城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)二元語(yǔ)義模型與方法

王麗玲,張樹(shù)深,張 蕓 (大連理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院,工業(yè)生態(tài)與環(huán)境工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 大連 116024)

城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)二元語(yǔ)義模型與方法

王麗玲,張樹(shù)深*,張 蕓 (大連理工大學(xué)環(huán)境學(xué)院,工業(yè)生態(tài)與環(huán)境工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 大連 116024)

為解決城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)問(wèn)題,采用定性分析與定量計(jì)算相結(jié)合的方法,著重構(gòu)建了城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其權(quán)重確定方法;利用線性加權(quán)綜合評(píng)價(jià)方法、模糊數(shù)學(xué)和二元語(yǔ)義概念,建立了城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)模糊綜合模型,并據(jù)此提出級(jí)別特征值概念,進(jìn)而建立城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)的二元語(yǔ)義模型與方法.實(shí)例計(jì)算分析說(shuō)明,文中建立的清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)二元語(yǔ)義模型與方法可操作性強(qiáng),等級(jí)評(píng)定結(jié)果比采用隸屬度最大原則更直觀、更便于解釋,具有很好的應(yīng)用與推廣價(jià)值.

污水處理；清潔生產(chǎn)；模糊綜合模型；二元語(yǔ)義；等級(jí)評(píng)價(jià)

污水處理廠是現(xiàn)代化城鎮(zhèn)必須配套建設(shè)的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施,污水處理尤其是深度處理對(duì)于緩解水域污染、改善水環(huán)境至關(guān)重要[1-3].但是,污水處理廠不同的處理工藝和管理模式(管理水平)在投入與處理效果方面區(qū)別較大.此外,對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的二次影響也有較大差異.因此,對(duì)污水處理廠提出一套包含處理工藝、環(huán)境管理、污染物產(chǎn)生與排放等的清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,進(jìn)而建立污水處理廠的清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)模型是很有必要的[4-6].

近年來(lái),我國(guó)的清潔生產(chǎn)工作廣泛開(kāi)展,環(huán)境保護(hù)部等相關(guān)部委相繼出臺(tái)了50多個(gè)行業(yè)的《清潔生產(chǎn)指標(biāo)體系》和《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)》.但目前清潔生產(chǎn)工作的重點(diǎn)還是放在制定各類工業(yè)企業(yè)的清潔生產(chǎn)指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)上,而缺乏工業(yè)企業(yè)清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)模型與方法等方面的研究.如何合理構(gòu)建工業(yè)企業(yè)的指標(biāo)體系與等級(jí)評(píng)價(jià)模型是國(guó)內(nèi)外一個(gè)亟待解決的重要理論和實(shí)際課題[7-10].為此,本文以污水處理廠清潔生產(chǎn)為研究背景,在合理構(gòu)建城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上,利用模糊多屬性(或指標(biāo)、因素)[11]綜合評(píng)價(jià)模型與二元語(yǔ)義概念[12-13],建立污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)的綜合模型及方法,旨在為我國(guó)新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程中環(huán)保治理企業(yè)的清潔生產(chǎn)等提供一條新的發(fā)展途徑.

1 污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

本文根據(jù)污水處理的特點(diǎn)[14-15],構(gòu)建了城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系.具體地,本文構(gòu)建的城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是一個(gè)包含三層次三等級(jí)的遞階結(jié)構(gòu),其中一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)有6個(gè),包括處理工藝與設(shè)備要求(O1)、資源與能源利用(O2)、出水控制(O3)、污染物產(chǎn)生控制(O4)、廢物回收利用(O5)和環(huán)境管理要求(O6);二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)包括污水處理工藝總體要求(O11)、消毒工藝(O12)等24個(gè);三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)包括BOD5(O311)、COD(O312)、COD去除率(O322)等13個(gè);評(píng)價(jià)等級(jí)分為3個(gè)級(jí)別:Ⅰ級(jí)(e1),Ⅱ級(jí)(e2)和Ⅲ級(jí)(e3).

