一种膜组器性能的多级综合评价方法与流程

本发明涉及膜组器性能领域，更具体地说，特别涉及一种膜组器性能的多级综合评价方法。

背景技术：

随着经济和城市化的快速发展，我国水污染和水资源短缺问题日益严重。污水深度处理与再生回用，是减轻我国城市水环境污染、解决城市水资源危机的重要途径。膜处理技术以其高出水质量、处理效果稳定、运用灵活的优势，从各项深度处理技术中脱颖而出，为一体化解决水污染和水资源短缺问题提供了更经济可靠的技术解决方案。采用污水处理膜生物反应器(mbr)技术可以实现城市与工业污水深度处理以及污水再生回用，为我国污水处理产业实现跨越性发展提供了条件。因此膜技术在这些方面的应用前景越来越广阔，对于mbr工艺，中空纤维膜是最常使用的膜产品型式。中空纤维膜由于其填充密度高，在大型mbr工程中应用广泛。

在膜应用方面，膜的经济成本及技术性能都是膜厂家及用户的关注重点，在膜运行方面，分离透过性能、机械强度、化学稳定性、抗污染性、产水水质决定着膜的使用性能及寿命，在经济成本方面，膜组器的占地、成本、曝气能耗及维护清洗决定着膜的成本。由于各种膜组器在不同性能方面各有优劣，怎样结合膜组器的不同性能指标，对膜组器进行综合评价，并依据综合评价结果对膜组器进行优选对膜应用企业具有十分重要的意义。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的内容是提供一种膜组器性能的多级综合评价方法。本发明根据膜组器性能的主要影响因素，从膜组器经济成本、技术性能及产业化推广方面进行层次划分，利用层次分析法确定指标权重，再结合其它数学方法评价膜组器在不同级别方面的性能及其综合性能。

一种膜组器性能的多级综合评价方法，具有如下步骤：

(1)根据指标特点，依据层次分析法(ahp)为膜组器性能划分层次模块；

(2)依据ahp法计算各评价指标对其上一层次的权重；

(3)依据试验、检测及厂家提供三个途径获取膜组器性能的参数；

(4)依据不同膜组器性能参数的优劣，对各指标进行分级，建立评价标准因数集及其相应的评语集、评语集向量；

(5)根据不同指标的性质选取不同的评价函数；

(6)根据膜组器性能检测的数据，应用评价函数构建评价矩阵；

(7)根据评价矩阵，结合权重集，分层次计算膜组器性能的单级评价结果及综合性能评价结果。

在第(1)步中，所述层次模块分为目标层和参与给出目标层的多级因子或指标，其中因子为膜组器的分类性能，指标为膜组器的具体性能，共9个因子，24个评价指标。目标层为膜组器性能，第一级因子为经济成本、产业化推广及技术性能；经济成本对应的第二级指标为吨水占地、膜组器购置费用、膜更换费用、曝气能耗、清洗药剂费用，产业化推广对应的第二级指标为生产规模、工程应用规模、质保，技术性能对应的第二级因子为分离透过性能、化学稳定性、抗污染性能、机械性能、产水水质；分离透过性能对应的第三级指标为纯水通量、临界通量、孔径分布，化学稳定性对应的第三级指标为耐酸性、耐碱性、耐氯性，抗污染性能对应的第三级指标为接触角、透水率下降速度、化学清洗恢复性，机械性能对应的第三级指标为断裂拉伸强力、断裂伸长率、爆破强度、耐疲劳性，产水水质对应的第三级指标为浊度、sdi、粪大肠菌群。具体见表1。

表1膜组器性能层次结构表

在第(3)步中，参与评价的各指标参数的获取途径为：膜组器运行中试试验、膜材料实验室检测及膜厂家提供，具体方法见附表2、表3、表4。

表2中试装置或生产运行检测指标及方法(膜组器检测)

表3仪器或设备检测指标及方法(膜丝检测)

