废纸脱墨工艺节能减排先进适用技术评估方法研究

赵吝加 曾维华 许乃中 温宗国

(1.北京师范大学环境学院，北京，100875;2.清华大学环境学院，北京，100084)

大力推广应用节能减排先进适用技术，对于转变发展方式、实现工业转型升级、减少资源能源消耗和污染物排放的意义重大。造纸行业节能减排技术数量多、技术参数复杂［1］;如何从中筛选出满足节能减排先进适用性要求的技术，是行业开展节能减排工作面临的难题。目前有关造纸技术间优劣评价的研究，常采用定性评估方法［2］，或多项技术参数分别比较［3-4］，很少给出直观的、具有说服力的技术优劣评估结果。本研究建立基于层次分析与模糊综合评估的定性与定量方法相结合的废纸脱墨工艺节能减排先进适用技术评估方法，对洗涤法、浮选法、浮选-洗涤法3种典型的废纸脱墨技术进行综合评估，弥补当前我国技术评估方法多以定性判断为主、缺乏综合分析的不足。最终得到节能减排先进适用技术直观的综合评估结果，为辅助行业专家评估筛选适用技术提供一定的参考。

1 方法介绍

可以利用模糊综合评估方法进行废纸脱墨工艺节能减排先进适用技术评估。模糊性指事物本身状态的不确定性，是事物状态存在中间过渡差异的结果。模糊综合评估方法是在模糊环境下，以模糊数学为基础，考虑多种因素的影响，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，从多个因素对被评事物隶属等级状况进行综合评估的一种方法［5-6］。它具有分析角度全面、定量分析与定性分析结合、避免主观定性判断造成的不确定性等优势，能够对复杂、模糊的问题给出定量化的评估结果，增加了评估的准确性和可靠性;适用于造纸行业进行节能减排先进适用技术的评估。

结合废纸脱墨工艺节能减排技术评估筛选需求，建立基于模糊综合评估的节能减排先进适用技术评估方法［7-10］。方法流程如图1所示，上半部分虚线框内给出了技术评估方法的一般流程。首先，确定评估指标体系，作为技术评估筛选的依据和标准;其次，利用层次分析法 (AHP)［10-12］确定指标权重;第三，构建评估因素集和隶属函数，并计算评估因素隶属度;最后进行模糊综合评估，得到最终评估结果。下半部分虚线框为利用AHP确定指标权重的一般步骤。其中，层次递阶结构与指标体系对应;将每一层次的各指标进行两两比较判断，按照一定的标度准则，得到其相对重要程度的比较标度，建立判断矩阵;通过专家对判断矩阵打分，并计算判断矩阵的最大特征值及其相应的特征向量;若通过一致性检验，则将归一化后的特征向量作为指标对于其上层指标的相对权重。

图1 废纸脱墨工艺节能减排先进适用技术评估方法流程

计算评估因素隶属度时，对于定量评估因素，应根据评估值越大越好、越小越好两种情况，分别采用升半梯形分布隶属函数和降半梯形分布隶属函数(见表1)确定其隶属度［13］。

表1 定量评估因素隶属函数分类

x，μ的含义同表1，其中x值的确定由专家结合评语集 {差，较差，一般，较好，好}，进行 ［0，5］区间内打分。

在进行模糊综合评估时，根据隶属度计算结果，可构造各评估因素子集的评估指标隶属度矩阵Rk={}。其中表示第k个评估因素子集下，第j项技术的第i个评估因素值。采用M(·，+)算子［8］，计算k个评估因素子集的模糊综合评估矩阵Bk:

其中，Ak为第k个评估因素子集的相对权重矩阵，bkj为第j项技术第k个评估因素子集的模糊综合评估值。

对于定性评估因素，其隶属度的确定所采用的隶属函数表达式为:

2 建立指标体系并确定权重

2.1 指标体系建立

“节能减排先进适用技术”可定义为各行业为实现节能减排目标，筛选出来的适用于本行业节能减排技术环境条件、相对成熟、有很好的节能减排绩效、需要在本行业推广应用的技术。根据定义，节能减排先进适用技术应具备以下特征:①符合国家现行的产业、技术政策;②工艺成熟，技术先进，能源资源效率高，环境影响较小，具有较好的节能减排效果，且技术经济性合理;③在国内具有应用实例，原则上稳定运行时间应至少在一年以上;④技术适应性强，在本行业经推广应用具有较大节能减排潜力，技术推广应用前景广阔。

根据上述定义及特征，结合造纸行业特点，建立废纸脱墨工艺节能减排先进适用技术评估指标体系，见表2。该指标体系包含定量指标和定性指标，综合反映了技术的物耗、能耗、污染物排放等方面的特征;分为目标层 (P)、准则层 (Pi)、评估指标层 (Pij)。目标层表述了整个指标体系建立的最终目标，是设置准则层的基础和依据;准则层是对目标层的具体体现，而评估指标层是对准则层的进一步细化。

表2 废纸脱墨工艺节能减排先进适用技术评估指标体系

在废纸脱墨工艺节能减排先进适用技术评估指标体系中，目标层为节能减排技术的先进适用性;准则层包括:①资源消耗指标 主要考核生产单位产品的水资源消耗水平;②能源消耗指标 主要考核生产单位产品的电力消耗水平;③污染物排放指标 主要考核生产过程中的废水排放以及废水主要污染物COD的浓度;④经济成本指标 主要考核投资成本和运行成本两项指标;⑤技术特性指标 包括脱墨技术的主要考核指标脱墨浆得率，以及判断技术先进适用程度的稳定性、普及程度、应用前景和国产化水平等指标。

评估指标值通过向企业调研得到，定性指标值由专家研讨会打分讨论获得。

2.2 指标权重确定

采用专家咨询会、企业现场调研打分，并向行业专家发放判断矩阵打分表15份，回收到有效打分表8份。对打分表求平均值汇总后得到指标体系判断矩阵，以及利用免费版软件Y(et)A(nother)ahp Version 0.5.2计算得到的指标相对权重和判断矩阵的一致性比例 (CR)［10］，见表3和表4。

表3 准则层指标判断矩阵

权重计算结果说明，在筛选节能减排先进适用技术时，技术特性是最重要的指标。因为就现有值得推广的技术而言，在资源消耗、能源消耗、污染物排放以及经济成本方面差距并不大，能区分开脱墨技术差异的就是脱墨浆得率、技术稳定性、普及程度、推广应用前景、国产化水平等技术特性指标。因此在设置准则层指标权重时，专家较一致地给技术特性指标赋予了较高的权重。

3 构建评估因素集与隶属函数

3.1 评估因素集

依据指标体系 (见表2)，构建废纸脱墨工艺节能减排先进适用技术评估因素集:

U={U1，U2，U3，U4，U5}={资源消耗，能源消耗，污染物排放，经济成本，技术特性};

U1={U11}={单位产能新鲜水耗};

表4 评估指标层指标判断矩阵

U2={U21}={单位产能电耗};

U3={U31，U32}={单位产能废水排放量，废水COD浓度};

U4={U41，U42}={单位产能投资成本，单位产能运行成本};

U5={U51，U52，U53，U54，U54}={脱墨浆得率，技术稳定性，技术普及程度，技术推广应用前景，技术国产化水平}。

评估因素集U由5个因素子集Uk构成。其中，U对应指标体系中的目标层指标，U1，U2，U3，U4，U5子集分别对应指标体系中的准则层指标，评估因素子集中的评估因素对应评估指标层指标。同理，评估因素值和权重分别对应指标体系中的指标值和权重。

3.2 隶属函数及隶属度的确定

废纸脱墨工艺节能减排先进适用技术评估因素集中包括定量评估因素和定性评估因素。其中定性评估因素包含模糊、不确定信息;且因素值评估标准不同，无法直接将评估某一技术的所有评估因素值综合成一个具有实际意义的技术评估参考值。采用隶属函数，计算评估因素隶属度，统一量化评估因素值，再展开模糊综合评估。

