劉洪波 李玲君 蔣博齡 倪隆碩 楊江葉

(天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300350)

模糊綜合評價法在工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)評估中的應(yīng)用*

劉洪波 李玲君#蔣博齡 倪隆碩 楊江葉

(天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300350)

采用分析法與綜合法建立了工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)評估指標(biāo)體系，將主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法相結(jié)合確定各指標(biāo)權(quán)重，利用模糊綜合評價法對工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)進(jìn)行評估。以天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)西區(qū)末端水處理技術(shù)為實例進(jìn)行研究，結(jié)果表明，該工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)最終得分為77.0，處理效果一般。

工業(yè)園區(qū) 末端水處理技術(shù) 模糊綜合評價法

隨著我國城市化和工業(yè)化的發(fā)展以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，新老企業(yè)向工業(yè)園區(qū)集中，工業(yè)園區(qū)在強力助推區(qū)域經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，逐漸成為水污染防治的重點和難點，同時還是環(huán)境污染事故的高發(fā)地，但現(xiàn)階段工業(yè)園區(qū)缺乏科學(xué)合理、客觀公正的評估指標(biāo)體系和評估方法。進(jìn)入21世紀(jì)以來，水處理技術(shù)評估在我國大范圍開展。凌琪[1]建立了鍍鉻廢水處理技術(shù)的層次分析模型，綜合使用層次分析法與專家打分法確定各指標(biāo)權(quán)重，運用加權(quán)平均的合成方法確定處理技術(shù)的綜合得分。王謙[2]運用層次分析法構(gòu)建了電鍍行業(yè)六價鉻污染防治最佳可行技術(shù)評估指標(biāo)體系，利用模糊綜合評價法對電鍍行業(yè)六價鉻污染防治技術(shù)進(jìn)行了評估。李蕊[3]結(jié)合灰色綜合評價法與模糊綜合評價法，實現(xiàn)了對遼河流域造紙工業(yè)廢水處理技術(shù)的評估。梁靜芳[4]采用層次分析法和模糊綜合評價法建立了制藥行業(yè)廢水處理技術(shù)評估模型。“十一五”期間，我國建立了15個不同子行業(yè)的特征污染物指標(biāo)篩選與評估方法，并篩選出水處理最佳可行技術(shù)，然而沒有涉及工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)評估的研究。

工業(yè)園區(qū)廢水污染物成分復(fù)雜[5]，影響因素眾多且相互作用強，最適合采用多指標(biāo)綜合評價[6]。多指標(biāo)綜合評價方法主要包括：層次分析法、模糊綜合評價法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、灰色綜合評價法和數(shù)據(jù)包絡(luò)法。其中，模糊綜合評價法以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，將一些邊界不明確、難以定量的因素定量化，從不同角度劃分隸屬等級并進(jìn)行綜合評價[7]，其數(shù)學(xué)模型簡單易懂，易于構(gòu)建，適用于評估多因素、多層次的復(fù)雜問題，已在環(huán)境領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。因此，本研究采用模糊綜合評價法評估工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)，為現(xiàn)有工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)提供可行性建議，也為新建工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)的選擇提供參考。

1 方 法

1.1 構(gòu)建指標(biāo)體系

工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)評估指標(biāo)的選取遵循以下原則：具備科學(xué)性與客觀性；具備可比性與實用性；具備可操作性與可行性；體現(xiàn)綜合性與層次性；兼顧社會效益與經(jīng)濟效益；定性指標(biāo)與定量指標(biāo)相結(jié)合[8-9]。結(jié)合分析法與綜合法，根據(jù)工業(yè)園區(qū)廢水水質(zhì)、末端水處理技術(shù)特點及工業(yè)廢水排放要求，建立了工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)評估指標(biāo)體系，該指標(biāo)體系包括4項一級指標(biāo)、16項二級指標(biāo)和15項三級指標(biāo)，具體見表1。

表1 工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)評估指標(biāo)體系

1.2 確定評價空間及評價標(biāo)準(zhǔn)

評價空間包括對象空間、等級空間和因素空間。由于研究對象為工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)，因此對象空間為各項末端水處理技術(shù)。

本研究劃分5個等級，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ級，分別代表優(yōu)秀、良好、一般、較差、差，所以確定等級空間為{Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}。

