基于層次分析-模糊綜合評(píng)價(jià)法的鋅冶煉行業(yè) 水污染控制技術(shù)評(píng)價(jià)

阮久莉，王藝博，郭玉文

國(guó)家環(huán)境保護(hù)生態(tài)工業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院

鋅冶煉行業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支撐行業(yè)，但因其耗水量大、重金屬排放濃度高成為高耗水、高污染行業(yè)之一。隨著生態(tài)環(huán)境監(jiān)管日益嚴(yán)格，污染防治要求不斷提高，鋅冶煉行業(yè)的水污染控制技術(shù)發(fā)展已經(jīng)從單向治理向綜合治理、循環(huán)利用轉(zhuǎn)變，水循環(huán)利用率不斷提高，廢水中有價(jià)金屬回收成效顯著。但當(dāng)有多個(gè)技術(shù)可供選擇時(shí)，如何選擇合理有效的水污染控制技術(shù)成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。

鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)種類(lèi)繁多，在適用范圍、成熟度、治理效果和運(yùn)行成本等方面各有優(yōu)劣，企業(yè)在選擇水污染控制技術(shù)時(shí)缺乏指導(dǎo)和依據(jù)，政府部門(mén)在制訂行業(yè)污染防治技術(shù)政策和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)缺乏技術(shù)支撐，通過(guò)綜合量化評(píng)價(jià)可篩選不同需求時(shí)適宜的污染控制技術(shù)，為有效控制鋅冶煉行業(yè)廢水排放和重金屬污染控制提供支撐。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)代技術(shù)綜合評(píng)價(jià)方法主要有專(zhuān)家分析法[1]、層次分析法[2]、灰色綜合評(píng)價(jià)法[3]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[4]、德?tīng)柗品╗5]、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法[6]、灰色關(guān)聯(lián)分析法和成本效益分析法[7]等。其中層次分析法將定性與定量相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)決策與分析，對(duì)解決評(píng)價(jià)、排序和許多其他問(wèn)題非常有效，但評(píng)價(jià)結(jié)果帶有一定的主觀臆斷性。而模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)難以量化、非確定性問(wèn)題的解決非常有效，且系統(tǒng)性強(qiáng)，結(jié)果明確[1]。將2種方法結(jié)合起來(lái)的層次分析-模糊綜合評(píng)價(jià)(AHP-FCE)法[8-9]依據(jù)模糊集理論、最大隸屬度原則，結(jié)合加權(quán)平均法對(duì)系統(tǒng)的多因素開(kāi)展綜合定量評(píng)價(jià)[10]，已在石化[11]、制藥[12]、電鍍[13]、冶金[14-15]等多個(gè)行業(yè)廣泛應(yīng)用，但在鋅冶煉行業(yè)的相關(guān)研究仍相對(duì)較少。筆者采用AHP-FCE法對(duì)鋅冶煉行業(yè)的污酸及酸性廢水、綜合廢水2類(lèi)廢水的污染控制技術(shù)進(jìn)行綜合量化評(píng)價(jià)，建立適用于我國(guó)鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以期為我國(guó)鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)的評(píng)價(jià)和篩選提供技術(shù)支持。

1 評(píng)價(jià)技術(shù)的篩選

鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)涉及污酸及酸性廢水、綜合廢水等廢水種類(lèi)，來(lái)自不同的工藝環(huán)節(jié)。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研、專(zhuān)家咨詢(xún)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，分析鋅冶煉行業(yè)的產(chǎn)能、工藝、廢水產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)和排放特性，結(jié)合已發(fā)布的相關(guān)產(chǎn)業(yè)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策、標(biāo)準(zhǔn)，梳理當(dāng)前鋅冶煉行業(yè)的清潔生產(chǎn)技術(shù)、水污染控制技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用實(shí)際等，對(duì)現(xiàn)有鋅冶煉企業(yè)的水污染控制技術(shù)進(jìn)行篩選，再與行業(yè)協(xié)會(huì)、企業(yè)專(zhuān)家等共同研討，確定待評(píng)價(jià)的鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)清單(表1)。

