Метод парных сравнений при решении экологических задач переработки сточных осадков

Для многих современных городов и промышленных предприятий актуальной является проблема переработки и утилизации отходов. Подобные вопросы решаются на государственном уровне, но недостаток финансирования и различные социальные неурядицы не позволяют уделять достаточно внимания данной проблеме. Между тем, окружающей среде наносится вред, иногда непоправимый, когда бытовые и промышленные отходы не перерабатывают, а сбрасывают на поля, в водоёмы или используют для этих целей прочие места, где есть возможность безнаказанно загрязнять окружающий ландшафт. Таким образом, крайне актуальной и жизненно важной становится задача выявления эффективной технологии переработки отходов, оценка её с помощью различных методов анализа.

Метод парных сравнений основан на сравнении пар вариантов (задач, целей, альтернатив). Для каждой пары вариантов эксперт указывает, какой из вариантов предпочтительнее (эффективнее, надёжнее и т. д.). Существует ряд алгоритмов, реализующих метод парных сравнений: они различаются по количеству используемых экспертных оценок (индивидуальные и коллективные оценки), по шкалам сравнения альтернатив и т. д. [1].

Метод парных сравнений

Рассмотрим метод парных сравнений для группы экспертов с целью выбора более эффективной технологии переработки отходов. Используем для сравнения технологии компостирования отходов, приведённые авторами в работе (табл. 1). [9]

Алгоритм парных сравнений для группы экспертов основан на сравнении пар вариантов, выполняемом группой экспертов. Каждый из экспертов выполняет сравнение вариантов независимо друг от друга, для каждой пары вариантов эксперт указывает, в какой степени дин из них предпочтительнее другого [10].

Таблица 1

Существующие технологии компостирования отходов

	Назначение	Автор	Обрабатываемые материалы	Продукт
1.	Получение высококачественных компостов	СЗНИИМЭСХ, Санкт-Петербург – Павловск	Отходы животноводства и птицеводства	Компост
2.	Переработка вторичных ресурсов — сельскохозяйственная биотехнология	Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, Россия	Отходы пивоварения, травянистые остатки, сухие осадки бытовых сточных вод, отходы грибоводства, пищевые остатки	Органические удобрения
3.	Компостирование растительных отходов городского зеленого хозяйства в смеси с осадками сточных вод	НИКТИ Городского Хозяйства, Украина	Осадки сточных вод городских сооружений; растительные отходы городских зеленых насаждений (тонкомер, ветки, листья, трава)	Компост
4.	Рекультивация городских земель	Казанский Государственный технологический университет	Осадки сточных вод и техногеннозагрязненные почвы и грунты	Грунты для садовопаркового хозяйства
5.	Получение высокоэффективного экологически чистого «Суперудобрения»	ГУП «Ресурсная фирма Станкоснаб»	Неделовая часть мусороперерабатывающих комплексов, подлежащих	Удобрение

			захоронению
6.	Производство удобрений из органических отходов	ООО «ПромЭкоПроект», Москва	Активный ил и кек очистных сооружений бытовых стоков, осадки прудов-отстойников, отходы животноводческих ферм	Удобрения

Предлагается шесть технологий переработки осадков сточных вод (таблица 1). Результат — определение наиболее эффективной технологии переработки осадков сточных вод.

Введем следующие условные обозначения.

• 1.    Получение высококачественных компостов — Т 1.

• 2.    Переработка вторичных ресурсов — сельскохозяйственная биотехнология — Т 2.

• 3.    Компостирование растительных отходов городского зелёного хозяйства в смеси с осадками сточных вод — Т 3.

• 4.    Рекультивация городских земель — Т 4.

• 5.    Получение высокоэффективного экологически чистого «Суперудобрения» — Т 5.

• 6.    Производство удобрений из органических отходов — Т 6.

Решение об эффективности технологии переработки осадков сточных вод принимается с участием трёх экспертов.

Первый эксперт расположил технологии в следующем порядке.

• 1.    Переработка вторичных ресурсов — сельскохозяйственная биотехнология.

• 2.    Получение высококачественных компостов.

• 3.    Компостирование растительных отходов городского зелёного хозяйства в смеси с осадками сточных вод.

• 4.    Получение высокоэффективного экологически чистого «Суперудобрения».

• 5.    Производство удобрений из органических отходов.

• 6.    Рекультивация городских земель.

Второй эксперт расположил технологии в следующем порядке.

• 1.    Получение высокоэффективного экологически чистого «Суперудобрения».

• 2.    Производство удобрений из органических отходов.

• 3.    Переработка вторичных ресурсов — сельскохозяйственная биотехнология.

• 4.    Получение высококачественных компостов.

• 5.    Компостирование растительных отходов городского зелёного хозяйства в смеси с осадками сточных вод.

