CN102201106A - 一种发酵类或化学合成类制药废水处理的技术评估方法 - Google Patents

Abstract

一种发酵类或化学合成类制药废水处理的技术评估方法，先构建制药废水处理技术评估指标体系，再确定各级指标权重，通过专家咨询确认各级指标的相对重要等级，建立两两比较判断矩阵，采用数学方法解出判断矩阵的特征向量，并通过一致性检验，确定各指标的权重，然后进行评估指标隶属函数的确定，在赋值之前将各种指标进行归一化处理，转换为[0，1]区间的数值，对定量因素隶属函数采用升半梯形表达式，得到各个指标的定量隶属函数，最后制定制药行业水污染防治最佳可行技术筛选准则，本发明实现对制药行业现有水污染防治技术进行评估，为制药行业废水达标排放提供技术保障，为国家水环境技术管理体系提供技术支撑。

Description

一种发酵类或化学合成类制药废水处理的技术评估方法

技术领域

本发明涉及一种制药废水处理的技术评估方法，特别涉及一种发酵类或化学合成类制药废水处理的技术评估方法。

背景技术

制药废水主要包括抗生素生产废水、合成药物生产废水以及各类制剂生产过程的洗涤水和冲洗废水等，其中，发酵类、化学合成类制药是制药行业的污染控制重点和难点，其废水特点是有机物含量高、成分复杂多变、含杂环类和难降解物质多、对微生物抑制性强、毒性大、色度深和含盐量高，特别是生化性很差，且间歇排放，属难处理的工业废水。现行制药废水处理技术路线主要为“预处理+生物处理+深度处理”组合工艺，但由于不同品种药物的生产废水的水质特性有很大差别，并且新颁布的《制药行业水污染物排放标准》中水污染控制指标排放限制更加严格，从上述技术路线的实际运行情况看，采用常规废水处理工艺，很难实现制药废水的达标排放，并且由于设计、运行管理等方面的不足，废水处理系统存在工程投资大、运行费用高、工艺流程复杂、净化效率不高等问题。

由于目前我国尚未形成适于制药行业排放标准要求的最佳可行的水污染防治技术与评估方法、评估机制，很难保证水污染防治设施在方案制定、工程设计、实施运行等过程，能针对其特定产品废水的水质特点，确立优化的组合工艺及其过程参数，从而造成技术选择不合理、工艺设计参数选用不科学，水污染防治设施不能保证长期可靠运行和污染物稳定达标排放等现象依然存在。因此需要一套切实可行的技术评估方法来筛选制药废水污染防治的最佳可行技术，以避免企业盲目投资，污水治理效果差、成本高、不能稳定达标的现象发生。

目前国内外比较常用的综合评价方法有：主观判断法、序数评价法、生命周期法、多目标决策法和模糊决策法，其中层次分析法(AHP)在环境问题的评价模型中使用较多。层次分析法是采用定性与定量相结合的方法，对难以完全定量的复杂系统作出决策，合理给出每个指标的权重，并利用权重打分判断方案的优劣。模糊综合评价法能够将可调查性指标建立给分等级，通过相应的评价值进行给分，将结果汇总分析。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发酵类或化学合成类制药废水处理的技术评估方法，解决了制药废水处理技术应用针对性不强、投资盲目、处理后出水达标率低的问题，实现制药废水的稳定达标处理排放。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种发酵类或化学合成类制药废水处理的技术评估方法，包括以下步骤：

1)参照《国家鼓励发展的环境保护技术评价手册》、《水污染防治最佳可行技术评价技术通则》，由专家组成专家咨询组，采用层次分析法和专家咨询法进行评估体系中各层次指标的分析和筛选，构建制药废水处理技术评估指标体系，评估指标体系如表1所示，

表1

评估指标体系满足：①每一个子目标和指标都和总目标或者上一级的目标保持一致；②同级子目标之间以及各指标之间，其作用与地位不等同，即反映为权重的大小；③指标或分指标是作为整个指标体系中最低、不能分割的一级指标，

2)在制药废水处理技术评估指标体系基础上，采用专家咨询法和层次分析法确定各级指标权重，在建立评估指标递阶层次结构以后，上下层元素间的隶属关系就被确定了，这样就可针对上一层的准则构造不同层次的两两判断矩阵，通过专家咨询确认各级指标的相对重要等级，建立两两比较判断矩阵，采用数学方法解出判断矩阵的特征向量，并通过一致性检验，确定各指标的权重，在权重确定过程中根据评价指标的层次，先确定较高一级评价指标的权重，然后再依据这一权重值来确定或分解下一级指标权重，遵循从高级到低级，从宏观到微观的次序，

3)在层次分析法的基础上引入了模糊数学法进行评估指标隶属函数的确定，在赋值之前将各种指标进行归一化处理，转换为[0，1]区间的数值，对定量因素隶属函数采用升半梯形表达式，分别得到各个指标的定量隶属函数，

