1、運用AHP法構建新建城市污水廠處理工藝評選指標體系的研究論文摘要：新建城市污水廠處理工藝的選擇是一個多因素群決策的問題。層次分析法AHP是將定量分析與定性分析相結合的綜合決策方法，其能為解決這類問題提供依據。AHP法作為新建污水廠處理工藝選擇的計算模型兼顧考慮并量化了候選處理工藝的經濟、技術和環境性能。AHP法的核心內容是構建新建城市污水廠處理工藝評選的指標體系。指標體系包括具體指標和指標的權重。論文關鍵詞：城市污水處理廠,層次分析法,指標體系,權重概述隨著國家對城市水污染防治要求的提高，對城市污水處理率及處理程度的要求越來越高，一些污水處理率不高的城市逐步新建城市污水處理廠。我國現運用于實際

2、生產的城市污水處理工藝眾多，有A/O工藝、氧化溝工藝、CASS工藝、CAST工藝、BAF工藝、UNITANK工藝等。每種工藝有其自身的優缺點與使用范圍，不同的工藝之間也存在許多共性，如某地新建污水處理廠時，選用的技術可以為A/O工藝、氧化溝工藝或CASS工藝，但具體選用何種工藝最好，不僅需要多名專家考慮各備選工藝特點，還需要考慮新建污水廠實際情況，如氣候、地理等自然條件，因此，新建城市污水處理廠處理工藝的選擇是一個多屬性群決策問題，需要運用一套方法學對其進行評價，從而確定選用處理工藝。層次分析法AHP為決策者解決這類問題提供了依據。運用AHP法首先要建立新建污水廠處理工藝評選的指標體系，指標體

3、系包括具體的指標和指標的權重。建立的指標體系包含了城市污水處理工藝經濟、技術和環境三方面的主要性能，因此，AHP法作為新建污水廠處理工藝選擇的計算模型兼顧考慮并量化了候選處理工藝的經濟、技術和環境性能，計算結果有科學依據并易于被決策者接受。1.AHP法簡介AHP法分析過程分為四步：1根據評價對象與評價目標，將問題層次化；2選定適宜的比例標度，構造判斷矩陣；3進行層次單排序及一致性檢驗；4進行層次總排序及一致性檢驗。具體求解過程如圖1所示：圖1層次分析法分析過程將問題層次化是指將問題層層剖析，選擇適合各個層次的因素，并按照一定原那么將相鄰的上下兩層因素進行關聯，下一層因素是對上一層關聯因素的細化

4、和具體化。構造判斷矩陣是指專家根據選定的標度對同層次與上一層次某因素相關聯的因素兩兩之間進行比擬并賦值而得到的矩陣。本研究采用1-9標度，如表1所示。構造的判斷矩陣結構如表2所示。層次單排序是指計算某層次與上一層次某因素相關聯的因素之間的權重系數，為了保證單排序的準確性，需要進行單排序一致性檢驗。層次總排序是指各層因素相對于總目標的權重系數，為了確保總排序是否合理，需要對總排序一致性進行檢驗。表11-9標度法判斷矩陣標度含義表 重要性標度 含義 1 表示兩個元素相比，具有同等重要性 3 表示兩個元素相比，前者比后者比擬重要 5 表示兩個元素相比，前者比后者明顯重要 7 表示兩個元素相比，前者比

5、后者非常重要 9 表示兩個元素相比，前者比后者極為重要 2，4，6，8 表示上述判斷的中間值 1-9倒數 假設元素i與元素j的重要性之比為 ,那么元素j與元素i的重要性之比為 =1/ 表2構造的判斷矩陣結構 A B B B B B B i,j=1,2,n表示因素B與B相對A的重要性標度值。在判斷矩陣中,其元素滿足關系：0(i,j=1,2,n)；=1i=1,2,n；=1/。2.判斷矩陣計算方法運用專家構造的判斷矩陣計算專家對指標權重賦值采用乘積方根法，引入隨機一致性比率，對構造的判斷矩陣層次單排序和層次總排序一致性進行檢驗。1層次單排序計算過程：乘積方根法求解步驟如下：構造如表2判斷矩陣A；計算

