基于AHP的農(nóng)村污水處理系統(tǒng)擇優(yōu)評(píng)價(jià)體系探討

賀龍朝 王鑫

摘 要：在建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村和實(shí)現(xiàn)城鎮(zhèn)化的過(guò)程中，農(nóng)村污水處理問(wèn)題日益突出。農(nóng)村污水具有氮、磷濃度高，含有大量的細(xì)菌、病毒，污水流量小，污染源分布散，變化性大等特點(diǎn)。基于此，結(jié)合目前各污水處理工藝的特點(diǎn)，建立了一套工藝方案擇優(yōu)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。為未來(lái)農(nóng)村地區(qū)污水處理工藝的選擇提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村污水 AHP體系 方案優(yōu)選處理技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）07（a）-0027-03

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，目前全國(guó)有行政村60多萬(wàn)個(gè)、自然村250多萬(wàn)個(gè)，農(nóng)村人口多達(dá)6.7億[4]。其中，大部分的村莊都沒(méi)有完善的排水設(shè)施和合理的農(nóng)村污水處理系統(tǒng)。同時(shí)，農(nóng)村生活污水又具有氮、磷濃度高，含有大量的細(xì)菌、病毒，污水流量小，污染源分布散，變化性大等特點(diǎn)[5]。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)階段城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)采用的技術(shù)和運(yùn)行模式無(wú)法適合用于農(nóng)村污水的處理。大量的工業(yè)廢物、生活廢物、農(nóng)業(yè)面源排放廢物等嚴(yán)重地污染了農(nóng)村用水環(huán)境。農(nóng)村污水的治理問(wèn)題已經(jīng)迫在眉睫。因此，迫切需要一套完整的、科學(xué)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系來(lái)對(duì)現(xiàn)階段各種污水處理工藝做出一個(gè)全面的、系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，以便于針對(duì)不同的實(shí)際情況，都能選出一套“最優(yōu)化”的方案應(yīng)用于農(nóng)村污水處理。此舉對(duì)于推動(dòng)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 綜合評(píng)價(jià)體系分析及AHP體系簡(jiǎn)介

隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，污水處理工藝選擇的目的不再是僅僅對(duì)污水進(jìn)行處理凈化，而是設(shè)計(jì)者對(duì)所處自然環(huán)境做出的可持續(xù)發(fā)展選擇。使污水處理工藝不僅可以?xún)艋鬯?，而且可以更好地與自然和諧共存。污水處理工藝的選擇涉及到其所在地域的地理氣候、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、歷史文化，人文特征等多種因素，且諸多因素相互聯(lián)系、相互影響。因此評(píng)定一個(gè)工藝選擇的好壞，必須從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可以此來(lái)評(píng)定所選工藝的優(yōu)劣程度。

AHP（The Analytic Hierarchy Process），即層次分析法，是美國(guó)T·L·Saaty教授于20世紀(jì)70年代首次提出的一種系統(tǒng)分析方法。其思路是：（1）建立模型：分析問(wèn)題的性質(zhì)，根據(jù)其希望達(dá)到的總目標(biāo)，把問(wèn)題層次化，將有關(guān)的各個(gè)因素按照不同特性由上往下分解成若干層次，逐級(jí)分解；（2）構(gòu)造對(duì)比矩陣：對(duì)于率屬于同一層的每個(gè)因素之間互相比較，比較尺度按1～9進(jìn)行分配（專(zhuān)家給出或調(diào)研所得）。根據(jù)結(jié)果構(gòu)造出對(duì)比矩陣。（3）計(jì)算權(quán)向量并作一致性檢驗(yàn)。若一致性檢驗(yàn)通過(guò)，歸一后的特征向量作為權(quán)向量。否則重新構(gòu)造對(duì)比矩陣。（4）計(jì)算組合權(quán)向量（最下層對(duì)目標(biāo)）并作組合一致性檢驗(yàn)。若檢驗(yàn)通過(guò)，則可按此結(jié)果進(jìn)行決策，否則更換模型，重復(fù)上述步驟再次進(jìn)行。

本文結(jié)合我國(guó)國(guó)情以及采用技術(shù)的特點(diǎn)，嘗試?yán)肁HP模型構(gòu)建了有關(guān)“農(nóng)村污水處理工藝方案擇優(yōu)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系”，并且可以利用幾種優(yōu)良的綜合評(píng)價(jià)計(jì)算方法及程序，在計(jì)算機(jī)上直觀地得出某一被評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣程度。便于設(shè)計(jì)者在綜合考慮各種影響因素的情況下，更加準(zhǔn)確地制定出適合當(dāng)?shù)匚鬯幚淼墓に嚪桨浮?/p>