4)制定制药行业水污染防治最佳可行技术筛选准则，筛选准则包括评估前准则和评估后准则，其中评估前准则在技术评估之前使用，对调研的制药行业水污染防治技术进行初筛，使不符合要求的技术预先被剔除，是对污染防治技术进行初步筛选的准则；评估后准则是在技术评价之后使用，是根据综合评价结果对技术进行筛选的准则，

评价前准则为：

①在国内至少有1个示范工程，且稳定1年以上；

②各项污染物排放均达到排放标准要求；

③符合国家相关产业政策、技术政策和环保政策，

评价后准则为：

①最佳可行技术应满足经济成本指标和技术性能指标2个单项指标的评估结果均在70分以上；社会效益指标不划分控制级别；

②最佳可行技术应满足环境效应指标的评估结果在80分以上；

③最佳可行技术应满足综合评估结果的排序在前20名之内。

本发明的有益结果是：

(1)、为制药废水处理工艺运行效果的评价提供科学系统的评价方法

所属评估方法是在广泛调研和专家咨询的基础上，采用专家咨询法、层次分析法和模糊数学评价法建立起来的一种新型的废水处理技术评价方法，包含经济、技术、环境安全性和社会效益4个方面，既能借助各行业专家的知识和经验，又能避免人为评价的主观性，提供了一种全面、综合、客观的技术评价方法。

(2)为国家水环境技术管理体系提供技术支撑

我国目前还没有形成制药行业水污染防治最佳可行技术评估指标、评估方法和评估准则，本发明能够为制药废水的有效处理提供技术决策参考，解决行业水污染管理制度实施过程中技术支撑缺乏的问题。利用本发明对全行业调研的技术进行评估，可了解行业水污染防治实际水平，确定相应对策，提高水环境管理的有效性，同时可为其它行业废水处理技术的筛选提供方法范本，有利于国家水环境技术管理体系的建设。

附图说明

图1为本发明采用专家咨询法和层次分析法进行指标权重确定的工作流程图。

图2为使用本发明所建立的最佳可行技术评价方法进行实际技术评价时的操作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步说明。

一种发酵类或化学合成类制药废水处理的技术评估方法，包括以下步骤：

1)参照《国家鼓励发展的环境保护技术评价手册》、《水污染防治最佳可行技术评价技术通则》，由来自大专院校、科研单位、设计院所、制药企业和行业协会的环保、经济、技术、行业专家组成专家咨询组，采用层次分析法和专家咨询法进行评估体系中各层次指标的分析和筛选，从经济、技术、环境安全性和社会效益角度，遵循科学、客观、全面、可行、可比、独立的原则，构建了科学、系统、公正的制药废水处理技术评估指标体系，该指标体系分为目标层、准则层、方案层和指标层4个层次，并将急性毒性纳入了考核指标，以考察制药废水排放可能带来的环境风险和生态安全性问题，评估指标体系如表1所示，

表1

评估指标体系满足：①每一个子目标和指标都和总目标或者上一级的目标保持一致；②各级的目标和指标设置数量合理，指标体系的设置结构紧凑，易于把握；③同级子目标之间以及各指标之间，其作用与地位不等同，即反映为权重的大小；④指标或分指标是作为整个指标体系中最低、不能分割的一级指标，

2)在制药废水处理技术评估指标体系基础上，采用专家咨询法和层次分析法确定各级指标权重，由于系统评价的复杂性，涉及因素的多样性，有时甚至很难对系统进行定量的测度，特别在社会经济指标中被测量的对象属性大多数具有相对性质，缺少测量工具，无法确定统一的标准，而层次分析法能够充分的考虑到系统评价的特点并提出了相对重要性的比例标度，两个元素相对重要性的比较可变化得到一个衡量的数，在建立评估指标递阶层次结构以后，上下层元素间的隶属关系就被确定了，这样就可针对上一层的准则构造不同层次的两两判断矩阵，通过广泛的专家咨询确认各级指标的相对重要等级，建立两两比较判断矩阵，采用数学方法解出判断矩阵的特征向量，并通过一致性检验，确定各指标的权重，避免了人为评价的主观性，在权重确定过程中根据评价指标的层次，先确定较高一级评价指标的权重，然后再依据这一权重值来确定或分解下一级指标权重，在确定权重时，遵循从高级到低级，从宏观到微观的次序，

下面以技术评估指标体系准则层中环境效应各级指标的相应权重确定为例进行说明，

参照图1，首先结合专家打分结果，以1-9标度对各级指标相对重要性进行描述，构建两两比较判断矩阵，评价层指标对环境效益所得的两两重要性判断表如下，

$X=\left[\begin{array}{cccc}C& C_1& C_2& C_3\\ C_1& 1& 3& 3\\ C_2& 1/3& 1& 1\\ C_3& 1/3& 1& 1\end{array}\right]$

