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工业废油污染程度的熵权灰色关联模糊评价 ＊ 张贤明 曹华玲 李 川 重庆工商大学环境与生物工程学院, 重庆 400067 摘要 在工业废油污染程度综合评价研究中, 各类复杂油质和众多影响因素相互作用, 各个理化指标间相互联系、相 互干扰, 因而在评价中存在一些模糊的概念和表象。采用熵权法客观赋权, 灰色关联与模糊综合评价相结合的方法建 立工业废油污染程度的评价排序模型。 根据算例评价结果可知, 该方法提供一种新的简便而快捷、适用的评价手段, 为选择合适工业废油处理方式, 以及工业废油的资源化和环境保护研究提供一定的理论依据。 关键词 熵权 灰色关联度 模糊评价 工业废油 污染程度 ＊重庆市自然科学基金资助项目 CSTC,2005BB7158 ; 重庆市教委科 学技术研究项目 050710 0 引言 本研究通过极差变化, 将数据标准化 ,建立工业 废油污染程度熵权灰色关联模糊评价模型,能较好地 处理方案评判与排序过程中的模糊性和人脑综合判 断的灰色综合分析性质, 为方案排序的解析化 、 定量 化提供了有力的手段 [ 1] 。利用熵权法客观赋权,根据 数据之间的关系确定各分指标权重 ,得到的评价指标 向量摒弃了主观随意性, 完全由数据确定。因而运用 熵权灰色关联模糊评价模型, 为工业废油选择合适的 资源化处理方法提供了有效的理论依据 。 1 评价模型研究 1. 1 建立样品矩阵及其规范化 设检测工业废油的理化性能指标样品矩阵 [ X] x1 x2  xn x11x12x1m x21x22x2m  xn1xn2xnm , 即 X xin xijnm, i 1,2 , , n ; j 1,2, , m 。式 中, xi表示第i 个工业废油样品 , xij表示第 i 个工业 废油样品的第j 个指标值 。 由于所涉及的工业废油理化性能指标具有不同 的量纲和类型, 不能直接进行比较, 因此需要对原始 数据指标进行规范化处理 。一般指标有效益型 越大 越好 、 成本型 越小越好 、固定型 越接近某固定值 a1越好 、 区间型 越接近某期望区间[ a1, a2] 越好 4 种 [ 2] 。 对于 4 种不同的指标类型, 将建立的工业废 油样品矩阵[ X] 进行规范 , 其规范化后的矩阵设为 [ Y] yin yijn m i 1, 2, , n ; j 1, 2 , , m 。其规范化处理方法如下 若理化性能指标 j 为效益型,则 yij xij-min i xij max i xij-min i xij 1 若理化性能指标 j 为成本型,则 yij max i xij-xij max i xij-min i xij 2 若理化性能指标 j 为区间型,则 yij 1. 0 - a1-xij max i | a1-min i xij , max i xij-a2 | xij a2 3 若理化性能指标 j 为固定型,则 yij1. 0 - |xij-a | max i |xij-a | 4 经上述方法处理后, 指标值均为越大越好, 且最 优值为1. 0,最差值为 0。 1. 2 熵权确定 熵权法是客观赋权, 根据数据之间的关系确定各 分指标权重 ,摒弃了主观随意性 [ 3] 。若工业废油各样 品的理化性能指标值间的差异越大 ,则该指标在综合 评价中所起的作用就越大 ; 反之 ,作用越小 。将信息 熵和工业废油理化性能指标值的差异程度联系起来, 在工业废油样品原始数据矩阵[ X] 中 ,某项指标值差 异程度越大 , 信息熵越小, 则该指标的权重越大 ; 反 之,某项指标值的差异程度越小,信息熵越大 ,则该指 标的权重越小。 82 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 由于将具有不同量纲 ,代表不同类型和物理含义 的分指标进行标准化处理后, 得出的熵权最大程度地 反映了分指标的真实水平 。因此结合工业废油样品 规范化矩阵[ Y] 计算熵权值, 其体步骤为 1 计算规范化工业废油样品指标值 yij在理化 性能指标j 下的权重pij pij yij ∑ n i 1 yij 5 2 计算各分理化性能指标的熵值 hj hj-k∑ n i 1 pijlnpij 6 式中 k 1 ln n ,并规定若 pij 0 时 hj0 3 计算各分理化性能指标的差异性系数 gj gj1 -hj 7 4 归一化得各分理化性能指标的熵权 wj wj gj ∑ m j 1 gj 8 这样得到基于熵权的评价理化性能指标权值向 量 W w1,w2, ,wm 。对于给定的理化性能指标 j , yij的差异性越小 , 则 hj越大 当 yij全部相等时, hj 1, 此时指标 j 几乎无作用; 当各评价的指标值相 差越大时 hj越小, 该指标对于评价对象比较所起的 作用越大 。因此当 gj越大时 ,指标越重要。 1. 3 建立灰色关联度模糊综合评价模型 灰色关联度是表征 2个灰色事物的关联程度 [ 4] , 是因素之间关联性大小的量度 ,它定量地描述了因素 之间相对变化的情况 。对样品数据的分布形式及数 据的多少没有什么限制, 并从事物发展变化的动态趋 势上找关联 ,因而较回归分析, 相关分析等方法有明 显的优越性。 模糊综合评价是以模糊数学为基础 [ 5,6] , 应用模 糊关系合成的原理 ,将一些边界不清, 不易定量的因 素定量化 ,进行综合评价的一种方法。 由于工业废油污染程度综合评价中 ,涉及到大量 的复杂现象和多种因素的相互作用 ,各个理化指标间 相互联系、相互影响 , 而且评价中存在大量的模糊表 象和模糊概念。因此本研究采用灰色关联与模糊综 合评价相结合的评价方法 ,即以工业废油样品理化性 能指标值与最优指标之间的关联系数矩阵代替模糊 综合评价中的模糊矩阵评价出工业废油污染程度排 序,可取得良好的效果。具体步骤为 1 确定废油样品最优理化性能指标矩阵[ x0] 。 [ x0] x01, x02, , x0m , x0j为前述工业废油样 品矩阵[ X] 中第 j 个理化性能指标在该样品中的最 优值指标, 以此构成最优理想指标集 。 2 计算关联度系数 经规范化处理后的工业废油最优理化性能指标 矩阵[ y0] y01, y02, , y0m 作为参考数列, 以规范 后的矩阵[ Y]作为被比较数列, 则可以用下述关联度 系数公式分别求得第 i 个工业废油样品中第j 个理 化性质指标与最优指标间的关联系数η i j 。 