• 6.    Рекультивация городских земель.

Третий эксперт расположил технологии в следующем порядке.

• 1.    Получение высококачественных компостов.

• 2.    Производство удобрений из органических отходов.

• 3.    Получение высокоэффективного экологически чистого «Суперудобрения».

• 4.    Переработка вторичных ресурсов — сельскохозяйственная биотехнология.

• 5.    Компостирование растительных отходов городского зелёного хозяйства в смеси с осадками сточных вод.

• 6.    Рекультивация городских земель.

Для принятия решения об эффективности технологии переработки осадков сточных вод каждый эксперт заполняет матрицу парных сравнений размером n х n , где n — количество вариантов (в нашем случае n = 6). Матрица заполняется по следующим правилам: элемент t ij указывает, в какой степени (по мнению эксперта) i -я альтернатива является более предпочтительной по сравнению с j -й. Степень предпочтения указывается в долях единицы. Если i -я альтернатива лучше j -й, то t ij > 0,5 (чем больше превосходство i -й альтернативы над j -й, тем ближе t ij к единице). Если i -я альтернатива хуже j -й, то t ij < 0,5 (чем больше превосходство j -й альтернативы над i -й, тем ближе t ij к нулю). Матрицы парных сравнений, заполненные экспертами, представлены в таблице 2.

Таблица 2

Матрицы парных сравнений, составленные экспертами

Эксперт 1
	Т 1	Т 2	Т 3	Т 4	Т 5	Т 6
Т 1	—	0,6	0,8	0,9	0,4	0,3
Т 2	0,4	—	0,7	0,6	0,8	0,9
Т 3	0,2	0,3	—	0,7	0,6	0,8
Т 4	0,1	0,4	0,3	—	0,2	0,1
Т 5	0,6	0,2	0,4	0,8	—	0,4
Т 6	0,7	0,1	0,2	0,9	0,6	—
Эксперт 2
	Т 1	Т 2	Т 3	Т 4	Т 5	Т 6
Т 1	—	0,8	0,9	0,7	0,2	0,1
Т 2	0,2	—	0,6	0,9	0,4	0,3
Т 3	0,1	0,4	—	0,4	0,7	0,9
Т 4	0,3	0,1	0,6	—	0,1	0,3
Т 5	0,8	0,6	0,3	0,9	—	0,7
Т 6	0,9	0,7	0,1	0,7	0,3	—
Эксперт 3
	Т 1	Т 2	Т 3	Т 4	Т 5	Т 6

Т 1	—	0,6	0,8	0,9	0,7	0,6
Т 2	0,4	—	0,6	0,8	0,4	0,3
Т 3	0,2	0,4	—	0,7	0,4	0,2
Т 4	0,1	0,2	0,3	—	0,2	0,1
Т 5	0,3	0,6	0,6	0,8	—	0,4
Т 6	0,4	0,7	0,8	0,9	0,6	—

Определим оценки предпочтения альтернатив, по мнению каждого эксперта.

Оценки предпочтения альтернатив (S) рассчитываются как сумма строк матриц для каждого эксперта

n

S i = Z t in , i = 1,-, n

Для первого эксперта: S 1 = 0,6 + 0,8 + 0,9 + 0,4 + 0,3 = 3.

	Эксперт 1	Эксперт 2	Эксперт 3
S 1	3	2,7	3,6
S 2	3,4	2,4	2,5
S 3	2,6	2,5	1,9
S 4	1,1	1,4	0,9
S 5	2,4	3,3	2,7
S 6	2,5	2,7	3,4

Определим обобщённые оценки предпочтения альтернатив, учитывая мнения всех экспертов

k

C,^ Si, i = 1,..., n, где k — количество экспертов.

C 1 = 3 + 2,7 + 3,6 = 9,3

C 1	9,3
C 2	8,3
C 3	7
C 4	3,4
C 5	8,4

C 6   8,6

Найдём сумму всех оценок.

C = V C , i = 1,..., n i

C = 9,3 + 8,3 + 7 + 3,4 + 8,4 + 8,6 = 45

Найдём веса альтернатив.

C

• V, = — , i = 1,..., n i_C

9.3

V = — = 0,207

V 1	0,207
V 2	0,184
V 3	0,156
V 4	0,076
V 5	0,187
V 6	0,191

Таким образом, по мнению экспертов наиболее эффективной является технология получения высококачественных компостов, разработанная СЗНИИМЭСХ, следующая за ней технология производства удобрений из органических отходов от ООО «ПромЭкоПроект», следующая — технология получения высокоэффективного экологически чистого «Суперудобрения» от ГУП «Ресурсная фирма Станкоснаб», следующая — переработка вторичных ресурсов — сельскохозяйственная биотехнология, разработанная Институтом водных и экологических проблем ДВО РАН, менее эффективна технология компостирования растительных отходов городского зелёного хозяйства в смеси с осадками сточных вод от НИКТИ Городского Хозяйства, наименее эффективна технология рекультивации городских земель от Казанского Государственного технологического университета. Графически полученные результаты представлены на рис. 1.

