層次分析法綜合評價工業固體廢物綜合利用技術分析

邱娟娟，翟文超，尹誠悅

（山東省固體廢物和危險化學品污染防治中心，山東 濟南 250117）

目前，工業固體廢物綜合利用技術比較多，而為有效提升技術的應用效果，提高工業固廢循環利用率，有必要對相關技術進行綜合評價。在綜合評價中，可通過層次分析法對其技術性、社會及環境效益、經濟效益等展開全方位分析與評價，一般可獲得較準確、客觀的結論。利用該方法，有助于科學選擇工業固廢綜合利用技術，在此基礎上提升工業固廢綜合利用率，促進技術創新，推進產業升級。

1 工業固體廢物綜合利用分析

工業固體廢物分為兩種，一種是含鈾尾礦、含砷尾礦、酸泥、鈹渣、砷鐵渣等工業有害固廢，一種是赤泥、高爐渣、煤矸石、粉煤灰等一般工業固廢。在我國社會經濟持續發展中，工業固廢量在持續增加，特別是火力發電、冶金等領域所排放的工業固廢量最大。對于工業固廢，首先要做好妥善處理，以最大程度規避由此引發的污染問題，但是對于一般工業固廢，不僅要考慮污染控制及減少堆存占地面積，還要考慮如何提升資源循環利用率。在我國《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》中，明確指出要加快大宗工業固廢以及道路、建筑廢棄物和農林廢物的資源化利用進度，并且要求工業固廢綜合利用率要達到72%[1]。

在我國目前所產生的工業固廢中，尾礦產生量是最大的，其次是煤矸石，其他的還有工業副產石膏、粉煤灰、赤泥以及冶煉渣等。在“十一五”期間，粉煤灰保持最高的綜合利用率，其次是煤矸石以及冶煉渣，而工業副產石膏的綜合利用率近年來有了大幅提升，后期將進一步提升，甚至可以接近粉煤灰、煤矸石。相比之下，赤泥以及尾礦保持著較低的綜合利用率，在十二五期間雖保持穩步增長趨勢，不過仍處于偏低水平。冶煉渣的綜合利用率未來提升幾率及幅度都會更大，有較大潛力。目前，工業固廢綜合利用技術主要有礦渣微粉技術、赤泥改性生產無機填料技術、工業副產石膏制備高強石膏的技術、工業副產石膏用作土壤改良劑技術、煤矸石及鋁土礦選尾礦等的生產自保溫建材技術、粉煤灰綜合利用技術、鋼渣綜合利用技術等。

2 層次分析法的原理及應用步驟

2.1 原理

層次分析法最早在二十世紀七十年代中期由美國運籌學家薩蒂所提出，此方法強調先對復雜問題進行梳理，得出各項相關要素后，再根據各項要素之間的聯系劃分出有序的層次，使復雜問題條理化，而后在對相應客觀現實做出判斷的基礎上，針對各層次所具備的相對重要性做出定量表達，進而借助數學方法明確各層次所有要素的相對重要性，再結合要素排序確定具體權重，經分析排序結果，找出問題解決策略[2]。層次分析法可以幫助人們在面向復雜問題時，建立系統化及數字化系統評價思維過程，進而獲得量化形式的結果，使人們更容易接受相應結果。此方法相對方便地將定性分析、定量分析結合在一起，目前廣泛應用在很多社會經濟的相關預測及決策領域。

2.2 應用步驟

在層次分析法的應用過程中，需要要先梳理問題、評價相關的各項要素，比如評價目標、評價準則、問題因素等，并結合相關因素構建多級遞階結構模型，也就是指標體系。所構建層次結構模型主要包含三層：①最高層（或目標層），呈現問題解決目的，亦或需要實現的目標；②準則層（或約束層），根據相關標準衡量目標是否可以實現；③最底層（或方案層），體現目標實現方案及具體措施。

2.3 建立判斷矩陣

所構建的多級遞階結構模型當中，針對同一層級的相關因素，將上一層級相關因素視作準則，經兩兩對比，并利用幾何判斷尺度明確相應因素的相對重要度，并在此基礎上構建有關的判斷矩陣。在遞階層結構計算中，其流程為：①構建遞階層結構；②在AHP法標度原則堅持下建立判斷矩陣；③計算特征向量以及最大特征值；④一致性檢驗，若一致性不佳，則對判斷矩陣進行修正，之后返回至③，若一致性理想，則進入下一步；⑤分層對各組的指標權重進行計算，若此環節存在問題，則返回至②，沒有問題則進入下一步；⑥對各指標權重進行計算；⑦輸出結果。其中，定義判斷矩陣A=（aij）n×n屬于一致性矩陣，若面向全部i，j，k=1，2，…，n，且aij=aik/ajk，則aij＞0；aij=1/aji，aii=1。aii指的是i因素和j因素相對于上層因素重要性相關比例標度。結合判斷矩陣相應數值，可體現出人們對不同因素相對重要性保持的認知。

