農(nóng)村生活污水處理工藝優(yōu)選研究

唐麗麗 孫 靜 高郁杰 王玉蕊

（1 天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院 天津 300191 2 天津環(huán)科環(huán)境規(guī)劃科技發(fā)展有限公司 天津 300191）

引言

在全國(guó)總面積近90%的廣大農(nóng)村，分布著270 多萬個(gè)自然村，居住著6.1 億人口，每年產(chǎn)生的污水量達(dá)100 億噸左右。農(nóng)村生活污水的隨意排放，不僅嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，更威脅著廣大居民的人居環(huán)境和身體健康。目前，全國(guó)農(nóng)村生活污水處理率不足10%[1]，污水收集與處理系統(tǒng)嚴(yán)重匱乏。因此，農(nóng)村生活污水處理問題亟待解決。本文結(jié)合農(nóng)村生活污水處理工藝優(yōu)選原則，致力于尋找與區(qū)域環(huán)境相匹配的農(nóng)村生活污水處理工藝。

1 農(nóng)村生活污水處理工藝優(yōu)選原則

在農(nóng)村生活污水處理過程中，以建設(shè)成本低、運(yùn)維費(fèi)用少、處理效果好及環(huán)境影響小等指標(biāo)為優(yōu)選原則。然而，在處理工藝優(yōu)選過程中，一種處理工藝很難滿足全部?jī)?yōu)選指標(biāo)要求。由此，生活污水處理工藝的優(yōu)選，往往并不是以最優(yōu)為條件，而是基于區(qū)域環(huán)境，選擇匹配度最高的處理工藝[2]。基于此，本文對(duì)影響區(qū)域農(nóng)村生活污水處理工藝選擇的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析與歸整，繪制了農(nóng)村生活污水處理工藝與區(qū)域條件對(duì)應(yīng)邏輯關(guān)系圖，并以“技術(shù)適用性”與“經(jīng)濟(jì)適用性”為決策目標(biāo)，挑選與區(qū)域最佳匹配的污水處理工藝。如圖1 所示。

圖1 農(nóng)村生活污水處理工藝與區(qū)域條件對(duì)應(yīng)邏輯關(guān)系圖

2 優(yōu)選方法

2.1 處理工藝經(jīng)濟(jì)適用性評(píng)價(jià)

近年來，隨著農(nóng)村生活污水處理問題的不斷重視，生活污水處理工程如雨后春筍般出現(xiàn)。與城市用戶付費(fèi)的運(yùn)維方式不同，農(nóng)村生活污水處理站的運(yùn)維大多依靠政府投資，這也導(dǎo)致處理工程的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)費(fèi)用成為制約處理工藝選擇的重要因素之一。由此，本文以農(nóng)村生活污水處理工藝的經(jīng)濟(jì)適用性為評(píng)價(jià)對(duì)象，通過評(píng)價(jià)結(jié)果以便于各區(qū)政府或相關(guān)投資者基于區(qū)域經(jīng)濟(jì)條件合理選擇處理工藝。

基于全生命周期視角，將工程的建設(shè)投資成本與運(yùn)營(yíng)管理成本作為一個(gè)整體來衡量，并對(duì)各類成本在時(shí)間尺度上進(jìn)行統(tǒng)一，計(jì)算處理工藝的噸水處理成本[3]，以作為處理工藝經(jīng)濟(jì)適用性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

全生命周期視角下的平均噸水處理成本計(jì)算公式：

式中：AC 為處理工藝全生命周期視角下的平均噸水處理成本，元/t；I0為工藝建設(shè)總投資，元；I'0為處理工藝單位建設(shè)成本，元/（m3/d）；Y 為處理工藝年運(yùn)維費(fèi)用，元；y 為單位運(yùn)維費(fèi)用，元/（m3/d）；Q 為處理工藝設(shè)計(jì)日處理規(guī)模，m3/d；i 為年貼現(xiàn)值，按5%計(jì)算；n 為工程設(shè)計(jì)年限，以20 年計(jì)[4]。

在評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以得到各處理工藝經(jīng)濟(jì)適用性的評(píng)價(jià)分值。

2.2 處理工藝技術(shù)適用性評(píng)價(jià)