污水處理廠清潔生產(chǎn)各級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)基準(zhǔn)值取值原則是根據(jù)當(dāng)前國(guó)際及國(guó)內(nèi)污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行和管理情況,合理確定Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)基準(zhǔn)值.確定Ⅰ級(jí)基準(zhǔn)值時(shí),參考國(guó)際清潔生產(chǎn)指標(biāo)領(lǐng)先水平,以當(dāng)前國(guó)內(nèi)5%的企業(yè)達(dá)到該基準(zhǔn)值要求為取值原則.確定Ⅱ級(jí)基準(zhǔn)值時(shí),以當(dāng)前國(guó)內(nèi)20%的企業(yè)達(dá)到該基準(zhǔn)值要求為取值原則.確定Ⅲ級(jí)基準(zhǔn)值時(shí),以當(dāng)前國(guó)內(nèi)50%的企業(yè)達(dá)到該基準(zhǔn)值要求為取值原則.對(duì)于定性評(píng)價(jià)指標(biāo)基準(zhǔn)值無(wú)法劃分級(jí)別時(shí),統(tǒng)一給出一個(gè)基準(zhǔn)值[16].通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料及調(diào)查國(guó)內(nèi)外污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)及管理情況[17-18],確定各個(gè)清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)要求或標(biāo)準(zhǔn)值,見(jiàn)表1.

2 清潔生產(chǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

2.1 清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)與劃分標(biāo)準(zhǔn)

用ek(k=1,2,…,h )表示清潔生產(chǎn)的第k個(gè)等級(jí),且規(guī)定并符號(hào)上表示為:ek>ek+1,即清潔生產(chǎn)的第k個(gè)等級(jí)ek比第k+1個(gè)等級(jí)ek+1強(qiáng)(或好).

根據(jù)當(dāng)前污水處理行業(yè)工藝技術(shù)、設(shè)備水平、管理水平、污水處理相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及清潔生產(chǎn)的要求,將評(píng)價(jià)等級(jí)分為3個(gè)級(jí)別即h=3,其中等級(jí)e1代表國(guó)際清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平、e2代表國(guó)內(nèi)清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平、e3代表國(guó)內(nèi)清潔生產(chǎn)一般水平.

2.2 清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

根據(jù)污水處理廠實(shí)際數(shù)據(jù)和清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)污水處理行業(yè)清潔生產(chǎn)實(shí)際效益和水平的影響程度及實(shí)施的難易程度,并咨詢行業(yè)領(lǐng)域?qū)＜业囊庖?jiàn),確定污水處理廠清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,見(jiàn)表1.

表1 城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)指標(biāo)及其要求Table 1 Cleaner production evaluation indexes and requirements of town sewage treatment plants

續(xù)表1

3 清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)隸屬函數(shù)的確定

清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)通常可分為定量與定性評(píng)價(jià)指標(biāo)兩大類.

3.1 定性評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)隸屬函數(shù)的確定

對(duì)于定性評(píng)價(jià)指標(biāo),根據(jù)污水處理行業(yè)清潔生產(chǎn)的實(shí)際特點(diǎn)與要求,污水處理廠At(t= 1,2,…,N)關(guān)于定性評(píng)價(jià)指標(biāo)Oijl(l=1,2…,Lij)的等級(jí)隸屬函數(shù)可定義為:

式中:μtijlk表示污水處理廠tA關(guān)于第i個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)Oi(i=1,2,…,m)下第j個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)Oij(j=1,2,…,ni)的第l個(gè)三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)(定性)Oijl隸屬于第k個(gè)清潔生產(chǎn)等級(jí)ek的程度.在本文中,考慮3個(gè)污水處理廠即N=3,并分別記為A1、A2和A3,且由表1可知,m=6,n1=8,n2=3, n3=2,n4=4,n5=2,L31=7,L32=6,其他Lij=0.

式(1)是針對(duì)三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)給出的等級(jí)隸屬函數(shù).但從表1可見(jiàn),除評(píng)價(jià)指標(biāo)O3(即出水控制)有三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)以外,其他5個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)都只有二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo).不難看出,式(1)同樣適用于二級(jí)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)隸屬函數(shù)確定問(wèn)題.

