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多目标模糊决策模型对水环境质量的评价 李峰 1， 2 李甲亮 3 1. 山东省无棣县人民政府， 山东 无棣 251900; 2. 中国石油大学化学化工学院， 山东 青岛 266555; 3. 滨州学院城市与环境系，山东 滨州 256603 摘要 水质环境质量评价宜采用多项控制指标进行综合评价。在模糊理论和考虑优先隶属度的基础上， 通过实例推导 出水环境质量多目标模糊决策评价图， 用以说明两组或两组以上的数据或变量的相互联系， 以非常直观地分析概念， 讨论水质变化趋势。模型可客观地评价水域单元的各类水质指标。 关键词 水质环境质量评价;隶属度;多目标模糊决策 FUZZY MULTIOBJECTIVE DECISION MAKING MODEL OF ASSESSMENT ON WATER ENVIRONMENTAL QUALITY Li Feng1， 2Li Jialiang3 1. Wudi County People’ s Government of Shandong Province，Wudi 251900，China; 2. China University of Petroleum Chemistry and Chemical Engineering，Qingdao 266555，China; 3. Department of Urban ＆ Environmental Science，Binzhou University，Binzhou 256603，China AbstractThe comprehensive assessment on multi-index control was suitable for water environmental quality assessment. Based on fuzzy theory and preemptive membership function，the fuzzy multiobjective decision making figure was deduced in actual water environmental quality assessment example，in order to illuminate the interrelation existed in two or more sets data or variable，and it is also discussed the water quality trends in a very visually way，which can assess various kinds water quality index of water cell impersonally. Keywordswater environmental quality assessment;membership;multiobjective fuzzy decision making 0引言 环境评价中， 当水域单元的某一污染物严重超标 时， 往往选用单因子评价， 但环境质量是难以用一、 两 个指标去明确界定的， 较科学的方法还是将控制指标 和综合评价相结合， 用总量控制指标进行评价或考 核。本文在模糊理论的基础上， 演化出水环境质量多 目标模糊决策评价图， 用图说明两组或两组以上的数 据或变量的相互联系， 直观地分析概念， 讨论其变化 趋势。实例证明 该模型图可客观地直观评价水域单 元的 “可粗可细” 的质量状况。 1多目标模糊决策水质评价图 1. 1水环境质量综合评价思路 首先， 假设把水环境质量标准各等级 类别 和 各待评价水域单元， 作为备选对象， 并选择统一的水 环境质量评价因素的指标向量， 这样， 就转化成一个 多目标模糊决策问题。其次， 计算出备选集各对象的 从优、 从次的隶属度。再次， 作隶属度图， 即分别以各 对象的从优隶属度为横轴， 以从次的隶属度为纵轴作 2 维评价图。最后完成评价。 1. 2隶属度图的判读原则 坐标轴正向为隶属度增大向的原则; 可适当增加 总量控制指标权重做比较图的原则; 粗判和细分兼顾 的原则。 2多目标模糊决策模型要义［ 1］ 设系统有 n 个待优选的对象组成备选集， 有 m 个评价因素组成系统的评价指标集。