基于AHP层次分析法的九江市桶装水铜绿假单胞菌污染的影响因素分析

傅志丰 周鹤 朱熠 许文蓓 张鸿

摘 要：桶装水铜绿假单胞菌污染一直是困扰企业的一个重要问题，其直接影响人们的生命健康安全，在实际生产中引起污染的因素众多，但引发九江市桶装水铜绿假单胞菌污染的关键因素还不清楚。本文结合对不合格企业污染原因的调查，应用AHP层次分析法分析桶装水铜绿假单胞菌的污染因素，确定各因素权重。结果表明，回收桶污染或清洗消毒不彻底、过滤设备失效和臭氧消毒不彻底是九江市桶装水铜绿假单胞菌污染的3个关键因素，相关企业应予以重视，监管部门应加强监管以保障人们的饮水安全。

关键词：桶装水；铜绿假单胞菌；AHP层次分析法；权重

Abstract： The Pseudomonas aeruginosa pollution in barreled water has always been an important problem puzzling enterprises， because it affects people’s health directly. There are many factors causing Pseudomonas aeruginosa pollution， however， the key factors causing pollution remains unknown. Thus， this paper applies AHP method to analyze the pollution factors and to determine the weight of each factor based on the surveys of unqualified products enterprises. The results indicated that the pollution of packaging barrels or incomplete sterilization， the failure of the filtrating equipment and the failure of ozone disinfection are three key factors. The enterprises should pay attention， and the marketing supervision administration should also strengthen the supervision， and then to ensure people’s safety of drinking water.

Keywords： barreled water; Pseudomonas aeruginosa; analytic hierarchy process method; weight

铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa，PA）又称绿脓杆菌，是一种重要的食源性条件致病菌。PA对人体危害性强，常引起术后伤口感染，由PA引起的感染病灶还可导致菌血症和败血症[1]。

桶装水是指经过现代工业技术加工的纯净水或矿泉水。近年来，桶装水因其购买、饮用便捷的特点，受到大众的欢迎。然而，桶装水目前也存在众多问题。相关资料显示，2014年至2018年，在国家及省级市场监管部门共抽检出的2 350批不合格桶装水中，PA不合格占比达60.8%，因此PA污染是桶装水最突出的质量安全问题，必须分析污染原因并进行控制。有关桶装水受到PA污染的原因，目前发现的因素主要是水源污染[2]、生产过程控制不当[3]（仪器设备污染、臭氧杀菌工艺参数设置不当、过滤设备失效、蓄水池或管道污染等）、包装材料[4]清洗不彻底、出厂检验把关不严及运输储藏控制不当等。本课题组前期通过水专项抽检研究发现，九江市桶装水PA污染嚴重，2017—2022年6年间抽检107批桶装饮用水，有43批样品PA不合格，总不合格率为40.2%。但引发桶装水PA污染的关键因素及各因素的权重还不清楚，亟待探索。

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一种将系统分解为多个目标形成若干层次，再通过定性指标量化的方法计算指标权重，并排序，从而优化决策的方法。近年来AHP法在确定影响因素权重方面发挥着重要的作用。例如，王育男[5]通过AHP法确定引起发动机滑油污染故障的3个最主要因素依次是维护措施不落实、运输保管过程不落实及维修手段落后。姜启军等[6]通过AHP法发现水产养殖主体是水产养殖业绿色发展的最主要影响因素。故本文应用该方法分析九江市桶装水PA的污染因素，确定各因素权重，得出关键影响因素，为企业生产提供技术指导，为市场监管部门指出重点监管方向，进而保障人们的饮水安全。

1 AHP法模型的建立步骤

1.1 建立层次结构模型

通过对系统的综合认识确定决策目标，将影响因素按照属性不同分成若干级。一般情况下，一个层次模型分为目标层、准则层及决策方案层，其中目标层为要解决的问题，准则层为考虑的因素，决策方案层为决策时的备选方案。

