基于综合评分法的造纸废水处理技术评估研究

余亮华，孟宪林，2，郭 亮，2，王 鹏，2

(1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院，哈尔滨150090;2.哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨150090)

技术评估是技术管理的重要手段之一，可以用来比较并选择带来最小负面影响和最大正面影响的技术.环境技术评估作为技术评估的一个重要分支，联合国环境规划署的工作使其获得了全球性的关注[1].为了促进和指导技术的健康发展，20世纪早期，美国和欧洲的一些国家就已经积极开展环境技术评估工作，取得了很好的效果.我国从20世纪90年代才开始进行技术评估工作，经过多年的发展，我国环境技术评估工作逐渐完善，为环境保护工作提供了强有力的技术支持[2].

造纸废水主要有黑液、打浆污水和白水等，其主要特点是水质复杂、SS和COD质量浓度高、可生化性较差等.造纸废水处理方法主要有物化法如气浮、电渗析、混凝沉淀，化学氧化法如湿式氧化，生物法如生物膜、氧化沟，此外还有人工湿地等[3－5].对多种技术进行比较评估，筛选出最优技术，对选择与特定时期、特定地区的要求相适应的造纸废水处理技术有非常重要的意义[6].

目前常用的废水处理技术评估方法有综合评分法、费用效益分析法[7]和技术成本效益评估法[8]等.这些评估方法中应用较多的是效益评估，亦即环境投资收益评估，将治理污水的成本与所取得的收益相比较，效费比较大的技术为优[9].综合评分法是采用专家打分的方式，以待评估技术的综合得分的大小来排出先后顺序，从而达到比较选择的目的，具有较为直观、全面、简单、易行的特点.

本文采用综合评分法对A地区的四种典型造纸废水处理技术进行评估，建立了包含处理效果、费用效益、处理时间和可持续性4个方面10项评价指标的评估指标体系，运用层次分析求得各指标的权重，计算了四种技术的综合得分，从而对四种技术进行优劣的比较.研究结果将为造纸厂选择废水处理技术提供科学依据，同时将为工业废水处理技术的评估方法研究提供参考.

1 造纸废水处理技术评估方法的建立

1.1 评估指标体系的建立

技术评估是复杂的过程，需要考虑包括技术因素、经济因素、社会因素与环境因素等多个方面[6].选择造纸厂废水处理技术作为研究对象，根据造纸厂废水水质水量特点、造纸厂废水处理技术特点以及数据的搜集情况，本文选择了包括处理效果、费用效益、处理时间和可持续性四个方面的10项评价指标，如COD去除率、BOD去除率、色度去除率、投资成本、投资收益、水力停留时间、占地面积、二次污染率、能源消耗、药品消耗.指标体系层次结构如图1所示.

图1 造纸厂污水处理技术评估指标体系

1.2 指标权重的确定

指标权重反映了指标的重要程度，指标权重对评价结果有非常大的影响.本文采用层次分析法确定指标的权重，各指标的权重如表1所示.

表1 指标权重

1.3 数据的标准化

不同单位的指标的数据不能进行直接比较，因此需要将各指标的原始数据标准化为0～1之间的无量纲数值.标准化的方法有很多种，本文采用两种线性标准化方法.对于定量指标，本文采用“目标值标准化”，计算方法如式(1)与式(2)所示;对于定性指标，本文采用“最大值标准化”，计算方法如式(3)与式(4)所示[10].

效益型指标:

费用型指标:

费用型指标:

1.4 综合评分

综合评分通过加权求和计算，求得某技术的综合评分值，按综合评分值的大小来比较技术的优劣，评分值越大的技术越优.计算公式如下:

其中:R为某技术的综合评分值;Ai为第i个评价指标的得分;Wi为第i个评价指标的权重.

1.5 灵敏度分析

当两个待评估对象的综合评分值非常接近时，灵敏度分析可以确定指标权重或者指标分值的变化是否会造成评估结果的显著变化.只有当评估结果对指标权重和指标分值的变化不灵敏时，评估方法才是稳定的，否则评估方法将没有意义.本文使用DEFINITE软件，采用随机值方法研究了评估结果对指标权重和指标分值的灵敏度[10－11].

2 方法的应用

2.1 原始数据

选取A地区造纸厂采用的4种典型的废水处理技术，分别是生物膜技术、化学氧化技术、气浮技术和电渗析技术，原始数据来自于相关研究文献[3－5]，如表2所示.

