CN106600116A - 一种基于fahp法的污泥板框脱水效果评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于FAHP法的污泥板框脱水效果综合评价方法。在考虑泥饼脱水效果、处理能力、运行费用、后续滤液的厌氧氨氧化处理及泥饼土地利用的基础上，选择能够指示各指标的表征值采用层次分析法确定其权重值，再建立最底层指标的隶属函数，计算其隶属度，对指标进行无量纲化处理，解决了指标间的可综合性问题。采用计算评价综合值方法得出评价综合值，最后结合评价集对评价系统进行综合评价。本方法能够把影响污泥板框脱水的定量指标和定性指标相结合，给出直观的综合评价结果，实现评价目标。

Description

一种基于FAHP法的污泥板框脱水效果评价方法

技术领域

本发明涉及污泥脱水效果评价领域，特别涉及一种基于FAHP法的污泥板框脱水效果评价方法。

背景技术

在污泥处理及处置流程中污泥脱水是一个重要的环节,污泥调理在污泥脱水过程中起着关键作用。通过污泥调理,可以有效改善污泥自身特性,提高污泥的脱水性能,以便后续处理和最终处置。当前污水处理厂一般采用絮凝剂进行调理。絮凝剂主要包括铝盐、铁盐和石灰等无机絮凝剂以及有机高分子絮凝剂。但调理的过程也会对多方面产生影响，无机药剂投加量较高,增加了污泥的重量和体积影响泥饼的运输及处置费,药剂成分对后续脱水滤液的处理及处置等产生影响。不同的调理方式对进泥量、进泥时间等涉及到实际生产产能的指标也会产生较大的影响，脱水效果的比较不仅是单一泥饼含水率的比较，更是综合了泥饼情况、滤液情况、综合运行费用、处理能力几个方面的综合效果。因此，有必要提出一种污泥板框脱水效果的综合评价方法，以便在污泥调理剂的筛选过程中找到处理效果好、对后续处理处置影响小、成本合理及处理能力满足生产要求的污泥调理剂。

目前，常用的污泥板框脱水效果评价方法一般采用泥饼含水率来表征脱水程度，也有用CST、比阻代替泥饼含水率来表征污泥脱水程度，用污泥沉降比SV考查污泥沉降性能，没有考虑成本及实际处理能力，因此，有必要针对污泥板框脱水效果建立一套完善的评价指标体系。

发明内容

污泥板框脱水效果是运行工况、泥饼及滤液情况、运行成本等几方面的综合效果，本发明是在大量中试实验数据积累的基础上，通过模糊层次分析法对各种指标进行分析，科学直观地建立了污泥板框脱水效果评价方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种基于FAHP的污泥板框脱水效果的综合评价方法，包括以下步骤：

1)在考虑泥饼脱水效果、处理能力、运行费用、后续滤液的处理及泥饼处置的基础上，选择能够指示各指标的表征值，建立污泥板框脱水效评价层次结果；

2)通过两两比较评价指标的相对重要程度，并以数量的形式表示出来，采用AHP法构造判断矩阵，分别求解总目标和子目标的权重值，并检验矩阵的一致性。当CR<0.1时认为判断矩阵是满足一致性的，否则重新构造矩阵。

3)建立最底层指标的隶属函数，计算其隶属度，对指标进行无量纲化处理，采用计算评价综合值方法求出评价综合值，结合评价集对评价系统进行综合评价。

2、根据权利要求1所述基于FAHP法的污泥板框脱水效果评价方法，其特征在于，步骤1)中所述综合评价指标体系分三个层次，目标层为污泥板框脱水效果，下设泥饼状况、综合运行费、滤液状况、处理能力四个准则层，泥饼状况包括的指标为：含水率、EC值、全盐量、pH值、干基增加比例、泥饼剥落性；综合运行费包括的指标为：药剂费、运输及处置费；滤液状况包括的指标为：sCOD、pH值、碱度与氨氮的比值、ss、Fe离子；处理能力包括的指标为：进泥量、进泥时间、压榨时间、清洗滤布频率。

3、根据权利要求2所述基于FAHP法的污泥板框脱水效果评价方法，其特征在于，步骤2)中所述的采用AHP法构造判断矩阵并确定权重的具体步骤如下：

1)构造判断矩阵

确定评价对象的因素论域即P个评价指标，u＝{u₁,u₂,…u_p}，首先找出所有两两比较的结果，应用1～9个数字尺度来进行定量化，u_ij表示u_i对u_j的相对重要性数值，对于准则层中泥饼状况最重要，其次是处理能力，综合运行费和滤液的重要性相当，指标层中各指标也根据重要性进行了两两比较，并由U_ij组成判断矩阵。

