客观定权的农药废水治理技术多目标筛选方法

摘要

本发明公开了客观定权的农药废水治理技术多目标筛选方法，属于农药废水治理技术的筛选方法领域。其步骤包括：(1)将专家咨询评价、TOMASO以及PROMETHEE相结合，由专家咨询评价获得农药废水处理技术在各个指标下的定性评价结果，对该结果进行量化后作为训练集；(2)就处理技术的指标进行定性评价，最终获得农药废水处理技术在各个指标下的优先度以及在指标体系下总的优先度；(3)各个指标的客观权重，结合PROMETHEE I和PROMETHEE II法对农药废水处理技术在指标体系下的优先度进行排序。发明对农药废水处理技术进行筛选，综合考虑了经济、技术、环境等各个方面的因素，客观全面。筛选结果对农药废水的治理具有重要的指导意义。

说明书

技术领域

本发明涉及农药废水治理技术的筛选方法，更具体的说是涉及客观定权的农药废水治理技术多目标筛选方法。

背景技术

我国是农业生产大国，因而也是农药生产和使用大国，近几年我国农药的品种和产量实现了大幅度增长，自2004年起农药产量稳居世界第二。随着农药工业的快速发展，环保问题日益突出。大量的农药“三废”未经处理通过多种渠道直接进入环境和食物链。由于我国农药工艺技术水平较为落后，污染治理的资金投入和技术水平有限，致使“三废”排放造成的污染相当严重。据不完全统计，农药行业每年排放的废水约占全国工业废水排放总量的2～3％，但处理达标率极低。农药生产过程中环境污染严重等问题，制约着农药行业的可持续发展，也对我国的食品安全和环境保护构成了威胁。

农药污染问题以废水最为严峻和突出，对农药废水的治理除采用清洁生产工艺和新的合成技术，进一步减少污染物排放外，还需加强新型、高效的末端治理技术的开发和应用。目前农药废水的处理技术就单个技术种类而言，包括物理法、化学法和生物化学法，以及近些年发展的新方法。其中物理法主要包括吸附法(陈火林，卢俊彩，蒋丽丽等.应用大孔吸附树脂从农药废水中回收毕克草.化学研究与应用.2007，19(3)：760-763.)、萃取法(迟春娟，张嗣炯.液-液萃取处理高氯难降解有机废水.环境污染治理技术与设备.2001，2(6)：50-56.)、汽提、吹脱法(徐斌文.汽提法处理氧化乐果合成废水的研究.化工环保，1993，13(4)：194-198.)等；化学法主要包括混凝沉淀法(傅学起，赵晓兵，尹丽华.混凝在绿磺隆农药废水处理中的应用.水处理技术，1995，21(4)：241-245.)、焚烧法(张永梅，孙洁，吴茂.焚烧法处理高浓度有机农药生产废水.给水排水，2008，34(1)：59-61.)、光催化氧化法(陈昌胜，崔鹏.光催化处理精喹禾灵农药生产废水的研究.安徽化工，2005，133(1)：49-51.)、臭氧氧化法(陈爱因，孙红文.臭氧深度氧化法处理2，4-二氯苯氧乙酸农药废水.环境污染与防治，2005，27(9)：676-679.)、微电解法(张树艳，程丽华，曹为祥.铁炭微电解处理农药废水的研究.化学工程师，2004，9：35-37.)等；此外，磁分离法和超声波处理技术(朱杰，张静，高梅.超声波技术与方法在有机磷农药废水降解中的应用研究.生命科学仪器，2005，3(4)：32-34.)是近几年研究发展起来的新型的农药污水处理技术。

