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

B

1

、有机物去除效果评价

B

2

、反应器生物量评价

B

3

、膜运行状况评价

B

4

，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 （

NH

4

+

-N

）

C

1

、 出 水 亚 硝 酸 盐 氮

（

NO

2

-

-N

）

C

2

、出水硝酸盐氮（

NO

3

-

-N

）

C

3

、出水有机物

UV

254

值

C

4

、生物接触氧化池总磷 （

TP

）

C

5

、膜 池 混 合

液

EPS

浓度

C

6

、跨膜压差（

TMP

）

C

7

，

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

C

i

在体系中的权重分配为

w

i

， 采用赋权加法得到综

合指标公式：

Z=

7

i=1

Σ

w

i

Z

i

（

1

）。 其中指标层各指标

C

i

对应的单项指标评分为

Z

i

，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（

w

Bi

）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（

w

Ci

）分配：采用四分法建立氮类物质去除效果评

价判断矩阵

B

1

表（表

3

）及反应器生物量和膜运行

复合评价判断矩阵

B

3

& B

4

表（表

4

）；（

3

）求出指标层

各指标

C

i

在体系中的最终权重分配：

w

i

= w

Bi

× w

Ci

。

判断矩阵（

A

）中 的

4

个因素：在氮类物质去 除

效果评价

B

1

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

B

2

，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

B

3

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

B

4

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（

B

1

）中的

3

个

因素：出水氨氮

C

1

是本工艺的主要控制指标，出水

亚硝酸盐氮

C

2

和出水硝酸盐氮

C

3

仅在分析氮元素

的相互转化过程中作为参考，因此

C

1

的重要性远高

于

C

2

和

C

3

。 判断矩阵（

B

3

& B

4

）中的

3

个因素：膜池混

合液

EPS

浓度

C

6

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

B

3

和

B

4

进行综合考虑； 膜池内总磷

C

5

作为池中生物

量和生物活性的重要表征指标， 与

C

6

重要性相当；

跨膜压差

C

7

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。

表

2

运行工况评价判断矩阵

A

表

3

氮类物质去除效果评价判断矩阵

B

1

表

4

反应器生物量和膜运行复合评价判断矩阵

B

3

& B

4

运用

MATLAB

软件，按照一致性检验的计算公

式及方法计算， 得到各判断矩阵

A

、

B

1

、

B

3

& B

4

的一

致性指标均

＜0.1

，即判断矩阵的一致性均可以接受，

各权重的分配是合理的。 将分析计算得到的各指标
权重分配

w

i

（

w

i

=w

Bi

×w

Ci

）和隶属度评分

Z

i

代入式（

1

）

中，得到计算综合评价指标

Z

的具体化公式：

B

1

B

2

B

3

B

4

评分值

权重值（w

Bi

）

B

1

—

4

3

4

11

0.458

B

2

0

—

1

2

3

0.125

B

3

1

3

—

3

7

0.292

B

4

0

1

2

—

3

0.125

合计

24

1.000

C

1

C

2

C

3

评分值

权重值（w

Ci

）

C

1

—

4

4

8

0.666

C

2

0

—

2

2

0.167

C

3

0

2

—

2

0.167

合计

12

1.000

C

5

C

6

C

7

评分值

权重值（w

Ci

）

C

5

—

2

3

5

0.417

C

6

2

—

3

5

0.417

C

7

1

1

—

2

0.166

合计

12

1.000

工业水处理

2012 －05

，

32

（

5

）

陈夏彬，等：

PAC-MBR

用于微污染水源水处理的运行工况优化研究

41