CC BY
100
стр. 140 из 233
УДК 628.3:311.21 DOI: 10.12737/4859
МЕТОД ПАРНЫХ СРАВНЕНИЙ ПРИ РЕШЕНИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
ПЕРЕРАБОТКИ СТОЧНЫХ ОСАДКОВ
Панова Марина Валерьевна, магистрант кафедры сервиса, MBO2Q12@yandex.ru.
Субботин Кирилл Александрович, студент факультета сервиса, byttech1@yadex.ru.
Тыгер Любовь Михайловна, кандидат химических наук, доцент, lvutvger@vandex.ru,
ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва, Российская Федерация
В стране в связи с ростом потребления выросло количество отходов, переработке и утилизации которых уделяется недостаточное внимание. Следовательно, необходимо искать эффективные методы переработки отходов. В статье приведён один из алгоритмов применения метода парных сравнений для выбора более эффективной технологии переработки отходов - алгоритм парных сравнений для группы экспертов применительно к определению наиболее эффективной технологии компостирования отходов. Приведён пример решения данной задачи с помощью табличного редактора Microsoft Excel. Показан вариант так называемого опросного листа для каждого эксперта, где он должен указать порядок расположения технологий переработки отходов в порядке убывания. Показан пример рассчётов с помощью табличного редактора Microsoft Excel.
Ключевые слова: технология переработки отходов, метод парных сравнений, группа экспертов, Microsoft Excel
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
стр. 141 из 233
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 Органичес- кие 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
стр. 142 из 233
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 — Tj.
2. Переработка вторичных ресурсов — сельскохозяйственная биотехнология — Т2.
3. Компостирование растительных отходов городского зелёного хозяйства в смеси с осадками сточных вод — Т3.
4. Рекультивация городских земель — Т4.
5. Получение высокоэффективного экологически чистого «Суперудобрения» — Т5.
6. Производство удобрений из органических отходов — Т6.
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.
стр. 143 из 233
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 tj 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 tj > 0,5 (чем больше превосходство i-й альтернативы над j-й, тем ближе tij к единице). Если i-я альтернатива хуже j-й, то tj < 0,5 (чем больше превосходство j-й альтернативы над i-й, тем ближе tj к нулю). Матрицы парных сравнений, заполненные экспертами, представлены в таблице 2.
Таблица 2
Матрицы парных сравнений, составленные экспертами
Эксперт 1
Т1 Т2 Тз Т4 Т5 Тб
Ti — 0,6 0,8 0,9 0,4 0,3
Т2 0,4 — 0,7 0,6 0,8 0,9
Тз 0,2 0,3 — 0,7 0,6 0,8
Т4 0,1 0,4 0,3 — 0,2 0,1
Т5 0,6 0,2 0,4 0,8 — 0,4
Тб 0,7 0,1 0,2 0,9 0,6 —
Эксперт 2
Т1 Т2 Тз Т4 Т5 Тб
Ti — 0,8 0,9 0,7 0,2 0,1
Т2 0,2 — 0,6 0,9 0,4 0,3
Тз 0,1 0,4 — 0,4 0,7 0,9
Т4 0,3 0,1 0,6 — 0,1 0,3
Т5 0,8 0,6 0,3 0,9 — 0,7
Тб 0,9 0,7 0,1 0,7 0,3 —
Эксперт 3
Т1 Т2 Тз Т4 Т5 Тб
стр. 144 из 233
Т1 — 0,6 0,8 0,9 0,7 0,6
Т2 0,4 — 0,6 0,8 0,4 0,3
Тз 0,2 0,4 — 0,7 0,4 0,2
Т4 0,1 0,2 0,3 — 0,2 0,1
Т5 0,3 0,6 0,6 0,8 — 0,4
Тб 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
Si =Z 1гп, i =1,...,п . (1)
1
Для первого эксперта: S1 = 0,6 + 0,8 + 0,9 + 0,4 + 0,3 = 3 .
Эксперт 1 Эксперт 2 Эксперт 3
S1 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
Ci=£Si, i = 1,...,n, (2)
1
где к — количество экспертов.
C = 3 + 2,7 + 3,6 = 9,3
C1 9,3
C 2 8,3
C3 7
C 4 3,4
C5 8,4
стр. 145 из 233
Сб
8,6
Найдём сумму всех оценок.
с=£ с, , i=i,..., n
1
С = 9,3 + 8,3 + 7 + 3,4 + 8,4 + 8,6 = 45 Найдём веса альтернатив.
С
V = — i = 1 п
ri с ’
9 3
V1 = —= 0,207 1 45
V1 0,207
V2 0,184
V3 0,156
V4 0,076
V5 0,187
V6 0,191
(3)
(4)
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.
стр. 146 из 233
0,250
0,200
0,150
одоо
0,050
0,000
4 ► и
4 ► Т6 i ► Т5 ^ ► Т2 4 ► ТЗ
◄ ► Т4
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.
Рис. 2. Форма Microsoft Excel, заполненная первым экспертом
стр. 147 из 233
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).