有机磷类农药是农药中最重要的一类，由于其光谱高效在国内广泛使用，2007年有机磷类农药产量占我国农药总产量的50％左右。有机磷类农药生产过程中产生的废水不但量大，而且性质特殊，全行业处理后的废水排放量在2000万吨以上，废水中的COD含量极高，主要为难生物降解的有机物，即使生化处理去除率达到85％，COD总的排放量仍然较大。因此有机磷类农药废水被认为是一种极难处理的高浓度有机废水。有机磷类农药废水处理基本上采用预处理加生化处理的方法，徐波、许翔采用碱解氧化—厌氧滤池—SBR好氧生化工艺处理三唑磷农药废水，经处理后的废水水质达到《污水综合排放标准》(GB8978-96)二级标准(徐波，许翔.碱解氧化-厌氧滤池-SBR工艺处理有机磷农药废水.给水排水，2004，30(2)：40-42.)。康琼仙、康建雄等应用UASB-SBR工艺处理高浓度有机磷农药废水，先采用UASB处理技术，COD去除率平均达到58.3％，接着采用SBR技术做接口试验，COD去除率平均达到84.5％。Sheng Chen等用Fenton混凝法对有机磷废水进行预处理，以提高废水的可生化性，接着采用MBBR工艺进行生化氧化，COD的去除率达到85％以上(Sheng Chen，Sun Dezhi，Chung Jong-Shik.Theatment of pesticide wastewater by moving-bed biofilm reactor combined withFenton-coagulation pretreatment.2007，144(1-2)：577-584.)。

拟除虫菊酯类农药是根据天然除虫菊素的结构人工合成的一类仿生杀虫剂，具有对人畜低毒、高效、低残留量、环境相容性好等优点，已逐步取代剧毒的有机磷类农药。但是其化学结构复杂，合成步骤多，中间体繁杂，致使农药生产过程中产生的废水成分极其复杂，且含有大量有毒或难降解的有机化合物以及CN^-、Cl^-、SO₄^2-等无机盐，对生物体毒害极大。刘风英、李鹏等采用二氧化氯对菊酯类农药合成中产生的含氰废水直接进行处理，该法CN-总的去除率高达99％以上，处理后污水含氰<0.5mg/L(刘风英，李鹏，程翠花等.菊酯类农药合成中含氰废水的处理方法.农药，2006，45(8)：533-534)。王军等从被该类农药废水污染的土壤中分离、筛选出具有较强降解能力且可将拟除虫菊酯类废水作为惟一能源和碳源的细菌，将菌株混合，获得性状稳定的活性菌液ALMO后用半软性填料进行挂膜，处理该类农药废水。当进水COD分别为6810、3130、1890mg/L时，经过24h的作用，细菌膜对COD的降解率可以达到24.8％、43.5％和53.4％(王军，刘宝章，芮中南.高效细菌挂膜处理菊酯类、杂环类农药废水.环境工程，2002，20(2)：21-22)。

我国农药生产企业过多，厂点分散，大宗产品不能形成大规模生产。原药企业平均生产能力很低，同一个产品有几家、甚至是十几家企业生产。平均每家农药生产企业销售收入和利润很少，不可能在工艺技术开发、产品质量保证、环境保护等方面投入很多。农药生产废水的有效处理，要针对具体废水的水质、水量和当地的环境实际状况，筛选出技术可行、经济合理的处理方案。

目前，危险废物处置技术评价方法主要包括专家评价法、层次分析法(AHP)、消去与选择转换法(ELECTRE)、生命周期评价法和环境技术评价法等。其中，ELECTRE方法是1966年由Benayoun提出的，该方法由于在分析初期就因为替代方法模糊不清的属性而忽略了一些重要的决策支持信息，其合理性受到质疑。AHP法应用系统方法，收集专家意见，将复杂问题分解简化，建立阶层结构，对方案主观模糊的评价予以量化，使之便于比较计算，但该方法存在较大的随意性，当专家意见分歧、认知差异性大时，获得的权重值比较不具代表性。PROMETHE(Preference Ranking Organization Method for Enrichment Evaluation，简作PROMETHEE)方法是由B.Roy首先提出的，包括两种评价模型PROMETHEE I和PROMETHEE II。相比而言，PROMETHE法通过建立一般化准则的偏好函数，以流量的方式评估方案的优先顺序，比较不受专家意见相左等主观因素的影响，克服了ELECTRE模型固有的问题，并在指标重要性评价上优于AHP方法。Tarik Al-Shemmeri等利用以上三种方法对水资源保护和利用方面的决策支持方法问题进行比较和分析，认为PROMETHEE是优选方法(TarikAl-Shemmeri，Bashar Al-Kloub，Alan Pearman.ModelChoice in MulticriteriaDecision Aid.European Joumal of Operational Research，1997，97(3)：550-560.)。

