試論當前城市污水處理工藝方案的層次

羅斌華 羅敏霞 吳振斌 夏世斌

【摘要】本文首先簡要分析了我國當前城市污水處理的工藝現狀，并在此基礎上基于層次分析法對城市污水處理工藝方案選擇進行論述。期望通過本文的研究能夠對城市污水處理廠選擇最優的污水處理方案有所幫助。

【關鍵詞】城市污水處理；工藝方案

1 我國當前城市污水處理的工藝現狀分析

通過對國內一些主要城市進行調查分析后發現，其中有將近80%以上的污水處理廠全部采用的都是活性污泥法處理工藝，該方法在國內城市污水處理中的應用較為廣泛。隨著國家進一步加大對城市污水處理工藝方面的研究力度，使得我國在污水和污泥處理技術上取得了顯著的成績，某些科研成果甚至已經達到了國際先進水平。我國在上個世紀80年代以前建設的城市污水處理廠基本上采用的都是曝氣法活性污泥處理工藝，該技術雖然在BOD和SS的處理方面具有一定的優勢，但其對氮和磷的去除率相對較低，為滿足水環境和排放要求，很多污水處理廠都紛紛對現有的技術工藝進行了改造，進一步完善了脫氮和除磷功能。AB法在我國污水處理工程中的應用是從上個世紀80年代初開始的，因該工藝具有較強的抗沖擊負荷能力以及對有毒物質具有緩沖作用，故此，其多數被應用于工業污水所占比例較大的城市當中。近年來，隨著我國對水環境質量要求的不斷提高，國家對與污水處理相關的規范標準進行重新修訂，修訂之后的規范標準提高了對出水氮和磷的要求，這使得各大城市在新建污水處理廠時，均必須將氮和磷的去除作為首要考慮問題。

2 基于層次分析法的城市污水處理工藝方案選擇

就我國的城市污水處理而言，其具有投資大、運行成本高等特點，為了有效降低前期投資和運行費用，污水處理廠應當按照因地制宜的原則選擇工藝方案。然而，在污水處理工藝系統的方案設計中，大多數設計人員一般都是按照以往的工程經驗，并依據國家現行的規范標準，擬定兩個以上的備選方案，再通過經濟和技術可行性分析確定最終的方案。這種工藝方案的選擇方法看似合理，但卻不夠科學，究其根本原因是有些設計人員在擬定備選方案時存在一定的傾向性，這就造成了所選的方案并非是最優方案，由此一來可能會導致兩種情況：一種是前期建設投資成本增大，后期運行費用提高；另一種是投資成本較低，但污水處理效果不達標。鑒于此，在對污水處理工藝方案的選擇上，必須本著客觀、全面的思想，并遵循技術合理、經濟合算、便于管理、運行穩定可靠的原則，對工藝方案進行優選。

層次分析法是目前較為成熟且先進的一種決策方法，簡稱為AHP，在城市污水處理工藝方案選擇的過程中應用該方法，能夠有效降低個人主觀對方案選擇的影響，有助于提高所選方案的科學性。

2.1 層次結構的建立

在AHP法中，層次結構的建立是關鍵環節，它是各個元素隸屬關系的策度，按照對問題的分析，可將所含的因素分層次構筑成為樹狀結構，具體包括以下幾個層次：

⑴目標層。在污水處理方案優選中，最佳方案即目標層。

⑵準則層。該層也被稱之為指標層，它是由諸多可以直接度量的因素構成，如工程、環境、經濟等指標。

⑶子指標層。在一些相對比較復雜的系統當中，指標又可以分為2-3個層次，如工程的地質條件及造價等均可作為子指標層。

⑷測算層。該層主要包括決策的方案，在污水處理工藝方案當中，測算層指的是參與必選的所有方案。

2.2 判斷矩陣的構建

AHP法要求決策者必須對每一個層次當中的各個元素的相對重要性做出準確、合理的判斷。由于方案比選屬于比較復雜的決策問題，很難直接給出各個指標之間的權重，所以需要借助相應的方法導出指標間重要性的權重。通常情況下，AHP采用的是兩兩比較法。該方法具體是指在一定的標度下，對某一個元素集 中的任意兩個元素進行比較，并得出最終的比較結果。假設該元素集當中存在n個元素，那么通過下式的比較，便可獲得整個元素集的比較結果：

（1）

想要構建判斷矩陣A，其關鍵就是如何對兩兩比較結果進行有效利用。以n階的判斷舉為例，若是某個層次中因素對于上一層某個因素為確定值，那么該層次中各個因素之間的兩兩比較結果可用下式進行表示：

（2）

2.3 實例分析

為了便于本文研究，下面以某城市污水處理廠的工藝方案優化選擇為例，對AHP法的應用進行論述。該污水處理廠要求采用二級生化工藝對污水進行處理，同時，對氮和磷的去除要求比較嚴格。經過初步分析論證后，提出了以下四種備選方法：SBR、 、UCT和改良氧化溝工藝。圖1 為基于AHP法構建的層次結構圖。

圖1 基于AHP法層次結構示意圖

圖1中各個指標的重要性排序如下： 。各個方案的比較情況如表1所示。

表1 工藝方案比較

比較項目 A2O 改良氧化溝 SBR UCT

基建費用（元/m?污水） 1245 1301 1198 1206

處理費用（元/m?污水） 0.61 0.67 0.60 0.58

工藝成熟度（%） 80 80 80 90

氮和磷的去除效果（%） 70 80 80 90

按照相關的評分結果便可構建起層次方案的比較矩陣，然后再進行層次單排序，并以方根法對特征向量進行求解，在以該方法分別求出 的特征向量，最后對方案進行排序。由相關計算結果可知，各個方案的優劣排序如下 （UCT工藝）> （改良氧化溝工藝）> （SBR工藝）> （ 工藝）。通過上述分析可知，可將UCT工藝作為當前該城市污水處理廠的首選污水處理方案。

3 結論

綜上所述，在城市污水處理過程中，污水處理工藝方案的選擇是重中之重，為了確保所選的工藝方案科學合理，可在具體的選擇過程中，應用層次分析法。通過本文的研究可知，在確定幾種備選工藝方案的基礎上，借助層次分析法，可以從這些方案中選擇出最適合污水處理廠的工藝方案，這充分證明了該方法的可行性與實用性。在未來一段時期，為了適應我國水環境要求的不斷提高，要不斷加大對污水處理工藝的研究力度，除了要對現有的工藝技術進行不斷改進和完善之外，還應當積極研發一些新的工藝、技術和設備，以此來更好地為城市污水處理服務，這對于促進我國城市的可持續發展具有非常重要的現實意義。

參考文獻

[1]霍宏偉.長春南部污水廠改良型A/O工藝研究[D].吉林大學環境與資源學院.2010.

[2]何士龍.我國城市污水處理廠的建設發展及運營管理[J].能源環境保護.2013（11）.

[3]邱兆富，周琪.國內城市污水污泥的特點及處理處置對策[J].中國沼氣.2012（10）.

[4]周佳恒.城市污水處理廠污泥處置規劃案例研究[J].環境與可持續發展.2010（4）.

[5]凌猛.城市污水處理廠工藝方案模糊決策方法的應用[J].污染防治技術.2010（9）.