3.2 定量評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)隸屬函數(shù)的確定

對(duì)于效益型評(píng)價(jià)指標(biāo)(即評(píng)價(jià)指標(biāo)值越大,清潔生產(chǎn)等級(jí)越高),污水處理廠At關(guān)于定量評(píng)價(jià)指標(biāo)Oijl的等級(jí)隸屬函數(shù)可分別選取為:

圖1 效益型評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)隸屬函數(shù)Fig.1 Grade membership function of profit evaluation index

式中:ytijl表示污水處理廠At關(guān)于第l個(gè)三級(jí)(定量)評(píng)價(jià)指標(biāo)Oijl的值;aijlk表示Oijl屬于等級(jí)ek(k=1,2,…,h )的基準(zhǔn)值,在本文中h=3(否則可類似處理);μtijlk的含義與式(1)相同,見(jiàn)圖1.

類似地,對(duì)于成本型評(píng)價(jià)指標(biāo)(即評(píng)價(jià)指標(biāo)值越小,清潔生產(chǎn)等級(jí)越高),污水處理廠At關(guān)于定量評(píng)價(jià)指標(biāo)Oijl的等級(jí)隸屬函數(shù)可分別選取為:

如圖2所示.

圖2 成本型評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)隸屬函數(shù)Fig.2 Grade membership function of cost evaluation index

當(dāng)定量評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)基準(zhǔn)(或劃分)值為同一數(shù)值或同一區(qū)間值時(shí),污水處理廠At關(guān)于定量評(píng)價(jià)指標(biāo)Oijl的等級(jí)隸屬函數(shù)可選取為:

4 清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)綜合模型及其二元語(yǔ)義方法

根據(jù)清潔生產(chǎn)與城鎮(zhèn)污水處理廠的實(shí)際情況及特點(diǎn),針對(duì)定性與定量評(píng)價(jià)指標(biāo),分別利用式(1)～式(8),可計(jì)算得到污水處理廠At關(guān)于評(píng)價(jià)指標(biāo)Oijl的等級(jí)隸屬度μtijlk,通常用等級(jí)隸屬度矩陣表示為μtij=(μtijlk)Lij×h.這是進(jìn)行城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

類似地,表1可把一、二、三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分別表示為下面的權(quán)重向量:

4.1 清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)模糊綜合模型與方法

模糊線性加權(quán)綜合評(píng)價(jià)方法是一種原理比較簡(jiǎn)單、便于計(jì)算的常用方法.本文針對(duì)清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)的內(nèi)在要求及其具有的三層評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)構(gòu)特征,借鑒模糊線性加權(quán)綜合評(píng)價(jià)方法的思想,提出了城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)模糊綜合模型與方法.具體方法與步驟如下:

第一步:計(jì)算污水處理廠tA關(guān)于二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)Oij對(duì)于等級(jí)ek的綜合隸屬度為:

式中:μ=(μ,μ,…,μ)T為等級(jí)隸屬度矩Lijk陣μtij的第k個(gè)列向量.于是,可得到At關(guān)于Oij對(duì)于所有等級(jí)ek的綜合隸屬度向量utij=(utijk)1×h.因此,可得At關(guān)于Oi下所有二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)隸屬度矩陣μ?ti=(utijk)ni×h.為敘述方便,仍把μ?ti記為μti.

第二步:計(jì)算污水處理廠At關(guān)于一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)Oi對(duì)于等級(jí)ek的綜合隸屬度為:

式中:μ=(μ,μ,…,μ)T為等級(jí)隸屬度矩

ik陣μti的第k個(gè)列向量.于是,可得到At關(guān)于Oi對(duì)于所有等級(jí)ek的綜合隸屬度向量uti=(utik)1×h.因此,可得At對(duì)于所有m個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)隸屬度矩陣μt=(utik)m×h.為統(tǒng)一起見(jiàn),把μt中的元素utik仍記為μtik.