6、判斷矩陣每一行元素的幾何平均值，得矩陣B：;i=1,2,n;將矩陣B歸一化處理，得到矩陣A最大特征值所對應的特征向量W：；2層次單排序一致性檢驗計算過程：利用以上求解的W計算判斷矩陣最大特征值：由得：；0；計算矩陣的一致性指標C.I.：； 階數n 2 3 4 5 6 7 8 R.I. 0 0.5149 0.8931 1.1185 1.2494 1.3450 1.4200 階數n 9 10 11 12 13 14 15 R.I. 1.4616 1.4874 1.5156 1.5405 1.5583 1.5779 1.5894 計算隨機一致性比率C.R.：；3層次總排序及一致性檢驗計算過程：首先定

7、義層與K-1層因素j有關的因素相對于總目標權重系數矩陣，。假定第K-1層j因素相對于總目標的層次總排序權重系數為，如果j=2，那么即為j因素對總目標的單排序權重系數。第K層與K-1層因素j有關的因素相對于j因素的權重系數向量為C，。計算：；構造的判斷矩陣不僅要滿足層次單排序一致性檢驗，同時要滿足層次總排序一致性檢驗。層次總排序檢驗步驟是從上到下逐步進行的，計算方法如下：0式中：第K層與K-1層因素j有關聯的因素的一致性指標；第K層與K-1層因素j有關聯的因素的平均一致性指標；第K-1層j因素總排序權重系數；n第K-1層因素個數。結合我國城市污水處理要求及城市污水處理廠處理效果考核指標，在選擇指

8、標，構建指標體系時，遵循以下原那么：1系統性原那么指標體系應能全面反映城市污水處理工藝整體特征，指標體系的整體評估功能大于各分項指標的簡單總和。2獨立性原那么同層次上的指標不應具有包含關系，保證指標之間相互獨立，使指標能從不同方面反映上一層指標的具體內容。3科學性原那么科學性原那么不僅僅是選取的指標科學，而且要求指標選取的方法要科學，以科學理論為指導，以客觀系統本質聯系為依據，定性與定量分析相結合，建立能正確反映系統整體和內部相互關系的指標體系。4易得性原那么選取的指標必須容易得到，這里的容易得到不僅僅指指標本身容易得到，而且也指指標的數值容易得到。5可比性原那么選取的指標對系統描述程度有所不

9、同，其權重賦值也不相同，因此需要選取的指標具有可比性。系統評估的指標體系可比性越強、評估結果的可信度就越大。4.指標體系構建在確定了指標體系構建原那么之后，下一步工作是指標體系具體指標的選擇及確定。指標的篩選分為兩個過程：首先運用頻度統計法、理論分析法初步篩選出評價指標，其次運用專家咨詢法對初步篩選的指標進行咨詢并最終確定指標。專家咨詢往往需要進行多輪，每一次對專家回饋的信息進行總結，然后將總結結果反應給各專家，各專家根據反應的信息再次對評價指標體系進行修改，直至各專家的意見統一或者根本統一。本研究最終確定將新建污水廠處理工藝評選的指標體系分為三個層次：目標層、準那么層和指標層。指標體系兼顧了

10、城市污水處理工藝的經濟性能、技術性能和環境性能方面的主要指標。各層具體因素見表4所示。表4新建污水廠處理工藝評選的指標體系指標 目標層 準那么層 指標層 污水處理技術 經濟性能 單位建設投資 單位運行本錢 單位占地面積 投資回收期 技術性能 抗水力負荷沖擊能力 抗污染負荷沖擊能力 出水COD 出水BOD 出水氨氮 出水TN 出水TP 出水SS COD去除率 BOD 去除率 氨氮去除率 TN去除率 TP去除率 SS去除率 環境性能 污泥產量 廢氣污染程度 噪聲污染程度 5.指標體系權重確定AHP法指標體系各指標權重是通過向選定的專家發放專家咨詢表，對專家填寫的指標體系判斷矩陣進行計算而得得到的。