在實現判斷矩陣定量化過程中，通?？蛇x擇1～9相應比例標度，并賦予各項指標相對重要性一定值。在標度確定中，標度1指因素i、因素j同等重要；標度3指因素i、因素j稍顯重要；標度5指因素i、因素j較為重要；標度7指因素i、因素j非常重要；標度9指因素i、因素j絕對重要；若標度為倒數，如果是因素i和因素j進行比較，并且所得判斷值是aij，那么aji=1/ aij。

2.4 構造矩陣特征值及特征向量計算

針對構造矩陣A，若設λmax為其最大特征根，W為相應特征向量，對A特征根求解，即AW=λmaxW，得到W并進行歸一化處理之后，可得到同一層次各項因素對于上層某項因數相對重要性權重向量。之后，以方根法對W以及λmax進行計算，具體流程是：①得出判斷矩陣各行元素乘積，即，其中i=1,2，…，n；②對Mi其n次方根進行計算，即；③向量進行正規化處理，也就是，那么所求特征向量就是W=[W1,W2,…，Wn]T；④對判斷矩陣最大特征根進行計算，即，其中（AW）i指AW其第i個元素。除此以外，在計算構造矩陣特征向量以及特征值過程中還可選擇軟件MATLAB，以更高效、簡單的進行計算，特別在高階構造矩陣計算中，軟件方法更加便捷。

2.5 層次單排序及總排序

層次單排序的本質是明確某層次當中各項因素對上層某因素所產生的影響程度，進而列出相對應的構造矩陣，計算獲得λmax及W[3]。層次總排序的本質是通過計算明確某層全部因素對首層即最高層相對重要性的排序權值。

2.6 矩陣一致性檢驗

一致性是指判斷思維具有一致性的邏輯性，因為客觀事物通常具有較高復雜性，并且人們對客觀事物的認知相對多樣化，且具有一定的模糊性，因此所列判斷矩陣無法都保持良好的一致性，所以，必須對一致性進行檢驗。對判斷矩陣一致性展開檢測，主要目的是防止受到人為思維判斷而影響得出與實際相悖的結果，在判斷矩陣可基本達到一致性要求的基礎上，再結合層次分析法，一般就可得到更合理、可靠的結論。其中，一致性指標主要是IC=（λmax-n）/（n-1），在這里，n屬于判斷矩陣階數[4]。

為對階數不同情況下的判斷矩陣是否具備理想的一致性進行度量，還需參考判斷矩陣相關平均隨機一致性的指標值，也就是IR。判斷矩陣的1、2、3、4、5、6、7、8、9階，相對應的IR值分別是0、0、0.58、0.90、1.11、1.24、1.32、1.41、1.49。階數在2以上的情況下，判斷矩陣的比率RC為IC/IR且＜0.10的時候，就可明確判斷矩陣一致性比較理想，若相反，就要對判斷矩陣進行調整，直至體現出理想的一致性。而對層次排序展開一致性檢驗，具體是在隨機一致性比率RC為IC/ IR且＜0.10的時候，就可明確層次單排序一致性比較理想，若相反，需對判斷矩陣元素值進行調整，一直到理想的一致性為止[5]。

3 層次分析法綜合評價工業固體廢物綜合利用技術分析

本文主要用層次分析法，對工業固體廢物綜合利用技術進行綜合評價，并計算權重。

3.1 建立層次結構模型

圖1是針對工業固體廢物綜合利用技術構建的層次結構模型。在該模型中，工業固體廢物綜合利用技術位于目標層，準則層劃分成了三層，分別是經濟效益層、技術性層、社會與環境效益層，涉及到的單項指標有技術成熟度、技術先進性、單位固廢運行成本、單位固廢投資額、單位固廢直接收益、產品銷路、單位固廢附加效益、對水環境的友好度、對大氣的友好度、對土壤的友好度、單位產品所產二次固廢量、單位產品固廢的利用率[6]。