第三步:計(jì)算污水處理廠At對(duì)于等級(jí)ek的綜合隸屬度為:

式中:μ=(μtkt1,μkt2,…,μktmk)T為等級(jí)隸屬度矩陣μt的第k個(gè)列向量.于是,可得到At對(duì)于所有等級(jí)ek的綜合隸屬度向量ut=(utk)1×h.

在一般的等級(jí)評(píng)價(jià)問(wèn)題中,最大隸屬度原則是一種比較常用的規(guī)則,即根據(jù)等級(jí)隸屬度utk的大小,對(duì)城鎮(zhèn)污水處理廠At做出清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)定.不過(guò),最大隸屬度原則有時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些不合理的現(xiàn)象.為此,本文將在下面小節(jié)中引入級(jí)別特征值概念,并結(jié)合二元語(yǔ)義概念[13,19],提出城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)二元語(yǔ)義方法.

4.2 清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)二元語(yǔ)義方法

把清潔生產(chǎn)等級(jí)ek的下標(biāo)k稱為級(jí)別變量.于是,可把城鎮(zhèn)污水處理廠At的級(jí)別特征值定義為:

則由式(12)可知,污水處理廠At的級(jí)別特征值υt是1個(gè)無(wú)量綱的數(shù)量指標(biāo),介于清潔生產(chǎn)第1個(gè)等級(jí)(即e1)與第h個(gè)等級(jí)(即eh)之間,反映了清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)綜合隸屬度與清潔生產(chǎn)等級(jí)(即級(jí)別位置)2個(gè)方面的重要信息.

用記號(hào)[υt]表示不大于υt的最大整數(shù).通常地,若[υt]=q,則可以評(píng)定污水處理廠At屬于清潔生產(chǎn)的第q個(gè)等級(jí)(即eq).一般地,采用級(jí)別特征值υt取最大整數(shù)方法評(píng)定污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)要比利用最大隸屬度原則更加全面和客觀.然而,仔細(xì)分析可以發(fā)現(xiàn),不同的級(jí)別特征值可能會(huì)取相同的一個(gè)最大整數(shù).例如,級(jí)別特征值υ1=2.03和υ2=2.97的最大整數(shù)都是2,對(duì)應(yīng)的污水處理廠A1和A2都應(yīng)評(píng)定為清潔生產(chǎn)等級(jí)e2.但是,很顯然,A1和A2不應(yīng)屬于清潔生產(chǎn)的同一等級(jí).直觀上,A1和A2分別評(píng)定為清潔生產(chǎn)等級(jí)e2、e3要更合理、準(zhǔn)確.同樣,級(jí)別特征值υ3=2.01和υ4=1.99的最大整數(shù)分別是2和1,對(duì)應(yīng)的污水處理廠A3和A4應(yīng)分別評(píng)定為清潔生產(chǎn)等級(jí)e2和e1.不過(guò), υ3=2.01和υ4=1.99的差異很小且均接近于2,其對(duì)應(yīng)的污水處理廠卻被評(píng)定為不同的清潔生產(chǎn)等級(jí),顯然是不合理的.直觀上, υ4對(duì)應(yīng)的污水處理廠A4也應(yīng)評(píng)定為清潔生產(chǎn)等級(jí)e2.上述兩方面的分析表明,采用級(jí)別特征值取最大整數(shù)方法雖然比利用最大隸屬度原則可以更好地反映污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)綜合情況,但也會(huì)出現(xiàn)一些不合理現(xiàn)象,導(dǎo)致錯(cuò)誤評(píng)定其清潔生產(chǎn)等級(jí)或無(wú)法清楚區(qū)分污水處理廠之間清潔生產(chǎn)的差異程度[20].

為了既能正確地評(píng)定城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí),又能準(zhǔn)確地反映相同清潔生產(chǎn)等級(jí)下各個(gè)污水處理廠清潔生產(chǎn)的差異程度,本文引入下面的二元語(yǔ)義概念[12,18],并據(jù)此建立污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)二元語(yǔ)義方法.

若污水處理廠At的級(jí)別特征值υt滿足:

則評(píng)定At的清潔生產(chǎn)等級(jí)為第s個(gè)等級(jí)(即es).

