孫根行， 狄 倩， 楊 帆， 郭金鑫， 張波浪， 路建萍

(1.陜西科技大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院， 陜西 西安 710021; 2.延長石油(集團(tuán))有限責(zé)任公司 碳?xì)涓咝Ю眉夹g(shù)研究中心, 陜西 西安 710075)

0 引言

作為基礎(chǔ)設(shè)施的城市污水處理廠在某種意義上也是生產(chǎn)性企業(yè)，其主要原材料是進(jìn)入污水處理系統(tǒng)的市政污水，產(chǎn)品是處理后的達(dá)標(biāo)水.我國城市污水處理是高能耗產(chǎn)業(yè)之一，且在處理過程中也產(chǎn)生大氣污染物、噪聲及污泥等固體廢棄物.同時(shí)部分污水處理廠仍存在出水水質(zhì)不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、管理水平低下等問題[1].為實(shí)現(xiàn)我國“十二五”節(jié)能減排目標(biāo)，更多的城市污水處理企業(yè)已被納入強(qiáng)制性清潔生產(chǎn)審核范圍，使其通過若干輪次的清潔生產(chǎn)審核，達(dá)到更高的清潔生產(chǎn)水平.推行清潔生產(chǎn)，應(yīng)首先確定其評價(jià)指標(biāo)，再通過一定的評價(jià)方法對指標(biāo)體系進(jìn)行評價(jià)得到目前企業(yè)的清潔生產(chǎn)水平，以此提出清潔生產(chǎn)方案.然而，目前城市污水處理行業(yè)尚未制定相應(yīng)的行業(yè)清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，這已嚴(yán)重影響到城市污水處理企業(yè)清潔生產(chǎn)水平的評價(jià)及清潔生產(chǎn)的實(shí)施.

由于不同污水處理工藝能源及資源的消耗水平及污染物的去除率等有所不同，因此在清潔生產(chǎn)評價(jià)時(shí)應(yīng)按不同的工藝評價(jià)，本文選取在城市污水處理中應(yīng)用廣泛的循環(huán)式活性污泥法(CASS)工藝為代表研究城市污水處理廠清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系.本文運(yùn)用層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)建立了一套CASS工藝城市污水處理廠清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，建立AHP-模糊數(shù)學(xué)法(AHP-Fuzzy)綜合評價(jià)模型，并運(yùn)用該評價(jià)指標(biāo)體系及評價(jià)方法對陜西省某CASS工藝城市污水處理廠進(jìn)行評價(jià)，取得了較好的效果.該評價(jià)指標(biāo)體系的建立將為城市污水處理企業(yè)開展清潔生產(chǎn)評價(jià)提供借鑒和指導(dǎo)，也為企業(yè)清潔生產(chǎn)審核提供依據(jù).

1 CASS工藝城市污水處理廠清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

1.1 構(gòu)建清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系

參照《工業(yè)清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系編制通則》[2]，選取層次分析法構(gòu)建城市污水處理廠清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系.根據(jù)清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建原則，評價(jià)指標(biāo)的選取應(yīng)針對城市污水處理廠高能耗、高物耗及污染產(chǎn)生的環(huán)節(jié)，同時(shí)根據(jù)生命周期理論，全面系統(tǒng)地考慮企業(yè)生產(chǎn)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，選取具有代表性的、具體的、易于量化的評價(jià)考核指標(biāo)[3,4].

通過對CASS工藝城市污水處理廠的全面調(diào)查、系統(tǒng)分析及專家咨詢，筆者按照層次分析法的要求建立了由總到分的層次結(jié)構(gòu)模型，該指標(biāo)體系模型分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層及指標(biāo)層三個(gè)層次[5,6].目標(biāo)層綜合表達(dá)了CASS工藝城市污水處理廠清潔生產(chǎn)的總體水平；準(zhǔn)則層為CASS工藝污水處理廠清潔生產(chǎn)評價(jià)的主要準(zhǔn)則，包括生產(chǎn)技術(shù)特征指標(biāo)、資源及能源消耗指標(biāo)、產(chǎn)品指標(biāo)、污染物產(chǎn)生指標(biāo)、資源綜合利用指標(biāo)及環(huán)境管理指標(biāo)；指標(biāo)層具體描述了清潔生產(chǎn)評價(jià)的各項(xiàng)指標(biāo)[7,8].CASS工藝城市污水處理廠清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，如圖1所示.