鞠芳辉、刘德学将PROMETHEE法引入建设项目方案环境影响评价，并用梯形模糊数的概念对其进行改进，更好地代表了这类决策的真实环境，满足了其中的弱优先性和不可比性特点的特殊要求(鞠芳辉、刘德学.建设项目方案环境影响的模糊PROMETHEE排序.管理工程学报，2003，17(3)：85-89.)。蒋艳等采用PROMETHEE法对污水处理厂各建设项目进行排序，确定最优的项目建设顺序(蒋艳，赵勇，岳超源.城市污水处理厂建设项目评价模型及结果研究.环境保护，2002，30-31.)。Dina Al-Rashdan等将PROMETHEE法用于约旦地区的建设项目的环境影响评价，提高了环境决策的灵活度和效率(Dina Al-Rashdan，Bashar Al-Kloub，Angela Dean，Tarik Al-Shemme ri.Environmental Impact Assessment andRanking the Environmental Projects in Jordan.)。Godwin A.Ayoko等首次将PROMETHEE和GAIA法用于室内外空气质量数据的分析，了解空气质量差异的主要影响因素(Godwin A.Ayoko，Lidia Morawska，Serge Kokot，Dale Gilbert.Application of Multicriteria Decision Making Methods to Air Quality in the Micro-environments of Residential Houses in Brisbane，Australia.Environ.Sci.Technol.，2004，38(9)：2609-2616.)。此外，PROMETHEE法还被较多地用于固体废物处置中的项目决策的研究(Dolores Queiruga，Grit Walther，Javier Gonza′lez-Benito，Thomas Spengler.Evaluation of sites for the location of WEEE recycling plants inSpain.Waste Management，2008，28：181-190.K.Rousis，K.Moustakas，S.Malamis，A.Papadopoulos，M.Loizidou.Multi-criteria analysis for the determination of thebest WEEE management scenario in Cyprus.Waste Management，2008，28：1941-1954.Goran Vego，Natalija Koprivanac.Application of multi-criteriadecision-making on strategic municipal solid waste management in Dalmatia，Croatia.Waste Management，2008，28：2192-2201.)。

然而PROMETHEE方法无法解决客观权重的问题，其权重的设定比较武断，为了获得更为准确客观的结果，需要借助其他辅助的权重计算方法。TOMASO(Tool for Ordinal Multi-Attribute Sorting and Ordering)是2001年由Roubens提出的，它通过由专家咨询评价获得的训练集(包括方案在某一指标下的优先级以及方案总的优先级)，综合考虑指标间的相互影响，计算出指标在方案评估中的客观权重。Marichal等将该方法用于老师对学生按成绩好坏分组的问题，并比较了TOMASO相对于PROMETHEE方法在权重方面的比较优势(Jean-Luc Marichal，Patrick Meyer，Marc Roubens.Sorting multiattribute alternatives：The TOMASO method.Computers & Operations Research，2005，32(4)：861-877.)。

文献和专利检索结果表明，在本发明完成之前，还未发现将TOMASO方法用于处理环境保护中多目标决策问题的报道，自然也未见有PROMETHEE和TOMASO耦合后用于农药废水治理技术筛选的报道。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

现有农药废水防治技术路线所涉及的单个技术或组合技术各有优缺点，有的处理效果好，有的经济可行性好，需要对不同的技术进行综合评价，筛选出符合实际情况的农药废水处理技术体系。筛选需参考的因素涉及经济、社会、环境、技术等各个方面，而每个方面又包含了众多指标。本发明的目的是要提供一种客观定权的农药废水治理技术多目标筛选方法，TOMASO方法是对PROMETHEE方法很好的补充，两者结合使用，可以弥补PROMETHEE方法在权重设定上的不足，充分发挥TOMASO法的自学习客观权重和PROMETHEE法的偏好函数评价的优势，获得更为客观合理的筛选结果。通过此方法可以快速高效地对众多指标进行分析，按优先度对农药废水治理技术进行排序后获得最优废水治理方案。

