層次分析法在某污水處理工藝選擇中的應(yīng)用

楊 卓

(河北聯(lián)合大學(xué)建筑與工程學(xué)院,河北 唐山063009)

0 引 言

我國(guó)已建成的污水處理廠80%以上采用活性污泥法。這種傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)存在著能耗大、運(yùn)行費(fèi)用高、基建費(fèi)用大、剩余污泥量大、帶來(lái)二次污染等問(wèn)題。針對(duì)小城鎮(zhèn)污水處理的特殊性,比如水量不大,水質(zhì)水量不穩(wěn)定,管理水平不高等特點(diǎn)和當(dāng)?shù)厥芗{水體的實(shí)際環(huán)境功能,因地制宜的選擇適合小城鎮(zhèn)的污水處理方法。由于存在著技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、管理方面的眾多不定性因素,無(wú)法運(yùn)用常規(guī)的數(shù)學(xué)方法進(jìn)行定量的計(jì)算。本文是運(yùn)用了層級(jí)分析法,采用專家打分的方法對(duì)某污水廠的污水處理工藝進(jìn)行選擇。建立了一個(gè)3層次9指標(biāo)4方案的層次分析模型。從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和管理三個(gè)方面對(duì)BAF工藝、orbal氧化溝、CASS工藝、A/A/ O工藝進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),以選取最優(yōu)方案。

1 層次分析法的原理及步驟

層次分析法[1～3]是一種有效的多目標(biāo),多準(zhǔn)則的決策分析方法。層次分析法的信息基礎(chǔ)是問(wèn)題所帶的數(shù)據(jù)資料和人們的評(píng)價(jià)依據(jù),通過(guò)這些基礎(chǔ)信息,把所要分析的對(duì)象轉(zhuǎn)化為遞階層次結(jié)構(gòu)。在每一層次上,可按其上一層的對(duì)應(yīng)準(zhǔn)則要求,對(duì)該層元素進(jìn)行逐隊(duì)比較,依照規(guī)定的標(biāo)度定量化后寫成矩陣的形式,即構(gòu)造成判斷矩陣。為了考慮層次分析得到的結(jié)果是否合理,需要對(duì)判斷矩陣進(jìn)行檢驗(yàn),經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)得到的結(jié)果即可認(rèn)為是可行的。目前此方法常被運(yùn)用于小城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)的選擇[3～4]。

層次分析法的基本步驟如下:

1)建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型;

2)準(zhǔn)則層和指標(biāo)層影響因素權(quán)重賦值;

3)形成判斷矩陣;

4)層次單排序及其一致性檢驗(yàn);

5)方案的綜合排序。

2 層次分析法的應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目建設(shè)背景

依托優(yōu)越的地理環(huán)境,良好的自然環(huán)境,豐富的自然資源,該地區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)有了顯著發(fā)展?？墒?隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,污水量逐年增加,排水設(shè)施不符合排水要求,城區(qū)內(nèi)沒(méi)有形成完整的排水系統(tǒng)。生產(chǎn)、生活污水通過(guò)城區(qū)合流排水管及明溝排入縣城周圍的水坑及周邊河流中,未經(jīng)處理的污水對(duì)當(dāng)?shù)丶爸苓叺沫h(huán)境產(chǎn)生了不良影響。為保護(hù)人民的身體健康,必須不斷完善排水系統(tǒng),修建污水處理廠,從根本上解決地區(qū)水污染問(wèn)題,為縣城居民創(chuàng)造良好的生活環(huán)境。

從行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)看,建設(shè)十幾甚至幾十萬(wàn)立方米/日處理能力,服務(wù)面積幾十平方公里的污水處理廠,已經(jīng)逐步被小于十萬(wàn)立方米/日處理能力的污水處理廠所取代。相比之下小規(guī)模的污水處理廠主要優(yōu)勢(shì)在于:配套管網(wǎng)規(guī)模小,減少了配套投入和系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本;便于就地進(jìn)行污水再生利用。

2.2 方案層的選擇

根據(jù)確定的進(jìn)出水水質(zhì)要求,污水處理廠所選處理工藝應(yīng)具有以下功能:

1)能降解有機(jī)物并具有硝化功能,使出水中的BOD5、CODcr達(dá)標(biāo),并使出水中的氨氮降至25mg/L以下(12℃以上)。

2)應(yīng)具有除磷功能。

3)應(yīng)使污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥基本達(dá)到穩(wěn)定。

4)不但能滿足現(xiàn)狀出水水質(zhì)的要求,而且應(yīng)該便于改造,為將來(lái)再生水回用做好準(zhǔn)備。

根據(jù)污水水量和污水處理工藝的選擇標(biāo)準(zhǔn),本文選取改良式氧化溝、CASS工藝、A/A/O工藝、曝氣生物濾池四種方法進(jìn)行方案比選,最終確定處理方案。

