马 龙

(贵州民族大学化学与环境科学学院，贵州 贵阳 550025)

价值工程耦合三角模糊数的环境工艺决策评价

马 龙

(贵州民族大学化学与环境科学学院，贵州 贵阳 550025)

为了建立和量化合适于环境工艺决策的评价体系，以某啤酒厂排放的污水为研究对象，通过价值工程耦合三角模糊数，从规模参数、单元及设备、进水水质和水质处理要求角度构建评价体系。评价体系共设立11个指标，结合文献分析方法及价值工程评分规则计算三角模糊数得分，再确定各层权重，最后应用价值工程对多个环境工艺决策方案进行评价与优选。结果表明，上流式厌氧污泥床(UASB)/生物接触氧化/气浮为处理该啤酒厂污水的最佳环境工艺。本研究为今后的环境工艺决策提供了新思路和新方法。

价值工程 三角模糊数 环境工艺决策 评价

Abstract: In order to establish and quantify the assessment system for environmental process decision,sewage discharge from a brewery was took as the case. The assessment system which involved the demand of parameters,units and equipment,water quality and processing was established by value engineering coupled triangular fuzzy. There were 11 indicators in the system. The scoring matrices of triangular fuzzy were defined by literature review and scoring rules of value engineering. Then the weight of each layer was determined,and the value engineering was applied for evaluation and selection on environmental process decision. The upper loss anaerobic sludge bed (UASB)/biological contact oxidation/flotation process was scientifically evaluated as the optimal evironment process for brewery sewage treatment. The results provided new ideas and methods for future environment process decision.

Keywords: value engineering； triangular fuzzy； environmental process decision； assessment

随着我国环境工艺决策评价方法的不断发展，大部分研究者只注重于环境工艺技术上的创新及研究，但忽略了环境工艺决策的成本效益与功能效益的结合[1]，导致环境工艺决策评价方法处于不完善的阶段。因此，将价值工程应用在环境工艺决策上，能够有效解决成本效益与功能效益不能有效结合这个弊端。目前，价值工程在各个工程领域有着广泛的应用[2]，在环境工程领域主要应用有：环境工艺设计的研究[3-4]、环境影响评价[5]、给水排水管道的设计[6]、水厂滤池的选择[7]、环境监测及仪器设备建设[8-9]及环境工程招投标[10]等各方面。但价值工程应用时，受到人为主观评分等因素的影响，造成评价数据不准确及评价结果不合理，最终影响到环境工艺决策的经济性与功能性。为了解决以上存在的问题，将价值工程耦合三角模糊数应用在环境工艺决策评价领域中。价值工程耦合三角模糊数对环境工艺决策评价的优势体现为：有利于对环境工艺的功能效益与成本效益综合评价，可以减少环境工艺成本的投入；有效减少主观因素的影响，保证数据的严谨性，确保环境工艺决策评价的科学性与合理性。因此，本研究同时考虑了成本效益、功能效益及主观因素影响，在价值工程和三角模糊数基础上，建立环境工艺决策评价体系，直观判断环境工艺水平。

1 研究方法

1.1 价值工程

价值工程是一种以价值为主导的创造性方法。它以工程决策的经济效益与功能效益为主导目标[11]。应用价值工程能降低工程决策的成本，有效评价工程决策目标的功能效益[12]，提高工程决策实施的整体效益，也综合评价了工程决策的实用性。

价值工程分析包括功能分析与成本分析两个主要步骤，功能分析是价值工程分析的主要对象，成本分析是价值工程最需考虑的问题[13]。在环境工艺决策中，环境工艺功能包括环境工艺管理能力的建设、工艺的水质要求、设备机械管理建设等方面；环境成本即是环境工艺的决策成本。根据相关的价值工程定义[14-16]，环境工艺决策的价值系数可定义依据式(1)得出。

V=F/C

(1)

式中：V为环境工艺决策的价值系数；F为环境工艺决策的功能系数；C为环境工艺决策的成本系数。

1.2 三角模糊数

1.2.1 三角模糊数的相关运算

设实数域R上存在一个三角模糊数，在[0,1]区间上定义一个隶属函数(x)，如式(2)[17-18]所示：

(2)

式中：x为隶属函数的自变量；={a，b，c}，a、b、c均为实数,a与c为的下界与上界，b为的中值。

令c-a=δ，δ越小表示模糊程度越低，δ越大表示模糊程度越高，δ=0表示非模糊。

1+2={a1+a2，b1+b2，c1+c2}

(3)

1×2={a1×a2，b1×b2，c1×c2}

(4)

1.2.2 三角模糊数可能性程度值

令U={u1，u2，…，un}是一组目标集(u1、u2、…、un均为目标变量，共计n个变量)，O={1,2，…，m}是一组对象集(1、2、…，m均为对象变量，共计m个变量)，第i个对象满足第j个目标的程度为取1、2、…、m；j取1、2、…、n)，其运算方法参照三角模糊数。据此可定义第i个对象满足目标集的模糊综合程度值(Ei)：

(5)

分别以E1与E2衡量1与2的重要性，E2≥E1的可能性程度值(φ(E2≥E1))依据式(6)计算。

(6)

S(i)=min(φ(Ei≥Ek))(k取1、2、…、m，但k≠i)

(7)

式中：min()为取最小值算法。

1.3 研究方法的构建

环境工艺评价模型主要应用三角模糊层次分析法对环境工艺的功能进行评价，从而得到准确的环境功能指标权重，然后构建新的环境工艺决策方案。对新的环境工艺决策分别求出成本系数与功能系数，再计算出价值系数，从而选择合理的环境工艺决策方案。环境工艺决策评价模型的流程图如图1所示。

