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根据出水水质、运行成本、操作管理等方面的综合需要,构建了运行工况优化多目标模型,如图2所示。整个评价系统分成3个层次,目标层(A)中有1个元素:运行工况评价A,是问题的预定目标或理想结果;领域层(B)包括4个元素:氮类去除效果评价B1、有机物去除效果评价B2、反应器生物量评价B3、膜运行状况评价B4,是要实现目标所涉及的中间环节;指标层(C)包括7个为实现目标而选择的评价指标:出水氨氮(NH4+-N)C1、出水亚硝酸盐氮(NO2--N)C2、出水硝酸盐氮(NO3--N)C3、出水有机物UV254值C4、生物接触氧化池总磷(TP)C5、膜池混合液EPS浓度C6、跨膜压差(TMP)C7,7个指标均以每个工况下所测样品结果的平均值计。
图2运行工况优化多目标模型
本试验确定综合指标为Z,指标层(C)中各指标Ci在体系中的权重分配为wi,采用赋权加法得到综合指标公式:
其中指标层各指标Ci对应的单项指标评分为Zi,计算得到的Z值作为评价各运行工况与优化的重要参考依据。
2.3指标体系权重分配
由于7个评价指标不尽相同,计量单位也不一致,难以换算,因此采取层次分析法(AHP)进行分析,将复杂问题分解成各个组成因素,将这些因素按支配关系分组形成递阶层次结构,通过两两比较确定各个因素相对重要性,然后综合决策者的判断,确定决策方案相对重要性的总排序〔7〕。各个指标权重的比较方法采用四分法:将所有指标一对一进行比较,根据客观分析和具体试验要求,判断两者的相对重要性,并构造判断矩阵。判断非常重要的一方给4分,另一方给0分;比较重要的一方给3分,另一方给1分;双方同样重要,均给2分;最后按每一指标的评分值占所有指标评分值的百分比确定其权重〔8〕。
本试验中具体的层次分析法评判步骤如下:(1)领域层各因素权重(wBi)分配:采用四分法建立运行工况评价判断矩阵A表(表2);(2)指标层各因素权重(wCi)分配:采用四分法建立氮类物质去除效果评价判断矩阵B1表(表3)及反应器生物量和膜运行复合评价判断矩阵B3&B4表(表4);(3)求出指标层各指标Ci在体系中的最终权重分配:wi=wBi×wCi。
判断矩阵(A)中的4个因素:在氮类物质去除效果评价B1中,因原水氨氮较高,需要较高的去除率,且一般工艺去除率较低,故其重要性最高;有机物去除效果评价B2,经本工艺去除后效果远优于水质标准要求,故其重要性较低;反应器生物量评价B3因本工艺的重要优势在于能较好地发挥微生物降解作用,故其重要性较高;膜运行状况评价B4因模拟试验周期相对较短,相对而言其重要性较低,但在示范工程中应重点考虑。判断矩阵(B1)中的3个因素:出水氨氮C1是本工艺的主要控制指标,出水亚硝酸盐氮C2和出水硝酸盐氮C3仅在分析氮元素的相互转化过程中作为参考,因此C1的重要性远高于C2和C3。判断矩阵(B3&B4)中的3个因素:膜池混合液EPS浓度C6既作为膜池中生物量的重要表征指标,又是膜污染形成的重要原因,故将判断矩阵B3和B4进行综合考虑;膜池内总磷C5作为池中生物量和生物活性的重要表征指标,与C6重要性相当;跨膜压差C7作为评价膜污染的直观指标,因试验周期较短,因此表现并不特别明显,其重要性较低。
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