廢紙脫墨工藝節能減排先進適用技術評估方法研究

趙吝加 曾維華 許乃中 溫宗國

(1.北京師范大學環境學院，北京，100875;2.清華大學環境學院，北京，100084)

大力推廣應用節能減排先進適用技術，對于轉變發展方式、實現工業轉型升級、減少資源能源消耗和污染物排放的意義重大。造紙行業節能減排技術數量多、技術參數復雜［1］;如何從中篩選出滿足節能減排先進適用性要求的技術，是行業開展節能減排工作面臨的難題。目前有關造紙技術間優劣評價的研究，常采用定性評估方法［2］，或多項技術參數分別比較［3-4］，很少給出直觀的、具有說服力的技術優劣評估結果。本研究建立基于層次分析與模糊綜合評估的定性與定量方法相結合的廢紙脫墨工藝節能減排先進適用技術評估方法，對洗滌法、浮選法、浮選-洗滌法3種典型的廢紙脫墨技術進行綜合評估，彌補當前我國技術評估方法多以定性判斷為主、缺乏綜合分析的不足。最終得到節能減排先進適用技術直觀的綜合評估結果，為輔助行業專家評估篩選適用技術提供一定的參考。

1 方法介紹

可以利用模糊綜合評估方法進行廢紙脫墨工藝節能減排先進適用技術評估。模糊性指事物本身狀態的不確定性，是事物狀態存在中間過渡差異的結果。模糊綜合評估方法是在模糊環境下，以模糊數學為基礎，考慮多種因素的影響，應用模糊關系合成的原理，將一些邊界不清、不易定量的因素定量化，從多個因素對被評事物隸屬等級狀況進行綜合評估的一種方法［5-6］。它具有分析角度全面、定量分析與定性分析結合、避免主觀定性判斷造成的不確定性等優勢，能夠對復雜、模糊的問題給出定量化的評估結果，增加了評估的準確性和可靠性;適用于造紙行業進行節能減排先進適用技術的評估。

結合廢紙脫墨工藝節能減排技術評估篩選需求，建立基于模糊綜合評估的節能減排先進適用技術評估方法［7-10］。方法流程如圖1所示，上半部分虛線框內給出了技術評估方法的一般流程。首先，確定評估指標體系，作為技術評估篩選的依據和標準;其次，利用層次分析法 (AHP)［10-12］確定指標權重;第三，構建評估因素集和隸屬函數，并計算評估因素隸屬度;最后進行模糊綜合評估，得到最終評估結果。下半部分虛線框為利用AHP確定指標權重的一般步驟。其中，層次遞階結構與指標體系對應;將每一層次的各指標進行兩兩比較判斷，按照一定的標度準則，得到其相對重要程度的比較標度，建立判斷矩陣;通過專家對判斷矩陣打分，并計算判斷矩陣的最大特征值及其相應的特征向量;若通過一致性檢驗，則將歸一化后的特征向量作為指標對于其上層指標的相對權重。

圖1 廢紙脫墨工藝節能減排先進適用技術評估方法流程

計算評估因素隸屬度時，對于定量評估因素，應根據評估值越大越好、越小越好兩種情況，分別采用升半梯形分布隸屬函數和降半梯形分布隸屬函數(見表1)確定其隸屬度［13］。

表1 定量評估因素隸屬函數分類

x，μ的含義同表1，其中x值的確定由專家結合評語集 {差，較差，一般，較好，好}，進行 ［0，5］區間內打分。

在進行模糊綜合評估時，根據隸屬度計算結果，可構造各評估因素子集的評估指標隸屬度矩陣Rk={}。其中表示第k個評估因素子集下，第j項技術的第i個評估因素值。采用M(·，+)算子［8］，計算k個評估因素子集的模糊綜合評估矩陣Bk:

其中，Ak為第k個評估因素子集的相對權重矩陣，bkj為第j項技術第k個評估因素子集的模糊綜合評估值。

對于定性評估因素，其隸屬度的確定所采用的隸屬函數表達式為:

2 建立指標體系并確定權重

2.1 指標體系建立

“節能減排先進適用技術”可定義為各行業為實現節能減排目標，篩選出來的適用于本行業節能減排技術環境條件、相對成熟、有很好的節能減排績效、需要在本行業推廣應用的技術。根據定義，節能減排先進適用技術應具備以下特征:①符合國家現行的產業、技術政策;②工藝成熟，技術先進，能源資源效率高，環境影響較小，具有較好的節能減排效果，且技術經濟性合理;③在國內具有應用實例，原則上穩定運行時間應至少在一年以上;④技術適應性強，在本行業經推廣應用具有較大節能減排潛力，技術推廣應用前景廣闊。

根據上述定義及特征，結合造紙行業特點，建立廢紙脫墨工藝節能減排先進適用技術評估指標體系，見表2。該指標體系包含定量指標和定性指標，綜合反映了技術的物耗、能耗、污染物排放等方面的特征;分為目標層 (P)、準則層 (Pi)、評估指標層 (Pij)。目標層表述了整個指標體系建立的最終目標，是設置準則層的基礎和依據;準則層是對目標層的具體體現，而評估指標層是對準則層的進一步細化。

表2 廢紙脫墨工藝節能減排先進適用技術評估指標體系

在廢紙脫墨工藝節能減排先進適用技術評估指標體系中，目標層為節能減排技術的先進適用性;準則層包括:①資源消耗指標 主要考核生產單位產品的水資源消耗水平;②能源消耗指標 主要考核生產單位產品的電力消耗水平;③污染物排放指標 主要考核生產過程中的廢水排放以及廢水主要污染物COD的濃度;④經濟成本指標 主要考核投資成本和運行成本兩項指標;⑤技術特性指標 包括脫墨技術的主要考核指標脫墨漿得率，以及判斷技術先進適用程度的穩定性、普及程度、應用前景和國產化水平等指標。

評估指標值通過向企業調研得到，定性指標值由專家研討會打分討論獲得。

2.2 指標權重確定

采用專家咨詢會、企業現場調研打分，并向行業專家發放判斷矩陣打分表15份，回收到有效打分表8份。對打分表求平均值匯總后得到指標體系判斷矩陣，以及利用免費版軟件Y(et)A(nother)ahp Version 0.5.2計算得到的指標相對權重和判斷矩陣的一致性比例 (CR)［10］，見表3和表4。

表3 準則層指標判斷矩陣

權重計算結果說明，在篩選節能減排先進適用技術時，技術特性是最重要的指標。因為就現有值得推廣的技術而言，在資源消耗、能源消耗、污染物排放以及經濟成本方面差距并不大，能區分開脫墨技術差異的就是脫墨漿得率、技術穩定性、普及程度、推廣應用前景、國產化水平等技術特性指標。因此在設置準則層指標權重時，專家較一致地給技術特性指標賦予了較高的權重。

3 構建評估因素集與隸屬函數

3.1 評估因素集

依據指標體系 (見表2)，構建廢紙脫墨工藝節能減排先進適用技術評估因素集:

U={U1，U2，U3，U4，U5}={資源消耗，能源消耗，污染物排放，經濟成本，技術特性};

U1={U11}={單位產能新鮮水耗};

表4 評估指標層指標判斷矩陣

U2={U21}={單位產能電耗};

U3={U31，U32}={單位產能廢水排放量，廢水COD濃度};

U4={U41，U42}={單位產能投資成本，單位產能運行成本};

U5={U51，U52，U53，U54，U54}={脫墨漿得率，技術穩定性，技術普及程度，技術推廣應用前景，技術國產化水平}。

評估因素集U由5個因素子集Uk構成。其中，U對應指標體系中的目標層指標，U1，U2，U3，U4，U5子集分別對應指標體系中的準則層指標，評估因素子集中的評估因素對應評估指標層指標。同理，評估因素值和權重分別對應指標體系中的指標值和權重。

3.2 隸屬函數及隸屬度的確定

廢紙脫墨工藝節能減排先進適用技術評估因素集中包括定量評估因素和定性評估因素。其中定性評估因素包含模糊、不確定信息;且因素值評估標準不同，無法直接將評估某一技術的所有評估因素值綜合成一個具有實際意義的技術評估參考值。采用隸屬函數，計算評估因素隸屬度，統一量化評估因素值，再展開模糊綜合評估。

