全 文 ：第 2期
黄姜皂素是合成甾体激素和甾体避孕药的重要前
体[1]，可合成三大类甾体激素药物 400个产品，有“激素
之母”和“药用黄金”之美誉，世界上只有我国和墨西哥
等少数几个国家拥有这一重要资源。
但黄姜皂素生产过程中产生大量难以处理的酸性
废水，具有以下特点：可生化性差，BOD5 8 000 mg/L，
BOD5/COD≈0.27；糖份含量高，综合废水总糖含量约
2%，其中大部分为单糖；污染负荷高，COD 20 000~
《环境科学与技术》编辑部：（网址）http://fjks.chinajournal.net.cn（电话）027-87643502（电子信箱）hjkxyjs@126.com
收稿日期：2013-03-06；修回 2013-07-08
基金项目：环保公益性行业科研专项：黄姜皂素行业污染防治技术评估及最佳工艺确定研究（200909030）
作者简介：薛念涛（1969-），男，高级工程师，博士，主要从事污水、固体废物、恶臭气体治理研究，（电话）010-82150886（电子信箱）xueniantao@163.com。
Environmental Science & Technology
第 37卷 第 2期
2014年 2月
Vol. 37 No.2
Feb. 2014
薛念涛，张国臣，王莹，等.属性综合评价法评估黄姜皂素废水处理工艺[J].环境科学与技术，2014，37（2）：163-166. XueNiantao，ZhangGuochen，
Wang Ying, et al. Comprehensive attribute evaluation on the treatment process of wastewater from production ofDioscorea zingiberensis C.H. wright[J].
EnvironmentalScience&Technology，2014，37（2）：163-166.
属性综合评价法评估黄姜皂素废水处理工艺
薛念涛 1， 张国臣 2， 王莹 1， 曹明利 1，3， 孟尧 1， 王凯军 1
（1.清华大学环境学院环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京 100084；
2.北京国环清华环境工程设计研究院有限公司，北京 100084； 3.合肥工业大学，安徽 合肥 230009）
摘 要：运用属性综合评价法，评估了 5项黄姜皂素废水处理工艺。通过确定评价指标的属性级别，建立分级标准矩阵，计算得到评
价技术属性测度和各项工艺的分数。中和/沉淀-兼有脱硫功能的两相厌氧-固定化微生物-曝气生物滤池（GBAF）工艺得分最高；石灰中
和-二级 UASB-二级接触氧化工艺次之；内电解-三段式两相厌氧-生物接触氧化-催化氧化脱色处理工艺排第三；电化学-UASB-接触
氧化-生物过滤工艺与 EGSB-A/O-生物接触氧化工艺得分较低，但这 2种工艺基本能满足达标排放要求。评价结果为环保行政管理部门
进行环境管理、相关企业选择适用工艺提供科学依据。
关键词：黄姜皂素； 废水处理； 属性综合评价法
中图分类号：X703 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1003-6504.2014.02.032 文章编号：1003-6504(2014)02-0163-04
Comprehensive Attribute Evaluation on the Treatment Process of
Wastewater from Production of Dioscorea zingiberensis C.H. Wright
XUE Niantao1， ZHANG Guochen2， WANG Ying， CAO Mingli1，3， MENG Yao1，
WANG Kaijun1
（1.State Key Joint Laboratory of Environment Simulation and Pollution Control，School of Environment，Tsinghua
University，Beijing 100084，China；2.Beijing Guohuan Tsinghua Environment Engineering Design & Research
Institute Co. Ltd，Beijing 100084，China；3.Hefei University of Technology，Hefei 230009，China）
Abstract：Five treatment processes of wastewater from production of Dioscorea zingiberensis C.H. Wright were assessed
using comprehensive attribute evaluation. By determining the attribute level of evaluation index，grading criteria matrix was
established，and scores of the process and measures of the technical attributes were calculated. Neutralization/precipitation-
two phase anaerobic-immobilized microorganisms-biological aerated filter with desulfurization function（GBAF）process got
the highest score，followed by lime neutralization -two UASB -two contact oxidation process. Internal electrolysis -three
section two phase anaerobic -biological contact oxidation -catalytic oxidative decolorization process ranked the third，and
electrochemical-UASB-contact oxidation-biological filtration process and EGSB-A/O-biological contact oxidation process
got lower scores. However，both the processes could basically meet the discharge standards. The evaluation results would
provide a scientific basis for environmental management of environmental administrative departments and choice of applicable
process for related companies.
