含铀废水处理技术比选方法研究 8页

'含铀废水处理技术比选方法研究汪萍廖运璇孙宏图商照荣曲静原环境保护部核与辐射安全中心源技术研宄院应用层次分析法考虑Y技术、经济、环境、公众4个影响因素，建立了含铀废水处理技术比选的层次结构模型。通过分析和讨论，得出合理可行的比选决策结果。结果表明，膜处理法是最优的处理方法，离子交换法次之。这一结果与该厂实际采用的离子交换法和正在实验研究的膜处理法不谋而合，说明AHP方法只有很强的实用性和较好的应用前景。关键词：层次分析法;含铀废水处理;技术比选;基金：环保公益性行业科研专项（201509074） Researchoncomparisonandselectionofuranium-containingwastewatertreatmenttechnologiesWANGPingLIAOYun-xuanSUNHong-tuSHANGZhao—rongQUTing-yuanNuclearandRadiationSafetyCenter^theMinistryofEnvironmentalProtectionofChina;InstituteofNuclearandNewEnergyTechnology，TsinghuaUniversity;Abstract：Fourinfluencingfactorsincludingtechnology,economy,environmentandpublicareconsideredbyusinganalytichierarchyprocess(AHP)，andthehierarchicalmodelforcomparingandselectinguraniumwastewatertreatmenttechnologyisestablished.Throughanalysisanddiscussion,thereasonableandfeasiblecomparisondecisionresultsareobtained.Theresultshowsthatthemembranetreatmenttechnologyisthebest,followedbytheionexchangetechnology.Thisresultisconsistentwiththecurrentsituationthattheionexchangemethodisinserviceandthemembranetreatmentmethodisbeingstudiedexperimentally.ItindicatesthattheAIIPmethodhasstrongpracticabilityandgoodapplicationprospect.Keyword：analyticalhierarchyprocess;uranium-containingwastewatertreatment;technologyoptimization;在铀矿采冶以及铀产品加工等生产过程中会产生一定量的含铀废水。我国学者对含铀废水处理技术开展Y大量棊础性研究，既积累了丰富的实践经验，也研发了废水处理的新工艺。但这些研究主要是针对含铀废水处理技术，很少有人开展含铀废水处理技术比选研究。 含铀废水处理技术的比选是一项复杂的工作，涉及很多因素。这些因素既有定量因素，也有定性因素，而iL这些因素之间又互有关联，相互影响。因此，必须采用科学的方法对这些影响因素进行深入、细致的分析。层次分析法(analyticalhierarchyprocess,AHP)是一种定性与定量相结合的系统化、层次化的决策分析方法。AHP方法的特点是在对多目标、多准则或无结构特征的复杂决策问题的木质、影响因素及其内在关系进行深入分析的基础上，利用较少的定量信息和定性分析使决策思维过程数学化，为复杂决策问题提供简便的决策方法m。该方法作为一种决策方法，在工程、经济、国防、安全科学等多个领域有广泛的应用［8-12］。自1982年引入我国后，在我国社会经济的各个领域内，如工程计划、资源分配、性能评价、政策制定、城市规划、科研评价等，得到了广泛的重视和应用［13-15］。 本文中将AHP方法应用于铀富集厂的含铀废水处理技术比选的决策分析，通过建立层次分析模型，构建判断矩阵，经一致性检验后得出总排序。其结果可为监管部门和企业管理者提供决策参考。此外，本文中构建的递阶层次结构模型具冇一定的通用性和灵活性，可为其他废水、废气及固体废物的处理技术比选提供借鉴。1层析分析方法简介1.1构建层析结构模型八HP方法的基本思路是将决策问题层次化。根据决策问题的性质和总0标，将问题分解为3个层次，分别为目标层、准则层和方案层。FI标层是决策问题的总R标;准则层由几种可能的影响因素构成;方案层则是可供选择的几种具体实施方案。这就构建了层析分析结构模型，如图1所示。图1层析分析结构模型1.2构造成对判断矩阵在建立层次模型后，一般采用两两比较的方式确定各指标相对于上层指标的权重，权重的范围一般是r9（ti含倒数关系，即i/9~i）。如果两两比较的结果出现大于9的情况，则需要及吋调整层次结构，将超过9的指标上升到上一层次,确保每一层指标两两比较结果在r9的范围闪。采用两两比较得出判断矩阵的方法是有利的。这是因为，对于涉及到经济、社会、环境等多种因素的决策问题，决策的主要困难是这些因素通常不易定量地测量。如果人们仅凭自己的经验和知识进行判断，当影响因素较多时给出的结果往往是不全面和不准确的。如果只是定性的结果，则不易被人接受。在AHP中使用的做法是两两比较，且采用相对尺度，以尽可能减少性质不同的因素相互比较的困难，提高准确度。假设有n个元素参与比较，比较第i个元素与第j个元素相对上一层某个因素的重要性时，使用和对权重~来描述。同层各因素两两比较得到判断矩阵A是正互反矩阵，具有如下特点：式中，标度Xij表示行因素i与列因素j比较得出的相对重要程度。