模糊綜合評價法在工業園區末端水處理技術評估中的應用*

劉洪波 李玲君 蔣博齡 倪隆碩 楊江葉

(天津大學環境科學與工程學院，天津 300350)

模糊綜合評價法在工業園區末端水處理技術評估中的應用*

劉洪波 李玲君#蔣博齡 倪隆碩 楊江葉

(天津大學環境科學與工程學院，天津 300350)

采用分析法與綜合法建立了工業園區末端水處理技術評估指標體系，將主觀賦權法與客觀賦權法相結合確定各指標權重，利用模糊綜合評價法對工業園區末端水處理技術進行評估。以天津經濟技術開發區西區末端水處理技術為實例進行研究，結果表明，該工業園區末端水處理技術最終得分為77.0，處理效果一般。

工業園區 末端水處理技術 模糊綜合評價法

隨著我國城市化和工業化的發展以及產業結構調整，新老企業向工業園區集中，工業園區在強力助推區域經濟快速發展的同時，逐漸成為水污染防治的重點和難點，同時還是環境污染事故的高發地，但現階段工業園區缺乏科學合理、客觀公正的評估指標體系和評估方法。進入21世紀以來，水處理技術評估在我國大范圍開展。凌琪[1]建立了鍍鉻廢水處理技術的層次分析模型，綜合使用層次分析法與專家打分法確定各指標權重，運用加權平均的合成方法確定處理技術的綜合得分。王謙[2]運用層次分析法構建了電鍍行業六價鉻污染防治最佳可行技術評估指標體系，利用模糊綜合評價法對電鍍行業六價鉻污染防治技術進行了評估。李蕊[3]結合灰色綜合評價法與模糊綜合評價法，實現了對遼河流域造紙工業廢水處理技術的評估。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廢水處理技術評估模型。“十一五”期間，我國建立了15個不同子行業的特征污染物指標篩選與評估方法，并篩選出水處理最佳可行技術，然而沒有涉及工業園區末端水處理技術評估的研究。

工業園區廢水污染物成分復雜[5]，影響因素眾多且相互作用強，最適合采用多指標綜合評價[6]。多指標綜合評價方法主要包括：層次分析法、模糊綜合評價法、人工神經網絡法、灰色綜合評價法和數據包絡法。其中，模糊綜合評價法以模糊數學為基礎，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行綜合評價[7]，其數學模型簡單易懂，易于構建，適用于評估多因素、多層次的復雜問題，已在環境領域得到廣泛應用。因此，本研究采用模糊綜合評價法評估工業園區末端水處理技術，為現有工業園區末端水處理技術提供可行性建議，也為新建工業園區末端水處理技術的選擇提供參考。

1 方 法

1.1 構建指標體系

工業園區末端水處理技術評估指標的選取遵循以下原則：具備科學性與客觀性；具備可比性與實用性；具備可操作性與可行性；體現綜合性與層次性；兼顧社會效益與經濟效益；定性指標與定量指標相結合[8-9]。結合分析法與綜合法，根據工業園區廢水水質、末端水處理技術特點及工業廢水排放要求，建立了工業園區末端水處理技術評估指標體系，該指標體系包括4項一級指標、16項二級指標和15項三級指標，具體見表1。

表1 工業園區末端水處理技術評估指標體系

1.2 確定評價空間及評價標準

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園區末端水處理技術，因此對象空間為各項末端水處理技術。

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

根據構建的工業園區末端水處理技術評估指標體系可以確定評價空間為{A1，A2，A3，A4}。A1～A4均可以再進行細分：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還可進一步細分：B1={C1，C2，C3，C4}；B3={C5，C6，C7}；B4={C8，C9}；B5={C10，C11}；B7={C12，C13}；B14={C14，C15}。

在工業園區末端水處理技術評估指標體系中，定性指標采用10分制來進行打分。定量指標如果有國家標準或者相關行業標準，直接采用國家標準或者行業標準作為標準值；如果沒有國家標準或者相關行業標準，優先依據地方標準設定標準值；此外，通過查閱文獻、現場調研和咨詢專家對標準值進行修正。

1.3 確定指標權重

國內外確定權重的方法主要有主觀賦權法和客觀賦權法兩種。主觀賦權法中最常用的是層次分析法和德爾菲法，其優點在于專家可以根據實際情況，合理地確定各指標權重，但缺點是主觀隨意性較大[10-12]。客觀賦權法中最常用的是熵權法，其優點在于權重是通過對評價指標實際數據的分析確定，不依靠專家的主觀經驗，但缺點是確定的權重可能與人們正常的認知不符[13-14]。本研究選用層次分析法和熵權法，將主觀賦權法與客觀賦權法相結合，兼顧了權重的科學性和合理性。