為了刻畫(huà)屬于相同清潔生產(chǎn)等級(jí)的不同污水處理廠清潔生產(chǎn)的差異程度,把級(jí)別特征值υt與其相應(yīng)的清潔生產(chǎn)級(jí)別s(即等級(jí)es的下標(biāo)s)之間的偏差值表示為αts=υt?s ,如圖3所示.顯然,?0.5≤αts<0.5.

圖3 二元語(yǔ)義與級(jí)別特征值關(guān)系Fig.3 Relation between two-tuple semantic and grade eigenvalue

城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)二元語(yǔ)義方法的基本思想是:首先,把污水處理廠At的級(jí)別特征值υt表示為二元有序組(es, αts),其中es為清潔生產(chǎn)等級(jí)和αts∈[?0.5,0.5);其次,按照(es, αts)中的es大小,評(píng)定污水處理廠At的清潔生產(chǎn)等級(jí);然后,根據(jù)(es, αts)中的αts大小,調(diào)整、確定污水處理廠At清潔生產(chǎn)的差異程度(即確定相同清潔生產(chǎn)等級(jí)的污水處理廠的優(yōu)先排序).

顯然,αts在清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)定中起到一種調(diào)整的信號(hào)作用,反映清潔生產(chǎn)級(jí)別s比υt大還是小.因此,常稱(es, αts)為二元語(yǔ)義,而稱αts為語(yǔ)義符號(hào).

為了使污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)二元語(yǔ)義方法便于操作與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn),規(guī)定二元語(yǔ)義的大小如下:

(1)若es>ed(即s(ed,αrd),即污水處理廠At的清潔生產(chǎn)等級(jí)高于Ar,其中(es, αts)、(ed, αrd)分別是污水處理廠At、Ar的級(jí)別特征值υt和υr對(duì)應(yīng)的二元語(yǔ)義;

(2)若es=ed(即s=d),則污水處理廠At與Ar的清潔生產(chǎn)等級(jí)相同,這時(shí)可根據(jù)語(yǔ)義符號(hào)調(diào)整、確定它們的差異程度,具體做法:①當(dāng)αts=αrd時(shí),有(es,αts)=(ed,αrd),即At與Ar的清潔生產(chǎn)程度完全一樣;②當(dāng)αts>αrd時(shí),有(es,αts)<(ed,αrd),即At的清潔生產(chǎn)程度比Ar差(盡管都屬于相同的清潔生產(chǎn)等級(jí)),或者說(shuō),At的優(yōu)劣排序在Ar之后;③當(dāng)αts<αrd時(shí),有(es,αts)>(ed,αrd),即At的清潔生產(chǎn)程度比Ar好,也即At的優(yōu)劣排序在Ar之前.

顯然,這樣規(guī)定的二元語(yǔ)義排序方法既可以評(píng)定污水處理廠的清潔生產(chǎn)等級(jí),又能區(qū)分相同清潔生產(chǎn)等級(jí)的污水處理廠清潔生產(chǎn)的差異程度.

5 城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)實(shí)例分析

選取大連市3家污水處理廠A1、A2和A3作為清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)對(duì)象.污水處理廠A1建于1997年,采用A/O處理工藝,出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)[21]中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后排海.污水處理廠A2建于2007年,系國(guó)家863項(xiàng)目“水環(huán)境質(zhì)量改善技術(shù)與綜合示范”的重點(diǎn)示范工程之一,采用水解池+DN生物濾池+CN生物濾池的SBR處理工藝,出水達(dá)到一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)[21]后全部作為景觀水回用.污水處理廠A3建于2006年,采用水解池+DN生物濾池+CN生物濾池的處理工藝,出水達(dá)到一級(jí)B[21]標(biāo)準(zhǔn)后一部分回用、剩余部分排海.通過(guò)實(shí)際測(cè)量、獲取在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)地調(diào)查等方法,得到3家污水處理廠實(shí)際的清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)值,見(jiàn)表2.