η i j min i min j |y0j-yij| ρ max i max j |y0j-yij| |y0j-yij| ρ max i max j |y0j-yij| 9 式中分辨率 ρ ∈[0, 1] , ρ 一般取 0. 5。采用这种 方式求得的关联系数 ,就是隶属度。 3 模糊综合评价模型 以工业废油样品理化性能指标值与最优指标之 间的关联系数矩阵代替模糊综合评价中的模糊矩阵 即得到模糊关系矩阵[ R ～ ] [ R ～ ] η 11η12η1m η21η22η2m  ηn1ηn2ηnm 。 式中, 每一个分量 ηi j 为 yij与虚拟最优规范理 化性能指标 y0j的关联度 。所以由模糊理论, 可得模 糊综合评价结果向量 B B W [ R ～ ] T 10 据此可得出工业废油各样品的污染程度间的优 劣次序。为工业废油选择合适的处置方式,以及工业 废油的资源化处理提供了一定的理论依据。 2 应用实例 以美国能源研究中心 BERC 及能源研究发展局 ERDA 联合从美国 20 个州采集的 30 个工业废润滑 油样品 9 个理化性能指标数据为例 [ 7] , 建立指标基础 数据评价矩阵[ X] xi 30 xij30 9,按照本研究提 出的熵权灰色关联模糊评价方法进行评价。 2. 1 规范化计算 在考察的 30个工业废润滑油样品理化性能指标 中,残碳、灰分、水分、稀释燃料、不溶物、总酸值为成 本型指标, 开口闪点为效益型指标, 相对密度为固定 83 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 型指标 ,其理想值为 1, 运动粘度为区间型指标其理 想区间为[ 9. 3, 12. 5] 。由式 1 ～ 4 可计算得评价 指标数据的规范化矩阵[ Y] 。 2. 2 权重[ W] 矩阵的计算 根据式 6 计算9 个理化性能指标的指标熵 h 依 次 为0. 95617,0. 977288,0. 976794,0. 98636, 0. 964661,0. 958401, 0. 981225 ,0. 968557,0. 963823。并 利用式 7 和式 8 得到指标熵权重 W 0. 164348, 0. 085162, 0. 087015, 0. 051145, 0. 132509, 0. 155982, 0. 070287,0. 1179,0. 132509 。 2. 3 灰关联系数及模糊矩阵的计算 由原始数据可设最优指标集为 1. 82,0. 7, 227, 0. 2,0. 4, 0. 938, 10. 88, 4. 47, 2. 24 , 取规范化后指标 数据为 1,1,1,1, 1,0. 431,1, 1, 1 , 以此规范后的矩 阵作为被比较数列, 由公式 9 可计算得关联系数 ,并 以此关联系数矩阵作为模糊矩阵[ R ～ ] 。 2. 4 模糊评价 由前面所求得的 W,[ R ～ ] 通过式 10 可得 B W [ R ～ ] T 0. 539792, 0. 588783, 0. 592767, 0. 640528, 0. 766478, 0. 605669, 0. 610786, 0. 543073, 0. 602944, 0. 56212, 0. 616547, 0. 644376, 0. 649767, 0. 662299, 0. 580272, 0. 643254, 0. 583707, 0. 634987, 0. 549715, 0. 592151, 0. 58906, 0. 618627, 0. 736477, 0. 65688, 0. 758419, 0. 665401,0. 67828, 0. 539509, 0. 624472,0. 633648 。 由此,可得 30 个工业废润滑油样品按污染程度 小到大的顺序排列如下 x5, x25, x23, x27, x26, x14, x24, x13, x12, x16, x4, x18, x30, x29, x22, x11, x7, x6, x9, x3, x20, x21, x2, x17, x15, x10, x19, x8, x1, x28 2. 5 结果分析 利用熵权、模糊集理论和灰色关联分析三者结合 建立的评价排序模型 ,能较好地摒弃了主观随意性, 处理方案评估与排序过程中的模糊性和人脑综合判 断的灰色综合分析性质 , 为 30 个工业废润滑油样品 污染程度排序的解析化、定量化提供了有力的手段。 从算例可知,28 号废油样污染最严重 ,应该给予的处 理深度较 5号 、 25号废油样明显大得多 。例如28 号、 1 号油样应采用具有再生功能及高效真空分离等功 能的机油处理系统进行处理, 而象 5 号等污染程度较 轻的油样则可以使用一般处理作用的滤油机即可以 完成处理功能 [ 8] 。这样 ,为废油处理选择处理深度及 判断降级使用或更改用途等资源化提供了依据,也为 环境保护研究提供了科学判定的理论依据。 3 结论 1 利用熵权、模糊集理论和灰色关联分析三者 结合建立的评价排序模型 , 能较好地摒弃主观随意 性,处理方案评估与排序过程中的模糊性和人脑综合 判断的灰色综合分析性质 ,为工业废油污染程度排序 的解析化、定量化提供了有力的手段 。 2 本研究提出的熵权灰色关联模糊评价方法, 该模型和算法具有严密的逻辑推理和数学依据,为工 业废油选择合适的处置方式, 以及工业废油的资源化 处理提供了一定的理论依据。 3 灰色理论 ,熵权理论 、 模糊数学理论相结合的 思想 ,进行工业废油污染程度的评价和排序是切实可 行的 ,易接受,并对其他领域的评价问题也有一定的 参考价值。 参考文献 [ 1] 杜栋, 庞庆华. 现代综合评价方法与案例精选. 北京 清华大学 出版社, 2005. 9. [ 2] 程天, 赵新泽, 邢敬华. 熵权模糊综合评价法在润滑油配方优选 中的应用. 润滑与密封, 2004, 2 50 -53. [ 3] 杨操静, 郭小砾, 刘红云, 谭杰. 基于熵权的水质模糊综合评价. 地下水, 2006, 28 1 46 -48. [ 4] Chen Huang ,Yushun Fan.Knowledge Structuring and uation Based on Grey Theory. Lecture Notes in Computer Science, 2005, 32 24 -26. [ 5] 潘峰, 付强, 梁川. 模糊综合评价在水环境质量综合评价中的应 用研究. 环境工程, 2002, 20 2 59 -61. [ 6] Gabriele H.Greco,Maria Pia Moschen.Supremum metric and relatively compact sets of fuzzy sets. Nonlinear Analysis. , 2006, 64 1325 -1335. [ 7] 何大钧. 