徐振威，王黎，劉超(.上海環(huán)境衛(wèi)生工程設(shè)計院有限公司，上海 003；.上海環(huán)境集團股份有限公司陽晨水務(wù)分公司，上海 000)

0 引言

磷酸鹽具有較好的金屬絡(luò)合性，且磷化物分子結(jié)構(gòu)中具有親水性，洗滌劑、阻垢劑中均含有磷的成分。在滲瀝液膜處理系統(tǒng)中投加含磷阻垢劑，會重新引入原本應(yīng)在生化系統(tǒng)中被分解的磷元素，導(dǎo)致出水中磷元素含量提升，出水水質(zhì)不穩(wěn)定。因此，選擇低磷、環(huán)保、經(jīng)濟、適用于滲瀝液處理工藝的阻垢劑極為關(guān)鍵。

阻垢劑的篩選涉及處理效果、產(chǎn)水水質(zhì)、經(jīng)濟效益等諸多因素，故建立合理的阻垢劑篩選的決策指標(biāo)極為重要。

1 層次分析法的基本原理

層次分析法(analytical hierarchy process，AHP)是一種系統(tǒng)分析方法，將定性與定量分析通過應(yīng)用數(shù)學(xué)方法有機地結(jié)合起來，較為客觀、準(zhǔn)確、高效。層次分析法是分析多目標(biāo)、多準(zhǔn)則的復(fù)雜決策系統(tǒng)的有力工具[1-2]。

利用層次分析法進行應(yīng)用分析的基本步驟如下：

(1)建立評價結(jié)構(gòu)模型。研究人員應(yīng)根據(jù)問題的性質(zhì)和決策目標(biāo)進行深入分析，按照不同層次將問題中所包含的因素進行劃分，利用結(jié)構(gòu)模型形式說明層次的遞階結(jié)構(gòu)與因素的從屬關(guān)系。

(2)構(gòu)造判斷矩陣。構(gòu)造各層次的判斷矩陣應(yīng)將研究者對決策問題相對重要性的判斷作為依據(jù)。

(3)研究者應(yīng)對模型中各層每一因素的相對重要性進行計算并進行一致性檢驗。

(4)在計算各個層次因素的相對重要性的基礎(chǔ)上，研究者應(yīng)進一步計算方案層和目標(biāo)層的相對重要性的組合權(quán)重，并進行一致性檢驗。

(5)研究者對比組合權(quán)重的結(jié)果，并以此作為評價與選擇方案的依據(jù)。

近些年來，層次分析法受到了社會各界的廣泛關(guān)注。層次分析法非常適用于解決一些復(fù)雜的決策問題，具有實用性和有效性，目前已被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟、能源、軍事、運輸、農(nóng)業(yè)、教育、人才、醫(yī)療、安全和環(huán)境等領(lǐng)域的方案選擇、行為決策、綜合分析等方面。

2 決策指標(biāo)建立與指標(biāo)權(quán)重計算

本文結(jié)合阻垢劑篩選的基本目標(biāo)，運用層次分析法，綜合分析阻垢劑篩選的實際需求與特點，制定了阻垢劑篩選的模型體系。

2.1 決策指標(biāo)體系的建立

本位根據(jù)阻垢劑選型的主要決定因素，將其分為4個層次，即：A、B、C、D，其中A、B、C為評價層，D為方案層。

2.1.1 目標(biāo)層

A層為總目標(biāo)層，即選擇低磷、環(huán)保、經(jīng)濟、適用于滲瀝液處理的阻垢劑。

2.1.2 準(zhǔn)則層

B層是實現(xiàn)目標(biāo)層的3個準(zhǔn)則層，即阻垢劑選型主要考慮的幾個因素：

B1為試用種類，指試用不同品牌的阻垢劑；

B2為處理效果，指阻垢劑磷含量、處理后清液中磷含量；

B3為經(jīng)濟效益，即選擇阻垢劑的經(jīng)濟效益。

2.1.3 指標(biāo)層

C層是指標(biāo)層，即達到總目標(biāo)層和準(zhǔn)則層的各種條件，共5項指標(biāo)，具體如下：

(1)C1為阻垢劑總磷含量。阻垢劑中磷含量越高，在相同投加量的工況下引入磷化物越多，出水總磷指標(biāo)超標(biāo)的風(fēng)險便越高。阻垢劑總磷含量一般使用百分比表示。