2 基于AHP法的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

“優(yōu)化設(shè)計(jì)”是指研究問(wèn)題和尋求解決問(wèn)題的最優(yōu)方案，“最優(yōu)”兩字理解為在給定條件下得到盡可能滿(mǎn)意的結(jié)果。農(nóng)村污水處理工藝系統(tǒng)擇優(yōu)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的AHP模型共分為四層，其層次結(jié)構(gòu)模型的簡(jiǎn)化框圖1所示。

2.1 總目標(biāo)層

總目標(biāo)層A：農(nóng)村污水處理工藝方案擇優(yōu)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。此評(píng)價(jià)體系從“技術(shù)--經(jīng)濟(jì)—環(huán)?！睆?fù)合生態(tài)理念出發(fā)，結(jié)合我國(guó)的國(guó)情和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，利用綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)法對(duì)農(nóng)村污水處理系統(tǒng)做出全面評(píng)價(jià)。

2.2 子目表層

子目標(biāo)層B：包括三個(gè)子目標(biāo)。三個(gè)子目標(biāo)是在充分考慮“技術(shù)—經(jīng)濟(jì)—環(huán)?！焙涂沙掷m(xù)發(fā)展的前提下提出的，目的在于通過(guò)綜合評(píng)價(jià)影響農(nóng)村污水處理的各種因素，選擇出在農(nóng)村現(xiàn)狀下的最優(yōu)化的污水處理系統(tǒng)。

B1技術(shù)可行性—— 作為一種污水處理系統(tǒng)，其技術(shù)可行性至關(guān)重要。必須以處理效果優(yōu)異，操作管理方便為原則，同時(shí)也應(yīng)兼顧系統(tǒng)的運(yùn)行安全穩(wěn)定性能和可移植推廣性能。

B2經(jīng)濟(jì)節(jié)約性—— 在處理農(nóng)村污水中，經(jīng)濟(jì)因素占有十分重要的影響地位。由于農(nóng)村地區(qū)資金短缺，能源匱乏，管理不便等，因此，投資少，能耗低，運(yùn)行費(fèi)用低等具有經(jīng)濟(jì)節(jié)約性的指標(biāo)在整個(gè)評(píng)價(jià)體系中占有很大的比重。

B3環(huán)保節(jié)能性—— 一般來(lái)說(shuō)，農(nóng)村地區(qū)都具有良好的生態(tài)環(huán)境，但資源能源相對(duì)匱乏。因此，農(nóng)村污水處理工藝必須與當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)，同時(shí)具有良好的能源再生利用能力。

2.3 準(zhǔn)則層

準(zhǔn)則層C共有7個(gè)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則如下。

C1實(shí)用性：實(shí)用性主要是指處理工藝系統(tǒng)的處理能力處理效果。其決定了處理工藝的適用范圍和適應(yīng)條件。實(shí)用性的優(yōu)劣是評(píng)價(jià)一個(gè)處理工藝系統(tǒng)優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。

C2安全性：工藝系統(tǒng)的安全性決定了系統(tǒng)的穩(wěn)定能力和服務(wù)壽命。這對(duì)農(nóng)村污水處理影響深遠(yuǎn)。安全性高的系統(tǒng)，既可以減小出現(xiàn)處理事故幾率，也可以避免頻繁的維修和新建污水處理設(shè)施。

C3通用性：通用性是評(píng)價(jià)一種處理工藝系統(tǒng)推廣應(yīng)用到其他地方的評(píng)價(jià)指標(biāo)。良好的通用性可以減少重復(fù)的設(shè)計(jì)工作，加快解決農(nóng)村污水處理問(wèn)題的速度。

C4建設(shè)費(fèi)：建設(shè)費(fèi)在農(nóng)村污水處理投資中占有很大的比重。具有低基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)費(fèi)和高處理效果的處理工藝系統(tǒng)是解決農(nóng)村資金短缺與污水亟待處理這一矛盾的有效途徑之一。

C5運(yùn)行費(fèi)：污水處理系統(tǒng)的的運(yùn)行費(fèi)用高低，決定了處理工藝系統(tǒng)能否順利、持久的運(yùn)行下去。由于農(nóng)村地區(qū)地廣人稀，污水分布分散，這使得運(yùn)行費(fèi)用成為評(píng)價(jià)處理系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一。

C6自然環(huán)境：污水處理工藝對(duì)農(nóng)村自然環(huán)境的影響也不容忽視，尤其是處理過(guò)程中產(chǎn)生的廢水、廢氣、廢渣對(duì)周?chē)h(huán)境影響巨大。

