層次分析法在餐廚垃圾處理廠選址適宜性評價中的應用

朱瑞祥，張 麗

(江漢大學化學與環境工程學院，湖北武漢430056)

1 引言

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP)是美國運籌學家沙坦(T L Saaty)于20世紀70年代提出的，是一種定性與定量結合的多因素決策分析方法［1］。該方法將研究中的定性分析予以量化，邏輯關系簡單，易被人理解接受，并且有深刻的理論基礎，在結構復雜且缺乏必要數據的情況下更為實用［2］。

餐廚垃圾是指除居民日常生活以外餐飲服務、單位食堂供餐、食品生產加工等活動中產生的食物殘余、食品加工廢料、廢棄食用油脂等。據武漢市城管局抽樣調查，目前武漢全市城區餐廚垃圾產量為1165 t/d。預測到2015年和2020年，這一數字將分別達到1369 t/d和1609 t/d，年均增長率為 3.3%［3］。餐廚垃圾的資源性決定了其處理工藝與其他垃圾處理廠有所不同，但不論何種處理工藝，還是會產生廢氣、噪聲等污染，造成對周邊居民生活質量的影響［4］。因此，根據《餐廚垃圾處理技術規范》(CJJ184－2012)中廠址選址的要求，影響餐廚垃圾處理廠科學選址的因素多，且涉及到交通運輸條件、氣候情況、環境地質條件及水文地質工程條件等方面，而其中有些指標值不太容易獲取。本文應用AHP法構建餐廚垃圾處理廠適宜性評價模型，并對武漢市漢口西部餐廚垃圾集中處理廠(簡稱漢口西)和武漢天基生態能源科技有限公司餐廚垃圾綜合利用中心廠(簡稱武昌南)的選址進行適宜性評價，以期為餐廚垃圾處理廠選址提供科學依據。

2 餐廚垃圾處理廠選址適宜性評價模型的建立

2.1 建立層次結構

餐廚垃圾處理廠選址適宜性的影響因素較多，可概括為5個方面:規劃適宜、交通運輸條件、環境保護條件、建場條件及社會經濟效益，構建了餐廚垃圾處理廠選址適宜性評價層次結構模型(圖1)。

該模型包括3個層次:目標層、條件層和參數層。頂層目標層，即餐廚垃圾處理廠選址綜合適宜性;中間是條件層，包括規劃適宜、交通運輸條件、環境保護條件、建場條件及社會經濟效益;底層是參數層，是對中間層各個約束條件的具體化，通過直接收集得到或一定方式量化得到。規劃適宜參數包括是否符合城市總體規劃的土地性質、環境衛生規劃;交通運輸條件參數包括:運輸距離、距已有道路的距離;環境保護條件參數包括:相關配套處理設施、與居民地的距離;建場條件包括:預留發展空間、場地穩定性、水電供應情況;社會經濟效益參數包括:收運成本、服務區域人口、土地價格、附近居民支持率。

圖1 餐廚垃圾處理廠選址適宜性結構模型

在《餐廚垃圾處理技術規范》(CJJ184－2012)廠址選址一章中，第一條明確指出餐廚垃圾處理廠的選址應符合當地城市總體規劃、區域環境規劃、城市環境衛生專業規劃及相關規劃的要求。因此，對于廠址適應性評價，規劃的適宜性是至關重要的。

餐廚垃圾含水率可達80%以上，而且有機質含量高，易腐敗，產生刺激的氣味，因此，對其收運車輛有專門的要求，并與后期資源化設備配套，所以廠址距離已有道路的距離是必須考量的因素。同時，由于餐廚垃圾具有以上特征，因此要求收運車輛密閉性好、操作簡便安全，這樣勢必會增加收運成本，而運輸距離長短也會影響收運成本，但如果只考慮縮短運輸距離而將處理廠設置在市區，一方面會對周圍環境造成較大影響，另一方面又會因為土地價格高而導致投資增加，因此，鑒于幾個因素相互影響，在交通運輸條件中考慮運輸距離，在社會經濟效益中考慮收運成本和土地價格。

餐廚垃圾處理過程中，不可避免地產生惡臭，主要產生于餐廚廢棄物卸料及破碎區域、預處理車間、集水池、均質罐、沼渣污泥脫水車間、污水處理區等區域，惡臭主要成分有NH3、H2S。雖然這些氣體大部分經過洗滌凈化后排放，對環境影響較小，但仍有部分未經收集的臭氣以無組織的形式排放，因此就存在防護距離的問題，在環境保護條件中應考慮到與居民區的距離這一因素。