每个评价指标 对备选对象的评判用指标向量表示， 则系统有 m n 阶指标特征向量矩阵， 见式 1 201 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 Xm n x11x12x1n x21x22x2n  xm1xm2xmn xij mn i 1， 2， ， m; j 1， 2， ， n 1 式中xij 第 j 个备选对象的第 i 个评价因素的指 标向量。 第一步， 计算指标隶属度矩阵， 见式 2 rij “优大越优”型rij xij xi， max “优小越优”型rij xi， min x      ij 2 其中 xi， max、 xi， max分别为第 i 个评价因素的指标向量 之最大值和最小值， 得指标隶属度矩阵， 见式 3 Rm n r11r12r1n r21r22r2n  rm1rm2rmn rij mn i 1， 2， ， m; j 1， 2， ， n 3 第二步， 定义系统的优向量和次向量， 分别为式 4 G g1， g2， ， gm T r1， max， r2， ， max， ， rm， max T B b1， b2， ， bm T r1， min， r2， min， ， rm， min { T 4 第三步， 设系统有优向量、 次向量与评价因素的 权重向量， 见式 5 W w1， w2， ， wm T 5 第四步， 计算 j 个备选对象从属于优向量的隶属 度， 见式 6 、 式 7 u  j 1 1 ∑ m i 1 wi| rij－ gi| p ∑ m i 1 wi| rij－ bi| p 2 p ， j 1， 2， ， n 6 v  j 1 1 ∑ m i 1 wi| rij－ bi| p ∑ m i 1 wi| rij－ gi| p 2 p ， j 1， 2， ， n 7 式中p 广义距离参数。 3应用实例 3. 1实例 为了便于方法比较， 本文援引文献［ 2］ 的实例进 行水质多目标模糊决策评价探讨。本文所有计算均 用 MATLAB7. 0 编程完成。 3. 1. 1计算指标隶属度 利用式 1～ 式 3 计算指标隶属度列于表 1。 表 1指标隶属度 无量纲 结果 评价指标 水环境质量等级待评价水域单元 Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类1 号2 号3 号4 号 溶解氧1. 00000. 80540. 67110. 40270. 26850. 22820. 23490. 37580. 5436 高锰酸盐指数1. 00000. 49250. 33000. 19760. 13200. 08570. 09350. 10000. 0938 COD1. 00001. 00000. 75000. 50000. 37500. 16740. 17120. 24830. 2419 BOD5 1. 00001. 00000. 75000. 50000. 30000. 10610. 11240. 09870. 1033 总氮1. 00000. 40000. 20000. 13330. 10000. 03190. 05700. 14290. 0576 挥发酚1. 00001. 00000. 40000. 20000. 02000. 04350. 05560. 04000. 0769 石油类1. 00001. 00001. 00000. 10000. 05000. 09420. 09980. 07460. 0858 总磷1. 00000. 20000. 10000. 06670. 05000. 02230. 02270. 01440. 0167 氟化物0. 91000. 91000. 91000. 60670. 60671. 00001. 00000. 90100. 8750 粪大肠杆菌1. 00000. 10000. 02000. 01000. 00500. 00830. 00830. 00830. 0083 3. 1. 2绘制多目标模糊决策水质评价图 根据指标隶属度矩阵结果式 4～ 式 7 ， 除 COD 增加 20 的权重外， 其他指标取等权， 距离参数 p 2。计算系统的从优、 从次隶属度， 并绘制多目标 模糊决策水质评价图， 见图 1。 下转第 22 页 301 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 50 以上， 高时达 80 ， B /C 提高到 0. 6。 4. 2好氧系统的启动 先启动 A Ⅰ/O Ⅰ ， A Ⅰ/O Ⅰ 的启动与 UASB 的恢复同步 进行， 接种浓缩池污泥约30 m3， 连续进水， 初始流量 15 t/d， 初期增设从污泥浓缩池到曝气池的污泥回流工 艺管线， 使污泥全部回流， 以增加曝气池中活性污泥浓 度， 强化生化处理效果， 控制出水 DO 1. 