C7人居環(huán)境：污水處理工藝應(yīng)該具有良好的節(jié)能減排的能力。一方面可以變廢為寶，為農(nóng)村提供清潔再生能源；另一方面也應(yīng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生積極的促就作用。

2.4 基本指標(biāo)層

基本指標(biāo)層D：該層是對(duì)準(zhǔn)則層C的細(xì)化，共有21個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。

D1：處理污水量是表征處理系統(tǒng)處理規(guī)模的參數(shù)指標(biāo)。即在保證處理效果的前提下，處理系統(tǒng)內(nèi)可以同時(shí)容納并進(jìn)行處理的污水量。

D2：出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)率是全年出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)天數(shù)與全年總運(yùn)行天數(shù)之比。這是對(duì)處理效果穩(wěn)定性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

D3：有機(jī)負(fù)荷率有機(jī)負(fù)荷率即BOD-負(fù)荷率。這表示了單位時(shí)間（天）內(nèi)處理系統(tǒng)可降解達(dá)標(biāo)的有機(jī)污染物的量。這是評(píng)價(jià)處理系統(tǒng)對(duì)有機(jī)污染物處理能力和速率的重要指標(biāo)。

D4：N、P去除率農(nóng)村污水中含有大量的氮、磷污染物，而且氮、磷對(duì)土壤和水環(huán)境影響巨大。因此，處理工藝必須具有很強(qiáng)的脫氮除磷能力，

D5：工藝復(fù)雜程度工藝復(fù)雜程度包括工藝原理和工藝施工建設(shè)兩方面的復(fù)雜程度。處理工藝系統(tǒng)的復(fù)雜程度越低，越有利于對(duì)其進(jìn)行推廣使用。

D6：工藝成熟程度處理工藝的成熟程度是指工藝的技術(shù)原理、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的成熟性。對(duì)于越成熟的工藝，在推廣過(guò)程中遇到的問(wèn)題才越有可能得到解決。

D7：自動(dòng)智能程度一個(gè)具有遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制的處理系統(tǒng)，在運(yùn)行中會(huì)節(jié)省大量的運(yùn)行費(fèi)，從而更具有推廣優(yōu)勢(shì)。

D8：模塊定型程度具有模塊化、定行化的處理系統(tǒng)更方便，也更容易大規(guī)模推廣到其他地方建設(shè)使用。

D9：抗沖擊能力處理工藝對(duì)突發(fā)性大流量、變水質(zhì)污水的抵抗適應(yīng)能力，決定了整個(gè)系統(tǒng)的安全性。應(yīng)該盡量做到在突發(fā)性大流量、變水質(zhì)情況下系統(tǒng)仍能較為穩(wěn)定安全的運(yùn)行。

D10：抗風(fēng)險(xiǎn)能力由于農(nóng)村污水處理系統(tǒng)一般都處于室外。因此就要求處理系統(tǒng)應(yīng)該對(duì)暴風(fēng)、暴雨、暴雪、溫度驟變等自然風(fēng)險(xiǎn)具有很強(qiáng)的抵抗適應(yīng)能力。

D11：初期基礎(chǔ)建設(shè)由于農(nóng)村經(jīng)濟(jì)因素限制，處理系統(tǒng)的初期建設(shè)費(fèi)用高低會(huì)直接影響到該系統(tǒng)能否在當(dāng)?shù)亟?。因此基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)用低的處理系統(tǒng)會(huì)更受歡迎。

D12：儀器設(shè)備儀器設(shè)備成本對(duì)整個(gè)處理系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)的影響也不容忽視。優(yōu)秀的系統(tǒng)應(yīng)該沒(méi)有或者很小的儀器設(shè)備成本。

D13：占用土地農(nóng)村污水處理系統(tǒng)一般都會(huì)占用較大的土地面積。以“先劣地后良田”為原則，盡量減少占用土地，也是降低造價(jià)的有效途徑之一。

D14：污水收集由于農(nóng)村污水具有分散亂、難收集的特點(diǎn)。因此，合理優(yōu)化農(nóng)村污水的收集系統(tǒng)，提高污水收集能力，可以有效降低收集污水的成本。

D15：維護(hù)管理農(nóng)村污水處理系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的維護(hù)管理，會(huì)消耗大量的人力資源和經(jīng)濟(jì)成本，努力提高系統(tǒng)的自動(dòng)化和遠(yuǎn)程操作能力，可以大大降低維護(hù)管理費(fèi)用。

