层次分析法在餐厨垃圾处理厂选址适宜性评价中的应用

朱瑞祥，张 丽

(江汉大学化学与环境工程学院，湖北武汉430056)

1 引言

层次分析法(Analytic Hierarchy Process，简称AHP)是美国运筹学家沙坦(T L Saaty)于20世纪70年代提出的，是一种定性与定量结合的多因素决策分析方法［1］。该方法将研究中的定性分析予以量化，逻辑关系简单，易被人理解接受，并且有深刻的理论基础，在结构复杂且缺乏必要数据的情况下更为实用［2］。

餐厨垃圾是指除居民日常生活以外餐饮服务、单位食堂供餐、食品生产加工等活动中产生的食物残余、食品加工废料、废弃食用油脂等。据武汉市城管局抽样调查，目前武汉全市城区餐厨垃圾产量为1165 t/d。预测到2015年和2020年，这一数字将分别达到1369 t/d和1609 t/d，年均增长率为 3.3%［3］。餐厨垃圾的资源性决定了其处理工艺与其他垃圾处理厂有所不同，但不论何种处理工艺，还是会产生废气、噪声等污染，造成对周边居民生活质量的影响［4］。因此，根据《餐厨垃圾处理技术规范》(CJJ184－2012)中厂址选址的要求，影响餐厨垃圾处理厂科学选址的因素多，且涉及到交通运输条件、气候情况、环境地质条件及水文地质工程条件等方面，而其中有些指标值不太容易获取。本文应用AHP法构建餐厨垃圾处理厂适宜性评价模型，并对武汉市汉口西部餐厨垃圾集中处理厂(简称汉口西)和武汉天基生态能源科技有限公司餐厨垃圾综合利用中心厂(简称武昌南)的选址进行适宜性评价，以期为餐厨垃圾处理厂选址提供科学依据。

2 餐厨垃圾处理厂选址适宜性评价模型的建立

2.1 建立层次结构

餐厨垃圾处理厂选址适宜性的影响因素较多，可概括为5个方面:规划适宜、交通运输条件、环境保护条件、建场条件及社会经济效益，构建了餐厨垃圾处理厂选址适宜性评价层次结构模型(图1)。

该模型包括3个层次:目标层、条件层和参数层。顶层目标层，即餐厨垃圾处理厂选址综合适宜性;中间是条件层，包括规划适宜、交通运输条件、环境保护条件、建场条件及社会经济效益;底层是参数层，是对中间层各个约束条件的具体化，通过直接收集得到或一定方式量化得到。规划适宜参数包括是否符合城市总体规划的土地性质、环境卫生规划;交通运输条件参数包括:运输距离、距已有道路的距离;环境保护条件参数包括:相关配套处理设施、与居民地的距离;建场条件包括:预留发展空间、场地稳定性、水电供应情况;社会经济效益参数包括:收运成本、服务区域人口、土地价格、附近居民支持率。

图1 餐厨垃圾处理厂选址适宜性结构模型

在《餐厨垃圾处理技术规范》(CJJ184－2012)厂址选址一章中，第一条明确指出餐厨垃圾处理厂的选址应符合当地城市总体规划、区域环境规划、城市环境卫生专业规划及相关规划的要求。因此，对于厂址适应性评价，规划的适宜性是至关重要的。

餐厨垃圾含水率可达80%以上，而且有机质含量高，易腐败，产生刺激的气味，因此，对其收运车辆有专门的要求，并与后期资源化设备配套，所以厂址距离已有道路的距离是必须考量的因素。同时，由于餐厨垃圾具有以上特征，因此要求收运车辆密闭性好、操作简便安全，这样势必会增加收运成本，而运输距离长短也会影响收运成本，但如果只考虑缩短运输距离而将处理厂设置在市区，一方面会对周围环境造成较大影响，另一方面又会因为土地价格高而导致投资增加，因此，鉴于几个因素相互影响，在交通运输条件中考虑运输距离，在社会经济效益中考虑收运成本和土地价格。

餐厨垃圾处理过程中，不可避免地产生恶臭，主要产生于餐厨废弃物卸料及破碎区域、预处理车间、集水池、均质罐、沼渣污泥脱水车间、污水处理区等区域，恶臭主要成分有NH3、H2S。虽然这些气体大部分经过洗涤净化后排放，对环境影响较小，但仍有部分未经收集的臭气以无组织的形式排放，因此就存在防护距离的问题，在环境保护条件中应考虑到与居民区的距离这一因素。