2.技术方案

本发明的基本原理是，将专家咨询评价的结果定量化后用于TOMASO法自学习，获得指标体系中各个指标的客观权重，以替代PROMETHEE方法中较武断的设定权重的方法，同时避免单纯专家咨询评价所带来的人为误差。之后针对每个指标的特点选择合适的偏好函数，并设定相应的阈值，用PROMETHEE方法对农药废水处理技术进行多目标筛选。

采用的技术方案如下：

客观定权的农药废水治理技术多目标筛选方法，其步骤包括：

(1)将专家咨询评价、TOMASO以及PROMETHEE相结合，由专家咨询评价获得农药废水处理技术在各个指标下的定性评价结果，对该结果进行量化后作为训练集，用于TOMASO自学习得到各个指标的客观权重，该权重随后被引入PROMETHEE法对农药废水处理技术进行多目标筛选。

(2)从所有的农药废水处理技术中选取十种以上的废水处理技术，制作包含处理技术和指标体系的专家咨询评价表，聘请相关领域的专家就处理技术在某些方面的指标进行定性评价，最终获得农药废水处理技术在各个指标下的优先度以及在指标体系下总的优先度。其中，指标体系根据实际情况涉及经济指标、技术指标、环境指标或区域指标，优先度用5种尺度来衡量，分别为很好、好、中等、差、很差。用数字1-5对5种尺度进行量化后，将量化结果作为TOMASO法的训练集，经计算后得到指标体系中各个指标的客观权重。

(3)使用上面步骤获得的各个指标的客观权重，结合PROMETHEE I和PROMETHEE II法对农药废水处理技术在指标体系下的优先度进行排序。具体步骤如下：首先对每个指标的偏好进行设定，是偏好于最大还是最小。然后针对每个指标的特点选择合适的偏好函数，并设定相关的阈值。经计算后获得各个农药废水处理技术在指标体系下的净流量，同时根据净流量的高低生成PROMETHEE II优势关系图，以便于直观观察。净流量最大的处理技术为最优农药废水处理技术。(在PROMETHEE方法中，为获得所有处理技术的偏好序列结构，对每个处理技术定义外出流和进入流，其中外出流代表指定处理技术优于其他处理技术的所有偏好总和，进入流代表指定处理技术劣于其他处理技术的所有偏好总和，净流量表示该处理技术外出流与进入流的差值，其值越大表明该处理技术的优先度越高)。

选定的农药废水处理技术进行专家咨询评价，将评价结果进行定量化描述后，作为TOMASO法的训练集，计算出指标体系中各个指标的客观权重，替代PROMETHEE方法中较武断的设定权重的方法，用于PROMETHEE方法对农药废水处理技术的多目标筛选。

步骤(2)中对专家咨询评价获得的定性结果进行定量化处理，用TOMASO法计算指标体系中各个指标的客观权重。

步骤(3)中用TOMASO法对PROMETHEE方法进行客观定权，对农药废水处理技术进行客观合理的多目标筛选。

3、有益效果

本发明公开了客观定权的农药废水治理技术多目标筛选方法，采用本发明方法对农药废水处理技术进行筛选，综合考虑了经济、技术、环境等各个方面的因素，客观全面。方法成本低廉、简便可靠，能够节省大量的人力、物力、财力，筛选结果对农药废水的治理具有重要的指导意义。

附图说明

图1为有机磷类农药废水处理技术筛选PROMETHEE II优势关系图；

图2为拟除虫菊酯类农药废水处理技术筛选PROMETHEE II优势关系图。

具体实施方式

以下通过实施例结合附图进一步说明本发明(实施例应当按照权利要求中的技术方案一步步详细描述，主要是英文系统的描述和具体步骤的选择)

