江蘇沿海地區(qū)農(nóng)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(jīng)濟的快速發(fā)展和農(nóng)村生活水平的提高，農(nóng)民生活方式發(fā)生巨大變化，農(nóng)村生活污水的排放逐年增多，污水的成分日益復雜，水環(huán)境污染日益嚴重。據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部數(shù)據(jù)，截止到2017年，全國(港澳臺未列入統(tǒng)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(nóng)村生活污水的治理問題受到廣泛關注，國家和地方陸續(xù)制定了相關的整治方案，強化了污水處理設施建設，農(nóng)村生活污水的處理率逐漸提高。由于農(nóng)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(zhì)、變化規(guī)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(nóng)村生活污水處理工作的時間不長，選擇合適的農(nóng)村生活污水處理技術還缺少工程經(jīng)驗。

江蘇沿海地區(qū)地處江蘇北部，包括連云港、鹽城、南通三市所轄全部行政區(qū)域。近年來，江蘇沿海地區(qū)建設了大量的農(nóng)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(qū)經(jīng)濟、社會發(fā)展水平的技術穩(wěn)定的污水處理技術是農(nóng)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(jié)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(jié)果[10]。

本研究因地制宜地選擇江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村的污水處理模式，根據(jù)江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村生活污水特點、自然地理條件和社會經(jīng)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(huán)境要求四個方面建立綜合評價指標體系，對江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村的污水處理技術進行評價和篩選，以期為江蘇沿海地區(qū)農(nóng)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(jù)區(qū)域的經(jīng)濟社會發(fā)展狀況，充分考慮人口分布和變化、區(qū)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(yōu)先考慮納入市政管網(wǎng)，由城鎮(zhèn)污水處理廠統(tǒng)一處理；人口聚集度較高、污水量較大、經(jīng)濟發(fā)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(zhèn)污水管網(wǎng)統(tǒng)一處理優(yōu)先、建設小型設施相對集中處理與分散處理3種模式相結(jié)合的技術路徑[11]。

1 評價指標體系

1.1 評價指標體系構(gòu)建

農(nóng)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?shù)刈匀坏乩項l件的適應性以及對當?shù)丨h(huán)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(wǎng)和設計的建造投入，還綜合考慮前期的規(guī)劃設計和后期的運行維護費用等。因此，根據(jù)江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村的實際情況，結(jié)合專家意見和相關文獻，將處理效果、經(jīng)濟要求、技術要求和環(huán)境要求作為評價指標體系的準則層，建立江蘇沿海地區(qū)農(nóng)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(qū)農(nóng)村生活污水處理技術綜合評價指標體系

其中，根據(jù)文獻[12]，選擇COD、總氮、總磷和氨氮四個常用水質(zhì)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(jīng)濟要求準則層選擇投資資金和運營費用兩項指標。根據(jù)生命周期分析方法，投資資金包含前期的規(guī)劃設計和征地費用和建設階段的設備和管網(wǎng)的建設費用。運營費用包括后期的設備和管網(wǎng)的運行維護，以及項目執(zhí)行產(chǎn)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(wěn)定性、運行管理難度和建造難度三項指標，其中技術穩(wěn)定性指標主要考慮污水水質(zhì)和水量變化對處理效果的影響。環(huán)境要求準則層包含占地面積、地形氣候適應性和環(huán)境衛(wèi)生影響三項指標，其中環(huán)境衛(wèi)生影響指標主要包括污水處理過程中產(chǎn)生的污泥、氣味、噪聲等因素對環(huán)境和周圍居民的影響。

1.2 指標權(quán)重確定

指標的權(quán)重大小對最終的評價結(jié)果有重要影響。根據(jù)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(gòu)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(gòu)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(diào)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(quán)重，如表2所示。

表2 準則層B和指標層C的權(quán)重Wij

1.3 指標數(shù)據(jù)標準化

根據(jù)綜合評價指標體系，選擇江蘇沿海農(nóng)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(tǒng)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(jīng)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(zhuǎn)換公式y(tǒng)ij=(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(wěn)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(huán)境衛(wèi)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(jié)果計算

根據(jù)各指標的標準評價值yij和權(quán)重Wij，由式(3)綜合加權(quán)，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(nóng)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(jié)語

本文因地制宜地選擇江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村的污水處理模式?；谏芷诜治龇椒?，從處理效果、經(jīng)濟要求、技術要求和環(huán)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(qū)農(nóng)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(quán)重，并且為便于統(tǒng)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(quán)重得到五種江蘇沿海農(nóng)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(qū)農(nóng)村生活污水處理?；趯哟畏治龇ǖ慕K沿海地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術綜合評價體系系統(tǒng)考慮了污水處理技術的主要因素，能夠為江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術的篩選提供決策分析工具。