模糊综合评价法在工业园区末端水处理技术评估中的应用*

刘洪波 李玲君 蒋博龄 倪隆硕 杨江叶

(天津大学环境科学与工程学院，天津 300350)

模糊综合评价法在工业园区末端水处理技术评估中的应用*

刘洪波 李玲君#蒋博龄 倪隆硕 杨江叶

(天津大学环境科学与工程学院，天津 300350)

采用分析法与综合法建立了工业园区末端水处理技术评估指标体系，将主观赋权法与客观赋权法相结合确定各指标权重，利用模糊综合评价法对工业园区末端水处理技术进行评估。以天津经济技术开发区西区末端水处理技术为实例进行研究，结果表明，该工业园区末端水处理技术最终得分为77.0，处理效果一般。

工业园区 末端水处理技术 模糊综合评价法

随着我国城市化和工业化的发展以及产业结构调整，新老企业向工业园区集中，工业园区在强力助推区域经济快速发展的同时，逐渐成为水污染防治的重点和难点，同时还是环境污染事故的高发地，但现阶段工业园区缺乏科学合理、客观公正的评估指标体系和评估方法。进入21世纪以来，水处理技术评估在我国大范围开展。凌琪[1]建立了镀铬废水处理技术的层次分析模型，综合使用层次分析法与专家打分法确定各指标权重，运用加权平均的合成方法确定处理技术的综合得分。王谦[2]运用层次分析法构建了电镀行业六价铬污染防治最佳可行技术评估指标体系，利用模糊综合评价法对电镀行业六价铬污染防治技术进行了评估。李蕊[3]结合灰色综合评价法与模糊综合评价法，实现了对辽河流域造纸工业废水处理技术的评估。梁静芳[4]采用层次分析法和模糊综合评价法建立了制药行业废水处理技术评估模型。“十一五”期间，我国建立了15个不同子行业的特征污染物指标筛选与评估方法，并筛选出水处理最佳可行技术，然而没有涉及工业园区末端水处理技术评估的研究。

工业园区废水污染物成分复杂[5]，影响因素众多且相互作用强，最适合采用多指标综合评价[6]。多指标综合评价方法主要包括：层次分析法、模糊综合评价法、人工神经网络法、灰色综合评价法和数据包络法。其中，模糊综合评价法以模糊数学为基础，将一些边界不明确、难以定量的因素定量化，从不同角度划分隶属等级并进行综合评价[7]，其数学模型简单易懂，易于构建，适用于评估多因素、多层次的复杂问题，已在环境领域得到广泛应用。因此，本研究采用模糊综合评价法评估工业园区末端水处理技术，为现有工业园区末端水处理技术提供可行性建议，也为新建工业园区末端水处理技术的选择提供参考。

1 方 法

1.1 构建指标体系

工业园区末端水处理技术评估指标的选取遵循以下原则：具备科学性与客观性；具备可比性与实用性；具备可操作性与可行性；体现综合性与层次性；兼顾社会效益与经济效益；定性指标与定量指标相结合[8-9]。结合分析法与综合法，根据工业园区废水水质、末端水处理技术特点及工业废水排放要求，建立了工业园区末端水处理技术评估指标体系，该指标体系包括4项一级指标、16项二级指标和15项三级指标，具体见表1。

表1 工业园区末端水处理技术评估指标体系

1.2 确定评价空间及评价标准

评价空间包括对象空间、等级空间和因素空间。由于研究对象为工业园区末端水处理技术，因此对象空间为各项末端水处理技术。

本研究划分5个等级，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级，分别代表优秀、良好、一般、较差、差，所以确定等级空间为{Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}。

根据构建的工业园区末端水处理技术评估指标体系可以确定评价空间为{A1，A2，A3，A4}。A1～A4均可以再进行细分：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还可进一步细分：B1={C1，C2，C3，C4}；B3={C5，C6，C7}；B4={C8，C9}；B5={C10，C11}；B7={C12，C13}；B14={C14，C15}。

在工业园区末端水处理技术评估指标体系中，定性指标采用10分制来进行打分。定量指标如果有国家标准或者相关行业标准，直接采用国家标准或者行业标准作为标准值；如果没有国家标准或者相关行业标准，优先依据地方标准设定标准值；此外，通过查阅文献、现场调研和咨询专家对标准值进行修正。

1.3 确定指标权重

国内外确定权重的方法主要有主观赋权法和客观赋权法两种。主观赋权法中最常用的是层次分析法和德尔菲法，其优点在于专家可以根据实际情况，合理地确定各指标权重，但缺点是主观随意性较大[10-12]。客观赋权法中最常用的是熵权法，其优点在于权重是通过对评价指标实际数据的分析确定，不依靠专家的主观经验，但缺点是确定的权重可能与人们正常的认知不符[13-14]。本研究选用层次分析法和熵权法，将主观赋权法与客观赋权法相结合，兼顾了权重的科学性和合理性。