圖1 工業固體廢物綜合利用技術的層次結構模型

3.2 層次分析法計算

在首層分析計算中，主要針對b、c、d指標間層次展開分析計算，具體可見表1。

表1 b、c、d指標間層次分析計算

λmax=3.102；Ic=0.066；IR=0.57；RC=0.011＜0.10，證明此判斷矩陣一致性比較理想。

在第二層分析計算中，主要針對b1、b2指標間的層次展開分析計算，具體可見表2。

表2 b1、b2指標間層次分析計算

λmax為2;IR為0，證明此判斷矩陣一致性比較理想。

相同原理和步驟對c1、c2、c3、c4、c5指標間層次展開分析計算，得出λmax為5.398；Ic為0.100 457；IR為1.11；RC為0.0 901＜0.10，證明相關判斷矩陣的一致性比較理想。同理對d1、d2、d3、d4、d5指標間層次展開分析計算，列出相應判斷矩陣，得出λmax為5.3 679；Ic為0.090 213；IR為1.11；RC為0.0 795＜0.10，證明相關判斷矩陣的一致性比較理想[7]。

3.3 權重分析

經分析第一層級，可發現占比重最多的是社會及環境效益，技術性位于其次，經濟效益占比重最少。此外，還可發現固廢綜合利用技術較大程度上受到社會與環境效益的影響，經濟效益以及技術性在固廢綜合利用技術方面的影響差異不大。

經分析第二層級，可發現技術性方面的技術成熟度會較大程度上影響固廢綜合利用技術。對于經濟效益，工業固廢綜合利用技術會較大程度上受到單位固廢附加效益的影響。而在社會及環境效益方面，固廢綜合利用技術會較大程度上受到對水環境友好度的影響。

4 實例分析

4.1 建立評價模型

根據相關構造矩陣權重系數，針對工業固廢綜合利用技術，通過加權求和法展開評分，設e為總得分，則：

公式當中的b1、b2、c1、c2、c3、c4、c5、d1、d2、d3、d4、d5代表專家根據百分制對每項指標做出的打分數值，μ1=0.70×0.134、μ2=0.20×0.134、μ3=0.061 9×0.119……μ11=0.048×0.747、μ12=0.048×0.747。

在實際打分中，主要由專家按照百分制對每項指標打出相應分數，其中，b1具有越高的技術成熟度，則打分數值就越高；b2具有越高的技術先進性程度，相應打分數值就越高；c1具有越高的單位固廢投資額，那么打分數值就越低；c2具有越高的單位固廢運行成本，相應打分就越低；c3具有越高的單位固廢直接效益，則打分數值就越高；c4具有越高的單位固廢附加效益，則打分數值就越高；c5具有越好的產品銷量，打分數值就越高；d1對大氣具有越高的友好度，則相應打分就越高；d2對水環境具有越高的友好度，則打分數值就越高；d3對土壤具有越高的友好度，則打分數值就越高；d4有越高的單位產品固廢利用率，則相應打分數值就越高；d5單位產品產生越多的二次固廢量，相應打分數值就越低[8]。

4.2 結果分析

本文在綜合評價中主要選取以下幾種工業固廢綜合利用技術，即：礦渣微粉技術（技術①）、赤泥改性生產無機填料技術（技術②）、工業副產石膏制備高強石膏的技術（技術③）、工業副產石膏用作土壤改良劑技術（技術④）、煤矸石及鋁土礦選尾礦等的生產自保溫建材技術（技術⑤）。評價中，先按照百分制對各項指標作出具體評分，并基于評價模型為所選技術展開評價并作出打分，進而得到綜合評價結果，即：技術①總得分75.58分；技術②總得分78.16分；技術③總得分73.27分；技術④總得分57.23分；技術⑤總得分78.61分。

結合評價得分，發現技術①、技術②、技術③、技術⑤最后總得分都超過70分，有積極應用和廣泛推廣的價值。而技術④總得分還不足60分，需要進行優化與改進，之后再次評價，得分提高后可適當推廣。

5 結語

綜上所述，通過對第一層級展開分析，可發現社會及環境效益在整體權重中占比較大，技術性位于其次，占比最低的是經濟效益。而對固廢綜合利用技術所產生的影響因素方面，社會及環境效益影響更加突出，固廢綜合利用技術受到經濟效益和經濟性的影響相差不大。通過對第二層展開分析，從技術性層面看，可發現固廢綜合利用技術會較大程度地受到技術成熟度的影響；從經濟效益層面看，可發現技術會在較大程度上受到單位固廢附加效益的影響；從社會及環境效益層面看，可發現技術會在較大程度上受到對水環境友好度的影響。文章還通過層次分析法，結合不同指標所占權重進行打分，將專家評分和指標公式結合在一起，可更客觀、準確地評價固廢綜合利用技術，為技術選用提供可靠參考。