D16：能源消耗農(nóng)村的能源比較匱乏，使用能源的成本相對(duì)較高。少耗能或者不耗能的處理系統(tǒng)可以很大程度的節(jié)約能源，降低污水處理的經(jīng)濟(jì)成本。

D17：殘余廢物處理污水處理系統(tǒng)的殘余物處理也會(huì)消耗大量的資金。減少殘余物的產(chǎn)量，使用合適的殘余物處理方法，可以有效的降低這部分的運(yùn)行成本。

D18：廢氣影響污水處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的廢氣，這些廢氣對(duì)周?chē)木用瘛⒓仪?、牲畜以及農(nóng)作物都會(huì)產(chǎn)生不良影響。因此處理工藝系統(tǒng)必須控制廢氣的產(chǎn)生和排放，以盡量減少?gòu)U氣排放為目標(biāo)。

D19：廢液影響污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的廢液，一般都是具有高濃度污染物的污染液。如果不對(duì)其進(jìn)行有效的處理，其通過(guò)土壤下滲，會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)氐耐寥?、地下水及農(nóng)作物產(chǎn)生嚴(yán)重的污染。因此必須嚴(yán)格控制盒處理廢液的產(chǎn)生和排放的過(guò)程。

D20：出水再利用一個(gè)優(yōu)秀的污水處理工藝，其的處理出水應(yīng)該符合一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)利用處理出水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉、澆灑路面的方式進(jìn)行再利用，既可以提高水資源的重復(fù)利用率，也可以達(dá)到節(jié)能建排的目的。

D21：能源再生在處理農(nóng)村污水中污染物的同時(shí)，一般通過(guò)微生物作用會(huì)產(chǎn)生的一些能源，例如沼氣。廢渣肥料等。實(shí)現(xiàn)處理工藝的能源再生最大化，不僅可以節(jié)省能源，緩解農(nóng)村能源緊缺的現(xiàn)狀，而且可以美化人居環(huán)境，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

（1）本文針對(duì)農(nóng)村污水處理工藝選擇的問(wèn)題，提出了一種基于AHP模型的農(nóng)村污水處理系統(tǒng)擇優(yōu)評(píng)價(jià)體系。此法可考慮到農(nóng)村污水處理過(guò)程中的各種因素，并將各因素分解至最基礎(chǔ)的元素?？缮钊?、充分、合理地進(jìn)行方案優(yōu)選。此法的關(guān)鍵在于權(quán)重的賦值，即各類(lèi)因素之間相對(duì)重要性的判斷，為保證數(shù)據(jù)的客觀公正，建議倚重于專(zhuān)家的意見(jiàn)。

（2）在利用AHP模型構(gòu)建了“農(nóng)村污水處理系統(tǒng)擇優(yōu)評(píng)價(jià)體系”后，各種評(píng)價(jià)因素已明確地表示出來(lái)，構(gòu)建了包含1個(gè)總目標(biāo)層、3個(gè)子目標(biāo)層、7個(gè)準(zhǔn)則層、21個(gè)基本指標(biāo)層的農(nóng)村污水處理系統(tǒng)擇優(yōu)評(píng)價(jià)體系，在此體系的基礎(chǔ)上，可通過(guò)采用實(shí)地調(diào)研或?qū)＜掖蚍址ň透髦笜?biāo)層及準(zhǔn)則層的影響因素大小進(jìn)行權(quán)重賦值，形成定量化的與各層次有關(guān)的“判斷矩陣”。經(jīng)過(guò)層次但排序及一致性檢驗(yàn)，得出不同污水處理工藝的綜合評(píng)價(jià)得分，篩選出一套最符合當(dāng)?shù)貙?shí)際狀況的可行性污水處理方案。此法能夠?yàn)榧夹g(shù)選用提供決策性依據(jù)。

（3）此評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可在全國(guó)范圍內(nèi)使用。但由于我國(guó)幅員廣闊，有行政村60多萬(wàn)個(gè)、自然村250多萬(wàn)個(gè)，在有限的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，無(wú)法對(duì)每個(gè)村落進(jìn)行單獨(dú)的權(quán)重賦值。在此，可通過(guò)“聚類(lèi)分析”將全國(guó)所有村落就經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、管網(wǎng)鋪設(shè)狀況、離城鎮(zhèn)距離、文化習(xí)俗等因素劃分為幾大類(lèi)，對(duì)屬于同一類(lèi)的村落可使用相同的權(quán)重體系。在不耗費(fèi)大量社會(huì)資源的前提下，達(dá)到農(nóng)村污水處理工藝優(yōu)選的目的。

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