指标层指标对评价层指标所得的两两重要性判断表如下，其中生物安全性指标只包含总排水生物急性毒性一项，因此总排水生物急性毒性指标权重即等于生物安全性指标权重，可不需再进行计算，

$X_1=\left[\begin{array}{ccc}{C}_1& C_{11}& C_{12}\\ C_{11}& 1& 1\\ C_{12}& 1& 1\end{array}\right],$ $X_2=\left[\begin{array}{cc}{C}_2& C_{21}\\ C_{21}& 1\end{array}\right],$ $X_3=\left[\begin{array}{cccc}{C}_3& C_{31}& C_{32}& C_{33}\\ C_{31}& 1& 1& 1/2\\ C_{32}& 1& 1& 1/2\\ C_{33}& 2& 2& 1\end{array}\right]$

求解上述判断矩阵最大特征值对应的特征向量，进行归一化处理既得各级指标的相对权重，

由于层次分析法在构造判断矩阵时，充分发挥了人的主观能动性，但由于受客观事物的复杂性和不清晰性的影响，再加上评价人的知识，经验等的有限性，不可能做到每一判断都完全符合客观实际，具有完全的一致性，因此需按照公式

验证权重向量的一致性，其中

RI可查表得到，

当CR＜0.100时，认为层次单排序的结果有满意的一致性，权重向量值是可靠的；否则需要调整判断矩阵的元素取值，

X矩阵的求解结果如下：

评价层指标的归一化特征向量为

W＝(ω₁，ω₂，ω₃)^T＝(0.600，0.200，0.200)^T，最大特征根λ_max＝3，CR＝0，一致性验证通过。因此C₁、C₂、C₃相对于C的权重按百分制计算为60、20、20，

指标层指标判断矩阵X₁和X₂求解结果如下：

W₁＝(ω₁₁，ω₁₂)^T＝(0.500，0.500)^T，最大特征根λ_max＝2，CR₁＝0，一致性验证通过，因此C₁₁、C₁₂相对于C₁的权重按百分制计算为50、50，再由X矩阵的求解结果可得C₁₁相对于C的权重按百分制计算为50×0.600＝30，C₁₂相对于C的权重按百分制计算为50×0.600＝30，

W₃＝(ω₃₁)^T＝(1)^T，最大特征根λ_2max＝1，CR2＝0，一致性验证通过，因此C₂₁相对于C₂的权重按百分制计算为100，再由X矩阵的求解结果可得C₂₁相对于C的权重按百分制计算为100×0.200＝20，

W₃＝(ω₃₁，ω₃₂，ω₃₃)^T＝(0.250，0.250，0.500)^T，最大特征根λ_3max＝3，CR₃＝0，一致性验证通过，因此C₃₁、C₃₂、C₃₃相对于C₃的权重按百分制计算为25、25、50，再由X矩阵的求解结果可得C₃₁相对于C的权重按百分制计算为20×0.250＝5，C₃₂相对于C的权重按百分制计算为20×0.250＝5，C₃₃相对于C的权重按百分制计算为20×0.500＝10，

由此结果可看出，废水出水污染物浓度以及废水净化效率所占权重最大，对环境效应以及的评价结果影响最大，在实际废水处理工程运行中，最受关注的也是出水污染物浓度和净化效率，因此用层次分析法和专家咨询法结合确定的指标权重是客观、科学、可信的，

3)在层次分析法的基础上引入了模糊数学法进行评估指标隶属函数的确定，为消除评价指标中不同单位或量级尺度的影响，在赋值之前将各种指标进行归一化处理，转换为[0，1]区间的数值，对定量因素隶属函数采用升半梯形表达式，分别得到各个指标的定量隶属函数，

下面以技术评估指标体系准则层中经济成本指标层指标的隶属函数确定进行说明，

由于不同类型废水水质不同、处理难易程度不同，工程投资成本、运行维护成本、工程占地面积和资源回收费用差异较大，结合发酵类、化学合成类等不同制药行业废水处理工程实际调研统计结果，首先需确定基准值，

①吨水投资成本A₁₁

废水吨水投资成本为可量化指标，上界限值确定为1.2万元/吨，下界限值确定为0.6万元/吨，采用升半梯形表达式，隶属函数形式为：

②吨水运行维护成本A₂₁

废水吨水投资成本为可量化指标，上界限值确定为15元/吨，下界限值确定为4元/吨，采用升半梯形表达式，隶属函数形式为：

③吨水占地面积A₃₁

废水处理工程吨水占地面积为可量化指标，上界限值确定为1m²/吨，下界限值确定为5m²/吨，采用升半梯形表达式，隶属函数形式为：

④吨水资源回收收益A₄₁

受我国现阶段环境技术与环境管理水平的限制，吨水资源回收收益在现阶段尚无可信调研数据，因此无法定量化判断，为定性指标，采用“有无有用物质回收”作为评定标准，将此指标可进行定量化给分评价，其隶属函数形式为：