11、判斷矩陣是在選定的1-9標度下，通過專家對各層次相關聯指標進行兩兩比擬打分而得到的。選擇專家時，要包括熟悉污水處理技術的污水廠相關運營技術人員、環保部門監管人員及獨立的污水處理科研專家。選擇不同行業的專家是為了防止判斷矩陣構造的片面性，因為不同行業的專家對指標比擬打分時，側重點有可能不同，從而充分結合了各行業意見，保證判斷矩陣內容全面性。本研究向20名專家發放指標體系判斷矩陣構造咨詢表，并運用EXCEL編程對調研結果進行計算。最后收回15份咨詢表，有效咨詢表12份，經計算后，17份咨詢表判斷矩陣符合一致性要求，對其余5份未符合一致性要求的提出修改意見后反應給專家，專家對其判斷矩陣重新進行構造，

12、最后均符合一致性要求。計算各專家構造的判斷矩陣而得到各專家對指標體系的權重賦值，假定各專家的專家權重相等，最終的指標體系權重是對各專家對指標體系權重賦值的加權平均值。經計算，指標體系權重為表5和表6所示。表5準那么層因素相對總目標權重 準那么層 因素 相對總目標權重 經濟性能 0.2255 技術性能 0.6738 環境性能 0.1007 表6準那么層因素相對總目標層權重 指標層 指標層因素相對總目標權重 單位建設投資 0.0569 單位運行本錢 0.1153 單位占地面積 0.0160 投資回收期 0.0374 抗水力負荷沖擊能力 0.0149 抗污染負荷沖擊能力 0.0149 出水COD 0

13、.1110 出水BOD 0.0685 出水氨氮 0.0685 出水TN 0.0685 出水TP 0.0685 出水SS 0.0371 COD去除率 0.0475 BOD 去除率 0.0353 氨氮去除率 0.0353 TN去除率 0.0353 TP去除率 0.0353 SS去除率 0.0333 污泥產量 0.0789 廢氣污染程度 0.0136 噪聲污染程度 0.0082 新建污水廠處理工藝評選的指標體系建立后，下一步工作重點那么是調研，收集備選工藝實際運行數據。調研工藝一般以新建污水廠附近地域的實際運行污水廠為主，因為這些運行工藝所處的地理、氣候等自然條件與新建污水廠相似，所以更具可比性。根

14、據調研得到的數據，運用構建的指標體系進行計算，最終得到各備選方案的得分，并依據得分上下，對備選工藝進行適應性排序，選擇得分高的處理工藝。6.結論與建議1.現對新建污水廠處理工藝的選擇往往是通過專家定性判斷而得，沒有定量描述，因此，需要建立一個通過以專家判斷為根底的將定性和定量相結合的模型作為新建污水廠處理工藝選擇的依據。2.AHP法是將定量分析與定性分析相結合的多目標綜合決策方法，AHP法分為四個步驟1根據評價對象與評價目標，將問題層次化；2選定適宜的比例標度，構造判斷矩陣；3進行層次單排序及一致性檢驗；4進行層次總排序及一致性檢驗。3.將AHP法作為新建污水廠處理工藝選擇的計算模型兼顧考慮并

15、量化了候選處理工藝的經濟、技術和環境性能。其核心內容就是構建新建污水廠處理工藝評選的指標體系，指標體系不僅僅包括具體的指標，還包括各指標相對于總目標的具體權重。4.指標和指標權重均通過專家調研得到。指標權重通過計算專家依據1-9標度構造的判斷矩陣而得。運用乘積方根法對判斷矩陣進行計算，并引入隨機一致性比率對指標單層次排序一致性和總排序一致性進行檢驗。5.新建污水廠處理工藝評選的指標體系構建完成后，下一步工作重點那么是對備選工藝進行調研，收集實際運行數據，調研的重點是在新建污水廠附件的已運行工藝。運用構建的指標體系對調研數據進行計算并依據計算結果，選擇得分高的處理工藝。參考文獻1 葉義成, 柯麗華, 黃德育. 系統綜合評價技術及其應用.北京: 冶金工業出版社, 2006.2 胡天覺,