基于AHP層次分析法的九江市桶裝水銅綠假單胞菌污染的影響因素分析

傅志豐 周鶴 朱熠 許文蓓 張鴻

摘 要：桶裝水銅綠假單胞菌污染一直是困擾企業(yè)的一個(gè)重要問題，其直接影響人們的生命健康安全，在實(shí)際生產(chǎn)中引起污染的因素眾多，但引發(fā)九江市桶裝水銅綠假單胞菌污染的關(guān)鍵因素還不清楚。本文結(jié)合對(duì)不合格企業(yè)污染原因的調(diào)查，應(yīng)用AHP層次分析法分析桶裝水銅綠假單胞菌的污染因素，確定各因素權(quán)重。結(jié)果表明，回收桶污染或清洗消毒不徹底、過濾設(shè)備失效和臭氧消毒不徹底是九江市桶裝水銅綠假單胞菌污染的3個(gè)關(guān)鍵因素，相關(guān)企業(yè)應(yīng)予以重視，監(jiān)管部門應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管以保障人們的飲水安全。

關(guān)鍵詞：桶裝水；銅綠假單胞菌；AHP層次分析法；權(quán)重

Abstract： The Pseudomonas aeruginosa pollution in barreled water has always been an important problem puzzling enterprises， because it affects people’s health directly. There are many factors causing Pseudomonas aeruginosa pollution， however， the key factors causing pollution remains unknown. Thus， this paper applies AHP method to analyze the pollution factors and to determine the weight of each factor based on the surveys of unqualified products enterprises. The results indicated that the pollution of packaging barrels or incomplete sterilization， the failure of the filtrating equipment and the failure of ozone disinfection are three key factors. The enterprises should pay attention， and the marketing supervision administration should also strengthen the supervision， and then to ensure people’s safety of drinking water.

Keywords： barreled water; Pseudomonas aeruginosa; analytic hierarchy process method; weight

銅綠假單胞菌（Pseudomonas aeruginosa，PA）又稱綠膿桿菌，是一種重要的食源性條件致病菌。PA對(duì)人體危害性強(qiáng)，常引起術(shù)后傷口感染，由PA引起的感染病灶還可導(dǎo)致菌血癥和敗血癥[1]。

桶裝水是指經(jīng)過現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)加工的純凈水或礦泉水。近年來(lái)，桶裝水因其購(gòu)買、飲用便捷的特點(diǎn)，受到大眾的歡迎。然而，桶裝水目前也存在眾多問題。相關(guān)資料顯示，2014年至2018年，在國(guó)家及省級(jí)市場(chǎng)監(jiān)管部門共抽檢出的2 350批不合格桶裝水中，PA不合格占比達(dá)60.8%，因此PA污染是桶裝水最突出的質(zhì)量安全問題，必須分析污染原因并進(jìn)行控制。有關(guān)桶裝水受到PA污染的原因，目前發(fā)現(xiàn)的因素主要是水源污染[2]、生產(chǎn)過程控制不當(dāng)[3]（儀器設(shè)備污染、臭氧殺菌工藝參數(shù)設(shè)置不當(dāng)、過濾設(shè)備失效、蓄水池或管道污染等）、包裝材料[4]清洗不徹底、出廠檢驗(yàn)把關(guān)不嚴(yán)及運(yùn)輸儲(chǔ)藏控制不當(dāng)?shù)?。本課題組前期通過水專項(xiàng)抽檢研究發(fā)現(xiàn)，九江市桶裝水PA污染嚴(yán)重，2017—2022年6年間抽檢107批桶裝飲用水，有43批樣品PA不合格，總不合格率為40.2%。但引發(fā)桶裝水PA污染的關(guān)鍵因素及各因素的權(quán)重還不清楚，亟待探索。

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是一種將系統(tǒng)分解為多個(gè)目標(biāo)形成若干層次，再通過定性指標(biāo)量化的方法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，并排序，從而優(yōu)化決策的方法。近年來(lái)AHP法在確定影響因素權(quán)重方面發(fā)揮著重要的作用。例如，王育男[5]通過AHP法確定引起發(fā)動(dòng)機(jī)滑油污染故障的3個(gè)最主要因素依次是維護(hù)措施不落實(shí)、運(yùn)輸保管過程不落實(shí)及維修手段落后。姜啟軍等[6]通過AHP法發(fā)現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖主體是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展的最主要影響因素。故本文應(yīng)用該方法分析九江市桶裝水PA的污染因素，確定各因素權(quán)重，得出關(guān)鍵影響因素，為企業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)，為市場(chǎng)監(jiān)管部門指出重點(diǎn)監(jiān)管方向，進(jìn)而保障人們的飲水安全。

