徐振威，王黎，劉超(.上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計(jì)院有限公司，上海 003；.上海環(huán)境集團(tuán)股份有限公司陽(yáng)晨水務(wù)分公司，上海 000)

0 引言

磷酸鹽具有較好的金屬絡(luò)合性，且磷化物分子結(jié)構(gòu)中具有親水性，洗滌劑、阻垢劑中均含有磷的成分。在滲瀝液膜處理系統(tǒng)中投加含磷阻垢劑，會(huì)重新引入原本應(yīng)在生化系統(tǒng)中被分解的磷元素，導(dǎo)致出水中磷元素含量提升，出水水質(zhì)不穩(wěn)定。因此，選擇低磷、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、適用于滲瀝液處理工藝的阻垢劑極為關(guān)鍵。

阻垢劑的篩選涉及處理效果、產(chǎn)水水質(zhì)、經(jīng)濟(jì)效益等諸多因素，故建立合理的阻垢劑篩選的決策指標(biāo)極為重要。

1 層次分析法的基本原理

層次分析法(analytical hierarchy process，AHP)是一種系統(tǒng)分析方法，將定性與定量分析通過(guò)應(yīng)用數(shù)學(xué)方法有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，較為客觀、準(zhǔn)確、高效。層次分析法是分析多目標(biāo)、多準(zhǔn)則的復(fù)雜決策系統(tǒng)的有力工具[1-2]。

利用層次分析法進(jìn)行應(yīng)用分析的基本步驟如下：

(1)建立評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)模型。研究人員應(yīng)根據(jù)問(wèn)題的性質(zhì)和決策目標(biāo)進(jìn)行深入分析，按照不同層次將問(wèn)題中所包含的因素進(jìn)行劃分，利用結(jié)構(gòu)模型形式說(shuō)明層次的遞階結(jié)構(gòu)與因素的從屬關(guān)系。

(2)構(gòu)造判斷矩陣。構(gòu)造各層次的判斷矩陣應(yīng)將研究者對(duì)決策問(wèn)題相對(duì)重要性的判斷作為依據(jù)。

(3)研究者應(yīng)對(duì)模型中各層每一因素的相對(duì)重要性進(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

(4)在計(jì)算各個(gè)層次因素的相對(duì)重要性的基礎(chǔ)上，研究者應(yīng)進(jìn)一步計(jì)算方案層和目標(biāo)層的相對(duì)重要性的組合權(quán)重，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

(5)研究者對(duì)比組合權(quán)重的結(jié)果，并以此作為評(píng)價(jià)與選擇方案的依據(jù)。

近些年來(lái)，層次分析法受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。層次分析法非常適用于解決一些復(fù)雜的決策問(wèn)題，具有實(shí)用性和有效性，目前已被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、能源、軍事、運(yùn)輸、農(nóng)業(yè)、教育、人才、醫(yī)療、安全和環(huán)境等領(lǐng)域的方案選擇、行為決策、綜合分析等方面。

2 決策指標(biāo)建立與指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

本文結(jié)合阻垢劑篩選的基本目標(biāo)，運(yùn)用層次分析法，綜合分析阻垢劑篩選的實(shí)際需求與特點(diǎn)，制定了阻垢劑篩選的模型體系。

2.1 決策指標(biāo)體系的建立

本位根據(jù)阻垢劑選型的主要決定因素，將其分為4個(gè)層次，即：A、B、C、D，其中A、B、C為評(píng)價(jià)層，D為方案層。

2.1.1 目標(biāo)層

A層為總目標(biāo)層，即選擇低磷、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、適用于滲瀝液處理的阻垢劑。

2.1.2 準(zhǔn)則層

B層是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)層的3個(gè)準(zhǔn)則層，即阻垢劑選型主要考慮的幾個(gè)因素：

B1為試用種類(lèi)，指試用不同品牌的阻垢劑；

B2為處理效果，指阻垢劑磷含量、處理后清液中磷含量；

B3為經(jīng)濟(jì)效益，即選擇阻垢劑的經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.3 指標(biāo)層

C層是指標(biāo)層，即達(dá)到總目標(biāo)層和準(zhǔn)則層的各種條件，共5項(xiàng)指標(biāo)，具體如下：

(1)C1為阻垢劑總磷含量。阻垢劑中磷含量越高，在相同投加量的工況下引入磷化物越多，出水總磷指標(biāo)超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)便越高。阻垢劑總磷含量一般使用百分比表示。