5 ～ 2. 5 mg/L， 污泥内回流比 100 ， 1 个月后进水流量增加到25 t/h， 达设计水量， MLSS 提升至3 500 mg/L， A Ⅰ/O Ⅰ 出水 COD 稳定在 290 ～400 mg/L。 AⅠ /OⅠ运行15 d后， 启动 AⅡ /OⅡ， 培养运行 方式 与 A Ⅰ /O Ⅰ 相 同， 系 统 稳 定 后 MLSS 约 为 3 000 mg/L， 污泥内回流比 80 ， AⅠ /OⅠ出水 COD 稳定在150 ～ 250 mg/L。 AⅠ /OⅠ与 AⅡ /OⅡ稳定运行后， 其 COD 总去 除率在 95 以上， 氨氮去除率高达 92 。 在启动及运行阶段需注意 1 严格控制进水 pH。 因为各种废水 pH 值相差较大， 其中以酸性废水居多， 所以配药要及时， 监管要细心。2 控制好氧系统的营 养比。按照 ρ BOD5 ∶ ρ N ∶ ρ P100∶ 5∶ 1的比例向 其中加入 KH2PO4。3 控制好氧系统的溶解氧。溶解 氧过低会影响絮粒内部细菌的代谢速率， 过高则会加 快微生物的代谢速度， 从而加速其衰亡 ［ 2］。 当系统进入稳定运行阶段后， 连续监测30 d， 结 果表明， 改造后出水水质优于 GB 8978 － 1996 的二级 标准， 系统稳定运行后监测结果见表 2。 表 2各处理单元出水水质 mg/L 项目ρ CODρ BOD5ρ 氨氮ρ SSALK UASB1 9001 100504001 050 AⅠ /OⅠ350 2001324850 AⅡ /OⅡ180 30825900 5结论 1 采用 UASB A/O 的生物法处理生物制药生 产废水是可行的， 而且处理效果稳定， 出水符合 GB 8978 － 1996 的二级标准， 总 COD 去除率高于 95 。 2 在日常运行中， 需保证 UASB 段的 pH， 严格监 控 VFA 浓度。尽量避免各工段的负荷冲击， 在好氧 段需控制好营养比和溶解氧。 参考文献 ［1 ］ 胡纪萃， 周孟津， 左剑恶， 等. 废水厌氧生物处理理论与技术 ［M］ . 北京 中国建筑工业出版社， 2003. ［2 ］ 徐亚同， 黄民生. 废水生物处理的运行管理及异常对策［M］ . 北 京 化学工业出版社， 2002. 作者通信处果志强330031南昌大学前湖校区 30 栋 0332 室 E- mailguoshi200 yahoo. com. cn 2009 － 08 － 13 櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄櫄 收稿 上接第 103 页 图 1多目标模糊决策水质评价图 3. 2评价结果与讨论 由图 1 左 可直观判定所评价水域单元属于Ⅴ 类水; 图 1 右可 区 分 出 水 域 单 元 的 优 劣 次 序 为 4 号 2 号 1 号 3 号。 从以上结果可以看出， 与文献［ 2］ 属于 Ⅴ 类 水;优劣次序为2 号 1 号 4 号 3 号. 相比 3 号点都是最次; 2 号 与 1 号优劣次序亦相同; 所不同 的是本结果以 4 号为四者相对最优， 而较文献［ 2］ 前 移 2 个位次。这可能与本文所取 COD 的权重高出其 他指标 20 有关， 因为他们的等标污染负荷次序是 1 号 4. 48 2 号 4. 38 4 号 3. 10 。 4结语 1 水体单元环境质量的模糊性， 决定了评价方 法选择要综合性， 多目标模糊决策用于水环境质量评 价是适用的方法之一。 2 由多目标模糊决策演化出来的多目标模糊决 策水质评价图可客观地直观评价水域单元的“可粗 可细” 的质量。 3 多目标模糊决策评价可充分考虑总量控制指 标的 “优先” 角色。 4 多目标模糊决策评价法原理简单， 计算量小。 参考文献 ［1 ］ 费忠华， 徐辉， 李博. 企业技术创新的多目标模糊决策模型及 MATLAB 实现［J］ . 数学的实践与认识， 2006， 36 1 90- 97. ［2 ］ 王清芬， 王伯铎， 马俊杰， 等. 用灰色聚类关联分析法对水环境 质量的评价［J］ . 环境工程， 2008， 26 3 59- 62， 95. 作者通信处李峰251900山东省无棣县人民政府 E- maillifengbgs 126. com 2009 － 09 － 07 收稿 22 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期