表4膜厂家提供

在步骤(4)中，每一指标选取n个不同的参数作为评价等级，记作v＝{v1，v2，,…，vn}，对应评语集及评语集向量s＝{s1，s2…，sn}。

在步骤(5)中，评价指标分为正向指标及逆向指标，其中纯水通量、临界通量、耐酸性、耐碱性、耐氯性、化学清洗恢复性、断裂拉伸强力、断裂伸长率、爆破强度、耐疲劳性、生产规模、工程应用规模、质保为正向指标，吨水占地、曝气能耗、清洗药剂费用、孔径分布、接触角、透水率下降速度、浊度、sdi、粪大肠菌群为逆向指标。

各指标确定的评价函数包括正向函数、逆向函数，五个等级对应的评价函数的表达式为：

(1)正向指标：

第一个等级：对j＝1：

对j＝(1<j<5),j＝2,3,4：

对j＝5：

(2)逆向指标：

第一个等级：对j＝1：

对j＝(1<j<5),j＝2,3,4：

对j＝5：

(1)、(2)中r(uj)为评价函数，ui表示某个评价指标的实测值，vj-1,vj,vj+1分别表示该评价指标的第j-1,j,j+1级标准值。

依据不同膜组器性能参数的优劣对各指标进行分级,应用评价函数构建评价矩阵；

把各级指标的因素集ui到评语集vj看成是一个映射，可以确定评价矩阵:r＝(rij)m×n，rij为关于因素ui具有评价等级vj的程度。

目标层的评价等级及综合得分由第一级因子决定，每一级别的隶属等级及综合得分再由其下一级别的因子或指标决定；

根据权重集w与模糊评价矩阵r合成,进行综合评价求取评价集b:

(1)第二级因子由第三级指标决定，评价等级：

根据b＝max(bij1,bij2,bij3,bij4,bij1)，选取评价集合中数值最大对应的等级为评价对象的所属等级；

(2)第一级因子由第二级因子或指标决定，评价等级：

(3)目标层由第一级因子决定，评价等级：

选取评价集合中数值最大对应的等级为评价对象的所属等级；

将b与评价集向量s合成，得到综合评价得分:

g＝b·s^t＝(b1,b2,b3,b4,b5)·(s1,s2,s3,s4,s5)^t。

本发明评价指标全面、评价方法合理，在膜组器性能评价方面具有广泛的应用前景，应用膜组器在不同性能方面的评价结果，可满足用户根据项目需求选择合适的膜产品。

附图说明

图1为本发明的技术路线示意图。

具体实施方式

下面结合图1和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种膜组器性能的多级综合评价方法，具有如下步骤：

(1)根据指标特点，依据层次分析法(ahp)为膜组器性能划分层次模块；

(2)依据ahp法计算各评价指标对其上一层次的权重；

(3)依据试验、检测及厂家提供三个途径获取膜组器性能的参数；

(4)依据不同膜组器性能参数的优劣，对各指标进行分级，建立评价标准因数集及其相应的评语集、评语集向量；

(5)根据不同指标的性质选取不同的评价函数；

(6)根据膜组器性能检测的数据，应用评价函数构建评价矩阵；

(7)根据评价矩阵，结合权重集，分层次计算膜组器性能的单级评价结果及综合性能评价结果。

应用实例：

(1)建立膜组器性能层次结构模型。

在分析影响膜组器综合性能的基础上，将其影响因素从经济成本、技术性能及产业化推广三个方面按照不同属性自上而下地分解成3个层次，同一层的各因素从属于上一层的因素或对上层因素有影响，同时又支配下一层的因素或受到下层因素的作用。