根據(jù)構(gòu)建的工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)評估指標(biāo)體系可以確定評價空間為{A1，A2，A3，A4}。A1～A4均可以再進(jìn)行細(xì)分：A1={B1，B2，B3，B4，B5，B6}；A2={B7，B8}；A3={B9，B10，B11，B12，B13}；A4={B14，B15，B16}。其中，B1、B3、B4、B5、B7和B14還可進(jìn)一步細(xì)分：B1={C1，C2，C3，C4}；B3={C5，C6，C7}；B4={C8，C9}；B5={C10，C11}；B7={C12，C13}；B14={C14，C15}。

在工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)評估指標(biāo)體系中，定性指標(biāo)采用10分制來進(jìn)行打分。定量指標(biāo)如果有國家標(biāo)準(zhǔn)或者相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，直接采用國家標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作為標(biāo)準(zhǔn)值；如果沒有國家標(biāo)準(zhǔn)或者相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先依據(jù)地方標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)值；此外，通過查閱文獻(xiàn)、現(xiàn)場調(diào)研和咨詢專家對標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行修正。

1.3 確定指標(biāo)權(quán)重

國內(nèi)外確定權(quán)重的方法主要有主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩種。主觀賦權(quán)法中最常用的是層次分析法和德爾菲法，其優(yōu)點在于專家可以根據(jù)實際情況，合理地確定各指標(biāo)權(quán)重，但缺點是主觀隨意性較大[10-12]?？陀^賦權(quán)法中最常用的是熵權(quán)法，其優(yōu)點在于權(quán)重是通過對評價指標(biāo)實際數(shù)據(jù)的分析確定，不依靠專家的主觀經(jīng)驗，但缺點是確定的權(quán)重可能與人們正常的認(rèn)知不符[13-14]。本研究選用層次分析法和熵權(quán)法，將主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法相結(jié)合，兼顧了權(quán)重的科學(xué)性和合理性。

一級、二級、三級指標(biāo)權(quán)重分別如表2、表3和表4所示。

表2 一級指標(biāo)權(quán)重

表3 二級指標(biāo)權(quán)重

表4 三級指標(biāo)權(quán)重

1.4 構(gòu)建隸屬函數(shù)及評估結(jié)果

采用二次拋物型模糊分布構(gòu)建隸屬函數(shù)。模糊判斷矩陣從三級指標(biāo)開始逐級計算：三級指標(biāo)的模糊判斷矩陣(RC)由指標(biāo)數(shù)據(jù)代入相應(yīng)的隸屬函數(shù)公式計算得到；二級指標(biāo)的模糊判斷矩陣(RB)由RC與三級指標(biāo)權(quán)重(WC)通過模糊計算得到，即RB=WC°RC，°為模糊合成算子；同理，一級指標(biāo)的模糊判斷矩陣(RA)由RB與二級指標(biāo)權(quán)重(WB)通過模糊計算得到，即RA=WB°RB。結(jié)合工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)的特點，采用M(·，?)算子作為模糊合成算子。指標(biāo)得分最終以100分制計，等級換算表見表5。如某指標(biāo)的模糊判斷矩陣(R)=(x1，x2，x3，x4，x5)，其中x1至x5依次為該指標(biāo)劃分為優(yōu)秀、良好、一般、較差和差的模糊概率，評價結(jié)果得分(G)可根據(jù)式(1)計算。

G=95×x1+85×x2+75×x3+65×x4+30×x5 (1)

2 結(jié)果與討論

2.1 研究區(qū)簡介

選擇天津經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)西區(qū)為研究區(qū)，其為國家級綜合工業(yè)園區(qū)，距天津市中心28 km，距濱海國際機場15 km，距港口19 km。研究區(qū)以電子通訊、生物化學(xué)醫(yī)藥、機械制造、新能源等為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

