多目標(biāo)決策在水污染治理方案中的應(yīng)用研究

張富貴 鞏壯志

摘 要： 污水處理的最大作用就是促進水資源的良性利用，降低水環(huán)境污染幾率。在污水處理環(huán)節(jié)，通常會按照“先達后放（先達標(biāo)，后排放）”的處理原則對污水和污泥進行處理，而對污水治理方案的選擇是提高污水處理效率，提高污水處理質(zhì)量的先決條件。鑒于此本文將以多目標(biāo)決策為研究對象，通過實例研究的形式對多目標(biāo)決策在水污染和治理方案中的應(yīng)用進行深入研究分析。

關(guān)鍵詞： 多目標(biāo)決策;水污染治理方案;應(yīng)用研究

【中圖分類號】TV213.9 【文獻標(biāo)識碼】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.28.268

在本案例的多目標(biāo)決策應(yīng)用中，有定性和定量兩個污水處理方案評價指標(biāo)，在這兩個指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過隸屬模糊度（0-1）對定性指標(biāo)進行分級量化，然后結(jié)合定量指標(biāo)，對量化后的指標(biāo)屬性值進行規(guī)范處理，以此使不同類型指標(biāo)的不同量綱對評價結(jié)果的影響能夠有效消除。除此之外，在本案例中還引入了熵權(quán)法計算各評價指標(biāo)反映的無序化效用值的指標(biāo)權(quán)重，完美的降低了人為主觀因素對評價指標(biāo)權(quán)重的影響，最終通過與灰色關(guān)聯(lián)分析法相結(jié)合的形式得到各評價指標(biāo)的綜合關(guān)聯(lián)度，然后在此基礎(chǔ)上對方案進行排出，最終得出優(yōu)化方案，可操作性性較強。

1 多目標(biāo)決策概述

多目標(biāo)決策是科學(xué)合理地選擇多個相互矛盾的目標(biāo)，然后進行決策的理論和方法。多目標(biāo)決策是20世紀(jì)70年代以后迅速發(fā)展起來的管理科學(xué)的一個新分支，它不同于一般決策，它是從多個可行方案中選擇最優(yōu)方案，只為達到一個目標(biāo)。

2 案例分析

以某城鎮(zhèn)的污水處理廠為例，該廠是由當(dāng)?shù)氐某墙ň种鞒纸ㄔO(shè)，以處理生活污水、工業(yè)用水為主的污水處理站點[1]。該污水廠位于當(dāng)?shù)毓I(yè)園區(qū)的西北面，與河道相鄰，處于當(dāng)?shù)厮w的下游位置。占地面積6.7公頃，總投資額1。3億元。根據(jù)污水處理廠的可行性報告中提出的綜合用水量和分項預(yù)測方法，同時對污水處理廠的建設(shè)現(xiàn)代化進行考慮，最終得出在2015年，該污水處理廠的污水處理規(guī)模為40000m3/d，2020年污水處理規(guī)模為8000m3/d，其中，工業(yè)廢水接納量60%，生活污水40%。另外，考慮到本工程為分期施工方式，因此除污水提升泵和粗格柵之外，廠前區(qū)將按80000m3/d進行考慮，其他則按照40000m3/d的規(guī)模進行設(shè)計。

2.1 該污水廠的水質(zhì)情況。

上文已經(jīng)提到，該污水處理廠是生活污水和工業(yè)廢水的統(tǒng)一處理機構(gòu)，其中主要以工業(yè)部污水為主，污水進廠的水質(zhì)規(guī)律為：含量為0.30～0.5之間的BOD5/CODCr，含量為0.2的TN/BOD5，其中BOD5值小于SS值，TN值在30-50之間。與其他城市相比，該地區(qū)的廢水中氮磷含量最高，BOD5、CODcr、SS次之。

2.2 工藝方案介紹。

根據(jù)污水處理廠提供的進水水質(zhì)數(shù)據(jù)、排放標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)出在該廠的廢水處理中需要具備一定的脫氮除磷功能。同時在本區(qū)域工業(yè)廢水占比較大、懸浮物較多、有機物難降解的背景下，結(jié)合其他同類污水處理廠的處理手段，制定了以下3個方案進行選擇[2]。

（1）CASS 工藝;

（2）改良型氧化溝工藝;

（3）改良 A2/O 工藝。

在以上方案的選擇中，均符合污水處理廠污水處理的脫氮除磷要求，因此較為符合工藝選擇原則。

方案一，污水的進水、反應(yīng)、沉淀和達標(biāo)排出全部在CASS反應(yīng)池中完成，不需要進行二次沉淀和特別設(shè)置污泥泵房，因為剩余污泥泵和回流污泥泵全部安裝在CASS反應(yīng)池中，污泥回流量約為50%，且占地面積較小，有利于提高資源利用率。