一級、二級、三級指標權重分別如表2、表3和表4所示。

表2 一級指標權重

表3 二級指標權重

表4 三級指標權重

1.4 構建隸屬函數及評估結果

采用二次拋物型模糊分布構建隸屬函數。模糊判斷矩陣從三級指標開始逐級計算：三級指標的模糊判斷矩陣(RC)由指標數據代入相應的隸屬函數公式計算得到；二級指標的模糊判斷矩陣(RB)由RC與三級指標權重(WC)通過模糊計算得到，即RB=WC°RC，°為模糊合成算子；同理，一級指標的模糊判斷矩陣(RA)由RB與二級指標權重(WB)通過模糊計算得到，即RA=WB°RB。結合工業園區末端水處理技術的特點，采用M(·，?)算子作為模糊合成算子。指標得分最終以100分制計，等級換算表見表5。如某指標的模糊判斷矩陣(R)=(x1，x2，x3，x4，x5)，其中x1至x5依次為該指標劃分為優秀、良好、一般、較差和差的模糊概率，評價結果得分(G)可根據式(1)計算。

G=95×x1+85×x2+75×x3+65×x4+30×x5 (1)

2 結果與討論

2.1 研究區簡介

選擇天津經濟技術開發區西區為研究區，其為國家級綜合工業園區，距天津市中心28 km，距濱海國際機場15 km，距港口19 km。研究區以電子通訊、生物化學醫藥、機械制造、新能源等為主導產業。

表6 末端水處理技術各指標數值分布

研究區設計廢水處理量為50 000 t/d，實際廢水處理量約為28 939 t/d，研究區廢水主要由工業廢水和生活廢水組成(工業廢水占85%，生活廢水占15%)。根據《水污染防治行動計劃》，涉及電子通訊、生物化學醫藥、機械制造等重點污染源的企業廢水必須進行預處理，達到污水處理廠接管標準方可排放。研究區末端水處理技術采用生物膜流動床/纖維轉盤過濾，具體工藝流程為：進水—旋流沉砂池—厭氧池—缺氧池—生物膜流動床—二沉池—纖維轉盤過濾—紫外線消毒—出水。通過函調及現場調研，獲得研究區末端水處理技術各指標數值分布，如表6所示。

2.2 末端水處理技術評估

根據1.3節與1.4節的方法，并結合表6，可計算出各指標得分及隸屬水平，末端水處理技術評估結果如表7所示。

結合表5與表7可以看出，研究區末端水處理技術的綜合得分為77.0，屬于一般。其中，技術性能得分為80.0，屬于良好；經濟性能得分為78.7，屬于一般；環境影響性能得分為59.0，屬于差；運行管理性能得分為87.0，屬于良好。可見，拉低研究區末端水處理技術整體水平的主要原因是環境影響性能和經濟性能偏低。

分析二級和三級指標得分可以發現，研究區存在COD、色度和TN去除率較低，噸水建設及運行費用較高，出水未進行再生利用，剩余污泥處置情況不理想等問題。建議對研究區末端水處理技術進行改造，以提升處理效果和經濟效益。例如：通過提高污泥濃度、加設初沉池并適當增加初沉池的停留時間、加大曝氣量和加設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，并通過定期保養設備、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；適當引入再生水回用技術和剩余污泥資源化、減量化新技術。

表7 末端水處理技術評估結果1)

注：1)括號里的數值為得分。

3 結 論

選擇模糊綜合評價法作為工業園區末端水處理技術的評估方法，建立了一套末端水處理技術評估指標體系，并采用層次分析法與熵權法相結合的方式確定指標權重。以天津市經濟技術開發區西區末端水處理技術為實例進行研究，評估結果表明其末端水處理技術(生物膜流動床/纖維轉盤過濾)處于一般水平，其中技術性能和運行管理性能良好，經濟性能一般，環境影響性能差。

[1] 凌琪．AHP法在廢水治理技術綜合評價中的應用[J]．安徽建筑工業學院學報，1996(3)：51-55．

[2] 王謙．電鍍行業六價鉻污染防治最佳可行技術評估的研究[D]．南京：南京大學，2013．

[3] 李蕊．遼河流域典型造紙工業廢水治理技術評價方法集成與優化[D]．沈陽：東北大學，2010．

[4] 梁靜芳．制藥行業水污染防治技術評估方法研究[D]．石家莊：河北科技大學，2010．

[5] 余淦申．湖泊流域工業廢水綜合治理[M]．北京：中國建筑工業出版社，2010：1-10．

[6] 杜棟，龐慶華．現代綜合評價方法與案例精選[M]．北京：清華大學出版社，2005：5-8．

[7] 薛潔，王家廉，何勇，等．啤酒制造業污染防治最佳可行性技術的評估[M]．北京：中國環境科學出版社，2012：113-124．

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[9] TURAN N G,MESCI B,OZGONENEL O.The use of artificial neural networks (ANN) for modeling of adsorption of Cu(Ⅱ) from industrial leachate by pumice[J].Chemical Engineering Journal,2011,171(3):1091-1097.

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[11] 劉云．信息工程基礎[M]．北京：中國鐵道出版社，1997：56-63．

[12] CHAN F T S,CHAN M H,TANG N K H.Evaluation methodologies for technology selection[J].Journal of Materials Processing Technology,2000,107(1):330-337.

[13] 鄒開其．模糊系統與專家系統[M]．成都：西南交通大學出版社，1989：137-158．

[14] 賀仲雄．模糊數學及其應用[M]．天津：天津科學技術出版社，1983：25-42．

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，主要從事環境管理、環境規劃與評價、環境系統優化與數學模擬等方面的研究。#

。

*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)