重要性判断标度的含义见表1。 1.3层次单排序和一致性检验根据专家打分情况构造判断矩阵，可以计算出矩阵的最大特征值和所对应的最大特征向量，也可以计算出矩阵的一致性指标（CI），如式（2）所示。式中，是判断矩阵的最大特征值;n为判断矩阵的阶数。当CT=O吋，判断矩阵是一致性矩阵。当CI值越大吋，判断矩阵的不一致程度越严重。为丫确定不一致性在一定的允许范围有必要给出令人信服的CI的范围。这就引出了随机一致性指标（R1）,该指标是由Satty教授根据上百个随机样本计算得出的，见表2。RI的简要计算过程如下:对于固定的n，随机构造10（^500个正互反矩阵A，然后计算这些A的CI，用CI的平均值作为n阶矩阵的随机一致性指标。表2平均随机一致性指标（RI）一致性检验的重要性在于防止判断矩阵中各因素的重要性判断不一致情况。需要指出的是，专家在进行主观判断打分时对评价方案的认识存在一定的局限性和片面性。因此，构造的判断矩阵很难具有完全的一致性，故引入判断矩阵的一致性比率（CR）来检验判断矩阵的一致性，如式（3）所示。对于n>3的判断矩阵，当CR〈0.1吋，认为判断矩阵的不一致程度在允许范围内。反之则需要重新构造判断矩阵，直到具有令人满意的一致性。应该指出，选择0.1作为判断指标具有一定程度的主观性考虑。但从AHP方法30多年的应用情况来看，对选择0.1合理性质疑较少，且在解决实际决策问题的应用中发挥了很好的判断作用。1.4层次总排序和一致性检验层次的单排序只能得出同一层析的排序，但无法给出层次总排序。所谓层次总排序就是计算得出某一层所有因素对目标层的相对重耍排序。在计算层次总排序吋,需要用到上一层次的总排序和本层次的单排序。对于第二层而言，第二层对第一层的单排序就是第二层的总排序。这样从上到下依次计算就可以得出各层的层次 总排序。虽然在层次单排序时已经进行了一致性检验，在层次总排序时同样需要做一致性检验。只有经过一致性检验合格后得出的排序结果才具有可信度。对于n〉3的判断矩阵，当CI^uZO.1时，认为层次总排序的不一致程度在允许范围内。层次总排序的一致性检验如式（4）所示。2应用实例以铀富集厂的含铀废水处理技术比选为例，简要说明AHP的实例应用过程。构建层次结构模型是层次分析方法的第一步，也是至关重要的一步。决策FI标是含铀废水处理技术比选，即为目标层。准则层考虑的影响因素有很多，但经过综合比较和分析，技术、经济、环境、社会这4个因素对决策H标的影响较大。例如，技术因素是衡量处理技术的成熟度和实际处理效果;经济因素是业主单位需要考虑的重要因素;环境因素主要是考虑处理后的废水是否满足国家和地方的环境保护方面法规标准;社会因素则是考虑公众对处理技术的可接受程度。因此，技术、经济、环境、社会这4个因素构成了准则层。含铀废水处理技术的可选择性很大，但是考虑到目前国内常用处理方法和具有应用前景的新型处理技术，最终确定了5个备选方案，分别为离子交换法、化学沉淀法、蒸发浓缩法、膜处理法、零价铁法。前3种方法在国内奋很多应用，后2种方法是具有应用前景的新型处理技术。层次结构模型如图2所示。图2含铀废水处理技术比选层次结构模型根据专家打分情况构造判断矩阵，计算各层权重，并进行一致性检验和层次总排序检验。准则层屮要素对决策目标的判断矩阵和一致性检验结果见表3。表3准则层中耍素对决策目标的判断矩阵和一致性检验结果从表3可见，4种因素的权重顺序为环境、经济、社会、技术。其中，环境因素是最重要的准则因素，权重占51.63%;而技术则是最不重要的准则因素，权重仅占8.29%。同理，计算得出方法层中要素（技术、经济、环境、社会）对准则层的判断矩阵和一致性检验结果，分别0.0315、0.02647、0.0875、0.0439。这些判断矩阵也都满足一致性要求，说明所构建的判断矩阵只有很好的一致性水平。经计算得出总排序结果如表4所示。 表4方案层中要素对决策目标的排序权重下载原表经检验，所有判断矩阵和层次总排序均满足一致性要求。从表4可见，膜处理法是最优的处理方法，离子交换法次之。FI前，该铀富集厂采用的含铀废水处理技术就是离子交换法，含铀废水的处理效果较好，均达标排放。但同吋该厂也积极开展膜处理的实验研宄。由此可见，实例中采用AHP方法专家打分得出的计算结果与实际使用和正在实验研宄的含铀废水方法相吻合。3结论与展望含铀废水处理技术既有传统工艺，又有新兴技术。本文中采用层次分析法，通过建立层次结构模型、构建判断矩阵、计算各层权重、一致性检验等一系列过程，对含铀废水处理技术比选进行研究，计算得出膜处理法(权重0.3089)和离子交换法(权重0.2322)是相对较好的2种处理方法。这个计算结果与该厂实际采用的离子交换法和正在实验研究的膜处理法不谋而合，说明AHP方法具有很强的实用性和较好的应用前景。当计算结果的权重差别较小时，可考虑对影响因素进行更为细致的划分，主准则层之下构建子准则层。对于这一影响因素，考虑废水的组成、废水年处理量、核素含量、杂质离子的影响、排放浓度限值、处理费用等因素构成子准则层，这样才能得出合理可信的结果。［1］汪萍，张露，魏国良，等.含氟含铀废水氟化钙共沉淀试验研究［J］.现代化工，2016,36(7):138-141.［2］万小岗，王东文.四钛酸钾晶须处理含铀废水实验研宂［J］.环境科学与技术，2007,30(10):67-70.［3］汪萍，吕彩霞，盛青，等.含铀废水处理技术的研究进展［J］.现代化工，2016，36(12):23-27.［4］赵素芬，史梦洁，安小刚，等.零价铁处理含铀废水的试验研究［J］.工业水处理，2011，31(7):71-74.［5］王建龙，刘海洋.放射性废水的膜处理技术研究进展［JL环境科学学报， 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