圖1 CASS工藝城市污水處理廠清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系

1.2 AHP-Fuzzy綜合評價(jià)方法

AHP-Fuzzy是層次分析法與模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)法的有機(jī)結(jié)合[9]，首先通過層次分析法確定評價(jià)指標(biāo)體系準(zhǔn)則層和指標(biāo)層各指標(biāo)的權(quán)重值，再運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)法對清潔生產(chǎn)水平進(jìn)行綜合評價(jià)，確定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及評價(jià)指標(biāo)的隸屬度矩陣，最后根據(jù)最大隸屬度原則確定評價(jià)等級.

1.2.1 清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

AHP是美國運(yùn)籌學(xué)家Saaty教授于20世紀(jì)70年代提出的一種定量與定性相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法[10].應(yīng)用AHP計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重值，是在建立遞階層次結(jié)構(gòu)評價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，通過對清潔生產(chǎn)專家、污水處理專家及多家CASS工藝城市污水處理廠技術(shù)人員的專家咨詢，從而比較各評價(jià)指標(biāo)之間的重要性，對系統(tǒng)中各指標(biāo)予以優(yōu)劣評判，并結(jié)合這種評判結(jié)果來綜合計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重值.本文運(yùn)用yaahp層次分析法軟件計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重值，大大減少了計(jì)算量，并提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性.其主要步驟為：(1)建立層次結(jié)構(gòu)模型；(2)根據(jù)專家咨詢構(gòu)造判斷矩陣；(3)層次單排序及一致性檢驗(yàn)；(4)層次總排序.其中判斷矩陣由1～9標(biāo)度法對各指標(biāo)兩兩比較得出，準(zhǔn)則層判斷矩陣一致性比例CR=0.046 9，指標(biāo)層的判斷矩陣一致性比例分別為：CR1=0.014 5，CR2=0.062 4，CR3=0.026 1,CR4=0.075 1,CR5=0，CR6=0.025 6，CR均小于0.1，因此，準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的判斷矩陣均有較好的一致性[11].最后得到清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重值，如表1所示.

表1 清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系各指標(biāo)權(quán)重

1.2.2 綜合評價(jià)模型

本文在使用AHP法確定清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上，采用模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)法對污水處理企業(yè)進(jìn)行綜合評價(jià).模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)法是基于評價(jià)過程的非線性特點(diǎn)對原本僅具有模糊和非定量化特征的因素，提出的一種運(yùn)用模糊推理為主的定性與定量相結(jié)合的評判方法，能將比較復(fù)雜、不夠確定的多因素問題轉(zhuǎn)化為有數(shù)字依據(jù)的評價(jià)模式[12].其主要步驟為：(1)根據(jù)評價(jià)指標(biāo)建立評價(jià)對象；(2)根據(jù)上述AHP法計(jì)算的結(jié)果建立指標(biāo)權(quán)重集w；(3)根據(jù)國內(nèi)外的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定城市污水處理企業(yè)清潔生產(chǎn)綜合評價(jià)的評判集為：V=(V1，V2，V3)=(一級，二級，三級)，一級，即國內(nèi)外清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平；二級，即國內(nèi)清潔生產(chǎn)平均水平；三級，即國內(nèi)清潔生產(chǎn)落后水平；(4)一級模糊評判；(5)二級模糊綜合評價(jià)，最后根據(jù)最大隸屬度原則判斷污水處理企業(yè)的清潔生產(chǎn)水平等級.

綜合評價(jià)模型

A=W·R

式中：A為模糊綜合評價(jià)集合；W為指標(biāo)權(quán)重向量；R為模糊判斷矩陣.

1.2.3 確定清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

通過查閱大量資料，充分了解國內(nèi)外CASS工藝城市污水處理廠的清潔生產(chǎn)水平，對所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、篩選并計(jì)算后，遵循清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)所要求的“起點(diǎn)合理，持續(xù)改進(jìn)”的原則，要讓城市污水處理企業(yè)通過一定的努力能夠達(dá)到相應(yīng)的要求，同時(shí)還要讓企業(yè)意識到清潔生產(chǎn)的最終目標(biāo)不是一蹴而就，而是始終貫穿于生產(chǎn)過程中的一項(xiàng)工作，同時(shí)參考《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)，并結(jié)合目前國內(nèi)CASS工藝城市污水處理企業(yè)的實(shí)際情況，確定所設(shè)定評價(jià)指標(biāo)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示.