Рис. 1. Распределение технологий переработки осадков сточных вод по степени эффективности

Решение задачи с помощью табличного редактора Microsoft Excel

Решение задачи определения эффективности технологии пререработки отходов можно автоматизировать с помощью табличного редактора Microsoft Excel. Каждый эксперт заполняет выданную ему форму, где располагает варианты в порядке убывания, а также заполняет таблицу (матрицу) парных сравнений, где попарно сравнивает варианты. На рисунке 2 показано, как может выглядеть так называемый опросный лист для каждого эксперта.

	А        В		С	D	Е	F	G	н	1	J
1	Эксперт 1
2
3		Ti	Т,	Тз	Т4	Т5	Т6
4	Ti	—	0,6	0,8	0,9	0,4	0,3
5	Т,	0,4	—	0,7	0,6	0,8	0,9
&	Тз	0,2	0,3	—	0,7	0,6	0,8
7	т4	0,1	0,4	0,3	—	0,2	од
8	Т5	0,6	0,2	0,4	0,8	—	0,4
9	Т6	0,7	од	0,2	0,9	0,6	—
10
11 12 13 14 15 16 17 18
	т2	Переработка вторичных ресурсов — сельскохозяйственная биотехнология
	Т1	Получение высококачественных компостов
	Т3	Компостирование растительных отходов городского зелёного хозяйства в смеси с осадками сточных вод
	т5	Получение высокоэффективного экологически чистого а Суперудобрения»
	Т5	Производство удобрений из органических отходов
	т4	Рекультивация городских земель

Рис. 2. Форма Microsoft Excel, заполненная первым экспертом

Эксперты действуют независимо друг от друга, заполняя каждый свою форму, и не знают, каким образом распределил варианты другой эксперт. Расчёты проводятся на другом листе Microsoft Excel, результаты выводятся в виде диаграммы, где показано, как расположены варианты в порядке убывания (рис. 3 и 4).

Рис. 3. Расчёты в Microsoft Excel

Рис. 4. Диаграмма, полученная в Microsoft Excel

Применять метод парных сравнений можно при решении различных вопросов, связанных с принятием решений:

• 1)    при выборе наиболее привлекательного месторасположения очистных сооружений;

• 2)    при выборе наиболее эффективной технологии переработки осадков сточных вод;

• 3)    при выборе территории, где будет расположен полигон для хранения отходов.

• 8.    Федеральный закон от 23 ноября 1995 г. № 174-ФЗ «Об экологической экспертизе».

• 9.     Есипов В.Е. Этнологическая экспертиза для промышленных объектов на базе

  инновационных технологий // Инновационная экономика: информация, аналитика, прогнозы. 2010. №1 (2). С. 38–39.

• 10.    Есипов В.Е., Иванов В.А. Методология оценки потенциала земельных ресурсов // Инновации в предпринимательстве. 2011. № 4 (5).

• 11.    Зарипов А.А., Тимошенко М.В. Моделирование развития предприятий по результатам экономической и финансовой деятельности // Транспортное дело России. 2009. № 12. С. 49—51.

• 12.    Иванов В.А., Губанов Н.Н. Методика пластики рельефа в территориальном планировании подземных коммуникаций // Сборник научных статей «Сервис в России и за рубежом» . 2011 . № 8 (27). [Электронный ресурс].

• 13.    Иванов В.А., Есипов В.Е. Инновации в проведении экологической экспертизы // Инновации в предпринимательстве. 2011. № 2 (3).

• 14.    Иванов, В.А., Комаров, Н.М., Крымская, Е.Я., Панова, М.В. Водные ресурсы

  России, модели метода их сохранения и вызовы проекта // Науковедение. 2013. № 6 (19).

• 15.    Иванов В.А., Шагунов Д.В., Байкин С.Д. Модернизация оборудования сервиса как способ расширения его технологических возможностей (статья) // Электротехнические и информационные комплексы и системы. Т. 8, 2012. № 2. С. 2—8.

• 16.    Крымская Е.Я., Иванов В.А., Панова М.В. Анализ технологического процесса компостирования осадков сточных вод городского хозяйства. Доклад на XVIII Международной научно-практической конференции «НАУКА – СЕРВИСУ» (26 ноября 2013 г.).

• 17.    Орлов А.И. Прикладная статистика. М.: Изд-во «Экзамен», 2004. 656 с.

Применяя знания из разных областей науки, можно решать важные задачи переработки осадков сточных вод, вопросы экологии и природопользования решаются методами статистики, математики и вычислительной техники.