(2)C2為加藥量。加藥量是滲瀝液處理過程中阻垢劑的投加量與膜系統(tǒng)進水總量的比值。比值越低，加藥量越低，阻垢劑所用成本也隨之降低。加藥量單位為 kg/t。

(3)C3為出水磷含量。經(jīng)過前端生化處理，水體中磷化物含量降低。但經(jīng)過膜處理后，阻垢劑的投加重新了引入磷化物，因此有必要測量出水磷含量。出水磷含量影響磷元素是否超標(biāo)，單位為mg/L。

(4)C4為膜系統(tǒng)運行壓力，阻垢劑的阻垢效果影響膜系統(tǒng)的運行壓力，運行壓力越大，表示阻垢效果越差。膜系統(tǒng)運行壓力的單位為MPa。

(5)C5為阻垢劑單價，即單位阻垢劑的價格。

2.1.4 方案層

D層是方案層，是阻垢劑篩選試用的具體方案。通常經(jīng)過初選后，研究人員會選定幾種阻垢劑開展中試，根據(jù)試驗結(jié)果進行綜合分析和選擇。

2.2 構(gòu)造判斷矩陣

為了進一步明確選型指標(biāo)中各個元素對上一層次的相對重要性,本文選擇判斷矩陣法進行分析。判斷矩陣的元素aij采用Santy的1-9標(biāo)度方法[3]。如表1所示，為確定B準(zhǔn)則層對A目標(biāo)層的重要性程度，本文構(gòu)造了判斷矩陣A-B。

表1 判斷矩陣A-B

2.3 權(quán)重計算及一致性檢驗

為了確定選擇指標(biāo)的判斷指標(biāo)是否合理,本文對判斷矩陣進行了一致性檢驗。

本文針對判斷矩陣A-B求得判斷矩陣的最大特征根為λmax=3.039，相應(yīng)的特征向量為wAB=(0.151,0.916,0.371)，其中3個分量為準(zhǔn)則層B中3個元素(B1, B2,B3)的權(quán)值，n=3。根據(jù)檢驗判斷矩陣的一致性公式可得:

當(dāng)n=3時,一致性指標(biāo)RI=0.58，則其一致性比率CR為：

因此，確定的A-B矩陣具有滿意一致性，wAB中的權(quán)重值可以應(yīng)用。

2.4 C層對A層的權(quán)重

本文首先對C層相對B層的重要性構(gòu)造了判斷矩陣并保障其一致性，進而確定了C層對B層的權(quán)重值，得到了相應(yīng)權(quán)重。

然后，本文綜合B層與C層，確定了C層中各個評價目標(biāo)相對于A層總目標(biāo)的權(quán)重。

經(jīng)過計算，本文得出了C層指標(biāo)對A層的總權(quán)重 (如表2所示)。

表2 C層指標(biāo)對A層的總權(quán)重

3 決策評價方法應(yīng)用

生活垃圾滲瀝液處理通常采用“生物處理+膜處理”工藝，根據(jù)進水水質(zhì)、排水要求的不同選擇不同工藝組合。在對膜的深度處理過程中，因進水主要污染物為有機物、鹽及懸浮性顆粒雜質(zhì)，工作人員在進行納濾膜處理后，高分子有機物、高價鹽及大顆粒雜質(zhì)會被截留于濃縮液中。鹽分的溶解度較低，隨著濃縮倍數(shù)的提升，部分鹽會以結(jié)晶形式留在濃縮液中，結(jié)晶的鹽分會包裹顆粒雜質(zhì)形成結(jié)垢，進而堵塞膜管。為提高鹽分在的溶解度、保護膜管，工作人員通常在生產(chǎn)期間投加阻垢劑以緩解膜管內(nèi)結(jié)垢。常規(guī)阻垢劑利用磷化物作為絡(luò)合劑阻礙鹽分結(jié)垢；含磷阻垢劑的投加，重新在經(jīng)過膜系統(tǒng)處理過的清液中引入了污染物，使得出水排放時存在磷超標(biāo)的風(fēng)險。