1.2 构造判断矩阵

在确定各层次因素权重时，为了使一系列成对因素重要性的定性比较量化，常采用构造两两比较矩阵的方法。即假设目标层A与下一层中的B1、B2、．．．．．Bn元素有联系，两两比较B层所有元素对上层A的影响程度，并进行赋分，赋分方式采用SAATY等[7]提出的1～9标度法，具体标度及含义见表1。

1.3 一致性检验

对判断矩阵进行一致性检验可评价模型的合理性。具体操作方法是根据矩阵运算求得最大特征值为λmax，λmax对应的特征向量就是准则层对应目标层的权重，将λmax值代入公式中计算CI值，其中CI为一致性指标，n为矩阵阶数。CI=0表示有完全的一致性，CI越大，判断矩阵不一致越严重。为衡量CI的大小，引入随机一致性指标RI，其计算公式为，其中n（矩阵阶数）与RI的关系见表2。

由于一致性偏离可能是由随机原因造成的，因此引入检验系数CR，其计算公式为，通常如果CR＜0.1，则表明分析排序结果具有一致性，即权重分配是合理的，否则就不具有一致性。

1.4 层次总排序

总排序是所有因素对于目标层重要性的排序，具体计算方法是将同一层次单排序的结果逐级计算相对权重，最终得到决策方案层对目标层的权重，然后排序。

2 基于AHP法的九江市桶装水PA污染因素的分析

2.1 建立层次结构模型

建立层次模型的目的是找出引起桶装水PA污染的显著性因素。本研究在深入九江市各桶装水生产企业调查其产品PA不合格原因的基础上，结合对一线技术人员、工程师及市场监管人员的走访，了解水生产的关键控制点，按类别不同将模型分为3个层级。如图1所示，目标层（A层）为桶装水PA污染权重因素分析，准则层（B）和决策方案层（C）为引起桶装水PA污染的一二级因素，其B层分为5个因子，C层分为11个因子。

2.2 构造判断矩阵及一致性检验

根据图1中递阶层次结构模型，构造判断矩阵。其中判断矩阵中各标度的确定主要是在对九江市各县区不合格桶装水生产企业污染原因调查的基础上，根据熟悉水生产工艺技术及质量控制的企业技术人员、行业评审专家及市场监管人员的评估得出，具体构建过程如下。

2.2.1 目标层与准则层

目标层A与准则层B之间构造判断矩阵A5×5，即

对矩阵进行四步运算，过程如下。

第一步：求出判断矩阵每一列之和，并归一化，得标准化矩阵A'。

第二步：将标准化矩阵各行相加，得到列向量，并归一化得到特征向量W。

第三步：求λmax。其计算公式为，

[（AW）i表示向量AW的第i個分量[8]；Wi为标准化后权重的第i个分量；n为矩阵阶数]，即λmax=0.592 3/（5×0.117）+0.240 6/（5×0.047）+2.123/（5×0.400）+0.492 3/（5×0.096）+1.769/（5×0.341）=5.161 0。

第四步：对矩阵一致性检验。根据1.3中公式，计算得CI=0.040 25，查表2得RI=1.12，根据公式计算CR=0.035 94＜0.1，说明矩阵通过了一致性检验，权重是可接受的。

2.2.2 准则层与决策方案层

①准则层B1与决策方案层C1、C2之间构造判断矩阵，经特征根法求得λmax=2，特征向量，对B22进行一致性检验，根据公式求得CI=0，CR=0，表明判断矩阵的一致性可接受。②准则层B2与子准则层C3、C4之间构造判断矩阵，λmax=2，矩阵特征向量，CI=0，CR=0，说明判断矩阵的一致性可接受。③准则层B3与子准则层C5、C6、C7、C8构造判断矩阵，λmax=4.154，特征向量，CI=0.0513，查表2得RI=0.90，CR=0.057＜0.1，也通过一致性检验。④由于水源因素既是准则层又是决策方案层，因此未构造二级矩阵进行一致性检验。⑤准则层B5与子准则层构造判断矩阵，矩阵λmax=2，特征向量，CI=0，CR=0，也通过了一致性检验。

