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

阮久莉，王藝博，郭玉文

國家環(huán)境保護生態(tài)工業(yè)重點實驗室，中國環(huán)境科學研究院

鋅冶煉行業(yè)是我國國民經(jīng)濟的重要支撐行業(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，廢水中有價金屬回收成效顯著。但當有多個技術(shù)可供選擇時，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。

鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)種類繁多，在適用范圍、成熟度、治理效果和運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)時缺乏指導和依據(jù)，政府部門在制訂行業(yè)污染防治技術(shù)政策和標準時缺乏技術(shù)支撐，通過綜合量化評價可篩選不同需求時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。

國內(nèi)外現(xiàn)代技術(shù)綜合評價方法主要有專家分析法[1]、層次分析法[2]、灰色綜合評價法[3]、模糊綜合評價法[4]、德爾菲法[5]、數(shù)據(jù)包絡分析法[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，實現(xiàn)多目標決策與分析，對解決評價、排序和許多其他問題非常有效，但評價結(jié)果帶有一定的主觀臆斷性。而模糊綜合評價法對難以量化、非確定性問題的解決非常有效，且系統(tǒng)性強，結(jié)果明確[1]。將2種方法結(jié)合起來的層次分析-模糊綜合評價(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)平均法對系統(tǒng)的多因素開展綜合定量評價[10]，已在石化[11]、制藥[12]、電鍍[13]、冶金[14-15]等多個行業(yè)廣泛應用，但在鋅冶煉行業(yè)的相關(guān)研究仍相對較少。筆者采用AHP-FCE法對鋅冶煉行業(yè)的污酸及酸性廢水、綜合廢水2類廢水的污染控制技術(shù)進行綜合量化評價，建立適用于我國鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)的評價指標體系，以期為我國鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)的評價和篩選提供技術(shù)支持。

1 評價技術(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，來自不同的工藝環(huán)節(jié)。通過文獻調(diào)研、專家咨詢和現(xiàn)場調(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)境保護政策、標準，梳理當前鋅冶煉行業(yè)的清潔生產(chǎn)技術(shù)、水污染控制技術(shù)特點和應用實際等，對現(xiàn)有鋅冶煉企業(yè)的水污染控制技術(shù)進行篩選，再與行業(yè)協(xié)會、企業(yè)專家等共同研討，確定待評價的鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)清單(表1)。

表1 備選評價技術(shù)清單Table 1 List of alternative assessment techniques

2 AHP-FCE法綜合評價

2.1 評價指標體系的構(gòu)建

鋅冶煉行業(yè)構(gòu)建的水污染控制技術(shù)評價指標體系主要包含目標層、準則層和指標層3個層次(圖1)。其中，目標層反映了鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)水平。準則層一般為具有普適性和概括性的指標。指標層中的各項指標是具有鋅冶煉行業(yè)水處理特點的、具體的、可操作的、可驗證的若干指標。評價指標體系主要包括技術(shù)性能、經(jīng)濟成本、環(huán)境影響和運行管理4個方面。技術(shù)性能表征被評價技術(shù)的自身性能；經(jīng)濟成本表征被評價技術(shù)的工程投資、運行維護費用等；環(huán)境影響表征被評價技術(shù)對各種污染物的處理效率；運行管理表征被評價技術(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)評價指標體系框架Fig.1 Framework of evaluation index system of water pollution control technology in zinc smelting industry

2.2 評價指標權(quán)重的確定

運用層次分析法確定各評價指標的權(quán)重[21]，邀請有色行業(yè)研究院、相關(guān)高校和行業(yè)協(xié)會專家評價指標選取的合理性，并按照1～9標度法通過比較指標間兩兩重要程度，對各指標的相對重要性賦值。根據(jù)專家的賦值進行加權(quán)加和并求平均，確定各項指標的最終權(quán)重，結(jié)果見表2。

通過表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，得出各指標的權(quán)向量。若該矩陣滿足一致性檢驗，則直接計算判斷矩陣對應的權(quán)向量；若不滿足一致性檢驗，則征求專家意見，對打分結(jié)果適當進行調(diào)整，直至滿足一致性檢驗后，計算該矩陣的權(quán)向量。以一級指標為例，權(quán)重計算過程如下。

