江蘇沿海地區農村生活污水處理技術綜合評價★

陳卉卉，賈 程

(鹽城工學院土木學院，江蘇 鹽城 224051)

隨著國家經濟的快速發展和農村生活水平的提高，農民生活方式發生巨大變化，農村生活污水的排放逐年增多，污水的成分日益復雜，水環境污染日益嚴重。據住房和城鄉建設部數據，截止到2017年，全國(港澳臺未列入統計)共有村莊244.9萬個，其中行政村53.3萬個，常住人口約6.75億人，年供水總量為12.6億m3，但污水處理率僅為17.19%[1]。農村生活污水的治理問題受到廣泛關注，國家和地方陸續制定了相關的整治方案，強化了污水處理設施建設，農村生活污水的處理率逐漸提高。由于農村污水來源多、波動大、有機物、氮磷濃度較高等特性[2]，進水水質、變化規律等與城市污水不同，不能直接使用城市生活污水處理模式和技術。此外，開展農村生活污水處理工作的時間不長，選擇合適的農村生活污水處理技術還缺少工程經驗。

江蘇沿海地區地處江蘇北部，包括連云港、鹽城、南通三市所轄全部行政區域。近年來，江蘇沿海地區建設了大量的農村生活污水處理設施，采用了不同的處理模式和多種生活污水處理技術，有A2O[3-4],AO[5],人工濕地[6],一體化處理單元[7],生物膜和AO+MBR等技術。對這些處理技術建立評價指標體系，篩選出適合江蘇沿海地區經濟、社會發展水平的技術穩定的污水處理技術是農村生活污水處理的關鍵。

層次分析法是一種定性分析與定量分析相結合的多準則決策方法[8]，將評價對象的影響因素分解為若干層次[9]，量化主觀判斷，逐層比較評價，得到一個既定量化又較符合實際的評價結果[10]。

本研究因地制宜地選擇江蘇沿海地區農村的污水處理模式，根據江蘇沿海地區農村生活污水特點、自然地理條件和社會經濟狀況，應用層次分析法，從處理效果、資金要求、技術要求和環境要求四個方面建立綜合評價指標體系，對江蘇沿海地區農村的污水處理技術進行評價和篩選，以期為江蘇沿海地區農村生活污水處理技術的篩選提供決策分析工具。

污水處理模式的選取應根據區域的經濟社會發展狀況，充分考慮人口分布和變化、區域位置地形等因素，因地制宜地選擇。有直接納管、相對集中處理和分散處理三種處理模式。城市近郊、人口密度較高的村莊，優先考慮納入市政管網，由城鎮污水處理廠統一處理；人口聚集度較高、污水量較大、經濟發達的村莊，宜采用相對集中處理模式；對人口密度小、村落較分散、收集較困難的村莊，宜采用分散處理模式。明確了接入城鎮污水管網統一處理優先、建設小型設施相對集中處理與分散處理3種模式相結合的技術路徑[11]。

1 評價指標體系

1.1 評價指標體系構建

農村生活污水處理技術的選擇，不僅要考慮技術的處理效果和資金的投入情況，還需要考慮技術對當地自然地理條件的適應性以及對當地環境的影響。其中，采用生命周期分析方法分析處理技術的資金投入情況，除了考慮管網和設計的建造投入，還綜合考慮前期的規劃設計和后期的運行維護費用等。因此，根據江蘇沿海地區農村的實際情況，結合專家意見和相關文獻，將處理效果、經濟要求、技術要求和環境要求作為評價指標體系的準則層，建立江蘇沿海地區農村生活污水處理技術性能生命周期綜合評價指標體系，如表1所示。

表1 江蘇沿海地區農村生活污水處理技術綜合評價指標體系

其中，根據文獻[12]，選擇COD、總氮、總磷和氨氮四個常用水質指標的去除率作為對應處理效果準則層的指標層指標。用COD去除率表示降解有機物的性能，解決水體黑臭問題。用總氮去除率、總磷去除率和氨氮去除率表示技術去除氮磷的能力。經濟要求準則層選擇投資資金和運營費用兩項指標。根據生命周期分析方法，投資資金包含前期的規劃設計和征地費用和建設階段的設備和管網的建設費用。運營費用包括后期的設備和管網的運行維護，以及項目執行產生的其他費用等[13]。投資資金和運營費用以每噸水的費用表示。技術要求準則層選擇技術穩定性、運行管理難度和建造難度三項指標，其中技術穩定性指標主要考慮污水水質和水量變化對處理效果的影響。環境要求準則層包含占地面積、地形氣候適應性和環境衛生影響三項指標，其中環境衛生影響指標主要包括污水處理過程中產生的污泥、氣味、噪聲等因素對環境和周圍居民的影響。