1 AHP法模型的建立步驟

1.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

通過對(duì)系統(tǒng)的綜合認(rèn)識(shí)確定決策目標(biāo)，將影響因素按照屬性不同分成若干級(jí)。一般情況下，一個(gè)層次模型分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層及決策方案層，其中目標(biāo)層為要解決的問題，準(zhǔn)則層為考慮的因素，決策方案層為決策時(shí)的備選方案。

1.2 構(gòu)造判斷矩陣

在確定各層次因素權(quán)重時(shí)，為了使一系列成對(duì)因素重要性的定性比較量化，常采用構(gòu)造兩兩比較矩陣的方法。即假設(shè)目標(biāo)層A與下一層中的B1、B2、．．．．．Bn元素有聯(lián)系，兩兩比較B層所有元素對(duì)上層A的影響程度，并進(jìn)行賦分，賦分方式采用SAATY等[7]提出的1～9標(biāo)度法，具體標(biāo)度及含義見表1。

1.3 一致性檢驗(yàn)

對(duì)判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)可評(píng)價(jià)模型的合理性。具體操作方法是根據(jù)矩陣運(yùn)算求得最大特征值為λmax，λmax對(duì)應(yīng)的特征向量就是準(zhǔn)則層對(duì)應(yīng)目標(biāo)層的權(quán)重，將λmax值代入公式中計(jì)算CI值，其中CI為一致性指標(biāo)，n為矩陣階數(shù)。CI=0表示有完全的一致性，CI越大，判斷矩陣不一致越嚴(yán)重。為衡量CI的大小，引入隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，其計(jì)算公式為，其中n（矩陣階數(shù)）與RI的關(guān)系見表2。

由于一致性偏離可能是由隨機(jī)原因造成的，因此引入檢驗(yàn)系數(shù)CR，其計(jì)算公式為，通常如果CR＜0.1，則表明分析排序結(jié)果具有一致性，即權(quán)重分配是合理的，否則就不具有一致性。

1.4 層次總排序

總排序是所有因素對(duì)于目標(biāo)層重要性的排序，具體計(jì)算方法是將同一層次單排序的結(jié)果逐級(jí)計(jì)算相對(duì)權(quán)重，最終得到?jīng)Q策方案層對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重，然后排序。

2 基于AHP法的九江市桶裝水PA污染因素的分析

2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

建立層次模型的目的是找出引起桶裝水PA污染的顯著性因素。本研究在深入九江市各桶裝水生產(chǎn)企業(yè)調(diào)查其產(chǎn)品PA不合格原因的基礎(chǔ)上，結(jié)合對(duì)一線技術(shù)人員、工程師及市場(chǎng)監(jiān)管人員的走訪，了解水生產(chǎn)的關(guān)鍵控制點(diǎn)，按類別不同將模型分為3個(gè)層級(jí)。如圖1所示，目標(biāo)層（A層）為桶裝水PA污染權(quán)重因素分析，準(zhǔn)則層（B）和決策方案層（C）為引起桶裝水PA污染的一二級(jí)因素，其B層分為5個(gè)因子，C層分為11個(gè)因子。

2.2 構(gòu)造判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

根據(jù)圖1中遞階層次結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)造判斷矩陣。其中判斷矩陣中各標(biāo)度的確定主要是在對(duì)九江市各縣區(qū)不合格桶裝水生產(chǎn)企業(yè)污染原因調(diào)查的基礎(chǔ)上，根據(jù)熟悉水生產(chǎn)工藝技術(shù)及質(zhì)量控制的企業(yè)技術(shù)人員、行業(yè)評(píng)審專家及市場(chǎng)監(jiān)管人員的評(píng)估得出，具體構(gòu)建過程如下。

2.2.1 目標(biāo)層與準(zhǔn)則層

目標(biāo)層A與準(zhǔn)則層B之間構(gòu)造判斷矩陣A5×5，即

對(duì)矩陣進(jìn)行四步運(yùn)算，過程如下。

第一步：求出判斷矩陣每一列之和，并歸一化，得標(biāo)準(zhǔn)化矩陣A'。

第二步：將標(biāo)準(zhǔn)化矩陣各行相加，得到列向量，并歸一化得到特征向量W。

第三步：求λmax。其計(jì)算公式為，

[（AW）i表示向量AW的第i個(gè)分量[8]；Wi為標(biāo)準(zhǔn)化后權(quán)重的第i個(gè)分量；n為矩陣階數(shù)]，即λmax=0.592 3/（5×0.117）+0.240 6/（5×0.047）+2.123/（5×0.400）+0.492 3/（5×0.096）+1.769/（5×0.341）=5.161 0。

第四步：對(duì)矩陣一致性檢驗(yàn)。根據(jù)1.3中公式，計(jì)算得CI=0.040 25，查表2得RI=1.12，根據(jù)公式計(jì)算CR=0.035 94＜0.1，說(shuō)明矩陣通過了一致性檢驗(yàn)，權(quán)重是可接受的。