表6 末端水處理技術(shù)各指標(biāo)數(shù)值分布

研究區(qū)設(shè)計廢水處理量為50 000 t/d，實際廢水處理量約為28 939 t/d，研究區(qū)廢水主要由工業(yè)廢水和生活廢水組成(工業(yè)廢水占85%，生活廢水占15%)。根據(jù)《水污染防治行動計劃》，涉及電子通訊、生物化學(xué)醫(yī)藥、機械制造等重點污染源的企業(yè)廢水必須進(jìn)行預(yù)處理，達(dá)到污水處理廠接管標(biāo)準(zhǔn)方可排放。研究區(qū)末端水處理技術(shù)采用生物膜流動床/纖維轉(zhuǎn)盤過濾，具體工藝流程為：進(jìn)水—旋流沉砂池—厭氧池—缺氧池—生物膜流動床—二沉池—纖維轉(zhuǎn)盤過濾—紫外線消毒—出水。通過函調(diào)及現(xiàn)場調(diào)研，獲得研究區(qū)末端水處理技術(shù)各指標(biāo)數(shù)值分布，如表6所示。

2.2 末端水處理技術(shù)評估

根據(jù)1.3節(jié)與1.4節(jié)的方法，并結(jié)合表6，可計算出各指標(biāo)得分及隸屬水平，末端水處理技術(shù)評估結(jié)果如表7所示。

結(jié)合表5與表7可以看出，研究區(qū)末端水處理技術(shù)的綜合得分為77.0，屬于一般。其中，技術(shù)性能得分為80.0，屬于良好；經(jīng)濟性能得分為78.7，屬于一般；環(huán)境影響性能得分為59.0，屬于差；運行管理性能得分為87.0，屬于良好。可見，拉低研究區(qū)末端水處理技術(shù)整體水平的主要原因是環(huán)境影響性能和經(jīng)濟性能偏低。

分析二級和三級指標(biāo)得分可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)存在COD、色度和TN去除率較低，噸水建設(shè)及運行費用較高，出水未進(jìn)行再生利用，剩余污泥處置情況不理想等問題。建議對研究區(qū)末端水處理技術(shù)進(jìn)行改造，以提升處理效果和經(jīng)濟效益。例如：通過提高污泥濃度、加設(shè)初沉池并適當(dāng)增加初沉池的停留時間、加大曝氣量和加設(shè)深度處理等手段來提高COD去除率；通過投加吸附劑和混凝劑來提高色度去除率；通過適當(dāng)增加水力停留時間、控制水中溶解氧含量、改變填料填充比以及適當(dāng)補充外源性碳源來提高TN去除率；通過選擇價格相對較低的藥劑、提高自動化水平降低人工費，并通過定期保養(yǎng)設(shè)備、提高污水處理廠管理水平、選擇合適的污泥處理方式來降低運行費用；適當(dāng)引入再生水回用技術(shù)和剩余污泥資源化、減量化新技術(shù)。

表7 末端水處理技術(shù)評估結(jié)果1)

注：1)括號里的數(shù)值為得分。

3 結(jié) 論

選擇模糊綜合評價法作為工業(yè)園區(qū)末端水處理技術(shù)的評估方法，建立了一套末端水處理技術(shù)評估指標(biāo)體系，并采用層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合的方式確定指標(biāo)權(quán)重。以天津市經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)西區(qū)末端水處理技術(shù)為實例進(jìn)行研究，評估結(jié)果表明其末端水處理技術(shù)(生物膜流動床/纖維轉(zhuǎn)盤過濾)處于一般水平，其中技術(shù)性能和運行管理性能良好，經(jīng)濟性能一般，環(huán)境影響性能差。

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Applicationoffuzzycomprehensiveevaluationmethodforterminalwatertreatmenttechnologyintheindustrialpark

LIUHongbo,LILingjun,JIANGBoling,NILongshuo,YANGJiangye.

(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300350)

The terminal water treatment technology in the industrial park was assessed with the guidance of fuzzy comprehensive evaluation method,the combination of both analysis method and synthesis method for the evaluation index system,and the combination of subjective weighting method and objective weighting method for the determination of the weight of each index.The model had been applied in the western region of Tianjin Economic and Technological Development Zone as a trial implementation.The result showed that the score of terminal water treatment technology there was 77.0,which was in general level.

industrial park; terminal water treatment technology; fuzzy comprehensive evaluation

劉洪波，女，1972年生，博士，副教授，主要從事環(huán)境管理、環(huán)境規(guī)劃與評價、環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化與數(shù)學(xué)模擬等方面的研究。#

。

*國家水體污染控制與治理科技重大專項(No.2014ZX07504-005)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.06.013

2016-03-15)