根据定量评估因素评估值越大越好、越小越好两种情况，分别采用升半梯形分布隶属函数和降半梯形分布隶属函数。在废纸脱墨工艺节能减排先进适用技术评估因素集中，脱墨浆得率采用升半梯形分布隶属函数，其余定量评估因素采用降半梯形分布隶属函数。

x，在废纸脱墨工艺节能减排先进适用技术评估因素集中，技术稳定性、技术普及程度、技术推广应用前景、技术国产化水平等采用该隶属函数。

根据调研得到的评估因素值和上述隶属函数计算得到3项脱墨技术所有评估因素的隶属度，结果如表5所示。

评估因素隶属度限定于 ［0，1］区间内，能够反映同一个评估因素下不同技术的优劣，隶属度越高则技术越好。根据隶属度值可开展单因素技术评估。例如，由于洗涤法需要消耗大量水资源，因此从单位产能新鲜水耗方面看，技术1的水耗最大;同时，洗涤法也是最成熟的方法，所以从技术稳定性方面看，技术1稳定性最好。可以看出，不同评估因素下对技术的评估结果是不同的，需要对所有评估因素进行综合评估，以确定最优的节能减排先进适用技术。

表5 废纸脱墨工艺节能减排先进适用技术评估因素隶属度 (μ)

4 模糊综合评估

4.1 评估因素子集模糊综合评估

以污染物排放子集U根据隶属度计算结果，得到5个评估因素子集的评估指标隶属度矩阵Rk(见表5)。以污染物排放子集U3模糊综合评估矩阵B3的计算为例，建立权重向量 A3={0.400 0.600}和隶属度矩阵

则，B3=A3·R3={0.600 0.400 0.344}，表示从第1项技术到第3项技术的污染物排放的模糊综合评估值分别为 0.600，0.400，0.344。该值越大说明技术污染物排放水平越低。

经济成本子集U4、技术特性子集U5的模糊综合评估过程相似，分别可得:

资源消耗子集U1、能源消耗子集U2由于只有一个评估因素，故可直接得到:

4.2 评估因素集模糊综合评估

计算过程同评估因素子集，即根据权重向量A0={0.12 0.14 0.14 0.08 0.52}以及隶属度矩阵

得到，B0=A0·R0={0.595 0.753 0.468}，即 3项脱墨技术的模糊综合评估值。

4.3 结果分析

利用本研究所建立的定性定量相结合的节能减排先进适用技术评估方法得到造纸行业废纸脱墨工艺3项技术的模糊综合评估值。计算结果表明，3项技术节能减排先进适用性得分从高到低依次为:浮选法脱墨技术 (0.753)、洗涤法脱墨技术 (0.595)、浮选-洗涤法脱墨技术 (0.468)。

从因素子集评估结果R0来看，虽然综合排名第一的浮选法脱墨技术在资源消耗方面得分最低;但是在能源消耗、污染物排放两方面得分都最高;而且在经济成本和技术特性方面与最好的洗涤法脱墨技术相比，相差不大。综合排名最后的浮选-洗涤脱墨技术，虽然在资源消耗方面得分最高，但是在其余方面均排在最后。可以看出，如果不采用模糊综合评估方法，将很难判断哪种技术更满足节能减排的要求。

这一综合排序结果反映了表征技术节能减排先进适用性的物耗、能耗、污染物排放、经济成本、技术特性5方面的信息，能够较全面地反映各脱墨技术的特点，与单因素评估相比更直观、更具有参考价值。最终从节能减排先进适用角度，推荐浮选法脱墨技术为废纸脱墨工艺重点推广的技术。

5 结论

5.1 建立基于模糊综合评估的废纸制浆脱墨工艺节能减排先进适用技术评估方法。应用该方法，得到废纸脱墨工艺即洗涤法脱墨、浮选法脱墨、浮选-洗涤法脱墨3项技术的节能减排先进适用性综合得分排序。

5.2 通过运用层次分析法避免了指标赋权的主观性，运用模糊综合评估方法克服了技术评估中的信息模糊性问题和信息遗漏问题，并且最终得到单一、明确的评估结果。但是，评估过程中应注意评估因素集的合理性和全面性，以确保评估结果的科学、准确。

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