表2 清潔生產(chǎn)水平評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 實(shí)例研究

以陜西省某CASS工藝城市污水處理廠為例，通過對該廠的實(shí)地調(diào)研，收集清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系所涉及各指標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)，應(yīng)用上述CASS工藝城市污水處理廠清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系對該廠的清潔生產(chǎn)水平進(jìn)行評價(jià).

2.1 指標(biāo)層各指標(biāo)隸屬度矩陣的確定

根據(jù)該廠的實(shí)際情況，與表2的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對比，得到各評價(jià)指標(biāo)的隸屬度矩陣如下：

2.2 一級模糊綜合評價(jià)

生產(chǎn)技術(shù)特征指標(biāo)B1的模糊綜合評價(jià)指標(biāo)分值為:

M1=W1·R1=

(0.086 5,0.054 6,0.030 6,0.013 8,0.020 2)·

同理，可對資源及能源的消耗、產(chǎn)品、污染物產(chǎn)生、資源綜合利用及環(huán)境管理指標(biāo)進(jìn)行一級模糊綜合評價(jià)，評價(jià)結(jié)果如下：M2=(0,0.150 4,0.055 5)；M3=(0.030 0,0.308 6,0.080 2);M4=(0.020 2,0.081 2,0.012 9)；M5=(0.010 5 ,0, 0.031 4)；M6=(0.020 7,0.001 5,0)

2.3 二級模糊綜合評價(jià)

根據(jù)一級模糊評價(jià)結(jié)果，建立二級模糊評價(jià)矩陣，將其代入綜合評價(jià)模型計(jì)算模糊綜合評價(jià)集合，最后對該CASS工藝城市污水處理廠清潔生產(chǎn)水平進(jìn)行綜合評價(jià).

根據(jù)最大隸屬度原則，由上述模糊綜合評價(jià)結(jié)果顯示，該廠處于清潔生產(chǎn)二級水平，即國內(nèi)清潔生產(chǎn)平均水平.這一結(jié)果較準(zhǔn)確的反映了該污水處理廠的清潔生產(chǎn)現(xiàn)狀.由一級模糊綜合評價(jià)結(jié)果可以看出，該廠的生產(chǎn)技術(shù)特征水平、資源能源利用水平、產(chǎn)品及污染物產(chǎn)生水平距清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平還有較大的差距，尤其是單位電耗、絮凝劑的消耗、新鮮水的消耗、出水中TP濃度、大腸菌群數(shù)、再生水回用水平及環(huán)境管理水平等方面均有很大的清潔生產(chǎn)潛力，也成為影響該污水處理廠清潔生產(chǎn)水平的主要因素.故將上述指標(biāo)列為該污水處理廠清潔生產(chǎn)審核重點(diǎn)，并采取相應(yīng)的清潔生產(chǎn)方案和管理措施加以改進(jìn)，從而提高該污水處理廠的清潔生產(chǎn)水平.

3 結(jié)論

本文根據(jù)CASS工藝城市污水處理行業(yè)的特點(diǎn)，通過AHP-Fuzzy 綜合評價(jià)理論模型構(gòu)建包含生產(chǎn)技術(shù)特征指標(biāo)、資源及能源消耗指標(biāo)、產(chǎn)品指標(biāo)、污染物產(chǎn)生指標(biāo)、資源綜合利用指標(biāo)及環(huán)境管理指標(biāo)六個(gè)一級指標(biāo)，25個(gè)二級指標(biāo)的CASS工藝城市污水處理廠清潔生產(chǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，該評價(jià)體系將定性和定量指標(biāo)有機(jī)地結(jié)合起來，減少了個(gè)人主觀臆斷所帶來的弊端，簡明實(shí)用、易操作、可比性強(qiáng)、評價(jià)結(jié)果真實(shí)可靠，可客觀的反映出污水處理企業(yè)的清潔生產(chǎn)水平，發(fā)現(xiàn)企業(yè)的清潔生產(chǎn)潛力，從而可有針對性地提出相應(yīng)的清潔生產(chǎn)改進(jìn)技術(shù)和方案，并加以實(shí)施，提高企業(yè)的清潔生產(chǎn)水平，促進(jìn)城市污水處理企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展.

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