圖2 農(nóng)村生活污水處理工藝技術(shù)適用性評(píng)價(jià)指標(biāo)層次結(jié)構(gòu)

一般來說，現(xiàn)有的污水處理工藝足夠滿足農(nóng)村生活污水處理要求，即處理技術(shù)已不再是制約生活污水處理的關(guān)鍵因素。然而，處理效果越好，處理成本與運(yùn)維費(fèi)用越高，技術(shù)最佳工藝不一定與區(qū)域環(huán)境的匹配度最高。基于此，以處理工藝的技術(shù)適用性為決策目標(biāo)，即通過評(píng)價(jià)處理工藝的整體性能與區(qū)域環(huán)境的匹配度，選擇在農(nóng)村區(qū)域環(huán)境內(nèi)技術(shù)適用性最高的處理工藝。結(jié)合我國(guó)農(nóng)村實(shí)際情況，建立了一個(gè)由污染控制效果、技術(shù)性能、管理難易程度與環(huán)境效益4 個(gè)一級(jí)指標(biāo)、11 個(gè)二級(jí)指標(biāo)構(gòu)成的包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層與指標(biāo)層的多層次有序遞階結(jié)構(gòu)模型，如2圖所示。

通過模糊層次分析評(píng)價(jià)方法，確定各指標(biāo)層的權(quán)重，并基于指標(biāo)評(píng)價(jià)集及問卷調(diào)查，得到各處理工藝技術(shù)適用性評(píng)價(jià)分值。

2.3 基于矩陣關(guān)聯(lián)分析法的工藝優(yōu)選

由于農(nóng)村生活污水處理工藝的優(yōu)選高于“經(jīng)濟(jì)適用性”和“技術(shù)適用性”單項(xiàng)目標(biāo)，本文運(yùn)用“矩陣關(guān)聯(lián)分析法”理念[5]，以“經(jīng)濟(jì)適用性”與“技術(shù)適用性”兩個(gè)屬性作為關(guān)聯(lián)維度，構(gòu)建工藝優(yōu)選矩陣模型，以解決各目標(biāo)之間沖突，如圖3 所示：

圖3 矩陣優(yōu)選模型

3 案例研究

本研究以薊州區(qū)某村為例，以“出水水質(zhì)可達(dá)標(biāo)”作為初篩原則，篩選當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的潛流式人工濕地、生物接觸氧化[6]、MBR 工藝以及厭氧者流生物濾池—復(fù)合流人工濕地組合系統(tǒng)[7]作為污水處理備選工藝。

3.1 處理工藝技術(shù)適用性評(píng)價(jià)

通過計(jì)算得出各處理工藝技術(shù)適用性的模糊評(píng)價(jià)綜合得分：潛流人工濕地技術(shù)64.44 分、生物接觸氧化工藝79.83 分、MBR 工藝84.82 分、生物濾池+人工濕地組合工藝83.72 分。

3.2 處理工藝經(jīng)濟(jì)適用性評(píng)價(jià)

以《農(nóng)村生活污水處理項(xiàng)目建設(shè)與投資指南》為指導(dǎo)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用項(xiàng)目投資費(fèi)用，依據(jù)公式1 對(duì)各處理工藝經(jīng)濟(jì)適用性進(jìn)行評(píng)分，結(jié)果為：潛流人工濕地工藝100 分、生物接觸氧化法79.87 分、MBR 工藝63.82 分、生物濾池+人工濕地組合工藝95.04 分。

3.3 優(yōu)選結(jié)果

按照評(píng)價(jià)結(jié)果，將工藝的技術(shù)適用性和經(jīng)濟(jì)適用性的分值投影到矩陣優(yōu)選模型中，如圖4 所示：

圖4 飲用水源地農(nóng)村生活污水處理工藝優(yōu)選結(jié)果

結(jié)語

農(nóng)村生活污水處理工藝優(yōu)選就是一個(gè)多目標(biāo)決策的過程，本文基于各目標(biāo)之間的矛盾，提出了從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)兩個(gè)方面對(duì)農(nóng)村生活污水處理工藝與區(qū)域環(huán)境的實(shí)用性進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而更好地解決各目標(biāo)之間的矛盾，降低主觀性在優(yōu)選過程中的主導(dǎo)影響，提高優(yōu)選過程的透明性。