2.2 条件层指标权重的确定

构造判断矩阵是层次分析法解决问题的最关键一步，判断矩阵表示的是针对上一层次中的某个因素而言，本层次与之有关的各个因素之间的相对重要性［5］。

判断矩阵A－B的确定。构造的判断矩阵形式见表1。根据武汉市餐厨垃圾处理厂的基本资料，分析各因素在适宜性评价中及所占的相对权重，环境保护条件、规划适宜、交通运输条件、建厂条件和社会经济效益，依其重要性排序为:规划适宜B1＞环境保护条件B3＞建场条件B4＞社会经济效益B5＞交通运输条件B2。

表1 判断矩阵A－B

表1中，bij是指相对于A，Bi对Bj的相对重要性的数值表示。人们定性区分事物的能力习惯用5个属性来表示，即同样重要、稍微重要、较强重要、强烈重要、绝对重要，当需要较高精度时，可以取两个相邻属性之间的值，这样就得到9个数值，即9个标度。规定用1、3、5、7、9分别表示Bi与Bj相比同样重要、稍微重要、较强重要、强烈重要、绝对重要，而2、4、6、8表示上述两判断级之间的折衷值，倒数bji=1/Bij，表示Bj与Bi相比。

利用和积法求得判断矩阵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 提出的一致性检验步骤［6］如下:①计算一致性指标:

②求平均随机一致性指标R.I，见表2。③计算一致性比例 C.R.:C.R.=C.I./R.I.当 C.R.＜0.1 时，认为矩阵的一致性是可以接受的，否则，由于判断矩阵偏离程度过大而要考虑对判断进行修订。

表2 R.I.和维数的关系

2.3 参数层指标权重的确定

判断矩阵B－C的确定。用同样的方法构建参数层对条件层各因素的判断矩阵，如下:

(1)判断矩阵B1－C的确定:

W=［0.8944 0.4472］T，λmax=2，CI=0 ＜0.12，得到权重值 WI=［0.7738 0.3869］T即得到城市总体规划的土地性质和环境卫生专项规划的权重值分别为0.7738，0.3869。

(2)判断矩阵B2－C的确定:

W=［0.3162 0.9487］T，λmax=2，CI=0 ＜ 0.1，得到权重值 W2=［0.0238 0.0714］T即得到运输距离和距已有道路的距离的权重值分别为0.0238，0.0714。

(3)判断矩阵B3－C的确定:

W=［0.9701 0.2425］T，λmax=2，CI=0 ＜0.1 得到权重值 W3=［0.02627 0.06567］T即得到相关配套处理设施和与居民地的距离的权重值分别为0.02627，0.06567。

(4)判断矩阵B4－C的确定:

W=［0.2215 0.9214 0.3194］T，λmax=3.1078，CI=0.092＜0.1，得到权重值 W4=［0.0883 0.3673 0.1273 ］T即得到预留发展空间、场地稳定性和水电供应情况的权重值分别为0.0883，0.3673，0.1273。

(5)判断矩阵B5－C的确定:

W=［0.1176 0.1647 0.4168 0.8862］T，λmax=4.1367;CI=0.047＜0.1得到权重值W5=［0.0136 0.0190 0.0482 0.1024］T即得收运成本、服务区域和人口、土地价格、附近居民支持率的权重值分别为0.0136、0.019、0.0482、0.1024。

根据上述计算，得到餐厨垃圾处理厂适宜性评价模型各层评价指标的权重见表3。结果显示，在条件层，权重值最大的是规划适宜权重值为0.8652，第二大的是建场条件权重值为0.3987，第三的是环境保护条件的权重值为0.2708，最小的是交通运输条件权重值为0.0753。在参数层权重最大的是城市总体规划的土地性质的权重值为0.7738，第二大的是环境卫生专项规划的权重值为0.3869，第三大的是场地稳定性的权重值为0.3673，权重值最小的是收运成本的权重值为0.0136。反映了在餐厨垃圾处理厂适宜性评价中，符合城市总体规划的要求是最重要的考量因素，其权重值也最大。

表3 各制约因素的权重计算结果

2.4 参数层指标赋值

为了将选址不同的餐厨垃圾处理厂进行适宜性评价，将不同量纲的参数层指标根据数值的相对大小而赋值。参考前人在建立评价模型的研究成果，将评价模型分为最优、适宜和不宜三个等级，分别赋值100，80和50，见表4。赋值时，定量参数用差值法计算相应的分值，定性参数选取区间中值为相应的分值。

表4 参数层指标量化赋值标准

2.5 餐厨垃圾处理厂选址适宜性评价模型确定

依据各制约因素逐个确定餐厨垃圾处理厂的实际权重，各影响因素的评分值分别进行计算，将各影响因素(即制约评价结果的子因素)进行有机结合，对其适宜性进行评价。该目标函数可表述为:

式中:Z为某餐厨垃圾处理厂选址适宜性总分;Ai为参数层指标的赋分值;Wi为是参数层指标对应的权重值。

用层次分析法求得各因素的权重，建立适合的评价模型后，就可以对餐厨垃圾处理厂适宜性进行综合评价。得到最佳场地为大于262，适宜场地介于220与262之间，不适宜场地小于113。适宜性等级标准见表5。

表5 适宜性等级标准

3 餐厨垃圾处理厂适宜性评价

对汉口西和武昌南两个餐厨垃圾处理厂的相关数据资料主要是通过了两个项目的环评报告书简本所提供的信息和卫星云图、网络资料等方法进行收集的。

3.1 汉口西餐厨垃圾处理厂

汉口西部餐厨垃圾集中处理厂的处理规模为200 t/d，可处理的地域总面积为485.58 km2，主要处理的是东西湖区的餐厨垃圾，并可就近处理汉口的硚口区等地区内的餐厨垃圾。该厂处理工艺包括湿式厌氧发酵处理、生物质气体能源利用和残渣制肥，属于资源化综合处理。

根据表4的指标量化赋值标准结合汉口西部餐厨垃圾处理厂的实际数据，对该厂的参数层(Ai)进行了评估，并根据相关公式逐层计算，得到了汉口西部餐厨垃圾处理厂适宜性评分计算结果(表6)。

表6 汉口西餐厨垃圾处理厂适宜性评分计算结果

根据上述结果，可知汉口西部餐厨垃圾集中处理厂适宜性评价得分为232.953分，根据表5可知，汉口西部餐厨垃圾处理厂选址满足适宜场地选择。

3.2 武昌南餐厨垃圾处理厂

武昌南部的餐厨垃圾处理厂位于江夏区金竹路郑店黄金工业园，还利用厌氧消化技术，项目建设包括预处理，厌氧发酵，沼气渣堆肥厂，油水分离车间，锅炉房等，占地面积24469.46 m2，日处理餐厨垃圾可达250 t，预留发展空间约100亩。

表7 武昌南餐厨垃圾综合利用中心厂适宜性评分计算结果

根据表4的指标量化赋值标准可结合武昌南餐厨垃圾厂的实际数据，对该厂的参数层(Ai)也进行了相应的评估，并根据相关公式逐层计算，得到了武昌南餐厨垃圾综合利用中心厂适宜性评分计算结果，见表7。

根据上述结果，可知武昌南餐厨垃圾综合利用中心厂适宜性性评价得分为211.824分，可知，武昌南餐厨垃圾厂选址为适宜场地。

4 结语

(1)建立了餐厨垃圾处理厂适宜性评价模型。包括3个层次:目标层，条件层和参数层。目标层为餐厨垃圾处理厂选址适宜性，条件层由规划适宜、交通运输条件、环境保护条件、建场条件、社会经济效益等5个因素组成，参数层则由城市总体规划的土地性质、环境卫生专项规划、运输距离、据已有道路的距离、相关配套处理设施、与居民地的距离、预留发展空间、场地稳定性、水电供应情况、收运成本、服务区域和人口、土地价格、附近居民支持率等共计13个因素组成。

(2)通过层次分析法计算各层评价指标的权重。在条件层，规划适宜、建场条件、环境保护条件等因素是评价餐厨垃圾处理厂适应性的重要因素;在参数层，城市总体规划的土地性质环境卫生专项规划场地稳定性等因素是评价餐厨垃圾处理厂适应性的关键参数。

(3)对汉口西和武昌南两个餐厨垃圾处理厂进行了适宜性评价。根据适宜性评价的计算我们可以看出，两餐厨垃圾处理厂的选址都适宜场地。该法构建的模型可在其他餐厨垃圾处理厂选址的适宜性评价中进行应用。

［1］郜洪强，樊延恩.层次分析法在垃圾填埋场适宜性评价中的应用［J］.中国地质，2009，36(6):1433 ～1441.

［2］庞艳静.基于层次分析法的某红外导弹的抗干扰性能评估［J］.红 外 技 术，2014，36(3):234～237.

［3］拱岩颜.《武汉市餐厨垃圾管理办法》即将出台［N］.武汉晚报，2011－8－11(8).

［4］杜 欣，陈 婷，李 欢，等.2种典型餐厨垃圾资源化处理工艺的环境影响分析［J］.环境工程学报，2010，4(1)189 ～194.

［5］谭跃进.定量分析方法［M］.北京:中国人民大学出版社，2003.

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