Key words：Dioscorea zingiberensis C.H. Wright；wastewater treatment；comprehensive attribute evaluation
第 37卷
40 000 mg/L；酸度高，pH值 0.5~2.5；盐度高，在 pH为
1.0的废水中 SO42-约 11 300 mg/L；色素浓，富含大量
的变性色素；胶质重，头道废液中胶体约为 8%，处理过
程中泡沫极大，非常难消除[2]。
黄姜皂素产业的废水排放己严重威胁着调水工程
水源地的水质[3]。目前，全国皂素生产企业超过 200家，
主要集中在汉江流域的陕西省和湖北省，80%以上位
于十堰市丹江口水库上游的汇水盆地内，而这里正是
国家实施南水北调中线工程的水源区[4-5]。在该水源区
高压环保态势下，企业为生存而投入资金进行污染治
理（主要为废水处理）[6]，但由于缺乏处理工艺的评估、
鉴定结果，造成工艺选择困难。
环境技术评估是实施环境技术管理的重要手段，
客观、科学、公正、透明的评价制度可用于评估各类
环境技术在预防、检测、控制和减少环境污染等方面
的能力和效果，最终为潜在技术购买者进行选择和
决策时提供可靠的信息[7]。对黄姜皂素污水处理工艺
进行评估，有利于该行业的健康可持续发展，有利于
环保部门的环境监管，有利于发展当地经济、提高农
民收入，对南水北调中线水源区的污染防治具有重
要意义。
1 待评估工艺
根据文献及现场调研，确定待评估工艺见表 1。
表 1 待评估工艺概况
Table 1 Overview of processes to be assessed
序号 名称 优点 缺点
工艺 1
中和/沉淀-兼有脱硫功能的两相厌
氧-固定化微生物-曝气生物滤池
（GBAF）工艺
污染物去除效果好；去除部分硫化物提高了废水中
有机物去除率；固定化微生物-曝气生物滤池系统中
形成了好氧-缺氧-厌氧环境，提高了脱氮效率。
工艺较复杂。
工艺 2 石灰中和-二级 UASB-二级接触氧
化工艺
工艺流程相对简单，好氧段生物膜生长好，处理效果
达到了设计要求。
厌氧池回流效果差，处理率
偏低，产生恶臭气体。
工艺 3 电化学-UASB-接触氧化-生物过滤
工艺
设水解酸化反应迅速，池容小，停留时间短；经 UASB
处理后，显著提高可生化性；生物膜提高处理效率。
如 pH值过低会导致反应阳极的
消耗增加，填料有时结垢。
工艺 4 EGSB-A/O-生物接触氧化工艺
反应器内部的液体上升流速高于 UASB，强化了废
水与微生物之间的接触，提高了处理效率；回收沼气
作为能源；A/O强化脱氮除磷。
如果硫酸盐去除效率较差，则影
响到EGSB产甲烷菌。
工艺 5 内电解-三段式两相厌氧-生物接触
氧化-催化氧化脱色处理工艺
内电解池可适度提高废水的 pH值，降低废水的色
度；整体设计和处理效果优良。 内电解池易板结，工艺较复杂。
2 工艺评估过程
2.1 工艺评估体系构建
选择污染物排放、经济成本、技术成熟度作为一级
指标。通过污染物排放、技术成熟度 2项指标体现出工
艺选择的合理性，通过经济成本指标体现出工艺应用
的经济性；通过污染物排放、经济成本 2项指标对工艺
进行定量评估，通过技术成熟度进行定性评估。确定一
级指标后，细化各一级指标，建立相应二级、三级等指
标，见图 1。技术成熟度主要从技术在实践中应用情况、
自控运行状况、维护管理、操作难易程度等角度进行定
性评估，不再构建二级、三级指标。
2.2 指标赋权
采用专家赋权法为指标赋权，得到各指标权重如
表 2所示。
2.3 根据属性综合评价法评估各项工艺
属性综合评价根据评价对象和评价目的，从不同
的侧面选取刻画系统某种特征的评价指标，建立指标
体系，并通过一定的数学模型（或算法）将多个评价指
标值合成一个整体性的综合评价值[8]。多属性综合评价
的过程实际上就是系统组成要素之间指标信息交换、
流动和组合的过程，是一个集成了主客观信息的复杂
过程[9]。
表 2 评价指标体系赋权
Table 2 Evaluation index system empowering
一级指标 一级权重 二级指标 二级权重 最终权重
污染物排放 0.50
废水总量（t/t产品） 0.10 0.050
COD（kg/t产品） 0.50 0.250
总磷（kg/t产品） 0.15 0.075
氨氮（kg/t产品） 0.15 0.075
SS（kg/t产品） 0.10 0.050
经济成本 0.25
投资成本 0.50 0.125
运行维护成本 0.50 0.125
技术成熟度 0.25 0.25
164
第 2期
根据评价指标体系汇集各项技术效能数据，见表3。