按此方法对指标层的定量指标和定性指标以此建立隶属函数，可实现所有指标的定量化给分评价，将指标层指标对应的隶属函数值乘以相应权重即为该指标得分，将准则层指标各自对应的指标层指标进行加和即可得该项准则层指标得分，将所有指标层指标得分加和即为某项技术的评价总得分，

4)制定制药行业水污染防治最佳可行技术筛选准则，参照图2，筛选准则包括评估前准则和评估后准则，其中评估前准则是为了节省评价时间，在技术评估之前使用，对调研的制药行业水污染防治技术进行初筛，使不符合要求的技术预先被剔除，是对污染防治技术进行初步筛选的准则；评估后准则是在技术评价之后使用，是根据综合评价结果对技术进行筛选的准则，最佳可行技术评价与“评价前准则”和“评价后准则”有机结合，已达到技术评价筛选简便易行的目的，

评价前准则为：

①在国内至少有1个示范工程，且稳定1年以上；

②各项污染物排放均达到排放标准要求；

③符合国家相关产业政策、技术政策和环保政策，

评价后准则为：

①最佳可行技术应满足经济成本指标和技术性能指标2个单项指标的评估结果均在70分以上；社会效益指标不划分控制级别；

②最佳可行技术应满足环境效应指标的评估结果在80分以上；

③最佳可行技术应满足综合评估结果的排序在前20名之内。

本发明基于水环境质量目标、经济与技术目标、人体健康及生态保护目标，利用专家咨询法、层次分析法和模糊综合评价法，建立一套能够客观地反映制药行业水污染防治技术经济性、有效性、可靠性、环境效益和安全性等的技术评估指标体系和评估方法，实现对制药行业现有水污染防治技术进行评估，筛选出制药行业水污染防治BAT技术，为制药行业废水达标排放提供技术保障，为国家水环境技术管理体系提供技术支撑。

需要说明的是，对环保领域或制药行业技术人员来说，可根据自身评价的特殊需求或实际情况对上述说明进行变换或改进，而所有变换或改进都应属于本发明所要求的保护范围。

Claims (1)

1.一种发酵类或化学合成类制药废水处理的技术评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)参照《国家鼓励发展的环境保护技术评价手册》、《水污染防治最佳可行技术评价技术通则》，由专家组成专家咨询组，采用层次分析法和专家咨询法进行评估体系中各层次指标的分析和筛选，构建制药废水处理技术评估指标体系，评估指标体系如表1所示，

表1

评估指标体系满足：①每一个子目标和指标都和总目标或者上一级的目标保持一致；②同级子目标之间以及各指标之间，其作用与地位不等同，即反映为权重的大小；③指标或分指标是作为整个指标体系中最低、不能分割的一级指标，

2)在制药废水处理技术评估指标体系基础上，采用专家咨询法和层次分析法确定各级指标权重，在建立评估指标递阶层次结构以后，上下层元素间的隶属关系就被确定了，这样就可针对上一层的准则构造不同层次的两两判断矩阵，通过专家咨询确认各级指标的相对重要等级，建立两两比较判断矩阵，采用数学方法解出判断矩阵的特征向量，并通过一致性检验，确定各指标的权重，在权重确定过程中根据评价指标的层次，先确定较高一级评价指标的权重，然后再依据这一权重值来确定或分解下一级指标权重，遵循从高级到低级，从宏观到微观的次序，

3)在层次分析法的基础上引入了模糊数学法进行评估指标隶属函数的确定，在赋值之前将各种指标进行归一化处理，转换为[0，1]区间的数值，对定量因素隶属函数采用升半梯形表达式，分别得到各个指标的定量隶属函数，

4)制定制药行业水污染防治最佳可行技术筛选准则，筛选准则包括评估前准则和评估后准则，其中评估前准则在技术评估之前使用，对调研的制药行业水污染防治技术进行初筛，使不符合要求的技术预先被剔除，是对污染防治技术进行初步筛选的准则；评估后准则是在技术评价之后使用，是根据综合评价结果对技术进行筛选的准则，

评价前准则为：

①在国内至少有1个示范工程，且稳定1年以上；

②各项污染物排放均达到排放标准要求；

③符合国家相关产业政策、技术政策和环保政策，

评价后准则为：

①最佳可行技术应满足经济成本指标和技术性能指标2个单项指标的评估结果均在70分以上；社会效益指标不划分控制级别；

②最佳可行技术应满足环境效应指标的评估结果在80分以上；

③最佳可行技术应满足综合评估结果的排序在前20名之内。

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