(2)C2為加藥量。加藥量是滲瀝液處理過(guò)程中阻垢劑的投加量與膜系統(tǒng)進(jìn)水總量的比值。比值越低，加藥量越低，阻垢劑所用成本也隨之降低。加藥量單位為 kg/t。

(3)C3為出水磷含量。經(jīng)過(guò)前端生化處理，水體中磷化物含量降低。但經(jīng)過(guò)膜處理后，阻垢劑的投加重新了引入磷化物，因此有必要測(cè)量出水磷含量。出水磷含量影響磷元素是否超標(biāo)，單位為mg/L。

(4)C4為膜系統(tǒng)運(yùn)行壓力，阻垢劑的阻垢效果影響膜系統(tǒng)的運(yùn)行壓力，運(yùn)行壓力越大，表示阻垢效果越差。膜系統(tǒng)運(yùn)行壓力的單位為MPa。

(5)C5為阻垢劑單價(jià)，即單位阻垢劑的價(jià)格。

2.1.4 方案層

D層是方案層，是阻垢劑篩選試用的具體方案。通常經(jīng)過(guò)初選后，研究人員會(huì)選定幾種阻垢劑開(kāi)展中試，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析和選擇。

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

為了進(jìn)一步明確選型指標(biāo)中各個(gè)元素對(duì)上一層次的相對(duì)重要性,本文選擇判斷矩陣法進(jìn)行分析。判斷矩陣的元素aij采用Santy的1-9標(biāo)度方法[3]。如表1所示，為確定B準(zhǔn)則層對(duì)A目標(biāo)層的重要性程度，本文構(gòu)造了判斷矩陣A-B。

表1 判斷矩陣A-B

2.3 權(quán)重計(jì)算及一致性檢驗(yàn)

為了確定選擇指標(biāo)的判斷指標(biāo)是否合理,本文對(duì)判斷矩陣進(jìn)行了一致性檢驗(yàn)。

本文針對(duì)判斷矩陣A-B求得判斷矩陣的最大特征根為λmax=3.039，相應(yīng)的特征向量為wAB=(0.151,0.916,0.371)，其中3個(gè)分量為準(zhǔn)則層B中3個(gè)元素(B1, B2,B3)的權(quán)值，n=3。根據(jù)檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性公式可得:

當(dāng)n=3時(shí),一致性指標(biāo)RI=0.58，則其一致性比率CR為：

因此，確定的A-B矩陣具有滿意一致性，wAB中的權(quán)重值可以應(yīng)用。

2.4 C層對(duì)A層的權(quán)重

本文首先對(duì)C層相對(duì)B層的重要性構(gòu)造了判斷矩陣并保障其一致性，進(jìn)而確定了C層對(duì)B層的權(quán)重值，得到了相應(yīng)權(quán)重。

然后，本文綜合B層與C層，確定了C層中各個(gè)評(píng)價(jià)目標(biāo)相對(duì)于A層總目標(biāo)的權(quán)重。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，本文得出了C層指標(biāo)對(duì)A層的總權(quán)重 (如表2所示)。

表2 C層指標(biāo)對(duì)A層的總權(quán)重

3 決策評(píng)價(jià)方法應(yīng)用

生活垃圾滲瀝液處理通常采用“生物處理+膜處理”工藝，根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、排水要求的不同選擇不同工藝組合。在對(duì)膜的深度處理過(guò)程中，因進(jìn)水主要污染物為有機(jī)物、鹽及懸浮性顆粒雜質(zhì)，工作人員在進(jìn)行納濾膜處理后，高分子有機(jī)物、高價(jià)鹽及大顆粒雜質(zhì)會(huì)被截留于濃縮液中。鹽分的溶解度較低，隨著濃縮倍數(shù)的提升，部分鹽會(huì)以結(jié)晶形式留在濃縮液中，結(jié)晶的鹽分會(huì)包裹顆粒雜質(zhì)形成結(jié)垢，進(jìn)而堵塞膜管。為提高鹽分在的溶解度、保護(hù)膜管，工作人員通常在生產(chǎn)期間投加阻垢劑以緩解膜管內(nèi)結(jié)垢。常規(guī)阻垢劑利用磷化物作為絡(luò)合劑阻礙鹽分結(jié)垢；含磷阻垢劑的投加，重新在經(jīng)過(guò)膜系統(tǒng)處理過(guò)的清液中引入了污染物，使得出水排放時(shí)存在磷超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