為選擇合適的阻垢劑，本文選定了不同阻垢劑進行中試，在綜合考慮阻垢劑的總磷含量、加藥量、出水磷含量、膜系統(tǒng)運行壓力、阻垢劑單價等因素的基礎(chǔ)上選擇綜合評價最好的阻垢劑。

3.1 阻垢劑選型試驗及結(jié)果

中試過程中，實驗分別選擇了4種類型阻垢劑，相關(guān)數(shù)據(jù)通過上位機及實驗室獲取。

在中試過程中，每一種類的阻垢劑處理量都被保持在設(shè)計處理能力的70%～80%之間，單批次中試時間為3天，每批次取樣6次，最終取6次實驗數(shù)據(jù)的平均值作為試驗結(jié)果。

3.2 試驗結(jié)果的評判

本文根據(jù)上述中試結(jié)果的數(shù)據(jù)，對單項指標(biāo)得分進行了評價。本文將針對不同的阻垢劑，依據(jù)指標(biāo)層中各指標(biāo)的評價原則選擇出最佳的方案，以此為評價標(biāo)準(zhǔn)對各指標(biāo)進行比值評分。

針對評價指標(biāo)Ci，本文首先選擇方案D層中所對應(yīng)的最佳指標(biāo)值作為評價的基準(zhǔn)值，將Ci指標(biāo)對應(yīng)的方案Dj的指標(biāo)值與最佳值進行比較，再將得到相應(yīng)的比值數(shù)據(jù)作為單項評價得分。

因此，就Ci指標(biāo)而言，Dj方案的最高得分值為1。

3.3 選型結(jié)論分析

本文根據(jù)上述結(jié)果，按照C層對A層的權(quán)重對各單項指標(biāo)的得分進行了匯總計算，綜合得分如表3所示：

表3 方案層各指標(biāo)綜合得分匯總表

本文應(yīng)用層次分析法對結(jié)果進行綜合判別后，得到了中試各方案的綜合得分，并對其按得分從高到低進行排序，依次為：D3 > D1 > D2。

因此，選擇D3方案的阻垢劑是綜合考慮阻垢劑性能、處理效果及經(jīng)濟效益等因素后的最佳選擇。

4 常用客觀篩選指標(biāo)方法

(1)逐個指標(biāo)進行假設(shè)檢驗的方法：將一個指標(biāo)的一種假設(shè)，記作H0，選取當(dāng)H0成立時的檢測指標(biāo)數(shù)據(jù)分布，進而根據(jù)預(yù)先給定的顯著性水平進行檢驗，作出拒絕或接受假設(shè)H0的判斷。

(2)多元回歸與逐步回歸法：多元回歸分析通常將標(biāo)準(zhǔn)化偏回歸系數(shù)絕對值較大的，或偏回歸系數(shù)假設(shè)檢驗有一定代表性的數(shù)據(jù)作為其評價指標(biāo)。多元回歸與逐步分析法是常用的數(shù)據(jù)分析方法，應(yīng)用廣泛，效果顯著。

(3)指標(biāo)聚類法：該方法是將相同類別的標(biāo)準(zhǔn)進行聚集，使其成為一個完整而統(tǒng)一的類別，隨后在從中找出最具代表性的樣本。其核心在于通過一定的方式，以典型的樣本代替大量的評價模型。

5 結(jié)語

綜上所述，層次分析法是結(jié)合定量與定性分析的模糊綜合評價法。層次分析法綜合考慮了各種條件和因素，并將實際評判結(jié)果劃分為不同層次，其分析過程是一種逐層進行綜合評價的過程，能夠更好地保障評價結(jié)果的實際性。

本文通過應(yīng)用層次分析法，解決了阻垢劑篩選的難題，并根據(jù)阻垢劑使用的性能指標(biāo)、處理效果及經(jīng)濟效益指標(biāo)，建立了阻垢劑選型的綜合決策指標(biāo)。

在阻垢劑選型的實際應(yīng)用中，研究者通過燒杯試驗確定了上機試驗的3種阻垢劑，進而通過綜合評價選擇了綜合評價結(jié)果最佳的阻垢劑，為生產(chǎn)實踐提供了科學(xué)的決策依據(jù)。