目标层:u＝{膜组器性能}；

第一级因子：uj＝{u1,u2u3}＝{经济成本,技术性能，产业化推广}。

从属于经济成本的第二级指标：u1j＝{u11,u12,u13,u14}＝{吨水占地，膜组器购置费用，膜更换费用，膜更换费用，清洗药剂费用}。

从属于技术性能的第二级因子：u2j＝{u21,u22,u23,u24,u25}＝{分离透过性能，化学稳定性，抗污染性能，机械性能，产水水质}。

从属于产业化推广的第二级指标：u3j＝{u31,u32,u33}＝{生产规模，工程应用规模，质保}。

从属于分离透过性能、化学稳定性、抗污染性能、机械性能和产水水质的第三级指标：

u21j＝{u211,u212,u213}＝{纯水通量，临界通量，孔径分布}；

u22j＝{u221,u222,u223}＝{耐酸性，耐碱性，耐氯性}；

u23j＝{u231,u232,u233}＝{接触角，透水率下降速度，化学清洗恢复性}；

u24j＝{u241,u242,u243，u244}＝{断裂拉伸强力，断裂伸长率，爆破强度，耐疲劳性}；

u25j＝{u251,u252,u253}＝{浊度，sdi，粪大肠菌群}。

(2)确定权重。

在本发明中，采用ahp法确定权重，包括以下步骤：

a)构造成对比较阵:从层次结构模型的第一级因子开始，对于从属于(或影响)同一上层的各因素，用成对比较法和1-9比较尺度构造成对比较阵，直到最下层(第三级指标)。

b)计算权向量并做一致性检验:对于每一个成对比较阵计算最大特征根及对应特征向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验。若检验通过，特征向量经归一化后即为权向量，若不通过，需重新构造成对比较阵。

第一级各因子相对于目标层的权重向量为：w＝{w1,w2,,w3}。

第二级各因子或指标相对于其相应的第一级因子的权重向量为：

{u11,u12,u13,u14}相对于经济成本的权重w1＝{w11,w12,w13,w14}；

{u21,u22,u23,u24,u25}相对于技术性能的权重w2＝{w21,w22,w23,w24,w25}；

{u31,u32,u33}相对于产业化推广的权重w3＝{w31,w32,w33}。

第三级各指标相对于其相应的第二级因子的权重向量为：

{u211,u212,u213}相对于分离透过性能的权重w21＝{w211,w212,w213}；

{u221,u222,u223}相对于化学稳定性的权重w22＝{w221,w222,w223}；

{u231,u232,u233}相对于抗污染性能的权重w23＝{w231,w232,w233}；

{u241,u242,u243,u244}相对于机械稳定性的权重w24＝{w241,w242,w243,w244}；

{u251,u252,u253}相对于产水水质的权重w25＝{w251,w252,w253}。

(3)获取检测参数。

获取检测参数的途径为膜组器运行中试试验、膜材料实验室检测及膜厂家提供，具体方法见表2、表3、表4(发明内容中的表2、表3、表4)。

(4)建立评价标准因数集及其相应的评语集、评语集向量。

依据不同膜组器性能参数的优劣对各指标进行分级,各指标选取五个不同的参数作为标准值，组成评价标准因素集(评价集)，记作v＝{v1,v2,…,vn}，对应评语集{优，较优，良，一般，差}及评语分数集s＝{s1、s2，s3，s4，s5}。

(5)隶属度计算。

评价指标分为正向指标和逆向指标，根据每一个指标的实际参数和隶属等级，应用隶属函数计算隶属度：

a)正向指标：

第一个等级：j＝1：

对j＝(1<j<5),j＝2,3,4：

对j＝5：

b)逆向指标：

对j＝1：

对j＝(1<j<5),j＝2,3,4：

对j＝5：

如对于通量五个等级为v＝{400，300，200，150，100}，通量检测值ui＝260，属于v2与v3区间，r(u1)＝0，r(u2)＝(200-260)/(200-300)＝0.6，r(u3)＝(260-300)/(200-300)0.4，r(u4)＝r(u5)＝0。

透水率下降速度五个等级为v＝{1，2，3，4，5}，透水率下降速度测试值ui＝1.3，属于v1与v2区间，r(u1)＝(2-1.3)/(2-1)＝0.7，r(u2)＝(1.3-1)/(2-1)＝0.3，r(u3)＝r(u4)＝r(u5)＝0。

(6)构建评价矩阵。

每个单因素对评语集{v1,v2,…,vn}的隶属度构成的评价集为r＝(r1，r2,r3,r4，r5)

如对于纯水通量，该因素对评语集{v1,v2,v3,v4,v5}的隶属度构成的评价集为r211＝{r2111,r2112,r2113,r2114,r2115}＝{0,0.6,0.4,0,0}，

