基于层次分析-模糊综合评价法的锌冶炼行业 水污染控制技术评价

阮久莉，王艺博，郭玉文

国家环境保护生态工业重点实验室，中国环境科学研究院

锌冶炼行业是我国国民经济的重要支撑行业，但因其耗水量大、重金属排放浓度高成为高耗水、高污染行业之一。随着生态环境监管日益严格，污染防治要求不断提高，锌冶炼行业的水污染控制技术发展已经从单向治理向综合治理、循环利用转变，水循环利用率不断提高，废水中有价金属回收成效显著。但当有多个技术可供选择时，如何选择合理有效的水污染控制技术成为人们关注的重点。

锌冶炼行业水污染控制技术种类繁多，在适用范围、成熟度、治理效果和运行成本等方面各有优劣，企业在选择水污染控制技术时缺乏指导和依据，政府部门在制订行业污染防治技术政策和标准时缺乏技术支撑，通过综合量化评价可筛选不同需求时适宜的污染控制技术，为有效控制锌冶炼行业废水排放和重金属污染控制提供支撑。

国内外现代技术综合评价方法主要有专家分析法[1]、层次分析法[2]、灰色综合评价法[3]、模糊综合评价法[4]、德尔菲法[5]、数据包络分析法[6]、灰色关联分析法和成本效益分析法[7]等。其中层次分析法将定性与定量相结合，实现多目标决策与分析，对解决评价、排序和许多其他问题非常有效，但评价结果带有一定的主观臆断性。而模糊综合评价法对难以量化、非确定性问题的解决非常有效，且系统性强，结果明确[1]。将2种方法结合起来的层次分析-模糊综合评价(AHP-FCE)法[8-9]依据模糊集理论、最大隶属度原则，结合加权平均法对系统的多因素开展综合定量评价[10]，已在石化[11]、制药[12]、电镀[13]、冶金[14-15]等多个行业广泛应用，但在锌冶炼行业的相关研究仍相对较少。笔者采用AHP-FCE法对锌冶炼行业的污酸及酸性废水、综合废水2类废水的污染控制技术进行综合量化评价，建立适用于我国锌冶炼行业水污染控制技术的评价指标体系，以期为我国锌冶炼行业水污染控制技术的评价和筛选提供技术支持。

1 评价技术的筛选

锌冶炼行业水污染控制技术涉及污酸及酸性废水、综合废水等废水种类，来自不同的工艺环节。通过文献调研、专家咨询和现场调研，分析锌冶炼行业的产能、工艺、废水产生节点和排放特性，结合已发布的相关产业和生态环境保护政策、标准，梳理当前锌冶炼行业的清洁生产技术、水污染控制技术特点和应用实际等，对现有锌冶炼企业的水污染控制技术进行筛选，再与行业协会、企业专家等共同研讨，确定待评价的锌冶炼行业水污染控制技术清单(表1)。

表1 备选评价技术清单Table 1 List of alternative assessment techniques

2 AHP-FCE法综合评价

2.1 评价指标体系的构建

锌冶炼行业构建的水污染控制技术评价指标体系主要包含目标层、准则层和指标层3个层次(图1)。其中，目标层反映了锌冶炼行业水污染控制技术水平。准则层一般为具有普适性和概括性的指标。指标层中的各项指标是具有锌冶炼行业水处理特点的、具体的、可操作的、可验证的若干指标。评价指标体系主要包括技术性能、经济成本、环境影响和运行管理4个方面。技术性能表征被评价技术的自身性能；经济成本表征被评价技术的工程投资、运行维护费用等；环境影响表征被评价技术对各种污染物的处理效率；运行管理表征被评价技术的稳定性和可操作性。

图1 锌冶炼行业水污染控制技术评价指标体系框架Fig.1 Framework of evaluation index system of water pollution control technology in zinc smelting industry

2.2 评价指标权重的确定

运用层次分析法确定各评价指标的权重[21]，邀请有色行业研究院、相关高校和行业协会专家评价指标选取的合理性，并按照1～9标度法通过比较指标间两两重要程度，对各指标的相对重要性赋值。根据专家的赋值进行加权加和并求平均，确定各项指标的最终权重，结果见表2。

通过表2得到判断矩阵，并求算最大特征根及其特征向量，最后经一致性检验，得出各指标的权向量。若该矩阵满足一致性检验，则直接计算判断矩阵对应的权向量；若不满足一致性检验，则征求专家意见，对打分结果适当进行调整，直至满足一致性检验后，计算该矩阵的权向量。以一级指标为例，权重计算过程如下。

表2 锌冶炼行业水污染控制技术评价专家评定Table 2 Expert evaluation of water pollution control technologies in zinc smelting industry

建立正确的判断矩阵：

求得矩阵的最大特征根(λmax)为 4.153 3。

一致性检验：当矩阵阶数(n)为4时，一致性检验指标(CI)=(λmax-n)/(n-1)=0.051 1，随机一致性比例(CR)=0.057 4<0.1，一致性检验通过。求得的权重结果如表3所示。