工业废油的净化再生. 北京 机械工业出版社, 2001,10. [ 8] 张贤明. 油水分离脱水新工艺及其应用实践. 金属矿山, 2001, 7 29 -31. 作者通讯处 张贤明 400067 重庆工商大学环境与生物工程学院 电话 023 63530879 E -mail zxmchinalyj. com 2006- 07-03 收稿 84 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 SYNTHESIS OF NANOMETER IRON FROM FLUE SLIME OF BLAST FURNACE Xu Ying Wang Wei Hu Binsheng 64 Abstract The FeCl2solution was synthesized by using flue slime of blast furnace as raw materials on gas and solvent extraction. The nanometer iron was synthesized in the system of ethanol and water. KBH4was using asreducer, the surface activity material exist at the same time. The influence factors of whole process were studied. The sample of nanometer iron with the average grain size of 71 nm was prepared and characterized by XRD and SEM. Keywords flue slime of blast furnace, synthesis, extraction and nanometer iron metal DECHLORIDIZATION MECHANISM AND EXPERIMENT IN INCINERATION PROCESS OF MEDICAL WASTESQing Shan Wang Hua He Ping et al 66 Abstract Because the medical wastes include PVC containing chlorine element, and their incineration would produce pollutantHCl so it is necessary to dechloridize in medical wastes incineration. Firstly, from the thermodynamics analysis, it is known that during the dechloridization processwith addition of absorbents, the absorbentswith the best dechloridization effect are Ca OH2, CaO, CaCO3, MgCO3, Mg OH2, while the worst isMgO. The resultsof experiment show that the temperature plays important effects on dechloridization, the optimal temperature is controlled aroundfrom 800 ℃; The smaller the granule of absorbent is, the higher the utilizing efficiency of absorbent surface is, and the higher the dechloridization efficiency is; with the Ca Cl increases, the dechloridization efficiency increases, but the increasing rate tends to slow, and the optimal Ca Cl is 2 . 5～ 3. Keywords medicalwaste, dechloridization, mechanism and experiment ANALYSISOFENVIRONMENTALPROTECTIONFORELECTRONICPRODUCTION CIRCULAR ECONOMY PROJECTYuJun Qiu Wanhua 71 Abstract It is analyzed the problems of e -waste recycling in China, and some solutions are also proposed. Through the analysis of environmental protection for electronic production circular economy project inHaidian District, Beijing, the important role of government pushing combining with market pulling in improving e -waste recycling chain is stressed. Their practices can be popularized. Keywords e -waste recycling, treatment, technology and circular economy DETERMINATION OF PCP FROM SEWAGE BY SPE AND HPLCLi Ping Guan Xiujuan 75 Abstract The of determination PCP from sewage by solid -phase extraction SPEand high-perance liquid chromatography HPLC was studied. Results show thatsample pH4, eluting solvent was 100methanol, eluting