实施例1：

采用本发明方法对有机磷类农药废水中5种常见的处理技术进行筛选，考虑到处理技术中除核心处理单元外的其他设施对筛选结果影响很小，所以在筛选时仅对核心处理单元进行研究分析。选定的处理技术中的核心处理单元分别为：A为微电解池+TC反应仪+接触氧化池，B为厌氧流化床+CAST池+反应池，C为UASB+厌氧、好氧池+絮凝气浮池，D为调节兼氧池+BSBR+絮凝气浮池，E为超声气浮池+微电解池。选取10种农药废水处理技术进行专家咨询评价，所制作的专家咨询表中包含的处理技术为：SBR法、活性污泥法、臭氧氧化法、生物膜法、Fenton试剂氧化法、光催化氧化法、混凝沉淀法、电化学氧化法、吸附法和好氧厌氧氧化法；包含的指标体系为：一次性投资费用、COD去除率、运行费用、占地面积和设备操作的难易程度，涵盖了经济、技术和环境三个方面，聘请经济、环境领域的专家就处理技术在这些方面的指标进行定性评价。以1-5的标度对专家咨询评价获得的优先级的结果进行定量化处理，其中1代表很坏，2代表坏，3代表中等，4代表好，5代表很好。将量化结果作为TOMASO法的训练集，经计算后得到5种指标的客观权重分别为19.2％，31.6％，19.2％，15％和15％。将该权重用于PROMETHEE方法对5种处理技术进行多目标筛选，主要参数设定如下：除COD去除率偏好最大外其他指标偏好最小。一次性投资费用选用Linear偏好函数，运行费用和占地面积选用Level偏好函数，COD去除率选用V-Shape偏好函数。将设备操作的难易程度分为难、中等、易三级，用数值1-3对难易程度进行量化后，采用Level偏好函数对该指标进行处理。筛选结果见附图1，可见处理技术B为优选有机磷类农药废水处理技术。

实施例2：

采用本发明方法对拟除虫菊酯类农药废水中6种常见的处理技术进行筛选，考虑到处理技术中除核心处理单元外的其他设施对筛选结果影响很小，所以在筛选时仅对核心处理单元进行研究分析。选定的处理技术中核心处理单元分别为：A为生化池，B为厌氧、好氧池，C为铁炭池+水解酸化池+生化池，D为ICB固定床，E为硅藻土过滤池+厌氧、好氧池，F为接触氧化池+UASB+HCR+三相生物流化床。选取10种农药废水处理技术进行专家咨询评价，所制作的专家咨询表中包含的处理技术为：SBR法、活性污泥法、臭氧氧化法、生物膜法、Fenton试剂氧化法、光催化氧化法、混凝沉淀法、电化学氧化法、吸附法和好氧厌氧氧化法；包含的指标体系为：一次性投资费用、COD去除率、运行费用、占地面积、设备操作的难易程度和人均水资源占有量，涵盖了经济、技术、环境和区域四个方面，聘请经济、社会、环境领域的专家就处理技术在这些方面的指标进行定性评价。以1-5的标度对专家咨询评价获得的优先级的结果进行定量化处理，其中1代表很坏，2代表坏，3代表中等，4代表好，5代表很好。将量化结果作为TOMASO法的训练集，经计算后得到6种指标的客观权重分别为14.7％，21.2％，14.7％，10.5％，10.5％和28.4％。将该权重用于PROMETHEE方法对6种处理技术进行多目标筛选，主要参数设定如下：除COD去除率、人均水资源占有量偏好最大外其他指标偏好最小。一次性投资费用选用Linear偏好函数，运行费用和占地面积选用Level偏好函数，COD去除率和人均水资源占有量选用V-Shape偏好函数。将设备操作的难易程度分为难、中等、易三级，用数值1-3对难易程度进行量化后，采用Level偏好函数对该指标进行处理。筛选结果见附图2，结合PROMETHEE I法的分析结果可知，处理技术D和C为优选拟除虫菊酯类农药废水处理技术。