一级、二级、三级指标权重分别如表2、表3和表4所示。

表2 一级指标权重

表3 二级指标权重

表4 三级指标权重

1.4 构建隶属函数及评估结果

采用二次抛物型模糊分布构建隶属函数。模糊判断矩阵从三级指标开始逐级计算：三级指标的模糊判断矩阵(RC)由指标数据代入相应的隶属函数公式计算得到；二级指标的模糊判断矩阵(RB)由RC与三级指标权重(WC)通过模糊计算得到，即RB=WC∘RC，∘为模糊合成算子；同理，一级指标的模糊判断矩阵(RA)由RB与二级指标权重(WB)通过模糊计算得到，即RA=WB∘RB。结合工业园区末端水处理技术的特点，采用M(·，⨁)算子作为模糊合成算子。指标得分最终以100分制计，等级换算表见表5。如某指标的模糊判断矩阵(R)=(x1，x2，x3，x4，x5)，其中x1至x5依次为该指标划分为优秀、良好、一般、较差和差的模糊概率，评价结果得分(G)可根据式(1)计算。

G=95×x1+85×x2+75×x3+65×x4+30×x5 (1)

2 结果与讨论

2.1 研究区简介

选择天津经济技术开发区西区为研究区，其为国家级综合工业园区，距天津市中心28 km，距滨海国际机场15 km，距港口19 km。研究区以电子通讯、生物化学医药、机械制造、新能源等为主导产业。

表6 末端水处理技术各指标数值分布

研究区设计废水处理量为50 000 t/d，实际废水处理量约为28 939 t/d，研究区废水主要由工业废水和生活废水组成(工业废水占85%，生活废水占15%)。根据《水污染防治行动计划》，涉及电子通讯、生物化学医药、机械制造等重点污染源的企业废水必须进行预处理，达到污水处理厂接管标准方可排放。研究区末端水处理技术采用生物膜流动床/纤维转盘过滤，具体工艺流程为：进水—旋流沉砂池—厌氧池—缺氧池—生物膜流动床—二沉池—纤维转盘过滤—紫外线消毒—出水。通过函调及现场调研，获得研究区末端水处理技术各指标数值分布，如表6所示。

2.2 末端水处理技术评估

根据1.3节与1.4节的方法，并结合表6，可计算出各指标得分及隶属水平，末端水处理技术评估结果如表7所示。

结合表5与表7可以看出，研究区末端水处理技术的综合得分为77.0，属于一般。其中，技术性能得分为80.0，属于良好；经济性能得分为78.7，属于一般；环境影响性能得分为59.0，属于差；运行管理性能得分为87.0，属于良好。可见，拉低研究区末端水处理技术整体水平的主要原因是环境影响性能和经济性能偏低。

分析二级和三级指标得分可以发现，研究区存在COD、色度和TN去除率较低，吨水建设及运行费用较高，出水未进行再生利用，剩余污泥处置情况不理想等问题。建议对研究区末端水处理技术进行改造，以提升处理效果和经济效益。例如：通过提高污泥浓度、加设初沉池并适当增加初沉池的停留时间、加大曝气量和加设深度处理等手段来提高COD去除率；通过投加吸附剂和混凝剂来提高色度去除率；通过适当增加水力停留时间、控制水中溶解氧含量、改变填料填充比以及适当补充外源性碳源来提高TN去除率；通过选择价格相对较低的药剂、提高自动化水平降低人工费，并通过定期保养设备、提高污水处理厂管理水平、选择合适的污泥处理方式来降低运行费用；适当引入再生水回用技术和剩余污泥资源化、减量化新技术。

表7 末端水处理技术评估结果1)

注：1)括号里的数值为得分。

3 结 论

选择模糊综合评价法作为工业园区末端水处理技术的评估方法，建立了一套末端水处理技术评估指标体系，并采用层次分析法与熵权法相结合的方式确定指标权重。以天津市经济技术开发区西区末端水处理技术为实例进行研究，评估结果表明其末端水处理技术(生物膜流动床/纤维转盘过滤)处于一般水平，其中技术性能和运行管理性能良好，经济性能一般，环境影响性能差。

[1] 凌琪．AHP法在废水治理技术综合评价中的应用[J]．安徽建筑工业学院学报，1996(3)：51-55．

[2] 王谦．电镀行业六价铬污染防治最佳可行技术评估的研究[D]．南京：南京大学，2013．

[3] 李蕊．辽河流域典型造纸工业废水治理技术评价方法集成与优化[D]．沈阳：东北大学，2010．

[4] 梁静芳．制药行业水污染防治技术评估方法研究[D]．石家庄：河北科技大学，2010．

[5] 余淦申．湖泊流域工业废水综合治理[M]．北京：中国建筑工业出版社，2010：1-10．

[6] 杜栋，庞庆华．现代综合评价方法与案例精选[M]．北京：清华大学出版社，2005：5-8．

[7] 薛洁，王家廉，何勇，等．啤酒制造业污染防治最佳可行性技术的评估[M]．北京：中国环境科学出版社，2012：113-124．

[8] ZENG Guangming,JIANG Ru,HUANG Guohe,et al.Optimization of wastewater treatment alternative selection by hierarchy grey relational analysis[J].Journal of Environmental Management,2007,82(2):250-259.

[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.

[10] 陆浩杰．基于AHP-熵权法的煤炭企业低碳经济综合评价研究[D]．西安：西安科技大学，2014．

[11] 刘云．信息工程基础[M]．北京：中国铁道出版社，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] 邹开其．模糊系统与专家系统[M]．成都：西南交通大学出版社，1989：137-158．

[14] 贺仲雄．模糊数学及其应用[M]．天津：天津科学技术出版社，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

刘洪波，女，1972年生，博士，副教授，主要从事环境管理、环境规划与评价、环境系统优化与数学模拟等方面的研究。#

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*国家水体污染控制与治理科技重大专项(No.2014ZX07504-005)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.06.013

2016-03-15)