2.2 條件層指標權重的確定

構造判斷矩陣是層次分析法解決問題的最關鍵一步，判斷矩陣表示的是針對上一層次中的某個因素而言，本層次與之有關的各個因素之間的相對重要性［5］。

判斷矩陣A－B的確定。構造的判斷矩陣形式見表1。根據武漢市餐廚垃圾處理廠的基本資料，分析各因素在適宜性評價中及所占的相對權重，環境保護條件、規劃適宜、交通運輸條件、建廠條件和社會經濟效益，依其重要性排序為:規劃適宜B1＞環境保護條件B3＞建場條件B4＞社會經濟效益B5＞交通運輸條件B2。

表1 判斷矩陣A－B

表1中，bij是指相對于A，Bi對Bj的相對重要性的數值表示。人們定性區分事物的能力習慣用5個屬性來表示，即同樣重要、稍微重要、較強重要、強烈重要、絕對重要，當需要較高精度時，可以取兩個相鄰屬性之間的值，這樣就得到9個數值，即9個標度。規定用1、3、5、7、9分別表示Bi與Bj相比同樣重要、稍微重要、較強重要、強烈重要、絕對重要，而2、4、6、8表示上述兩判斷級之間的折衷值，倒數bji=1/Bij，表示Bj與Bi相比。

利用和積法求得判斷矩陣的最大特征值和特征向量，特征向量 W=［0.8652 0.0753 0.2708 0.39870.1156 ］T，最大特征值 λmax=5.1930，Saaty 提出的一致性檢驗步驟［6］如下:①計算一致性指標:

②求平均隨機一致性指標R.I，見表2。③計算一致性比例 C.R.:C.R.=C.I./R.I.當 C.R.＜0.1 時，認為矩陣的一致性是可以接受的，否則，由于判斷矩陣偏離程度過大而要考慮對判斷進行修訂。

表2 R.I.和維數的關系

2.3 參數層指標權重的確定

判斷矩陣B－C的確定。用同樣的方法構建參數層對條件層各因素的判斷矩陣，如下:

(1)判斷矩陣B1－C的確定:

W=［0.8944 0.4472］T，λmax=2，CI=0 ＜0.12，得到權重值 WI=［0.7738 0.3869］T即得到城市總體規劃的土地性質和環境衛生專項規劃的權重值分別為0.7738，0.3869。

(2)判斷矩陣B2－C的確定:

W=［0.3162 0.9487］T，λmax=2，CI=0 ＜ 0.1，得到權重值 W2=［0.0238 0.0714］T即得到運輸距離和距已有道路的距離的權重值分別為0.0238，0.0714。

(3)判斷矩陣B3－C的確定:

W=［0.9701 0.2425］T，λmax=2，CI=0 ＜0.1 得到權重值 W3=［0.02627 0.06567］T即得到相關配套處理設施和與居民地的距離的權重值分別為0.02627，0.06567。

(4)判斷矩陣B4－C的確定:

W=［0.2215 0.9214 0.3194］T，λmax=3.1078，CI=0.092＜0.1，得到權重值 W4=［0.0883 0.3673 0.1273 ］T即得到預留發展空間、場地穩定性和水電供應情況的權重值分別為0.0883，0.3673，0.1273。

(5)判斷矩陣B5－C的確定:

W=［0.1176 0.1647 0.4168 0.8862］T，λmax=4.1367;CI=0.047＜0.1得到權重值W5=［0.0136 0.0190 0.0482 0.1024］T即得收運成本、服務區域和人口、土地價格、附近居民支持率的權重值分別為0.0136、0.019、0.0482、0.1024。

根據上述計算，得到餐廚垃圾處理廠適宜性評價模型各層評價指標的權重見表3。結果顯示，在條件層，權重值最大的是規劃適宜權重值為0.8652，第二大的是建場條件權重值為0.3987，第三的是環境保護條件的權重值為0.2708，最小的是交通運輸條件權重值為0.0753。在參數層權重最大的是城市總體規劃的土地性質的權重值為0.7738，第二大的是環境衛生專項規劃的權重值為0.3869，第三大的是場地穩定性的權重值為0.3673，權重值最小的是收運成本的權重值為0.0136。反映了在餐廚垃圾處理廠適宜性評價中，符合城市總體規劃的要求是最重要的考量因素，其權重值也最大。

表3 各制約因素的權重計算結果

2.4 參數層指標賦值

為了將選址不同的餐廚垃圾處理廠進行適宜性評價，將不同量綱的參數層指標根據數值的相對大小而賦值。參考前人在建立評價模型的研究成果，將評價模型分為最優、適宜和不宜三個等級，分別賦值100，80和50，見表4。賦值時，定量參數用差值法計算相應的分值，定性參數選取區間中值為相應的分值。

表4 參數層指標量化賦值標準

2.5 餐廚垃圾處理廠選址適宜性評價模型確定

依據各制約因素逐個確定餐廚垃圾處理廠的實際權重，各影響因素的評分值分別進行計算，將各影響因素(即制約評價結果的子因素)進行有機結合，對其適宜性進行評價。該目標函數可表述為:

式中:Z為某餐廚垃圾處理廠選址適宜性總分;Ai為參數層指標的賦分值;Wi為是參數層指標對應的權重值。

用層次分析法求得各因素的權重，建立適合的評價模型后，就可以對餐廚垃圾處理廠適宜性進行綜合評價。得到最佳場地為大于262，適宜場地介于220與262之間，不適宜場地小于113。適宜性等級標準見表5。

表5 適宜性等級標準

3 餐廚垃圾處理廠適宜性評價

對漢口西和武昌南兩個餐廚垃圾處理廠的相關數據資料主要是通過了兩個項目的環評報告書簡本所提供的信息和衛星云圖、網絡資料等方法進行收集的。

3.1 漢口西餐廚垃圾處理廠

漢口西部餐廚垃圾集中處理廠的處理規模為200 t/d，可處理的地域總面積為485.58 km2，主要處理的是東西湖區的餐廚垃圾，并可就近處理漢口的硚口區等地區內的餐廚垃圾。該廠處理工藝包括濕式厭氧發酵處理、生物質氣體能源利用和殘渣制肥，屬于資源化綜合處理。

根據表4的指標量化賦值標準結合漢口西部餐廚垃圾處理廠的實際數據，對該廠的參數層(Ai)進行了評估，并根據相關公式逐層計算，得到了漢口西部餐廚垃圾處理廠適宜性評分計算結果(表6)。

表6 漢口西餐廚垃圾處理廠適宜性評分計算結果

根據上述結果，可知漢口西部餐廚垃圾集中處理廠適宜性評價得分為232.953分，根據表5可知，漢口西部餐廚垃圾處理廠選址滿足適宜場地選擇。

3.2 武昌南餐廚垃圾處理廠

武昌南部的餐廚垃圾處理廠位于江夏區金竹路鄭店黃金工業園，還利用厭氧消化技術，項目建設包括預處理，厭氧發酵，沼氣渣堆肥廠，油水分離車間，鍋爐房等，占地面積24469.46 m2，日處理餐廚垃圾可達250 t，預留發展空間約100畝。

表7 武昌南餐廚垃圾綜合利用中心廠適宜性評分計算結果

根據表4的指標量化賦值標準可結合武昌南餐廚垃圾廠的實際數據，對該廠的參數層(Ai)也進行了相應的評估，并根據相關公式逐層計算，得到了武昌南餐廚垃圾綜合利用中心廠適宜性評分計算結果，見表7。

根據上述結果，可知武昌南餐廚垃圾綜合利用中心廠適宜性性評價得分為211.824分，可知，武昌南餐廚垃圾廠選址為適宜場地。

4 結語

(1)建立了餐廚垃圾處理廠適宜性評價模型。包括3個層次:目標層，條件層和參數層。目標層為餐廚垃圾處理廠選址適宜性，條件層由規劃適宜、交通運輸條件、環境保護條件、建場條件、社會經濟效益等5個因素組成，參數層則由城市總體規劃的土地性質、環境衛生專項規劃、運輸距離、據已有道路的距離、相關配套處理設施、與居民地的距離、預留發展空間、場地穩定性、水電供應情況、收運成本、服務區域和人口、土地價格、附近居民支持率等共計13個因素組成。

(2)通過層次分析法計算各層評價指標的權重。在條件層，規劃適宜、建場條件、環境保護條件等因素是評價餐廚垃圾處理廠適應性的重要因素;在參數層，城市總體規劃的土地性質環境衛生專項規劃場地穩定性等因素是評價餐廚垃圾處理廠適應性的關鍵參數。

(3)對漢口西和武昌南兩個餐廚垃圾處理廠進行了適宜性評價。根據適宜性評價的計算我們可以看出，兩餐廚垃圾處理廠的選址都適宜場地。該法構建的模型可在其他餐廚垃圾處理廠選址的適宜性評價中進行應用。

［1］郜洪強，樊延恩.層次分析法在垃圾填埋場適宜性評價中的應用［J］.中國地質，2009，36(6):1433 ～1441.

［2］龐艷靜.基于層次分析法的某紅外導彈的抗干擾性能評估［J］.紅 外 技 術，2014，36(3):234～237.

［3］拱巖顏.《武漢市餐廚垃圾管理辦法》即將出臺［N］.武漢晚報，2011－8－11(8).

［4］杜 欣，陳 婷，李 歡，等.2種典型餐廚垃圾資源化處理工藝的環境影響分析［J］.環境工程學報，2010，4(1)189 ～194.

［5］譚躍進.定量分析方法［M］.北京:中國人民大學出版社，2003.

［6］LexanderJ.，Saaty TL.The forward and backward processes of conflict analysis［J］.Behavioral Science，1997，22(2):87 ～98.