根據定量評估因素評估值越大越好、越小越好兩種情況，分別采用升半梯形分布隸屬函數和降半梯形分布隸屬函數。在廢紙脫墨工藝節能減排先進適用技術評估因素集中，脫墨漿得率采用升半梯形分布隸屬函數，其余定量評估因素采用降半梯形分布隸屬函數。

x，在廢紙脫墨工藝節能減排先進適用技術評估因素集中，技術穩定性、技術普及程度、技術推廣應用前景、技術國產化水平等采用該隸屬函數。

根據調研得到的評估因素值和上述隸屬函數計算得到3項脫墨技術所有評估因素的隸屬度，結果如表5所示。

評估因素隸屬度限定于 ［0，1］區間內，能夠反映同一個評估因素下不同技術的優劣，隸屬度越高則技術越好。根據隸屬度值可開展單因素技術評估。例如，由于洗滌法需要消耗大量水資源，因此從單位產能新鮮水耗方面看，技術1的水耗最大;同時，洗滌法也是最成熟的方法，所以從技術穩定性方面看，技術1穩定性最好。可以看出，不同評估因素下對技術的評估結果是不同的，需要對所有評估因素進行綜合評估，以確定最優的節能減排先進適用技術。

表5 廢紙脫墨工藝節能減排先進適用技術評估因素隸屬度 (μ)

4 模糊綜合評估

4.1 評估因素子集模糊綜合評估

以污染物排放子集U根據隸屬度計算結果，得到5個評估因素子集的評估指標隸屬度矩陣Rk(見表5)。以污染物排放子集U3模糊綜合評估矩陣B3的計算為例，建立權重向量 A3={0.400 0.600}和隸屬度矩陣

則，B3=A3·R3={0.600 0.400 0.344}，表示從第1項技術到第3項技術的污染物排放的模糊綜合評估值分別為 0.600，0.400，0.344。該值越大說明技術污染物排放水平越低。

經濟成本子集U4、技術特性子集U5的模糊綜合評估過程相似，分別可得:

資源消耗子集U1、能源消耗子集U2由于只有一個評估因素，故可直接得到:

4.2 評估因素集模糊綜合評估

計算過程同評估因素子集，即根據權重向量A0={0.12 0.14 0.14 0.08 0.52}以及隸屬度矩陣

得到，B0=A0·R0={0.595 0.753 0.468}，即 3項脫墨技術的模糊綜合評估值。

4.3 結果分析

利用本研究所建立的定性定量相結合的節能減排先進適用技術評估方法得到造紙行業廢紙脫墨工藝3項技術的模糊綜合評估值。計算結果表明，3項技術節能減排先進適用性得分從高到低依次為:浮選法脫墨技術 (0.753)、洗滌法脫墨技術 (0.595)、浮選-洗滌法脫墨技術 (0.468)。

從因素子集評估結果R0來看，雖然綜合排名第一的浮選法脫墨技術在資源消耗方面得分最低;但是在能源消耗、污染物排放兩方面得分都最高;而且在經濟成本和技術特性方面與最好的洗滌法脫墨技術相比，相差不大。綜合排名最后的浮選-洗滌脫墨技術，雖然在資源消耗方面得分最高，但是在其余方面均排在最后。可以看出，如果不采用模糊綜合評估方法，將很難判斷哪種技術更滿足節能減排的要求。

這一綜合排序結果反映了表征技術節能減排先進適用性的物耗、能耗、污染物排放、經濟成本、技術特性5方面的信息，能夠較全面地反映各脫墨技術的特點，與單因素評估相比更直觀、更具有參考價值。最終從節能減排先進適用角度，推薦浮選法脫墨技術為廢紙脫墨工藝重點推廣的技術。

5 結論

5.1 建立基于模糊綜合評估的廢紙制漿脫墨工藝節能減排先進適用技術評估方法。應用該方法，得到廢紙脫墨工藝即洗滌法脫墨、浮選法脫墨、浮選-洗滌法脫墨3項技術的節能減排先進適用性綜合得分排序。

5.2 通過運用層次分析法避免了指標賦權的主觀性，運用模糊綜合評估方法克服了技術評估中的信息模糊性問題和信息遺漏問題，并且最終得到單一、明確的評估結果。但是，評估過程中應注意評估因素集的合理性和全面性，以確保評估結果的科學、準確。

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