白曉瑞,唐景春,王 敏 ,王如剛

(南開大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院/環(huán)境污染過程與基準(zhǔn)教育部重點實驗室,天津 300071)

人類的活動使得大量的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活廢棄物排入江河湖海中,使水體受到嚴(yán)重污染。目前,全世界每年約有超過 4.2×1011m3的污水排入江河湖海中,污染了 5.5×1012m3的淡水,導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境災(zāi)害[1]?；@區(qū)聚集了大量的企業(yè),各個企業(yè)從事的生產(chǎn)活動多樣,工業(yè)廢水中污染物種類繁多,使得污水處理廠污染負(fù)荷超標(biāo)。

自美國控制論專家 L.A.Zadeh在 20世紀(jì) 60年代提出模糊集以來[2～3],模糊數(shù)學(xué)在各行各業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。模糊綜合評價法在水環(huán)境評價中的應(yīng)用也快速發(fā)展[4～6]。在實際應(yīng)用中主要是以單因子超標(biāo)倍數(shù)或污染因子等權(quán)法為主,同時考慮污染因子不等權(quán)性、模糊性和隨機(jī)性的綜合定量研究則較少[7～8]。文中采用模糊綜合評價法建立污水水質(zhì)評價指標(biāo),計算各企業(yè)污水與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)級別的隸屬度,從而評判化工園區(qū)排放污水水質(zhì)情況。

1 評價步驟

模糊綜合評價就是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ),應(yīng)用模糊關(guān)系合成原理,將一些邊界不清,不易定量的因素定量化、進(jìn)行綜合評價的一種方法。它是通過構(gòu)造等級模糊子集把反映被評事物的模糊指標(biāo)進(jìn)行量化 (即確定隸屬度),利用模糊變換原理對各指標(biāo)進(jìn)行綜合評價。

1.1 確定評價指標(biāo)

評價指標(biāo)的確定是根據(jù)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) GB8978-1996)及園區(qū)內(nèi)各個企業(yè)主要污染物而設(shè)置的。共設(shè)置 5項評價指標(biāo):總懸浮固體 (SS)x1,化學(xué)耗氧量 (COD)x2,生物需氧量 (BOD5)x3,氨氮 x4,總磷 x5,共同組成評價指標(biāo)集:U (x1,x2,x3,x4,x5)如表 1所示。

表 1 某工業(yè)園區(qū)各企業(yè)污水評價指標(biāo)值 (mg/L)

1.2 建立評價集

評價集是與評價指標(biāo)集中評價因子相應(yīng)的評價標(biāo)準(zhǔn)集合,在環(huán)境質(zhì)量評價中,評價集是各個污染因子相應(yīng)的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等級的集合。根據(jù)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn) GB8978-1996,將污水水質(zhì)分為 {一級,二級,三級}三個評價集。

表 2 污水排放標(biāo)準(zhǔn) (mg/L)

1.3 建立隸屬函數(shù)

由于污水污染程度和污水排放標(biāo)準(zhǔn)都是模糊的,用隸屬度刻畫分級界限較為合理。根據(jù)各指標(biāo)的 3級排放標(biāo)準(zhǔn),做出 3個級別的隸屬函數(shù)。常用的隸屬函數(shù)的確定方法有模糊統(tǒng)計法、三分法和套用 F分布法等,文中采用套用 F分布的降半梯形函數(shù)。

1.4 建立模糊關(guān)系矩陣

參與水質(zhì)評價的評價因子有m個,水質(zhì)評價標(biāo)準(zhǔn)由 n個級別組成。設(shè) rij表示第 i種污染物的環(huán)境質(zhì)量數(shù)值可以被評價為第 j類環(huán)境質(zhì)量的可能性,將各個企業(yè)實際監(jiān)測值代入相應(yīng)的隸屬函數(shù),計算隸屬度得到水質(zhì)評價因子與水質(zhì)類別的模糊關(guān)系矩陣 R。