2.3 指標(biāo)體系的建立

建立層次結(jié)構(gòu)模型[5],A層是總目標(biāo)層,即適合古冶區(qū)污水處理廠的處理技術(shù)。B層是實(shí)現(xiàn)總目標(biāo)層(A)的三個(gè)準(zhǔn)側(cè)層,分別為技術(shù)性能B1,經(jīng)濟(jì)效益B2,管理水平B3。C層為指標(biāo)層,即為了達(dá)到總目標(biāo)層和準(zhǔn)則層的要求而確定的各種條件,包括占地面積、總投資、土建工程;剩余污泥穩(wěn)定性、出水水質(zhì)、脫氮除磷效果;改擴(kuò)建難易度、運(yùn)行管理難易度、工藝流程這9項(xiàng)為指標(biāo)層。D層是方案層,包括曝氣生物濾池,orbal氧化溝、CASS工藝、A/A/O工藝。

圖1 方案綜合評(píng)價(jià)圖

2.4 權(quán)重的計(jì)算

確定每個(gè)元素對(duì)上一層元素的重要性,采用1～9及其倒數(shù)的標(biāo)度方法,構(gòu)造判斷矩陣并計(jì)算每個(gè)元素對(duì)于上一層元素的權(quán)重。并計(jì)算判斷矩陣的最大特征值,計(jì)算其滿意程度。1表示兩個(gè)因素相比,具有同樣重要性;3表示兩個(gè)因素相比,一個(gè)因素比另外一個(gè)因素稍微重要;5表示兩個(gè)因素相比,一個(gè)因素比另外一個(gè)因素明顯重要;7表示兩個(gè)因素相比,一個(gè)因素比另外一個(gè)因素強(qiáng)烈重要;9表示兩個(gè)因素相比,一個(gè)因素比另外一個(gè)因素極端重要;2、4、6、8表示介于上述相鄰評(píng)價(jià)準(zhǔn)則的中間狀態(tài)。

準(zhǔn)則層的判斷矩陣如下:

表1 判斷矩陣A—B

指標(biāo)層的判斷矩陣見(jiàn)表5～7:

表2 判斷矩陣B1—C

表3 判斷矩陣B2-—C

表4 判斷矩陣B3—C

B層對(duì)U層(總目標(biāo)層)的權(quán)重

WB1U=0.674×0.649=0.437,WB2U=0.674×0.279=0.188,WB3U=0.674×0.072=0.048

WB4U=0.226×0.094=0.021,WB5U=0.226×0.280=0.063,WB6U=0.226×0.627=0.142

WB7U=0.101×0.637=0.064,WB8U=0.101×0.258=0.026,WB9U=0.101×0.105=0.011

2.5 方案綜合評(píng)價(jià)

對(duì)四種方案的9個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行專家打分,最終得出定性結(jié)果。1～0.8為很好,0.8～0.6為比較0.6～0.4為中等,0.4～0.2為有點(diǎn)差,0.2～0為非常差。

根據(jù)以上的各指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),對(duì)十名有經(jīng)驗(yàn)的工作人員進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查,評(píng)分后給出平均值,如表5示。

表5 定量指標(biāo)評(píng)分結(jié)果

由表5各指標(biāo)評(píng)分結(jié)果與各項(xiàng)的權(quán)重相乘,得到最終各方案的得分。得分情況如表6示。

表6 綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)表

3 結(jié) 論

本文利用層次分析法(AHP)建立了一個(gè)3層9指標(biāo)4方案層的綜合評(píng)價(jià)體系。結(jié)果顯示,BAF工藝和CASS工藝得分一樣,均為0.79分。A/A/O工藝和orbal氧化溝得分稍低,分別為0.66分和0.65分。因此我們?cè)贐AF工藝和CASS工藝之間進(jìn)行選擇。鑒于該污水廠對(duì)除磷有特殊的要求,所以綜合考慮評(píng)價(jià)結(jié)果和工藝本身的功能,認(rèn)為CASS工藝更適合作為該污水處理廠的污水處理技術(shù)。

[1] 湯民淮,蔡俊雄.利用層次分析法計(jì)算污染治理設(shè)施評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),1997(01):27～34.

[2] 趙煥臣,許數(shù)柏,和金生.層次分析法[M].北京:科學(xué)出版社,1996.

[3] 胡天覺(jué),陳維平,曾光明,等.運(yùn)用層次分析法對(duì)株洲霞彎污水處理廠污水處理工藝方案擇優(yōu)[J].環(huán)境工程,2000,18(1):61～63.

[4] 鄢恒珍.小城鎮(zhèn)污水處理方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[D].武漢:武漢理工大學(xué),2003.

[5] 劉揚(yáng),楊玉楠,王勇.層次分析法在我國(guó)小城鎮(zhèn)分散型生活污水處理技術(shù)綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].水利學(xué)報(bào),2008,39(9).