2)重要性排序及一致性检验

矩阵的标准化特征向量W＝(w₁，…w_n)^T以及最大特征值n，理论上已经证明这个特征值也是判断矩阵的唯一最大特征值，通过特征向量W＝(w₁，…w_n)^T得到重要性向量排序结果。对于具有一致性的比较矩阵，用n表示最大特征值，用n’表示带有偏差的最大特征值，将CI＝(n’-n)/(n-1)定义为一致性指标,当CI＝0时比较矩阵完全一致，否则就存在不一致，当CR＝CI/RI<0.1时认为其不一致性可以被接受，不会影响排序的定性结果，如果不满足一致性的要求，则需要对判断矩阵中的元素进行调整以满足一致性。

一致性指标RI的数值

然后计算最下层对最上层总排序的权向量，利用总排序一致性比率CR进行验证，若CR<0.1则可按照总排序权向量表示的结果进行决策，否则进行调整。

4、根据权利要求1所述基于FAHP法的污泥板框脱水效果评价方法，其特征在于，步骤3)建立评价指标隶属度的确定及计算该评价系统的综合评价值。隶属度是反映某对象隶属于某个模糊概念的程度，在进行综合评价前,对各指标进行无量纲化处理,确定评价指标体系中各个指标的隶属度,从而解决指标间的可综合行问题。

对于泥饼剥落性、碱度与氨氮比值、进泥量、滤布清洗频率采用升半梯形分布函数：

对于泥饼pH和滤液pH采用中间梯形分布函数：

其它指标采用降半梯形函数：

综合评价值的取得主要是利用评价系统中各评价指标的地位或所起的作用是不同的,通过各指标评价值的线性加权和来计算其结果。其计算公式为：

T＝∑W_iU_A(x_i)

最后确定综合评价值和污泥板框脱水效果等级的划分：

评价值	0.75-1	0.5-0.75	0.25-0.5	<0.25
					综合污泥板框脱水效果	优	良	中	差
药剂等级	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本方法所提出的基于FAHP的污泥板框脱水效果的综合评价体系具有系统性、代表性和针对性，充分反映了污泥板框脱水效果，同时能够反映与污泥脱水效果相关的泥饼状况、滤液状况、成本及处理能力，并将其集成于一个评价框架和综合指标。因此，能够从更为科学和全面的角度描述和反映污泥板框脱水的整体状况，获取污泥板框脱水效果的综合评价。

附图说明

图1是本发明的方法结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例详细说明本发明的实施方式。

本实施例表述一种基于FAHP的污泥板框脱水效果的综合评价结果，包括以下步骤：

1)选择能够指示各指标的表征值，建立污泥板框脱水效评价层次结构模型。

2)通过两两比较评价指标的相对重要程度，并以数量的形式表示出来，采用AHP法构造判断矩阵。

A-B判断矩阵：

B₁-C判断矩阵：

B₂-C判断矩阵：

B₃-C判断矩阵：

B₄-C判断矩阵：

3)根据判断矩阵，求出最大特征根λ_max所对应的特征向量w。

4)一致性检验。

CR_A-B＝0.0077<1,满足一致性检验，认为P_A-B具有满意的一致性；

CR_B1-C＝0.0325<1,满足一致性检验，认为P_B1-C具有满意的一致性；

CR_B2-C＝0<1,满足一致性检验，认为P_B2-C具有满意的一致性；

CR_B3-C＝0<1,满足一致性检验，认为P_B3-C具有满意的一致性；

CR_B4-C＝0<1,满足一致性检验，认为P_B4-C具有满意的一致性；

5)计算子目标对总目标的合成权重，并进行一致性检验。

W_C-A＝[0.2711,0.0245,0.0245,0.0714,0.0999,0.0714,0.0519,0.0519,0.0148,

0.0148,0.0148,0.0445,0.0148,0.1149,0.0383,0.0383,0.0383]

CR_C-A＝0.02<1,满足一致性检验，满足一致性检验。

6)建立评价指标的隶属度。

对于泥饼剥落性、碱度与氨氮比值、进泥量、滤布清洗频率采用升半梯形分布函数：

对于泥饼pH和滤液pH采用中间梯形分布函数：

其它指标采用降半梯形函数：

泥饼的评价指标隶属度

综合运行费的评价指标隶属度

滤液的评价指标隶属度

处理能力的评价指标隶属度

7)污泥脱水效果综合评价

综合评价值的取得主要是利用评价系统中各评价指标的地位或所起的作用是不同的,通过各指标评价值的线性加权和来计算其结果。其计算公式为：

T＝∑W_iU_A(x_i)

最后确定综合评价值和污泥板框脱水效果等级的划分：

评价值	0.75-1	0.5-0.75	0.25-0.5	<0.25
					综合污泥板框脱水效果	优	良	中	差
药剂等级	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ

药剂1综合污泥板框脱水效果良，等级为Ⅱ，药剂2和3脱水效果中，等级为Ⅲ。

应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于FAHP法的污泥板框脱水效果评价方法，其特征包括以下步骤：

1)在考虑泥饼脱水效果、处理能力、运行费用、后续滤液的处理及泥饼处置的基础上，选择能够指示各指标的表征值，建立污泥板框脱水效评价层次结构模型；

2)通过两两比较评价指标的相对重要程度，并以数量的形式表示出来，采用AHP法构造判断矩阵，分别求解总目标和子目标的权重值，并检验矩阵的一致性。当CR<0.1时认为判断矩阵是满足一致性的，否则重新构造矩阵。

3)建立最底层指标的隶属函数，计算其隶属度，对指标进行无量纲化处理，采用计算评价综合值方法求出评价综合值，结合评价集对评价系统进行综合评价。

2.根据权利要求1所述基于FAHP法的污泥板框脱水效果评价方法，其特征在于，步骤1)中所述综合评价指标体系分三个层次，目标层为污泥板框脱水效果，下设泥饼状况、综合运行费、滤液状况、处理能力四个准则层，泥饼状况包括的指标为：含水率、EC值、全盐量、pH值、干基增加比例、泥饼剥落性；综合运行费包括的指标为：药剂费、运输及处置费；滤液状况包括的指标为：sCOD、pH值、碱度与氨氮的比值、ss、Fe离子；处理能力包括的指标为：进泥量、进泥时间、压榨时间、清洗滤布频率。

3.根据权利要求2所述基于FAHP法的污泥板框脱水效果评价方法，其特征在于，步骤2)中所述的采用AHP法构造判断矩阵并确定权重的具体步骤如下：

1)构造判断矩阵

确定评价对象的因素论域即P个评价指标，u＝{u₁,u₂,…u_p}，首先找出所有两两比较的结果，应用1～9个数字尺度来进行定量化，u_ij表示u_i对u_j的相对重要性数值，对于准则层中泥饼状况最重要，其次是处理能力，综合运行费和滤液的重要性相当，指标层中各指标也根据重要性进行了两两比较，并由U_ij组成判断矩阵。

2)重要性排序及一致性检验

矩阵的标准化特征向量W＝(w₁，…w_n)^T以及最大特征值n，理论上已经证明这个特征值也是判断矩阵的唯一最大特征值，通过特征向量W＝(w₁，…w_n)^T得到重要性向量排序结果。对于具有一致性的比较矩阵，用n表示最大特征值，用n’表示带有偏差的最大特征值，将CI＝(n’-n)/(n-1)定义为一致性指标,当CI＝0时比较矩阵完全一致，否则就存在不一致，当CR＝CI/RI<0.1时认为其不一致性可以被接受，不会影响排序的定性结果，如果不满足一致性的要求，则需要对判断矩阵中的元素进行调整以满足一致性。

一致性指标RI的数值

然后计算最下层对最上层总排序的权向量，利用总排序一致性比率CR进行验证，若CR<0.1则可按照总排序权向量表示的结果进行决策，否则进行调整。

4.根据权利要求1所述基于FAHP法的污泥板框脱水效果评价方法，其特征在于，步骤3)建立评价指标隶属度的确定及计算该评价系统的综合评价值。隶属度是反映某对象隶属于某个模糊概念的程度，在进行综合评价前,对各指标进行无量纲化处理,确定评价指标体系中各个指标的隶属度,从而解决指标间的可综合行问题。

对于泥饼剥落性、碱度与氨氮比值、进泥量、滤布清洗频率采用升半梯形分布函数：

$A\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& x<<a\\ \frac{x-a}{b-a}& a<x<b\\ 1& b<<x\end{array}\right.$

对于泥饼pH和滤液pH采用中间梯形分布函数：

$A\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& x<<a\\ \frac{x-a}{b-a}& a<x<b\\ 1& b<<x<<c\\ \frac{d-x}{d-c}& c<x<d\\ 0& d<<x\end{array}\right.$

其它指标采用降半梯形函数：

$A\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& x<<a\\ \frac{b-x}{b-a}& a<x<b\\ 0& b<<x\end{array}\right.$

综合评价值的取得主要是利用评价系统中各评价指标的地位或所起的作用是不同的,通过各指标评价值的线性加权和来计算其结果。其计算公式为：

T＝∑W_iU_A(x_i)

最后确定综合评价值和污泥板框脱水效果等级的划分：

评价值 0.75-1 0.5-0.75 0.25-0.5 <0.25 综合污泥板框脱水效果 优 良 中 差 药剂等级 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