分值约束到0～100之间。

1)若指标值与得分呈正比，如区域目标受体距离、企业生产规模。当某一指标值在评价企业同一指标构成的数据集前2.5百分位时，约束后的指标得分y计算如下：

式中，x表示企业指标量化值；x

当某一指标值在评价企业同一指标构成的数据集2.5百分位至97.5百分位之间时，约束后的指标得分y计算如下：

式中，x

当某一指标值在评价企业同一指标构成的数据集97.5百分位以上时，约束后的指标得分y计算如下：

式中，x

2)若指标值与得分呈反比，如VOCs二次反应活性、人口。当某一指标值在评价企业同一指标构成的数据集前2.5百分位时，约束后的指标得分y计算如下：

当某一指标值在评价企业同一指标构成的数据集97.5百分位以上时，约束后的指标得分y计算如下：

根据计算的最底层指标权重w

C

采用判断矩阵计算不同内容的权重w

G＝w

步骤5：根据得分情况对涉VOCs企业进行分级分类，将区域内企业分为I、II、III、IV四类企业。具体分级分类方案为根据企业得分从小到大排序，基于大气环境污染特征，结合环境管理需求，对企业VOC排放或二次反应活性进行累加并计算累计权重，企业VOCs排放或二次反应活性累计减排量等于目标减排需求的企业为IV类企业，优先管控；企业VOCs排放或二次反应活性累计减排量在目标减排需求～1.5倍减排需求范围的企业为III类企业；企业VOCs排放或二次反应活性累计减排量在1.5倍目标减排需求～2倍减排需求范围的企业为II类企业；其余企业为I类企业。

一种基于层次分析的涉VOCs企业分级管理方法，该方法用于大气污染防治精细化防控与精准施策等工作中

应用例

以我国华北地区某工业城市为例解释本发明。对目标城市1306家涉VOCs企业进行现状评估与分级管理评分，确定其管控级别，助力夏季臭氧污染精细化管控。

通过企业调研与多口径环保数据融合，分析城市生态化环境状况与社会经济发展特点。梳理1306家企业的环保属性、社会经济特点和技术水平对应指标的数据资料，构建判断指标体系。环保属性中，鉴于本案例中涉VOCs企业分级管理的目的是助力城市夏季臭氧污染防治攻坚，企业排放VOCs的二次反应活性以臭氧生成潜势为评分指标；绩效分级管控类型则是根据企业实际绩效分级管控类型进行评分；与目标受体距离则是基于企业经纬度和受体经纬度计算其直线距离。社会经济属性中，企业经营生产规模采用企业GDP作为评分指标；企业周围人口密度则是从高精度人口密度矢量数据中提取1km范围内人口数量；行业地位则是根据该城市实际发展状况，按照行业类型与支持力度进行赋值。技术水平中，源头替代情况根据企业生产原辅料特征判定；过程管理根据企业VOCs产生环节密闭/废气收集情况评定；末端治理技术则是根据企业实际采取的VOCs治理措施决定。

基于城市发展实际需求，逐层构建判断矩阵，环保属性判断矩阵如表1所示，矩阵最大特征根λ

表1环保属性指标判断矩阵与权重分值

社会经济指标判断矩阵如表2所示，矩阵最大特征根λ

表2社会经济指标判断矩阵与权重分值

技术水平指标判断矩阵如表3所示，矩阵最大特征根λ

表3技术水平指标判断矩阵与权重分值

内容层判断矩阵如表4所示，矩阵最大特征根λ

表4内容层判断矩阵与权重分值

采用分段约束的方式逐企业对各指标进行得分计算，继而计算内容层得分和企业总得分。根据该城市夏季臭氧管控目标，计划削减VOCs二次反应活性40％，则有IV类企业15家，III类企业13家，II类企业55家，I类企业1223家。各类企业行业类型见下表。

表5某城市涉VOCs企业分级情况

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