依据二级指标，确定每一项待评价的技术对应该
级指标中各项指标的属性级别。
通常，将评价级别分为 5类（或级），A代表“好”，B
代表“稍好”，C 代表“一般”，D 代表“稍差”，E 代表
“差”。把上面的每一类（或级）都看成一个属性集。这些
属性集合是可比较的。可以认为，好的程度越高越好，
或越高越“强”。因此，对这些属性集可建立“强”序。当
属性集 O比属性集 P“强”时，可记为 O>P。因而有{好}
>{稍好}>{一般}>{稍差}>{差}。
综合客观数据和专家判断，建立分级标准矩阵，见
表 4。
计算评价技术属性测度。以工艺1的单指标属性测度
为例，根据实验数据、专家经验得出测度值。引入每项指
标的权重，计算综合属性测度，采用加性加权法来获得，即：
μik=μ（xi∈Ck）=
m
j=1
Σwj μ（xij∈Ck），1≤k≤K
其中 wj为第 j个指标的权系数。
工艺 1对应于评价等级的单指标、综合属性测度
计算过程如表 5所示，其余技术的综合属性测度值以
此类推。
表 3 评价数据表
Table 3 Evaluation data
一级指标 二级指标 工艺1 工艺2 工艺3 工艺4 工艺5
污染物排放
废水总量（t/t产品） 300 450 661 1625 420
COD（kg/t产品） 66 78.8 125 127 103
总磷（kg/t产品） 0.024 3.44 0.098 0.56 0.092
氨氮（kg/t产品） 3.43 5.79 8.99 4.26 1.72
SS（kg/t产品） 5.46 27.5 59.2 52.0 23.3
经济成本
投资成本（万元/t） 2.0 1.60 1.52 2.26 0.938
运行维护成本
（元/t） 10 9.13 24.8 10 18.2
技术成熟度 成熟 很成熟 成熟 成熟 成熟
表 4 分级标准矩阵
Table 4 Grading criteria matrix
一级指标 二级指标 A B C D E
污染物排放
废水总量（t/t产品） 300 400 500 600 700
COD（kg/t产品） 60 80 100 120 140
总磷（kg/t产品） 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
氨氮（kg/t产品） 1.0 3.0 5.0 7.0 9.0
SS（kg/t产品） 10 20 30 40 50
经济成本
投资成本（万元/t） 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
运行维护成本（元/t） 5.0 10 15 20 25
技术成熟度 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
注：其中 A代表“好”，B代表“稍好”，C代表“一般”，D代表“稍差”，E代
表“差”；对技术成熟度，A代表“很成熟”，B代表“成熟”，C代表“较成
熟”，D代表“一般”，E代表“不成熟”。
表 5 工艺 1对应于评价等级的单指标、综合属性测度计算过程
Table 5 ProcessⅠ corresponding to the evaluation level of single indicators，calculated attribute measure
注：为方便说明，对表中的行、列分别进行了编号，借用矩阵中元素的表示方法 aij表示第 i行，第 j列的元素。如该表所示，a18=a12×a17。A98=Σai8，1≤i≤5。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
方法
A B C D E A B C D E
1 废水总量（t/t产品） 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00
2 COD（kg/t产品） 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.25 0.25 0.00 0.00 0.00 0.00
3 总磷（kg/t产品） 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.075 0.075 0.00 0.00 0.00 0.00
4 氨氮（kg/t产品） 0.00 0.00 0.78 0.22 0.00 0.075 0.00 0.00 0.059 0.016 0.00
5 SS（kg/t产品） 1.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.05 0.00 0.00 0.00 0.00