表2 鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)評價專家評定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：當矩陣階數(shù)(n)為4時，一致性檢驗指標(CI)=(λmax-n)/(n-1)=0.051 1，隨機一致性比例(CR)=0.057 4<0.1，一致性檢驗通過。求得的權(quán)重結(jié)果如表3所示。

表3 一級指標對目標層的權(quán)重Table 3 Weight of primary indexes to the target layer

按照以上方法計算二級指標權(quán)重，并結(jié)合一級指標權(quán)重計算二級指標的綜合權(quán)重，結(jié)果如表4所示。

表4 二級指標權(quán)重Table 4 Secondary index weight

將反饋得到的10個有效專家評價指標權(quán)重賦分表按照上述方法進行統(tǒng)計分析，將各評價指標的權(quán)重取平均值，得到各評價指標的最終權(quán)重，如表5所示。

表5 各級指標權(quán)重Table 5 Index weight at all levels

2.3 模糊綜合評價

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研和專家咨詢，以及鋅冶煉行業(yè)清潔生產(chǎn)評價指標體系等，將評價指標評價等級分為很好、較好和一般3個等級。根據(jù)不同污染控制技術(shù)特征，對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)的評價標準在噸廢水處理投資成本、噸廢水處理運行成本以及外排廢水減少量3個指標上進行了差異化設置，具體見表6。

2.3.1指標隸屬度

邀請5位鋅冶煉行業(yè)專家根據(jù)表6對待評價技術(shù)進行評價，統(tǒng)計結(jié)果見表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))評價標準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)專家評價結(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)專家評價結(jié)果Table 8 Expert evaluation results of comprehensive wastewater treatment and reuse technology

2.3.2一級模糊綜合評價

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)造準則層(Bi)所包含的最低層的模糊隸屬矩陣和權(quán)重矩陣，計算過程如下：

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，得到第二層評價矩陣，R=[B1B2B3B4]T。

2.3.3二級模糊綜合評價

通過一級模糊綜合運算求出準則層中各項指標所對應的不同評價等級的隸屬度，則第二層模糊綜合評價矩陣計算公式如下：

A=W×R=[0.506 70.238 00.164 20.91 1]×

=[0.741 4 0.209 1 0.049 5]

2.3.4綜合評價得分

將污染控制技術(shù)第二層模糊綜合評價結(jié)果所屬的隸屬度分別乘以評價等級分值(5分、3分、1分)，即得到該污染控制技術(shù)的綜合評價得分，計算公式如下：

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—氣液強化硫化—蒸發(fā)濃縮—氟氯分離的污酸資源化處理關(guān)鍵技術(shù)的綜合評價得分最高，相比其他3種污酸及酸性廢水處理技術(shù)，該技術(shù)應用廣泛并可實現(xiàn)廢水零排放，技術(shù)先進性、抗沖擊負荷能力、外排廢水減少量和污染物減排量等指標的評分都較高，因此綜合評價得分也較高，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，基于重金屬廢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)對重金屬深度處理的效果較好，外排廢水減少量顯著，運行穩(wěn)定性高，抗沖擊負荷能力、污染物減排等指標的評分都較高，因此綜合評價得分最高。在企業(yè)實際生產(chǎn)運行中，以上2種技術(shù)分別對應廢水處理中應用較多的技術(shù)，評價結(jié)果與應用現(xiàn)狀基本一致，該評價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)評價結(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)濟成本、環(huán)境影響、運行管理4項指標為一級評價指標，技術(shù)先進性、技術(shù)適用性、抗沖擊負荷能力、工藝成熟度、噸廢水處理投資成本和運行成本、外排廢水減少量和污染物減少量、操作復雜程度和運行穩(wěn)定性等10項指標為二級評價指標的鋅冶煉行業(yè)水污染控制技術(shù)評價指標體系，并選用AHP-FCE評價模型開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類廢水處理技術(shù)的評價，在綜合科研機構(gòu)、高校以及行業(yè)協(xié)會各專家相對客觀的評分基礎(chǔ)上計算得到各評價指標的權(quán)重，并對備選評價技術(shù)進行等級賦分，得到基于選擇性吸附—氣液強化硫化—蒸發(fā)濃縮—氟氯分離的污酸資源化處理關(guān)鍵技術(shù)綜合評價得分為4.38，為評價的4種污酸及酸性廢水處理技術(shù)中最優(yōu)的；基于重金屬廢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)綜合評價得分為4.14，是評價的4種綜合廢水處理與回用技術(shù)中最優(yōu)的。