根據(jù)式(1)～式(8)和表2,可計(jì)算得到污水處理廠A1關(guān)于二、三級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)隸屬度矩陣,以μ11和μ131為例,結(jié)果如下:

表2 三家污水處理廠各清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)值Table 2 Evaluation index values of cleaner production of three town sewage treatment plants

利用式(9),并結(jié)合表2的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,可算得污水處理廠A1關(guān)于二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)O31對(duì)于清潔生產(chǎn)等級(jí)e1、e2、e3的綜合隸屬度分別為:u1311=0.276,u1312=0.366,u1313=0.358,從而可得A1關(guān)于O31的等級(jí)綜合隸屬度向量為u131=(0.276,0.365,0.358).

類似地,可得到污水處理廠A1關(guān)于二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)O32對(duì)于清潔生產(chǎn)等級(jí)e1、e2、e3的綜合隸屬度分別為:u1321=0.344,u1322=0.327,u1323=0.329,也即得到A1關(guān)于O32的等級(jí)綜合隸屬度向量u132=(0.344,0.327,0.329).

于是,得到了污水處理廠A1關(guān)于一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)O3下所有二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)隸屬度矩陣為:

利用式(10)和表1的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,可計(jì)算得到污水處理廠A1關(guān)于一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)O3對(duì)于清潔生產(chǎn)等級(jí)e1、e2、e3的綜合隸屬度分別為:u131=0.31,u132=0.35,u133=0.34,即得到A1關(guān)于O3的等級(jí)綜合隸屬度向量u13=(0.31,0.35,0.34).

類似地,可計(jì)算得到污水處理廠A1關(guān)于一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)Oi(i=1,2,4,5,6)的等級(jí)綜合隸屬度向量分別為:u11=(0.19,0.35,0.46),u12=(0.34,0.39, 0.27),u13=(0.31,0.35,0.34),u14=(0.26,0.32,0.42), u15=(0.02,0.18,0.80),u16=(0.31,0.38,0.31).于是,得到了A1關(guān)于一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)隸屬度矩陣為:

利用式(11)和表1的指標(biāo)權(quán)重,計(jì)算得到A1對(duì)于清潔生產(chǎn)等級(jí)e1、e2、e3的綜合隸屬度分別為:u11=0.26,u12=0.33,u13=0.41,即得到了A1的等級(jí)綜合隸屬度向量u1=(0.26,0.33,0.41).同樣可計(jì)算得到u2=(0.40,0.36,0.24),u3=(0.35, 0.38,0.27).

利用式(12),計(jì)算得到A1的級(jí)別特征值為: υ=(1,2,3)uT=(1,2,3)(0.26,0.33,0.41)T=2.15.

類似地,可計(jì)算得到A2和A3的級(jí)別特征值分別為:υ2=1.84,υ3=1.92.

根據(jù)式(13),可把污水處理廠A1、A2和A3的級(jí)別特征值分別表示為下面的二元語(yǔ)義:

υ1=(2,0.15),υ2=(2,?0.16),υ3=(2,?0.08).按照前面規(guī)定的二元語(yǔ)義大小關(guān)系,可評(píng)定污水處理廠A1、A2和A3的清潔生產(chǎn)等級(jí)均為e2(即國(guó)內(nèi)清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平),但它們清潔生產(chǎn)程度不是完全一樣的,其優(yōu)劣排序?yàn)?A2>A3>A1,即A2比較好、A3居中、A1比較差.

從上述3個(gè)污水處理廠的各單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比來(lái)看,污水處理廠A2各項(xiàng)指標(biāo)值總體上要明顯好于A1和A3,而A1的各單項(xiàng)指標(biāo)值相對(duì)來(lái)說(shuō)是最差的.計(jì)算得到的排序結(jié)果與單項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比情況相一致,但通過(guò)計(jì)算得出的結(jié)論顯得更嚴(yán)謹(jǐn)、更可靠、更直觀.