表1 備選評(píng)價(jià)技術(shù)清單Table 1 List of alternative assessment techniques

2 AHP-FCE法綜合評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

鋅冶煉行業(yè)構(gòu)建的水污染控制技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主要包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3個(gè)層次(圖1)。其中，目標(biāo)層反映了鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)水平。準(zhǔn)則層一般為具有普適性和概括性的指標(biāo)。指標(biāo)層中的各項(xiàng)指標(biāo)是具有鋅冶煉行業(yè)水處理特點(diǎn)的、具體的、可操作的、可驗(yàn)證的若干指標(biāo)。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主要包括技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境影響和運(yùn)行管理4個(gè)方面。技術(shù)性能表征被評(píng)價(jià)技術(shù)的自身性能；經(jīng)濟(jì)成本表征被評(píng)價(jià)技術(shù)的工程投資、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等；環(huán)境影響表征被評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)各種污染物的處理效率；運(yùn)行管理表征被評(píng)價(jià)技術(shù)的穩(wěn)定性和可操作性。

圖1 鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系框架Fig.1 Framework of evaluation index system of water pollution control technology in zinc smelting industry

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

運(yùn)用層次分析法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重[21]，邀請(qǐng)有色行業(yè)研究院、相關(guān)高校和行業(yè)協(xié)會(huì)專(zhuān)家評(píng)價(jià)指標(biāo)選取的合理性，并按照1～9標(biāo)度法通過(guò)比較指標(biāo)間兩兩重要程度，對(duì)各指標(biāo)的相對(duì)重要性賦值。根據(jù)專(zhuān)家的賦值進(jìn)行加權(quán)加和并求平均，確定各項(xiàng)指標(biāo)的最終權(quán)重，結(jié)果見(jiàn)表2。

通過(guò)表2得到判斷矩陣，并求算最大特征根及其特征向量，最后經(jīng)一致性檢驗(yàn)，得出各指標(biāo)的權(quán)向量。若該矩陣滿(mǎn)足一致性檢驗(yàn)，則直接計(jì)算判斷矩陣對(duì)應(yīng)的權(quán)向量；若不滿(mǎn)足一致性檢驗(yàn)，則征求專(zhuān)家意見(jiàn)，對(duì)打分結(jié)果適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，直至滿(mǎn)足一致性檢驗(yàn)后，計(jì)算該矩陣的權(quán)向量。以一級(jí)指標(biāo)為例，權(quán)重計(jì)算過(guò)程如下。

表2 鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)評(píng)價(jià)專(zhuān)家評(píng)定Table 2 Expert evaluation of water pollution control technologies in zinc smelting industry

建立正確的判斷矩陣：

求得矩陣的最大特征根(λmax)為 4.153 3。

一致性檢驗(yàn)：當(dāng)矩陣階數(shù)(n)為4時(shí)，一致性檢驗(yàn)指標(biāo)(CI)=(λmax-n)/(n-1)=0.051 1，隨機(jī)一致性比例(CR)=0.057 4<0.1，一致性檢驗(yàn)通過(guò)。求得的權(quán)重結(jié)果如表3所示。

表3 一級(jí)指標(biāo)對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重Table 3 Weight of primary indexes to the target layer

按照以上方法計(jì)算二級(jí)指標(biāo)權(quán)重，并結(jié)合一級(jí)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算二級(jí)指標(biāo)的綜合權(quán)重，結(jié)果如表4所示。

表4 二級(jí)指標(biāo)權(quán)重Table 4 Secondary index weight

將反饋得到的10個(gè)有效專(zhuān)家評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重賦分表按照上述方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重取平均值，得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的最終權(quán)重，如表5所示。

表5 各級(jí)指標(biāo)權(quán)重Table 5 Index weight at all levels

2.3 模糊綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和專(zhuān)家咨詢(xún)，以及鋅冶煉行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系等，將評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)等級(jí)分為很好、較好和一般3個(gè)等級(jí)。根據(jù)不同污染控制技術(shù)特征，對(duì)污酸及酸性廢水污染控制技術(shù)和綜合廢水處理與回用技術(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在噸廢水處理投資成本、噸廢水處理運(yùn)行成本以及外排廢水減少量3個(gè)指標(biāo)上進(jìn)行了差異化設(shè)置，具體見(jiàn)表6。

2.3.1指標(biāo)隸屬度

邀請(qǐng)5位鋅冶煉行業(yè)專(zhuān)家根據(jù)表6對(duì)待評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表7和表8。

表6 鋅冶煉行業(yè)廢水污染控制技術(shù)(綜合廢水處理與回用技術(shù))評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 6 Evaluation standard for wastewater pollution control technology (comprehensive wastewater treatment and reuse technology) in zinc smelting industry

表7 污酸及酸性廢水污染控制技術(shù)專(zhuān)家評(píng)價(jià)結(jié)果Table 7 Expert evaluation results of pollution control technology for waste acid and acid wastewater