表3 一级指标对目标层的权重Table 3 Weight of primary indexes to the target layer

按照以上方法计算二级指标权重，并结合一级指标权重计算二级指标的综合权重，结果如表4所示。

表4 二级指标权重Table 4 Secondary index weight

将反馈得到的10个有效专家评价指标权重赋分表按照上述方法进行统计分析，将各评价指标的权重取平均值，得到各评价指标的最终权重，如表5所示。

表5 各级指标权重Table 5 Index weight at all levels

2.3 模糊综合评价

根据现场调研和专家咨询，以及锌冶炼行业清洁生产评价指标体系等，将评价指标评价等级分为很好、较好和一般3个等级。根据不同污染控制技术特征，对污酸及酸性废水污染控制技术和综合废水处理与回用技术的评价标准在吨废水处理投资成本、吨废水处理运行成本以及外排废水减少量3个指标上进行了差异化设置，具体见表6。

2.3.1指标隶属度

邀请5位锌冶炼行业专家根据表6对待评价技术进行评价，统计结果见表7和表8。

表6 锌冶炼行业废水污染控制技术(综合废水处理与回用技术)评价标准Table 6 Evaluation standard for wastewater pollution control technology (comprehensive wastewater treatment and reuse technology) in zinc smelting industry

表7 污酸及酸性废水污染控制技术专家评价结果Table 7 Expert evaluation results of pollution control technology for waste acid and acid wastewater

表8 综合废水处理与回用技术专家评价结果Table 8 Expert evaluation results of comprehensive wastewater treatment and reuse technology

2.3.2一级模糊综合评价

以污酸及酸性废水污染控制技术中的污酸资源化处理关键技术为例，构造准则层(Bi)所包含的最低层的模糊隶属矩阵和权重矩阵，计算过程如下：

B1=W1×R1

=[0.410 8 0.282 9 0.213 1 0.093 2]×

同理可得，B2=[0.584 0 0.208 0 0.208 0]，B3=[0.800 0 0.2000 0 0.000 0]，B4=[0.617 3 0.382 7 0.000 0]。最终，得到第二层评价矩阵，R=[B1B2B3B4]T。

2.3.3二级模糊综合评价

通过一级模糊综合运算求出准则层中各项指标所对应的不同评价等级的隶属度，则第二层模糊综合评价矩阵计算公式如下：

A=W×R=[0.506 70.238 00.164 20.91 1]×

=[0.741 4 0.209 1 0.049 5]

2.3.4综合评价得分

将污染控制技术第二层模糊综合评价结果所属的隶属度分别乘以评价等级分值(5分、3分、1分)，即得到该污染控制技术的综合评价得分，计算公式如下：

D=0.741 4×5+0.209 1×3+0.049 5×1=4.38

同理得到其他7组污染控制技术的综合得分，结果见表9。由表9可以看出，在污酸及酸性废水污染控制技术中，基于选择性吸附—气液强化硫化—蒸发浓缩—氟氯分离的污酸资源化处理关键技术的综合评价得分最高，相比其他3种污酸及酸性废水处理技术，该技术应用广泛并可实现废水零排放，技术先进性、抗冲击负荷能力、外排废水减少量和污染物减排量等指标的评分都较高，因此综合评价得分也较高，是比较好的污酸及酸性废水处理技术。而在综合废水处理与回用技术中，基于重金属废水生物制剂深度处理技术的重金属冶炼废水生物-物化组合处理与回用技术得分较高，相比其他3种综合废水处理与回用技术，该技术对重金属深度处理的效果较好，外排废水减少量显著，运行稳定性高，抗冲击负荷能力、污染物减排等指标的评分都较高，因此综合评价得分最高。在企业实际生产运行中，以上2种技术分别对应废水处理中应用较多的技术，评价结果与应用现状基本一致，该评价方法可为锌冶炼行业水污染控制技术的筛选提供重要参考。

表9 各污染控制技术评价结果的比较Table 9 Comparison of assessment results of various pollution control technologies

3 结论

构建了以技术性能、经济成本、环境影响、运行管理4项指标为一级评价指标，技术先进性、技术适用性、抗冲击负荷能力、工艺成熟度、吨废水处理投资成本和运行成本、外排废水减少量和污染物减少量、操作复杂程度和运行稳定性等10项指标为二级评价指标的锌冶炼行业水污染控制技术评价指标体系，并选用AHP-FCE评价模型开展了污酸及酸性废水污染控制技术和综合废水处理与回用技术2类废水处理技术的评价，在综合科研机构、高校以及行业协会各专家相对客观的评分基础上计算得到各评价指标的权重，并对备选评价技术进行等级赋分，得到基于选择性吸附—气液强化硫化—蒸发浓缩—氟氯分离的污酸资源化处理关键技术综合评价得分为4.38，为评价的4种污酸及酸性废水处理技术中最优的；基于重金属废水生物制剂深度处理技术的重金属冶炼废水生物-物化组合处理与回用技术综合评价得分为4.14，是评价的4种综合废水处理与回用技术中最优的。