基于NSGA-III和熵加权TOPSIS方法的多目标优化总固体废物填埋率

《Scientific Reports》：Multi-objective optimization of total solid waste filling ratio based on NSGA-III and entropy-weighted TOPSIS method

　　

摘要

为缓解煤基固体废物和煤化工行业高盐度废水日益增加的处理压力，并降低传统波特兰水泥作为回填材料所带来的成本和碳足迹，本研究开发了一种完全由工业副产品制成的固化回填材料。通过将改性镁渣（MMS）、粗煤气化渣（CGS）、脱硫石膏（DG）和高盐度废水（HSW）结合，形成了基于总固体废物的固化回填系统（TSW-CPB）。同时，建立了一种基于响应面方法（RSM）-NSGA-III-熵加权TOPSIS的多目标混合设计策略。利用基于RSM的Box-Behnken设计（BBD），选取质量浓度（72–80%）、骨料与水泥比例（1–2）和骨料级配指数（0.3–0.7）作为输入因素，第三天、第十四天和第二十八天的无侧限抗压强度（UCS）以及坍落度作为响应指标。所建立的回归模型具有高度显著性（P?P?>?0.05）。在满足可操作性要求（泵送时的坍落度为15–20厘米，自流时的坍落度为23–27厘米）并考虑经济性能的前提下，生成了帕累托最优解集，并对每个可操作性区间进行了进一步筛选。在泵送条件下，最优混合比例为质量浓度78.758%、骨料与水泥比例1.3911和级配指数0.30504；而在自流条件下，这些比例分别为77.527%、1.0003和0.5864。水化热量测定和微观结构分析表明，CGS会减缓二元系统的反应速率，而DG和HSW显著增强了热量释放；此外，HSW有助于Friedel盐的形成和孔隙填充，从而提高了基体的致密性和强度发展。总体而言，本研究提供了一种低成本的回填解决方案，并提供了一种可推广的多目标优化方法，用于多种来源的工业固体废物和高盐度废水的协同增值处理。