2 评价模型的应用

2.1 三角模糊层次评价

三角模糊层次分析法主要针对一些不确定因素的决策评价，将三角模糊数与层次分析法应用到实例评价中，能够得出较准确的评价指数，从而减少主观评价的影响，降低权重系数的模糊度[19-20]。目前，已有学者将三角模糊数耦合层次分析法对洪涝风险进行对比分析，研究结果表明三角模糊数耦合层次分析法能提高评价结果的客观性、合理性和适用性[21]。此外，三角模糊数还能应用于土壤中重金属化学形态的污染综合评价[22]及小型污水处理工艺的选择[23]。将三角模糊数与层次分析法结合，应用到环境工艺功能评价体系中，能够科学地确定环境功能权重。

图1 环境工艺决策评价流程图Fig.1 Evaluation process of environmental process decision

2.2 环境工艺决策功能评价层次结构的构建

环境工艺功能的评价是通过层次分析法的相关定义建立目标层、准则层和指标层[24]，再确定环境工艺的功能指标，如表1所示。

表1 环境工艺功能评价层次结构

2.3 环境工艺功能权重分析

基于文献分析方法，采用1～9层次标度法对环境工艺功能的准则层相对重要程度进行三角模糊数评分。通过对各准则之间重要性两两比较，再构造出准则层相对于目标层的三角模糊数评价矩阵，按照式(3)至式(5)计算每个准则与其他准则相比较的综合程度值，根据式(6)求出可能性程度值，再根据式(7)计算得出：S(1)=0.469；S(2)=0.732；

S(3)=1.000；S(4)=0.744。将S(1)至S(4)归一化后得到准则层相对于目标层的权重矩阵(ω)={0.159，0.249，0.340，0.252}。

同理得出指标层相对于准则层的权重矩阵(ω1～ω4分别为指标层相对于F1～F4的权重矩阵)：ω1={0.438，0.473，0.089}；ω2={0.693，0.307}；ω3={0.333，0.333，0.333}；ω4={0.333，0.333，0.333}。

根据准则层相对指标层的权重、指标层相对于准则层的权重，得到指标层相对于目标层的权重，如表2所示。

表2 指标层相对于目标层的权重

2.4 环境工艺决策实例分析

实例具体资料来源于文献[25]。某啤酒厂污水中，COD为1 000～2 500 mg/L，BOD5为700～1 500 mg/L，SS为300～600 mg/L，pH为5～6，属于中等浓度可生物降解的有机废水。该废水处理工艺包括上流式厌氧污泥床(UASB)/氧化沟、UASB/射流曝气、UASB/生物接触氧化/气浮、周期循环活性污泥法(CASS)、UASB/塔式生物滤池/混凝，以上5种废水处理工艺可作为环境工艺的典型代表，依次记为T1～T5，具体参数如表3所示。

表3 啤酒生产废水处理工艺

根据价值工程评分体制及相关要求，采用10分制对以上5种环境工艺的功能指标进行评分，10分制评分标准如表4所示。

表4 10分制评分标准

对10分制构造的三角模糊数得分取平均值，得到指标层的功能评价得分平均值，将平均值乘以指标层对于目标层的权重系数，加权求和，得到功能评价总分，最后将功能评价总分归一化得到环境工艺功能系数，如表5所示。

表5 环境工艺功能系数计算结果

由表5可以看出环境工艺决策功能系数排名为T4>T3>T5>T2>T1。

环境工艺总投资数据来自于文献[25]，将各个环境工艺的总投资归一化，得到工艺成本系数，如表6所示。环境工艺的成本系数排名为：T5>T4>T3>T2>T1。

表6 环境工艺成本系数计算结果

根据式(1)，计算出T1～T5的价值系数，如表7所示。

表7 环境工艺价值系数计算结果

环境工艺的价值系数排名为：T1>T2>T3>T4>T5。T1和T2的价值系数排名靠前，但功能系数排名靠后，说明其工艺功能不能满足环境工艺决策的相关要求。T3既满足了成本要求又满足了功能要求，但T3的进水水质要求有高、低浓度之分，可能增加工艺成本。T4的工艺功能最好，能最大限度满足相关功能要求，但其投资成本较高。T5的价值系数排名靠后，主要原因可能是环境工艺决策的成本要求较高。综合考虑，环境工艺决策的最优结果为T3。T1和T2应创新工艺功能；T3和T4主要通过降低成本提高价值系数；T5需同时创新工艺功能与降低成本来提高价值系数。

价值工程在环境工艺决策应用时，能够通过比较各个环境工艺的功能系数，在满足工艺功能要求的前提下，最大限度降低工艺成本；但不能只依据价值系数进行判断，还应结合功能系数和成本系数，才能确定最优环境工艺决策。

3 结 论

考虑成本效益、功能效益及主观因素的影响，且在价值工程和三角模糊数综合评判理论的基础上，建立环境工艺决策评价体系，直观判断环境工艺水平。以某啤酒厂污水处理工艺为例，评判出T3为最佳环境工艺。

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Valueengineeringcoupledtriangularfuzzyassessmentofenvironmentalprocessdecision

MALong.

(DepartmentofChemistryandEnvironmentalScience，GuizhouMinzuUniversity，GuiyangGuizhou550025)

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.09.022

2016-05-06)

作者：马 龙，男，1990年生，硕士研究生，研究方向为污染控制与资源化利用。