方案二，在厭氧池前設(shè)置缺氧、厭氧、調(diào)節(jié)池，來自二次沉淀池的回流污泥和部分水流會進入到該反應(yīng)翅中，以此來降低回流污泥對厭氧池的不利影響，提高除磷效率，節(jié)省回流系統(tǒng)。方案三，在這一方案中設(shè)有初沉池和曝氣沉砂池，選擇這一方案的原因是因為，在該污水處理廠的污水處理中含有有淚污染物質(zhì)，而曝氣沉砂池不僅能夠滿足污水處理的厭氧環(huán)境要求，提高除磷效果，同時對工業(yè)污水中油性物質(zhì)的去除也有一定作用。

2.3 最佳水污染治理方案選擇

2.3.1 建立方案評價指標(biāo)。根據(jù)評價指標(biāo)體系框架建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，建立評價指標(biāo)樹，該結(jié)構(gòu)由總目標(biāo)、方案層和評價指標(biāo)層組成[3]。在工藝方案的選擇中，首先要對污水處理廠的污水處理能力是否達標(biāo)進行考慮，同時還要滿足基建投資低、處理費用低的要求，以上為總目標(biāo)（A），在方案層包括改良型氧化溝工藝、CASS處理方案、改良A2/O工藝分別用B1、B2、B3表示。評價指標(biāo)選擇項有11種，即基建投資、運行費用、SS去除率、COD去除率、BOD去除率、氨氮去除率、總磷去除率、出水穩(wěn)定性、運行管理難易程度、污泥產(chǎn)生量、占地面積等。分別用C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11。其中定性指標(biāo)出水穩(wěn)定性采用的隸屬模糊度（0-1）為劣、差、中、良、優(yōu)5個級別。運行管理難以程度則為較簡單、簡單、適中、較難、難等5個級別;這兩個定性指標(biāo)的分級劃分相應(yīng)的隸屬度為0.1、0.3、0.5、0.7、0.9。

2.3.2 規(guī)范化評價指標(biāo)

（1）評價指標(biāo)的規(guī)范化。3 種工藝方案和理想方案的初始矩陣 A：

對初始矩陣進行規(guī)范化處理得到規(guī)范化矩陣 S：

（2）關(guān)聯(lián)系數(shù)計算。

對規(guī)范化矩陣 S 進行關(guān)聯(lián)系數(shù)計算得出關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣 R：

（3）評價指標(biāo)權(quán)重的計算。

根據(jù)熵值法計算各指標(biāo)的權(quán)重值，得出指標(biāo)的熵權(quán)為：

（4）方案關(guān)聯(lián)度的計算。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析法計算三個方案的關(guān)聯(lián)度方案γ（Bi）=[0.7240 0.6212 0.6276]，關(guān)聯(lián)度排序為：γ（B1）>γ（B3）>γ（B2），即三種方案優(yōu)選的順序為：改良型氧化溝>改良 A2/O 工藝>CASS 工藝。因此改良型氧化溝工藝是該污水處理廠工藝方案選擇最優(yōu)方案。

從11個評價指標(biāo)的權(quán)重可以看出，BOD去除率、氨氮去除率、總磷去除率、運行管理難度、出水穩(wěn)定性等指標(biāo)權(quán)重最大，占地面積權(quán)重最大，基建投資和污泥產(chǎn)量最小，最優(yōu)方案是選擇改良氧化溝工藝。

總結(jié)：污水處理廠是改善城市區(qū)域水源、提高城市水環(huán)境質(zhì)量的重點工程，同時也是城市水環(huán)境治理目標(biāo)有效實現(xiàn)的根本途徑。污水處理投資成本較大，運行費用也較高，而要想降低處理成本，提高處理質(zhì)量，合理的對工藝方案進行選擇是其關(guān)鍵。長期以來，污水處理方案均是根據(jù)專家或決策層的直接經(jīng)驗進行判斷，然后再通過技術(shù)、經(jīng)濟指標(biāo)對最終設(shè)計方案進行篩選。但是，這種選擇的方法合理性較差，個人主觀因素較強，客觀性較差，不利于方案的有效實施，而通過多目標(biāo)決策選擇方法，能夠通過層級劃分的形式對其適用性進行計算，對各項綜合評價指標(biāo)進行考慮，對最終方案的選擇和應(yīng)用具有積極影響意義。

參考文獻

[1] 張書榮.環(huán)境保護中水污染治理的措施分析[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2020，（5）：32.

[2] 程建美.基于城市水污染現(xiàn)狀及其治理對策研究[J].低碳世界，2020，10（5）：33，35.

[3] 孫曉.基于多目標(biāo)規(guī)劃的水污染治理投資決策研究[D].黑龍江：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.