6 投资成本（万元/t） 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.125 0.00 0.00 0.00 0.125 0.00
7 运行维护成本（元/t） 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.125 0.00 0.125 0.00 0.00 0.00
8 技术成熟度 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.25 0.00 0.25 0.00 0.00 0.00
9 综合属性测度值 0.425 0.375 0.059 0.141 0.00
单指标属性测度 指标
权重
综合属性测度的计算
由此，得到工艺 1对应于评价等级的综合属性测
度为（A，0.425；B，0.375；C，0.059；D，0.141；E，0.00），同
理，可求得其他方法的综合属性测度。结果见表 6。
把污染程度分成 K个等级 C1，…，CK，它们满足
C1＞C2＞…＞CK，样本 xi属于等级 CK的测度为 uik。称
qi= 100K
K
k=1
Σ（K+1-k）uik为 xi的分数。当 1≤k≤K时，对
Ck打100（K+1-k）K ，则对C1打 100分，对CK打 100/K分。
评价结果一般用百分制给出。如果评价级别划为
5类，给最好的级别类 100分，给最差的级别类 20分。
把综合属性测度作为权，对分数进行加权求和，就得到
研究对象的分数。
根据该评分方法，工艺 1得分为：
100（5+1-1）
5 ×0.425 +
100（5+1-2）
5 ×0.375 +
100（5+1-3）
5 ×0.059+
100（5+1-4）
5 ×0.141=81.7
表 6 工艺 1~5综合属性测度结果表
Table 6 Comprehensive attribute measure results of ProcessⅠ toⅤ
方法
对应于评价等级的综合属性测度
A B C D E
工艺 1 0.425 0.375 0.059 0.141 0.00
工艺 2 0.265 0.397 0.208 0.055 0.075
工艺 3 0.075 0.250 0.120 0.215 0.340
工艺 4 0.000 0.403 0.047 0.220 0.330
工艺 5 0.220 0.091 0.481 0.304 0.124
薛念涛，等 属性综合评价法评估黄姜皂素废水处理工艺 165
第 37卷
同理，可得到其他方法的分数。综合评分结果见
表 7。
从表 7看出，中和/沉淀-兼有脱硫功能的两相厌
氧-固定化微生物-曝气生物滤池（GBAF）工艺得分最
高，为 81.7分；石灰中和-二级 UASB-二级接触氧化
工艺次之，为 74.5分；内电解-三段式两相厌氧-生物
接触氧化-催化氧化脱色处理工艺排第三，为 70.8
分；电化学-UASB-接触氧化-生物过滤工艺与 EGSB-
A/O-生物接触氧化工艺得分较低，但这 2种工艺均得
到实际应用，基本能满足达标排放要求。本评价结果为
环保行政管理部门进行环境管理、相关企业选择适用
工艺提供科学依据。
由于黄姜皂素废水难以处理，因此处理工艺往往
比较复杂，建议改进各工艺的缺点，进一步提高各单元
处理效能，加强各单元的衔接，简化工艺流程，降低运
行成本。
3 结论
属性综合评价法可用于环境技术评估，运用此
方法评估黄姜皂素废水处理工艺，中和/沉淀-兼有脱
硫功能的两相厌氧-固定化微生物-曝气生物滤池
（GBAF）工艺得分最高，石灰中和-二级 UASB-二
级接触氧化工艺次之，内电解-三段式两相厌氧-生
物接触氧化-催化氧化脱色处理工艺排第三，电化
学-UASB-接触氧化-生物过滤工艺与 EGSB-A/O-
生物接触氧化工艺得分较低，但基本可满足达标排
放要求。
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表 7 属性综合评价综合评分结果
Table 7 Rating results of comprehensive attribute evaluation
工艺 分数
中和/沉淀-兼有脱硫功能的两相厌氧-固定化
微生物-曝气生物滤池（GBAF）工艺 81.7
石灰中和-二级 UASB-二级接触氧化工艺 74.5
电化学-UASB-接触氧化-生物过滤工艺 50.1
EGSB-A/O-生物接触氧化工艺 50.4
内电解-三段式两相厌氧-生物接触氧化-催化氧化
脱色处理工艺
70.8
166