基于AHP-TOPSIS的在产企业地下水铁锰污染修复技术比选

刘锋平; 孙宁; 呼红霞; 丁贞玉

doi:10.12153/j.issn.1674-991X.20210494

基于AHP-TOPSIS的在产企业地下水铁锰污染修复技术比选

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210494

生态环境部环境规划院

基金项目: 国家重点研发计划项目（2018YFC1803000）

详细信息

作者简介:
刘锋平（1984—），男，助理研究员，硕士，主要从事地下水污染修复相关研究，liufp@caep.org.cn

通讯作者:
丁贞玉（1982—），女，研究员，博士，主要从事土壤和地下水污染防治研究，dingzy@caep.org.cn

中图分类号: X523
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出版历程
- 收稿日期: 2021-09-07

AHP-TOPSIS-based technology comparison for remediation of iron and manganese contaminated groundwater for operating enterprises

Chinese Academy of Environmental Planning, Ministry of Ecology and Environment

摘要

摘要:
筛选科学合理的在产企业地下水修复技术对于有效修复受污染地下水体、节约企业环保投资、实现绿色可持续发展具有重要意义。针对某在产企业铁锰污染的地下水，提出抽出处理、原位化学氧化、可渗透反应墙、监测自然衰减4套技术方案，运用层次分析法（AHP）与逼近于理想解的排序技术（TOPSIS）联合选取最佳修复方案。选取技术、经济、环境、社会4方面的14项指标建立层次分析模型，先由AHP确定指标权重，然后采用TOPSIS对4种技术方案进行优劣排序。结果表明，监测自然衰减技术方案由于在资源和能源消耗、废物产生及排放量、工程建设前期投入等方面的优势，适用于该在产企业地下水的治理与修复。
- 地下水 /
- 层次分析法(AHP) /
- 逼近理想解排序法(TOPSIS) /
- 铁锰污染 /
- 在产企业
Abstract:
Screening scientific and reasonable groundwater remediation technologies for operating enterprises is of great significance for effectively remediating contaminated groundwater bodies, saving corporate environmental investment, and achieving green and sustainable development. For the groundwater contaminated by iron and manganese of an operating enterprise, four technical schemes were put forward: extraction treatment, in-situ chemical oxidation, permeable reactive barrier, and monitoring natural attenuation, and the analytic hierarchy process (AHP) method and the technique for order preference by similarity to an ideal solution (TOPSIS) were used to select the best remediation scheme. 14 indicators in technical, economic, environmental and social terms were selected to establish the AHP model. The indicator weights were first determined by AHP, and then the four remediation schemes were ranked by TOPSIS in order of merit. The results showed that the technical scheme of monitoring natural attenuation was most suitable for groundwater treatment and remediation of the operating enterprise, due to its advantages in resource and energy consumption, waste generation and discharge, and pre-construction investment.
- groundwater /
- analytic hierarchy process (AHP) /
- technique for order preference by similarity to an ideal solution (TOPSIS) /
- iron and manganese pollution /
- operating enterprises

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图 1 地下水修复技术比选指标体系

Figure 1. Index system for comparison and selection of groundwater remediation technologies

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图 2 地下水监测布点

Figure 2. Diagram of groundwater monitoring points

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图 3 地下水中铁、锰浓度超标状况

Figure 3. Overstandard iron and manganese contents in groundwater

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表 1 指标内涵及数据获取方式

Table 1. Index connotation and data acquisition method

序号	指标	内涵	数据获取方式
1	技术成熟度	修复技术在研发过程所达到的一般性实用程度或产业化实用程度	专家评分法
2	污染物去除率	表征目标污染物的去除效果，即污染物降低浓度与初始浓度的比值	文献查阅法
3	修复工程周期	从基础建设到工程验收、后期维护的全过程所需时间	类比法
4	操作难易程度	修复技术应用参数达到实施要求的程度	专家评分法
5	工程建设前期投入	为实现修复过程运行所需的基础性投入，包括临水临电、场地平整、设备购置等	类比法
6	后期运行维护成本	为实现修复设备稳定运行并保证修复效果持续而需要投入的费用	类比法
7	突发事件物资储备	修复过程中为应对突发环境事件而开展的机器、仪器、人身防护、医疗救护等物资储备	类比法、市场调查法
8	废物产生及排放量	修复过程中产生的废气、废水、固体废物的污染物类型，以及向环境中的排放量	专家评分法
9	二次污染危害	在地下水修复过程中污染物的排放量和排放浓度是否可控，噪声影响是否可以接受	专家评分法
10	资源和能源消耗	修复过程中能源、水资源、材料、人工、机械等方面的投入量	专家评分法
11	人群健康影响	场地内外相关人员的污染暴露风险及修复施工安全情况	问卷调查法、文献查阅法
12	公众满意度	周边居民受到修复施工的负面影响以及对修复工程的认可度	问卷调查法
13	环境美学因素	地下水修复工程的环境美感对于人群审美要求的满足程度	问卷调查法
14	提供就业机会	修复过程中为工人提供的就业机会以及修复成功后地块再利用的就业岗位数	问卷调查法、类比法