為選擇合適的阻垢劑，本文選定了不同阻垢劑進(jìn)行中試，在綜合考慮阻垢劑的總磷含量、加藥量、出水磷含量、膜系統(tǒng)運(yùn)行壓力、阻垢劑單價(jià)等因素的基礎(chǔ)上選擇綜合評(píng)價(jià)最好的阻垢劑。

3.1 阻垢劑選型試驗(yàn)及結(jié)果

中試過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)分別選擇了4種類(lèi)型阻垢劑，相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)上位機(jī)及實(shí)驗(yàn)室獲取。

在中試過(guò)程中，每一種類(lèi)的阻垢劑處理量都被保持在設(shè)計(jì)處理能力的70%～80%之間，單批次中試時(shí)間為3天，每批次取樣6次，最終取6次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)判

本文根據(jù)上述中試結(jié)果的數(shù)據(jù)，對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)得分進(jìn)行了評(píng)價(jià)。本文將針對(duì)不同的阻垢劑，依據(jù)指標(biāo)層中各指標(biāo)的評(píng)價(jià)原則選擇出最佳的方案，以此為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行比值評(píng)分。

針對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)Ci，本文首先選擇方案D層中所對(duì)應(yīng)的最佳指標(biāo)值作為評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)值，將Ci指標(biāo)對(duì)應(yīng)的方案Dj的指標(biāo)值與最佳值進(jìn)行比較，再將得到相應(yīng)的比值數(shù)據(jù)作為單項(xiàng)評(píng)價(jià)得分。

因此，就Ci指標(biāo)而言，Dj方案的最高得分值為1。

3.3 選型結(jié)論分析

本文根據(jù)上述結(jié)果，按照C層對(duì)A層的權(quán)重對(duì)各單項(xiàng)指標(biāo)的得分進(jìn)行了匯總計(jì)算，綜合得分如表3所示：

表3 方案層各指標(biāo)綜合得分匯總表

本文應(yīng)用層次分析法對(duì)結(jié)果進(jìn)行綜合判別后，得到了中試各方案的綜合得分，并對(duì)其按得分從高到低進(jìn)行排序，依次為：D3 > D1 > D2。

因此，選擇D3方案的阻垢劑是綜合考慮阻垢劑性能、處理效果及經(jīng)濟(jì)效益等因素后的最佳選擇。

4 常用客觀篩選指標(biāo)方法

(1)逐個(gè)指標(biāo)進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)的方法：將一個(gè)指標(biāo)的一種假設(shè)，記作H0，選取當(dāng)H0成立時(shí)的檢測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)分布，進(jìn)而根據(jù)預(yù)先給定的顯著性水平進(jìn)行檢驗(yàn)，作出拒絕或接受假設(shè)H0的判斷。

(2)多元回歸與逐步回歸法：多元回歸分析通常將標(biāo)準(zhǔn)化偏回歸系數(shù)絕對(duì)值較大的，或偏回歸系數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)有一定代表性的數(shù)據(jù)作為其評(píng)價(jià)指標(biāo)。多元回歸與逐步分析法是常用的數(shù)據(jù)分析方法，應(yīng)用廣泛，效果顯著。

(3)指標(biāo)聚類(lèi)法：該方法是將相同類(lèi)別的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行聚集，使其成為一個(gè)完整而統(tǒng)一的類(lèi)別，隨后在從中找出最具代表性的樣本。其核心在于通過(guò)一定的方式，以典型的樣本代替大量的評(píng)價(jià)模型。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，層次分析法是結(jié)合定量與定性分析的模糊綜合評(píng)價(jià)法。層次分析法綜合考慮了各種條件和因素，并將實(shí)際評(píng)判結(jié)果劃分為不同層次，其分析過(guò)程是一種逐層進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的過(guò)程，能夠更好地保障評(píng)價(jià)結(jié)果的實(shí)際性。

本文通過(guò)應(yīng)用層次分析法，解決了阻垢劑篩選的難題，并根據(jù)阻垢劑使用的性能指標(biāo)、處理效果及經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)，建立了阻垢劑選型的綜合決策指標(biāo)。

在阻垢劑選型的實(shí)際應(yīng)用中，研究者通過(guò)燒杯試驗(yàn)確定了上機(jī)試驗(yàn)的3種阻垢劑，進(jìn)而通過(guò)綜合評(píng)價(jià)選擇了綜合評(píng)價(jià)結(jié)果最佳的阻垢劑，為生產(chǎn)實(shí)踐提供了科學(xué)的決策依據(jù)。