農(nóng)業(yè)廢水無害化處理工程技術(shù)集成及區(qū)域模式構(gòu)建研究

沈豐菊 張克強 楊 鵬

(農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護科研監(jiān)測所，天津 300191)

全國農(nóng)村每年產(chǎn)生農(nóng)業(yè)廢水約90多億t，而96%的村莊沒有農(nóng)業(yè)廢水收集和處理設(shè)施，約3.2億人用水存在安全隱患，這已成為制約農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)村生態(tài)環(huán)境和人民身體健康的重要因素;此外，農(nóng)業(yè)廢水還是影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的主要因素之一。系統(tǒng)的研究農(nóng)業(yè)廢水處理工程技術(shù)集成及區(qū)域模式構(gòu)建，對于緩解我國農(nóng)村水資源緊缺、保護農(nóng)村生產(chǎn)和生活環(huán)境、防控農(nóng)業(yè)面源污染等具有重要的現(xiàn)實意義。

1 技術(shù)集成方法

1.1 技術(shù)集成的思路

單項技術(shù)的綜合評價是技術(shù)集成和優(yōu)化模式構(gòu)建的基礎(chǔ)。因此，在進行農(nóng)業(yè)廢水處理技術(shù)集成時，首先，對現(xiàn)有單項技術(shù)進行分類，從技術(shù)特性、優(yōu)缺點、適應性等方面進行綜合評價。本文依照農(nóng)業(yè)廢水各處理階段對進行分類，即預處理技術(shù)(預處理階段)、生物處理技術(shù)(初級處理階段)、生態(tài)處理技術(shù)(深度處理階段)。然后，結(jié)合農(nóng)業(yè)廢水處理工程實際調(diào)查情況和綜合評價結(jié)果，篩選出適應性強、處理效果好、建設(shè)成本低、運行維護和操作管理簡單方便的技術(shù)和工藝，根據(jù)不同區(qū)域自然氣候條件、經(jīng)濟社會發(fā)展水平、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和農(nóng)民生活方式等差異，充分考慮農(nóng)業(yè)廢水的排放特點和水質(zhì)特性，形成適宜的農(nóng)業(yè)廢水處理集成技術(shù)模式。

1.2 技術(shù)集成的依據(jù)

現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)廢水處理工程中，常見的預處理技術(shù)主要有過濾(如格柵、篩網(wǎng)等)和沉淀如(沉淀池、沉砂池、調(diào)節(jié)池等);生物處理技術(shù)主要分為生物厭氧(如PFR、UASB、ABR、SBR等)和生物好氧(如BAF、生物接觸氧化池等);生態(tài)處理技術(shù)一般包括穩(wěn)定塘(如厭氧塘、好氧塘、曝氣塘、水生植物塘等)和土地處理系統(tǒng)(如人工濕地、土地滲濾等)。

農(nóng)業(yè)廢水處理工程的技術(shù)集成和優(yōu)化需重點考慮以下因素:一是要滿足達標處理或再生利用的需要。二是要經(jīng)濟適用。三是要操作簡單，日常管理和維護方便。

1.3 技術(shù)集成結(jié)果

目前我國常用的農(nóng)業(yè)廢水處理工程集成技術(shù)模式主要有單一生物厭氧模式、單一生態(tài)處理模式、預處理+生態(tài)處理模式、預處理+生物厭氧模式、預處理+生物厭氧+生態(tài)處理模式、預處理+生物厭氧+生物好氧+生態(tài)處理模式(詳見表1)。

2 集成技術(shù)評價方法

2.1 評價指標體系構(gòu)建

2.1.1 指標選取原則

農(nóng)業(yè)廢水處理工程集成技術(shù)綜合評價指標體系是度量農(nóng)業(yè)廢水處理技術(shù)和設(shè)備的先進性、有效性、可靠性、適用性、經(jīng)濟性、社會性等程度的參數(shù)，其影響因素層次眾多，各指標間既有一定的獨立性，又相互關(guān)聯(lián)，如果某些指標發(fā)生了改變則可能直接導致評價結(jié)果的客觀性和有效性。因此，農(nóng)業(yè)廢水處理工程集成技術(shù)綜合評價指標體系的構(gòu)建應遵循科學性原則、完備性原則、定性與定量相結(jié)合原則和可操作性原則，從眾多影響因素中選擇那些靈敏度高、可觀測性強、便于度量、具有主導性、指標之間相互獨立、相關(guān)性盡可能小的因素作為評價指標，且所有指標均可體現(xiàn)工程技術(shù)水平高低和運行狀況的優(yōu)劣，具有一定的普遍性。