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表 2 指标相对重要性比较标准

Table 2. Comparison standard of relative importance of indicators

a_ij取值	重要性	说明
1	同样重要	指标i与指标j重要性相同
3	稍微重要	指标i的重要性稍微高于指标j
5	明显重要	指标i的重要性明显高于指标j
7	强烈重要	指标i的重要性强烈高于指标j
9	极端重要	指标i的重要性极端高于指标j
注：2、4、6、8为上述判断的中值。

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表 3 不同矩阵阶数下的RI

Table 3. RI under different matrix orders

指标	1	2	3	4	5	6	7	8	9
RI	0	0	0.58	0.90	1.12	1.24	1.32	1.41	1.45

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表 4 各判断矩阵的权重

Table 4. Weight of each judgment matrix

矩阵	权重向量（w）	最大特征值（$ {\lambda }_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}} $）	CI	CR
T-S	w=(0.421 4, 0.214 1, 0.281 8, 0.082 7)	4.114 7	0.038 2	0.042 5
S₁-N_1~4	w=(0.201 0, 0.520 4, 0.201 0, 0.077 6)	4.043 4	0.014 5	0.016 1
S₂-N_5~7	w=(0.428 6, 0.428 6, 0.142 8)	3.000 0	0.000 0	0.000 0
S₃-N_8~11	w=(0.390 8, 0.150 9, 0.390 8, 0.067 5)	4.043 4	0.014 5	0.016 1
S₄-N_12~14	w=(0.258 3, 0.637 0, 0.104 7)	3.038 5	0.019 3	0.033 2

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表 5 目标层对指标层的分析优化矩阵

Table 5. Analysis and optimization matrix of target layer to index layer

指标	技术指标(S₁)	经济指标(S₂)	环境指标(S₃)	社会指标(S₄)	总权重(T-N)	排序
技术成熟度（N₁）	0.201 0				0.084 7	6
污染物去除率（N₂）	0.520 4				0.219 3	1
修复工程周期（N₃）	0.201 0				0.084 7	6
操作难易程度（N₄）	0.077 6				0.032 7	10
工程建设前期投入（N₅）		0.428 6			0.091 8	4
后期运行维护成本（N₆）		0.428 6			0.091 8	4
突发事件物质储备（N₇）		0.142 8			0.030 6	11
废物产生及排放量（N₈）			0.390 8		0.110 1	2
二次污染危害（N₉）			0.150 9		0.042 5	9
资源和能源消耗（N₁₀）			0.390 8		0.110 1	2
人群健康影响（N₁₁）			0.067 5		0.019 0	13
公众满意度（N₁₂）				0.258 3	0.021 4	12
环境美学因素（N₁₃）				0.637 0	0.052 7	8
提供就业机会（N₁₄）				0.104 7	0.008 7	14
CI	0.014 5	0	0.014 5	0.019 3	0.011 8
RI	0.90	0.58	0.90	0.58	0.805 0
CR	0.0161	0	0.016 1	0.033 2	0.014 6

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表 6 目标层对方案层规范化矩阵

Table 6. Normalization matrix of target layer to plan layer

指标	技术成熟度	污染物去除率	修复工程周期	操作难易程度	工程建设前期投入	后期运行维护成本	突发事件物质储备
抽出处理技术	0.645 5	0.609 3	0.159 2	0.296 7	0.182 5	0.293 7	0.681 8
渗透性反应墙	0.129 1	0.435 2	0.081 3	0.178 0	0.036 5	0.734 3	0.227 3
原位化学反应	0.387 3	0.609 3	0.976 2	0.296 7	0.364 9	0.367 2	0.136 4
监测自然衰减	0.645 5	0.261 1	0.048 8	0.890 1	0.912 3	0.489 6	0.681 8

指标	废物产生及排放量	二次污染危害	资源和能源消耗	人群健康影响	公众满意度	环境美学因素	提供就业机会
抽出处理技术	0.305 4	0.681 8	0.132 0	0.650 8	0.327 3	0.387 3	0.166 7
渗透性反应墙	0.183 3	0.227 3	0.308 0	0.325 4	0.545 5	0.645 5	0.833 3
原位化学反应	0.183 3	0.136 4	0.184 8	0.216 9	0.109 1	0.129 1	0.500 0
监测自然衰减	0.916 3	0.681 8	0.923 9	0.650 8	0.763 8	0.645 5	0.166 7

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表 7 4个技术方案的D⁺、D⁻和C_i

Table 7. Distance calculation and relative proximity of four technical schemes

修复技术方案	D⁺	D⁻	C_i
抽出处理方案	0.152 6	0.096 8	0.387 9
渗透性反应墙方案	0.166 9	0.066 0	0.283 5
原位化学氧化方案	0.139 6	0.116 2	0.454 2
监测自然衰减方案	0.112 0	0.158 7	0.586 3

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