1
г
3
4
5
6 7 S
а
10
11
12
13
14
15
16 17 1Б
19
20 21 22
23
24
25
26 27 26 2&
30
31
32 33_ 34
А Б С Е L
Оценки предпочтения альтернатив
Эксп ерт 1
Эксп ерт 2
Si 3,0
s3 3,4
s3 2,6
s4 1,1
S3 2,4
sb 2,5
Si 2,7
s2 2,4
s3 2,5
S* 1,4
s3 3,3
Sb 2,7
Обобщённые оценки предпочтения альтернатив
Ci 9,3
c2 3,3
c3 7,0
Сд 3,4
C3 3,4
C6 3,6
Сумма всех оценок
С 45,0
Веса альтернатив
Vi Ti 0,207
v3 T2 0,134
v3 T3 0,156
V4 T4 0,076
V5 T3 0,137
V6 T6 0,191
Эксп ерт 3
Si 3,6
s3 2,5
S3 1,9
s4 0,9
s3 2,7
Sb 3,4
Рис. 3. Расчёты в Microsoft Excel
стр. 148 из 233
1
2 Е 0,207
3 т6 0,191
4 т5 0,187
5 тг 0,184
6 т3 0,156
7 Тд 0,076
а
э
_10
11
12
13
14
15
16
i
17
IS
19
20
_22
23
24
25 _2б 27 2S
0.250
0.200
0.150
0,100
0,050
0,000
i
< ► Т6 4 ► Т5 i ► Т2 4 ► тз
< ► Т*
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. 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.
стр. 149 из 233
Литература
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.
METHOD OF PAIRED COMPARISONS AS CONTRIBUTING TO SOLVING ECOLOGICAL PROBLEMS OF WASTEWATER SLUDGE PROCESSING
Panova Marina Valer’evna, postgraduate student at the Department of Service, e-mail:
MBO2012@yandex.ru,
Subbotin Kirill Aleksandrovich, undergraduate student at the Department of Service, email: byttech1@yadex.ru,
Tyger Liubov' Mikhailovna, Candidate of Chemical Sciences, Associate Professor,
стр. 150 из 233
Russian State University of Tourism and Service, Moscow, Russian Federation
With a steady growth of consumption, the Russian Federation has recently seen an increase in waste. However, waste processing and disposal are not duly address, which makes scientific research into the issue of waste processing expedient. The article provides an algorithm of using the method of paired comparisons in selecting the most effective technology of waste processing. The authors consider one of the algorithms of the method of paired comparisons: the algorithm of paired comparisons for a group of experts to be used for identifying the most efficient waste composting technology.
Keywords: waste processing technology. Method of paired comparisons, group of experts, Microsoft Excel.
References
1. R ossiiaskaia Federatsiia. Zakony. Ob ekologicheskoi ekspertize. Federal’nyi zakon priniat GodDumoi 23/11/1995 (red. 07/06/2013) [Russian Federation. Laws. On Ecological examination. The federal law was approved by the State Duma on November 23, 1995, edited on June 7, 2013)
2. Y esipov, V. E. Etnologicheskaia ekspertiza dlia promyshlennykh ob’’ektov na baze innovatsionnykh tekhnologii [Etnological examination for industrial facilities on the basis
of innovative technologies [Text]// Innovatsionnaia ekonomika: informatsiia, analitika, prognozy [Innovative economy: information, analytics, forecasts], 2010, No. 1(2). - pp. 38-39.
3. Y esipov, V.E., Ivanov, V.A. Metodologiia otsenki potentsiala zemel’nykh resursov [Methodology of an assessment of the potential of land resources [Text]. Innovatsii v predprinimatel’stve [Innovations in business]. 2011, No. 4 (5).
4. Z aripov, A.A., and Timoshenko, M. V. Modelirovanie razvitiia predpriiatii po rezul’tatam ekonomicheskoi i finansovoi deiatel’nosti [Modeling of development of the enterprises according to the results of economic and financial activity [Text]//Transportnoe delo Rossii [Transport Industry in Russia]. No. 12. 2009 . Page 49-51
5. Gubanov, N.N., and Ivanov, V.A. Metodika plastiki rel’efa v territorial’nom planirovanii podzemnykh kommunikatsii [Plastic shading methodology for the physical planning of
стр. 151 из 233
underground utility systems]. Servis v Rossii i za rubezhom [Service in Russia and Abroad]. 2011. № 8 (27).
6. Ivanov, V.A., and Yesipov, V.E. Innovatsii v provedenii ekologicheskoi ekspertizy [Innovations in the environmental impact audit]. Innovatsii v predprinimatel’stve [Innovations in business]. 2011. № 2 (3).
7. Ivanov, VA., Komarov, N.M., Krymskaia, E.Ya., Panova, M. V. Vodnye resursy Rossii, modeli metoda ikh sokhraneniia i vyzovy proekta [Water resources of Russia, model of a method of their preservation and project calls [An electronic resource]//Naukovedenie [Science of science]. 2013, No. 6 (19).
8. Ivanov, V.A., Shagunov, D.V., and Baikin, S.D. Modernizatsiia oborudovaniia servisa kak sposob rashreniia ego tekhnicheskikh vozmozhnostei [Equipment updating as a way to extending its technical potential]. Elektrotekhnicheskie i informatsionnye kompleksy i sistemy [Electrotechnical and information complexes and systems]. Volume 8, 2012. №
2. pp. 2-8.
9. Krymskaia, E.Ia., vanov, V.A., Panova, M.V. Analiza tekhnologicheskogo protsessa kompostirovaniia osadkov stochnykh vod gorodskogo khoziaistva [Analysing the technological process of municipal wastewater sludge composting]. XVIII mezhdunarodnaia nauchno-prakticheskaia konferentsiia “Nauka-Servisu”, 18/11/2013 [18th International research-to-practice conference “Science to Service”, November 26, 2013].
10. Orlov, A.I. Prikladnaia statistika [Applied statistics]. Moscow: Ekzamen Publ., 2004. 656 p.