這里 rij為第 i個評價指標(biāo)隸屬于第 j等級的隸屬度。

1.5 模糊權(quán)向量

根據(jù)污染物對水質(zhì)的污染大權(quán)重應(yīng)大和污染物小權(quán)重應(yīng)小的原則,決定各指標(biāo)權(quán)重的大小,其計算公式為:

ai為第 i種評價指標(biāo)的權(quán)重,ci為第 i種指標(biāo)的實測值,si為多級濃度標(biāo)準(zhǔn)值的最大值。

為了進(jìn)行模糊復(fù)合運算,單因素權(quán)重必須作歸一化處理,wi=計算出權(quán)重后組成模糊權(quán)重向量集A,

1.6 模糊關(guān)系合成算子的選擇

算子的選擇很多,通過實際驗算選用算子 M(·,+)可避免丟失過多的信息,突出考慮諸污染因子的綜合作用,使計算結(jié)果更符合實際情況。M(·,+)算子含義如下式:

將與A與R合成得到模糊綜合評價結(jié)果向量B,bn即為模糊復(fù)合運算結(jié)果,表示各級水質(zhì)的隸屬度,結(jié)果采取隸屬度最大原則,即在評價結(jié)果向量中取最大值對應(yīng)的級別為模糊分級評價結(jié)果[9～10]。

2 結(jié)果討論

文中數(shù)據(jù)來源于對污水 3次采樣的實際檢測結(jié)果的平均值。根據(jù)各個企業(yè)生產(chǎn)所用原材料及添加劑總結(jié)出各個企業(yè)主要排放污水中的主要污染物,分析采用《水和廢水分析方法 (第四版)》中的測定方法,并結(jié)合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。

表 3 化工園區(qū)各企業(yè)排放污水水質(zhì)評價結(jié)果

由表 3可以看出該化工園區(qū)內(nèi)各個企業(yè)排放污水水質(zhì)多數(shù)為三級標(biāo)準(zhǔn),企業(yè) 6達(dá)到二級標(biāo)準(zhǔn),按規(guī)定個別企業(yè)應(yīng)執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)。盡管多數(shù)企業(yè)污水水質(zhì)符合排放要求,但是個別指標(biāo)存在嚴(yán)重超標(biāo)現(xiàn)象。COD分析,企業(yè) 1、企業(yè) 2、企業(yè) 4及總污水口都超過三級標(biāo)準(zhǔn)?？倯腋∥锓治?所有水樣都符合三級標(biāo)準(zhǔn),其中總污水口及企業(yè) 2出水較大。BOD5分析,除了總污水口外,其它排放口污水水質(zhì)排放均符合三級排放標(biāo)準(zhǔn),其中企業(yè) 1和企業(yè) 5較大。氨氮分析,企業(yè) 1、企業(yè) 2、企業(yè) 3等以及總污水口超標(biāo),最大是企業(yè) 1超標(biāo) 10倍,其余超標(biāo)在 5倍左右。總磷分析,只有 3個企業(yè)達(dá)到三級排放標(biāo)準(zhǔn),分別是企業(yè) 1、企業(yè) 6及企業(yè) 7,最大是企業(yè) 3超標(biāo)達(dá) 60倍。

為了進(jìn)一步分析各個企業(yè)污水水質(zhì)對總排污口的影響特性,用 SpssS軟件對所有原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)性分析,結(jié)果如圖 1所示。由圖 1可以看出企業(yè) 6的污水水質(zhì)與總排污口相關(guān)性最大,影響也最大,企業(yè) 2與企業(yè) 7的相關(guān)性最小,都為 0.7,表明其水質(zhì)對總排污口污水水質(zhì)影響較小。

3 總結(jié)

借助模糊綜合評價法對化工園區(qū)各企業(yè)排放污水水質(zhì)進(jìn)行分級,其評價結(jié)果表明:各個企業(yè)排放污水都達(dá)到污水綜合排放三級標(biāo)準(zhǔn),但多數(shù)企業(yè)一些排放指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo),增加了污水處理廠處理負(fù)荷,故而應(yīng)加大對企業(yè)的監(jiān)督管理力度,使企業(yè)排放污水符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

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