表2 废水处理技术指标一览表

2.2 综合评分结果

综合评分结果如图2所示.用之前所建立的评估方法对4种造纸废水处理技术的评估结果为:气浮技术0.72＞电渗析技术0.71＞化学氧化技术0.61＞生物膜技术0.57.造纸废水因其具有水质复杂、SS和COD质量浓度高、可生化性较差等特点，因此在处理技术的选择上不宜采用生物膜技术，而应首选气浮、电渗析等处理技术，评估结果充分反映了造纸废水难于采用生化法的特点.可见，本文提出的综合评分法对于造纸废水处理技术的筛选与评估是可行的.

3 结果与讨论

3.1 权重的影响分析

本文对各指标采取等权以及根据各指标在评估过程中影响程度的区别而采取不同权重的情形进行了研究，各个指标权重相等时的评价结果为:电渗析技术0.67＞气浮技术0.62＞化学氧化技术0.5＞生物膜技术0.49.比较两个评价结果可以看出，不等权评价时最优技术为气浮技术，而等权评价时最优技术为电渗析技术;而两个评价结果中，化学氧化技术和生物膜技术则都是分别排在第3位和第4位.

从表2中不同处理技术指标的对比分析不难看出:气浮技术对于COD、BOD等污染指标的去除率要优于电渗析技术，而造纸废水处理中重点考虑的指标就是COD、BOD的去除效果.如果采取等权的方法进行综合打分，则10项指标的重要程度相当，没有突出废水治理过程中急需解决的重要问题，其评估结果则发生了首选技术的变化.而采用不等权的评估结果，由于强调了废水治理过程中的环境污染指标，因此对于不同指标赋予不同的权重值，研究认为，采用不等权的评估结果更为可信和实用.

图2 综合评分结果

3.2 灵敏度分析

本文使用DEFINITE软件，采用随机值方法研究了评价结果对指标分值和权重的灵敏度.将指标分值和权重的数值分别逐一调整50%，即在原数值的基础上增大或者减小50%，部分指标权重与分值的变化对评价结果的影响如图3、4所示.

3.2.1 权重值灵敏度分析

图3 指标权重灵敏度分析

从图3中可以看出，COD去除率的权重变化对评价结果产生的影响最大，这时气浮技术排在第1位的概率为68%，大于电渗析技术排在第1位的概率32%;而气浮技术排在第二位的概率32%，小于电渗析排在第二位的概率68%;化学氧化技术和生物膜技术分别以100%的概率排在第3位和第4位，它们的排序不受指标权重变化的影响.因此评价结果对各指标权重的变化不灵敏，评价结果是比较稳定的.

3.2.2 指标分值的灵敏度分析

从图4中可以看出，COD去除率的指标分值变化对评价结果产生的影响最大，这时气浮技术和电渗析技术仍分别以94%和92%的概率排在第1位和第2位，而化学氧化技术和生物膜技术则分别以62%和69%的概率排在第3位和第4位.对于评价过程中的定量指标如COD去除率、BOD去除率等，其数据是客观的，不会有太大的变化;定性指标如水力停留时间、占地面积等，从图4中可以看出其指标分值的变化对评价结果产生的影响很小.因此评价结果对各指标分值的变化不灵敏，评价结果是比较稳健的.同时，本文也对准则层指标权重做了灵敏度分析，发现评价结果对准则层指标权重的变化不灵敏.综上，本研究所建立的造纸废水技术评估方法的评价结果稳定的，对指标权重和分值的变化不灵敏.

图4 指标分值灵敏度分析

4 结语

本文研究了工业废水处理技术评估方法，选择A地区造纸厂4种典型的废水处理技术作为研究对象.基于综合评分法的评估方法对造纸废水四种处理技术进行评估，评估结果表明:气浮技术优于电渗析技术、优于化学氧化技术、优于生物膜技术.评估结果充分反映了造纸废水难于采用生化法的特点.可见，本文提出的综合评分法对于造纸废水处理技术的筛选与评估是可行的.利用DEFINITE软件，采用随机值方法研究表明:指标权重和指标分值的灵敏度的变化对评估结果不灵敏，说明基于综合评分法对造纸废水处理技术的评估方法是稳定的.

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