表8 綜合廢水處理與回用技術(shù)專(zhuān)家評(píng)價(jià)結(jié)果Table 8 Expert evaluation results of comprehensive wastewater treatment and reuse technology

2.3.2一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

以污酸及酸性廢水污染控制技術(shù)中的污酸資源化處理關(guān)鍵技術(shù)為例，構(gòu)造準(zhǔn)則層(Bi)所包含的最低層的模糊隸屬矩陣和權(quán)重矩陣，計(jì)算過(guò)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]。最終，得到第二層評(píng)價(jià)矩陣，R=[B1B2B3B4]T。

2.3.3二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)

通過(guò)一級(jí)模糊綜合運(yùn)算求出準(zhǔn)則層中各項(xiàng)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的不同評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度，則第二層模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣計(jì)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綜合評(píng)價(jià)得分

將污染控制技術(shù)第二層模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果所屬的隸屬度分別乘以評(píng)價(jià)等級(jí)分值(5分、3分、1分)，即得到該污染控制技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)得分，計(jì)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組污染控制技術(shù)的綜合得分，結(jié)果見(jiàn)表9。由表9可以看出，在污酸及酸性廢水污染控制技術(shù)中，基于選擇性吸附—?dú)庖簭?qiáng)化硫化—蒸發(fā)濃縮—氟氯分離的污酸資源化處理關(guān)鍵技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)得分最高，相比其他3種污酸及酸性廢水處理技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用廣泛并可實(shí)現(xiàn)廢水零排放，技術(shù)先進(jìn)性、抗沖擊負(fù)荷能力、外排廢水減少量和污染物減排量等指標(biāo)的評(píng)分都較高，因此綜合評(píng)價(jià)得分也較高，是比較好的污酸及酸性廢水處理技術(shù)。而在綜合廢水處理與回用技術(shù)中，基于重金屬?gòu)U水生物制劑深度處理技術(shù)的重金屬冶煉廢水生物-物化組合處理與回用技術(shù)得分較高，相比其他3種綜合廢水處理與回用技術(shù)，該技術(shù)對(duì)重金屬深度處理的效果較好，外排廢水減少量顯著，運(yùn)行穩(wěn)定性高，抗沖擊負(fù)荷能力、污染物減排等指標(biāo)的評(píng)分都較高，因此綜合評(píng)價(jià)得分最高。在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，以上2種技術(shù)分別對(duì)應(yīng)廢水處理中應(yīng)用較多的技術(shù)，評(píng)價(jià)結(jié)果與應(yīng)用現(xiàn)狀基本一致，該評(píng)價(jià)方法可為鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)的篩選提供重要參考。

表9 各污染控制技術(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果的比較Table 9 Comparison of assessment results of various pollution control technologies

3 結(jié)論

構(gòu)建了以技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)成本、環(huán)境影響、運(yùn)行管理4項(xiàng)指標(biāo)為一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，技術(shù)先進(jìn)性、技術(shù)適用性、抗沖擊負(fù)荷能力、工藝成熟度、噸廢水處理投資成本和運(yùn)行成本、外排廢水減少量和污染物減少量、操作復(fù)雜程度和運(yùn)行穩(wěn)定性等10項(xiàng)指標(biāo)為二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并選用AHP-FCE評(píng)價(jià)模型開(kāi)展了污酸及酸性廢水污染控制技術(shù)和綜合廢水處理與回用技術(shù)2類(lèi)廢水處理技術(shù)的評(píng)價(jià)，在綜合科研機(jī)構(gòu)、高校以及行業(yè)協(xié)會(huì)各專(zhuān)家相對(duì)客觀的評(píng)分基礎(chǔ)上計(jì)算得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，并對(duì)備選評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行等級(jí)賦分，得到基于選擇性吸附—?dú)庖簭?qiáng)化硫化—蒸發(fā)濃縮—氟氯分離的污酸資源化處理關(guān)鍵技術(shù)綜合評(píng)價(jià)得分為4.38，為評(píng)價(jià)的4種污酸及酸性廢水處理技術(shù)中最優(yōu)的；基于重金屬?gòu)U水生物制劑深度處理技術(shù)的重金屬冶煉廢水生物-物化組合處理與回用技術(shù)綜合評(píng)價(jià)得分為4.14，是評(píng)價(jià)的4種綜合廢水處理與回用技術(shù)中最優(yōu)的。