2.3 层次总排序

通过计算决策方案层中引起九江市桶装水PA污染的11个因素对目标层的权重进行排序，所得结果见表3。

2.4 评价模型的分析及建议

由2.2.1中A5×5对应的特征向量W可知，准则层引起九江市桶装水PA污染的因素中权重值最高的为生产工艺技术参数，第2位是包装用桶因素，所占权重值分别为0.400和0.341，权重值最小的为环境性因素，仅为0.047。

由表3可知，在决策方案层的11个二级指标中，回收桶污染或清洗消毒不彻底、臭氧消毒不彻底、过滤设备失效对目标层的相对权重最高，分别为0.298 4、0.217 2和0.122 8，其余各因素均小于10%，这说明三者是引起九江市桶装水PA污染的关键因素，其中以回收桶污染问题尤为突出，这些问题也得到了企业的普遍认可，而成品水储藏环境不适宜对目标的总权重仅为0.005 875，说明该因素在引起桶装水PA污染中影响最弱。各污染因素权重分析结果可为九江市桶装水PA污染整治提供理论依据。下一步工作应重点整治本研究权重高的问题。①针对回收桶污染或清洗消毒不彻底的问题，企业应严格按预清洗、洗涤剂清洗、消毒剂清洗、水冲洗、成品水冲洗等流程清洗消毒，要求配备相应清洗设备，不少于10个清洗消毒工位（含沥干工艺），尽量采用机器清洗回收桶，适当增加回收桶的消毒和清洗时间，并且定期对回收桶进行更换。②企业应严格把控臭氧杀菌工艺，在保证溴酸盐指标合格的基础上，摸索符合本企业特点的最佳杀菌参数，并定期对臭氧发生器的运行状态进行检查，如发现异常立即进行检修或更换。③针对过滤设备失效的问题，企业应定期对石英砂过滤器、活性炭过滤器、精密过滤器等设备的水体过滤效果进行监测和记录，并对活性炭、石英砂、反渗透膜等耗材进行定期更换。

3 结论

AHP法结合实际情况以及专家的经验判断得出影响因素的权重。本研究应用该方法对九江市桶装水PA的污染因素进行分析，得出回收桶污染或清洗消毒不彻底、臭氧消毒不彻底、过滤设备失效是引起桶装水PA污染的关键因素，这为企业质量控制提供了科学依据，同时为市场监管部门指出了重点监管方向，进而促进九江市桶装水质量水平的提升。

参考文献

[1]黄建锋，汪新，刘鹏，等.包装饮用水铜绿假单胞菌污染情况调查分析[J].食品工业，2018，39（1）：232-233.

[2]邓梅清，张菊梅，郭伟鹏，等.矿泉水中铜绿假单胞菌污染状况调查研究[J].中国卫生检验杂志，2009，19（11）：2672-2673.

[3]许晓云，陈倩，刘琦，等.包装饮用水生产线中铜绿假单胞菌的检测与防控[J].饮料工业，2018，21（3）：14-18.

[4]钟菲菲.包装饮用水铜绿假单胞菌的污染与预防[J].现代食品，2017（1）：88-90.

[5]王育男.基于层次分析的发动机滑油污染故障因素研究[J].四川兵工学报，2012，33（9）：126-128.

[6]姜启军，李学芳.基于AHP的水产养殖业绿色发展影响因素分析[J].海洋经济，2021，11（6）：15-22.

[7]SAATY T L.The analytic hierarchy process[M].New York：McGraw-Hill，1980.

[8]汪治兴，付钦伟，杜启杰.基于德尔菲法的专利强度评估模型构建[J].企业科技与发展，2019，452（6）：132-133.