若采用最大隸屬度原則,則污水處理廠A1、A2和A3的清潔生產(chǎn)等級(jí)可分別評(píng)定為:A1屬于等級(jí)e3;A2屬于等級(jí)e1;A3屬于等級(jí)e2.然而,A2屬于等級(jí)e1和屬于等級(jí)e2的隸屬度相差不多,且屬于等級(jí)e2、e3的隸屬度之和大于其屬于等級(jí)e1的隸屬度,即:u22+u23=0.36+0.24=0.60>0.40=u21.因此,把污水處理廠A2的清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)定為等級(jí)e1是不合適的,應(yīng)該評(píng)定為等級(jí)e2,這樣才會(huì)更加符合A2的清潔生產(chǎn)實(shí)際情況.類似地,把污水處理廠A1的清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)定為e3也是不合理.究其原因在于最大隸屬度原則僅僅考慮等級(jí)隸屬度的相對(duì)大小,而忽略了各個(gè)清潔生產(chǎn)等級(jí)的位置差異.

若采用對(duì)級(jí)別特征值取最大整數(shù)方法,由于[υ1]=2、[υ2]=1和[υ3]=1,則可評(píng)定污水處理廠A2和A3的清潔生產(chǎn)等級(jí)均為e1、A1的清潔生產(chǎn)等級(jí)為e2.分析發(fā)現(xiàn),級(jí)別特征值υ1=2.15和υ3=1.92比較接近2,且相差并不大,但對(duì)應(yīng)的污水處理廠卻被評(píng)定為不同的清潔生產(chǎn)等級(jí),這是不合理的.直觀上,由于υ3與2很接近,應(yīng)把A3的清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)定為e2.這表明,采用對(duì)級(jí)別特征值取最大整數(shù)方法評(píng)定污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)也會(huì)出現(xiàn)一些與利用最大隸屬度原則一樣的不合理現(xiàn)象.

6 結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建了城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)遞階指標(biāo)體系及其定性與定量評(píng)價(jià)指標(biāo)的等級(jí)隸屬函數(shù),據(jù)此建立了污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)模糊綜合模型,進(jìn)而提出城鎮(zhèn)污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)二元語(yǔ)義方法.理論分析與實(shí)例計(jì)算分析表明,本文提出的污水處理廠清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)二元語(yǔ)義方法不僅符合等級(jí)評(píng)價(jià)的概念要求,而且是可行、有效的,具有更好的適用性,并便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行符號(hào)運(yùn)算與處理,可為解決清潔生產(chǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)問(wèn)題提供一條新途徑,也可推廣應(yīng)用于類似的等級(jí)評(píng)價(jià)問(wèn)題.

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Two-tuple semantic model and method of cleaner production grade evaluation for town sewage treatment plants.

WANG Li-ling, ZHANG Shu-shen*, ZHANG Yun (Key Laboratory of Industrial Ecology and Environmental Engineering, Ministry of Education, School of Environmental Science and Technology, Dalian University of Technology, Dalian 116024, China). China Environmental Science, 2014,34(11)：2976～2984

The cleaner production grade evaluation problem of wastewater treatment plants was studied through the method of combining qualitative analysis with quantitive computation. The index system of cleaner production grade evaluation for urban sewage treatment plants and corresponding weights’ determination method were proposed. The fuzzy comprehensive model of the cleaner production grade evaluation for town sewage treatment plants was established and the two-tuple semantic model and method through introducing the concept of the grade eigenvalue were developed through using the linear weighted comprehensive method, fuzzy mathematics and the concept of two-tuple semantic. It was illustrated with a real example that the established two-tuple semantic model and method of the cleaner production grade evaluation were more operational, intuitionistic and easily explained. Thus, the two-tuple semantic model and method proposed in this paper were of good applicability and generalization value.

sewage treatment；cleaner production；fuzzy comprehensive model；two-tuple semantic；grade evaluation

X32

A

1000-6923(2014)11-2976-09

王麗玲(1978-),女,遼寧大連人,工程師,博士,主要從事工業(yè)生態(tài)與環(huán)境規(guī)劃方面的研究.發(fā)表論文5篇.

2014-02-13

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(71231003,71171055)

* 責(zé)任作者, 教授, zhangss@dlut.edu.cn