则m个因素，n个等级构成的评价矩阵为：

第三级指标对其相应的第二级因子构建评价矩阵：

分离透过性能：

化学稳定性：

抗污染性能：

机械性能：

产水水质：

第二级因子或指标对其相应的第一级指标构建评价矩阵：

经济成本：

技术性能：

产业化推广：

第一级因子对目标层构建评价矩阵：

(7)多级综合评价。

根据权重集w与评价矩阵r合成,进行综合评价求取评价等级集b，将b与评价分数向量s合成，得到综合指得分g

第二级因子由第三级指标决定，评价等级：

分离透过性能：b21＝w21·r21＝(b211,b212,b213,b214,b215)；

化学稳定性：b22＝w22·r22＝(b221,b222,b223,b224,b225)；

抗污染性能：b23＝w23·r23＝(b231,b232,b233,b234,b235)；

机械稳定性：b24＝w24·r24＝(b241,b242,b243,b244,b245)；

产水水质：b25＝w25·r25＝(b251,b252,b253,b254,b255)。

第一级因子由第二级因子或指标决定，评价等级：

经济成本：b1＝w1·r1＝(b11,b12,b13,b14,b215)；

技术性能：b2＝w2·r2＝(b21,b22,b23,b24,b25)；

产业化推广：b3＝w3·r3＝(b31,b32,b33,b34,b35)。

目标层由第一级因子决定，评价等级：

膜组器综合性能：b＝w·r＝(b1,b2,b3,b4,b5)。

根据b＝max(bij1,bij2,bij3,bij4,bij1)，选取评价集合中数值最大对应的等级为评价对象的所属等级；

每一级将b与评价集向量s合成，得到每一级的模糊综合指数：g＝b·s^t

按照表2、表3、表4所列方法获取数据，比较两种膜组器，即膜组器1和膜组器2，进行上述评价：

膜组器1：

经济成本：b1＝w1·r1＝(b11,b12,b13,b14,b215)＝(0.567,0.140,0.143,0.086,0.065)，

g1＝b1·s^t＝(0.567,0.140,0.143,0.086,0.065)·(100,90,80,70,60)^t＝90.6

技术性能：b2＝w2·r2＝(b21,b22,b23,b24,b25)＝(0.015,0.060,0.234,0.521,0.170)

g2＝b2·s^t＝(0.015,0.060,0.234,0.521,0.170)·(100,90,80,70,60)^t＝72.3

产业化推广：b3＝w3·r3＝(b31,b32,b33,b34,b35)＝(0.564,0,0.436,0,0)

g3＝b3·s^t＝(0.564,0,0.436,0,0)·(100,90,80,70,60)^t＝91.3

膜组器综合性能：b＝w·r＝(0.372,0.088,0.224,0.225,0.091)

综合评价得分：g＝b·s^t＝(0.372,0.088,0.224,0.225,0.091)·(100,90,80,70,60)^t＝84.3膜组器2：

经济成本：b1＝w1·r1＝(b11,b12,b13,b14,b215)＝(0.172,0.555,0.273,0,0)，

g1＝b1·s^t＝(0.172,0.555,0.273,0,0)·(100,90,80,70,60)^t＝89.0

技术性能：b2＝w2·r2＝(b21,b22,b23,b24,b25)＝(0.558,0.246,0.05,0.110,0.036)

g2＝b2·s^t＝(0.558,0.246,0.05,0.110,0.036)·(100,90,80,70,60)^t＝91.8

产业化推广：b3＝w3·r3＝(b31,b32,b33,b34,b35)＝(0,0,0.695,0.305,0)

g3＝b3·s^t＝(0,0,0.695,0.305,0)·(100,90,80,70,60)^t＝76.9

膜组器综合性能：b＝w·r＝(0.328,0.314,0.238,0.104,0.017)

综合评价得分：g＝b·s^t＝(0.328,0.314,0.238,0.104,0.017)·(100,90,80,70,60)^t＝88.3

即膜组器1、2综合评价得分分别为84.3分、88.3分，膜组器2综合性能优于膜组器1。

本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可以得出其他各种形式的产品。凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属于本发明的涵盖范围。