2.2.2 準(zhǔn)則層與決策方案層

①準(zhǔn)則層B1與決策方案層C1、C2之間構(gòu)造判斷矩陣，經(jīng)特征根法求得λmax=2，特征向量，對(duì)B22進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，根據(jù)公式求得CI=0，CR=0，表明判斷矩陣的一致性可接受。②準(zhǔn)則層B2與子準(zhǔn)則層C3、C4之間構(gòu)造判斷矩陣，λmax=2，矩陣特征向量，CI=0，CR=0，說(shuō)明判斷矩陣的一致性可接受。③準(zhǔn)則層B3與子準(zhǔn)則層C5、C6、C7、C8構(gòu)造判斷矩陣，λmax=4.154，特征向量，CI=0.0513，查表2得RI=0.90，CR=0.057＜0.1，也通過一致性檢驗(yàn)。④由于水源因素既是準(zhǔn)則層又是決策方案層，因此未構(gòu)造二級(jí)矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。⑤準(zhǔn)則層B5與子準(zhǔn)則層構(gòu)造判斷矩陣，矩陣λmax=2，特征向量，CI=0，CR=0，也通過了一致性檢驗(yàn)。

2.3 層次總排序

通過計(jì)算決策方案層中引起九江市桶裝水PA污染的11個(gè)因素對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重進(jìn)行排序，所得結(jié)果見表3。

2.4 評(píng)價(jià)模型的分析及建議

由2.2.1中A5×5對(duì)應(yīng)的特征向量W可知，準(zhǔn)則層引起九江市桶裝水PA污染的因素中權(quán)重值最高的為生產(chǎn)工藝技術(shù)參數(shù)，第2位是包裝用桶因素，所占權(quán)重值分別為0.400和0.341，權(quán)重值最小的為環(huán)境性因素，僅為0.047。

由表3可知，在決策方案層的11個(gè)二級(jí)指標(biāo)中，回收桶污染或清洗消毒不徹底、臭氧消毒不徹底、過濾設(shè)備失效對(duì)目標(biāo)層的相對(duì)權(quán)重最高，分別為0.298 4、0.217 2和0.122 8，其余各因素均小于10%，這說(shuō)明三者是引起九江市桶裝水PA污染的關(guān)鍵因素，其中以回收桶污染問題尤為突出，這些問題也得到了企業(yè)的普遍認(rèn)可，而成品水儲(chǔ)藏環(huán)境不適宜對(duì)目標(biāo)的總權(quán)重僅為0.005 875，說(shuō)明該因素在引起桶裝水PA污染中影響最弱。各污染因素權(quán)重分析結(jié)果可為九江市桶裝水PA污染整治提供理論依據(jù)。下一步工作應(yīng)重點(diǎn)整治本研究權(quán)重高的問題。①針對(duì)回收桶污染或清洗消毒不徹底的問題，企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按預(yù)清洗、洗滌劑清洗、消毒劑清洗、水沖洗、成品水沖洗等流程清洗消毒，要求配備相應(yīng)清洗設(shè)備，不少于10個(gè)清洗消毒工位（含瀝干工藝），盡量采用機(jī)器清洗回收桶，適當(dāng)增加回收桶的消毒和清洗時(shí)間，并且定期對(duì)回收桶進(jìn)行更換。②企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格把控臭氧殺菌工藝，在保證溴酸鹽指標(biāo)合格的基礎(chǔ)上，摸索符合本企業(yè)特點(diǎn)的最佳殺菌參數(shù)，并定期對(duì)臭氧發(fā)生器的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢查，如發(fā)現(xiàn)異常立即進(jìn)行檢修或更換。③針對(duì)過濾設(shè)備失效的問題，企業(yè)應(yīng)定期對(duì)石英砂過濾器、活性炭過濾器、精密過濾器等設(shè)備的水體過濾效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)和記錄，并對(duì)活性炭、石英砂、反滲透膜等耗材進(jìn)行定期更換。

3 結(jié)論

AHP法結(jié)合實(shí)際情況以及專家的經(jīng)驗(yàn)判斷得出影響因素的權(quán)重。本研究應(yīng)用該方法對(duì)九江市桶裝水PA的污染因素進(jìn)行分析，得出回收桶污染或清洗消毒不徹底、臭氧消毒不徹底、過濾設(shè)備失效是引起桶裝水PA污染的關(guān)鍵因素，這為企業(yè)質(zhì)量控制提供了科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為市場(chǎng)監(jiān)管部門指出了重點(diǎn)監(jiān)管方向，進(jìn)而促進(jìn)九江市桶裝水質(zhì)量水平的提升。

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