solvent volume was 2 mL, flow rate of water samplewas 4 mL L. The recoveries of PCP were between 85～ 95. Important advantages of the SPE compared to the liquid -liquid extraction were the short extraction time, and reduced consumption of organic solvents. Keywords pentachlorophenol PCP , solid -phase extraction and liquid -liquid extration DETERMINATION OF MICROANALYSIS OF MINIM PHTHALATE ESTERS INWATER Cheng Aihua Wang Lei Zhang Rui et al 77 Abstract The phthalate esters PAEsare a kind of persistent harmful pollutantwhose content is tiny andmeasurement is difficult. Through comparison of the liquid -liquid extraction, the solid phase extraction, the high perance liquid chromatography and the gas chromatography mass spectrometry analytical determining PAEsinwater, the SPE-GC -MS analytical for the simultaneous separation and determination of PAEs from water samples was considered the best in laboratory. Keywords phthalate esters,liquid -liquid extraction,solid phase extraction,high perance liquid chromatographyand gas chromatography mass spectrometry analytical UATION OF AIR IMPACT CONCENTRATION BY ASSURING -PROBABILITY CaoJie Wang Dongcheng 80 Abstract It is compared several s of hourly and daily average concentrationforecast in common use and assuring -probability is also modified. It is 100 assuring -probability that meets pertinent requirements of current ambient air quality standard and technical guidelines for environment impact assessment. Based on this , a system of ambient air impact assessment assuring -probability concentration forecast is developed and a set of precise, systematical and applied technical project is built up. Keywords assuring -probability , concentration forecast and ambient air impact assessment THE ENTROPY WEIGHT -GREY RELATION -FUZZY UATION FOR THE CONTAMINATION LEVEL OF WASTED INDUSTRIAL OILZhang Xianming CaoHualing Li Chuan 82 Abstract As there are some interrelations and interactions between inds in the contamination level uation of industrial wasted oil, it is difficult to uate directly . With the application of the objective entropy weight , a theory model of entropy weight-grey relation -fuzzy uation is presented. The simplicity, reliability and applicability of the delivered are validated by the experimental results. Also it offers the theoretical basis for the treatment, utilization of wasted industrial oil and environment protection research. Keywords entropy weight, grey relational degree, fuzzy uation, wasted industrial oil and contamination level THE DESIGN OF NEW COMBINED 3R BIOREACTOR Hou Li Zhou Jiti Zhang Xiuhong et al 85 Abstract It is introduced a new combined 3R carbon, nitrogen and phosphorus removal bioreactor. In this combined bioreactor, carbon, 5 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 3, Jun. , 2007