1.2 指標權重確定

指標的權重大小對最終的評價結果有重要影響。根據Sauty提出的1～9標度法，采用專家打分法并參考相關文獻，對準則層和指標層各元素相互比較構造判斷矩陣，確定不同元素的重要性，求解判斷矩陣的特征值和特征向量。準則層和指標層的判斷矩陣A-B，B1-C，B2-C，B3-C，B4-C構建如下：

并用隨機一致性比率公式CR=CI/RI進行一致性檢驗，若CR<0.1，說明判斷矩陣有滿意的一致性，否則需調整判斷矩陣元素。計算得CRA-B=0.068 7，CRB1-C=0.022 4，CRB2-C=0.0，CRB3-C=0.046 2，CRB4-C=0.046 2，都小于0.1，滿足一致性要求。并得到準則層B和指標層C的單層排序和層次總排序Wij，即指標權重，如表2所示。

表2 準則層B和指標層C的權重Wij

1.3 指標數據標準化

根據綜合評價指標體系，選擇江蘇沿海農村常見的A2O,AO，人工濕地，生物接觸氧化和一體化污水處理裝置5種處理技術進行綜合評價。由于指標層中包含定量指標和定性指標，且定量指標的各元素的單位也不同，為進行統一評價，需要一定方法對原始指標評價值和評判進行標準化處理。

1)定量指標。

對正向指標：COD去除率、總氮去除率、總磷去除率和氨氮去除率，采用式(1)計算。

yij=(xij-xijmin)/(xijmax-xijmin)

(1)

對負向指標：投資資金、運營費用，采用式(2)計算。

yij=(xijmax-xij)/(xijmax-xijmin)

(2)

其中，yij為指標標準評價值;xij為指標原始評價值;xijmax,xijmin分別為指標原始評價值的最大值和最小值。經標準化處理后，各定量指標的取值在0～1之間。如對COD去除率指標，5種處理技術A2O,AO，人工濕地，生物接觸氧化和一體化污水處理裝置的原始評價值分別為90%,77%,50%,85%,89%，則由式(1)得轉換公式yij=(xij-0.5)/(0.9-0.5)，將上述5種技術該指標的原始評價值分別代入，得COD去除率指標的標準評價值為1.000 0,0.675 0,0.000 0,0.875 0,0.975 0。

2)定性指標。

對技術穩定性，將其分為5個級別，差、較差、一般、較好、好，每個級別對應的評價值分別為0.2,0.4,0.6,0.8,1；對運行管理難度和建造難度兩項指標，將其分為5個級別，難、較難、一般、較易、易，每個級別對應的評價值分別為0.2,0.4,0.6,0.8,1；對占地面積，將其分為5個級別，大、較大、一般、較小、小，每個級別對應的評價值分別為0.2,0.4,0.6,0.8,1；對地形氣候適應性，將其分為5個級別，弱、較弱、一般、較強、強，每個級別對應的評價值分別為0.2,0.4,0.6,0.8,1；對環境衛生影響，將其分為5個級別，大、較大、一般、較小、小，每個級別對應的評價值分別為0.2,0.4,0.6,0.8,1。

1.4 評價結果計算

根據各指標的標準評價值yij和權重Wij，由式(3)綜合加權，得各項技術的綜合評價得分ST。

(3)

2 處理技術評價

對江蘇沿海農村常見的A2O,AO，人工濕地，生物接觸氧化和一體化污水處理裝置5種處理技術分別評價打分，并標準化。再由式(3)計算得到5種處理技術的綜合評價分值，見表3。由表3可知，A2O處理技術的綜合得分最高為0.784 0。

表3 5種技術的綜合評價分值

3 結語

本文因地制宜地選擇江蘇沿海地區農村的污水處理模式。基于生命周期分析方法，從處理效果、經濟要求、技術要求和環境要求四個方面，建立了包含1個目標、4個準則 和12項指標的江蘇沿海地區農村生活污水處理技術綜合評價體系。用層次分析法確定了各層次元素的權重，并且為便于統一評價，將定量和定性指標的評價值和評判標準化。最后，由標準化分值和權重得到五種江蘇沿海農村常見污水處理技術的綜合評價分值。可以得出，A2O處理技術比較適合江蘇沿海地區農村生活污水處理。基于層次分析法的江蘇沿海地區農村生活污水處理技術綜合評價體系系統考慮了污水處理技術的主要因素，能夠為江蘇沿海地區農村生活污水處理技術的篩選提供決策分析工具。