2.1.2 指標選取方法

首先，建立評價指標預選集。通常定性分析是定量分析的前提，因此在選擇指標之前，依據(jù)科學性原則，對農(nóng)業(yè)廢水處理工程集成技術(shù)綜合評價的基本概念有所界定，選擇相關(guān)指標構(gòu)成預選指標集。定量分析就是對預選指標的數(shù)量特性進行分析，依據(jù)可操作性強的原則，從量的角度篩選出可觀測性和可度量性較好的指標作為評價指標。

其次，對評價指標的貼近度進行分析。模糊數(shù)學將元素屬于模集合的程度稱之為隸屬度。通常認為農(nóng)業(yè)廢水處理工程集成技術(shù)綜合評價是一個模糊概念，可以將其評價指標體系當作一個模糊集合來處理，并采用最常用、最簡便的專家咨詢表的方法，對指標的重要性程度從“很重要”、“較重要”、“一般”、“較不重要”和“不重要”5個評語中選擇1個，然后算出指標各個重要性程度評語占全部被咨詢專家的百分比，即該指標分別對5個評語的隸屬度。然后依據(jù)擇近原則對指標的貼近度進行分析，可篩選出隸屬度比較高、數(shù)量特性比較好的指標。

最后，分析歸類結(jié)果，對于歸類為“不重要”的預選指標可以去掉，剩余的預選指標即可作為本次的評價指標。

2.1.3 評價指標體系設(shè)計

指標體系是具有一定邏輯聯(lián)系、具有一定的目的和功能的一組指標。通常一個比較理想的評價指標體系具有3個層次，即目標層、準則層、指標層。關(guān)于農(nóng)業(yè)廢水處理工程集成技術(shù)綜合評價，共篩選出15項指標，分為技術(shù)指標、經(jīng)濟指標、社會環(huán)境指標和適應性指標。農(nóng)業(yè)廢水處理工程集成技術(shù)綜合評價指標體系如表2所示。

2.2 評價方法

農(nóng)業(yè)廢水無害化處理工程集成技術(shù)綜合評價選用層次分析法與模糊綜合評價相結(jié)合的分析方法，利用簡單明了的層次結(jié)構(gòu)和定性指標模糊判斷其優(yōu)越性。主要過程如下:

第一，確定指標權(quán)重。采用1-9標度法(見表3)，對目標層下的準則層進行一一對比，構(gòu)建準則層對比矩陣，然后針對集成技術(shù)進行準則層下的指標層的單項指標進行對比，構(gòu)建技術(shù)對比矩陣。

表1 農(nóng)業(yè)廢水處理工程集成技術(shù)模式

表2 農(nóng)業(yè)廢水處理工程集成技術(shù)綜合評價指標體系

表3 Satty相對重要性等級表

第二，一致性檢驗及權(quán)重計算。為了保證矩陣的可靠性及科學性，盡量降低個人主觀性對評價結(jié)果造成的影響，選取多個專家進行打分，并分別進行一致性檢驗，然后綜合對比結(jié)果，求取綜合平均值，得出相應指標的平均權(quán)重(詳見表2)。

第三，模糊綜合評價。根據(jù)不同評價技術(shù)建立不同的因素集、權(quán)重集和評語集;根據(jù)準則層下的技術(shù)總排序結(jié)果，建立模糊評價表，并請專家針對排序結(jié)果給出排序，建立評判矩陣R;根據(jù)評價目標的對比矩陣算出的權(quán)重向量W以及評判矩陣R，計算隸屬向量B，即B= W·R;將隸屬向量B進行歸一化處理得B*，將其與評語集V進行計算，即得綜合評價結(jié)果G，G=B*·VT。

第四，集成技術(shù)得分計算。

集成技術(shù)得分計算應該是由標準化后的指標層計算出準則層得分，最后計算出目標層綜合評價得分。具體如下:

準則層得分Al等于其所含指標層得分乘以其對應的權(quán)重

式中，WBj表示其所含指標層的權(quán)重;Bj為指標層得分。

總分E等于其所含準則層乘以其所對應的權(quán)重。

式中，WAl表示其所準則層的權(quán)重;Al為準則層得分。

2.3 評價結(jié)果

按照上述評價方法，采用專家打分法(5分制)對實地調(diào)查的26種農(nóng)業(yè)廢水處理集成技術(shù)模式進行綜合評價，將最終的權(quán)重得分進行排序，排名前三位的為A類，排名4～6為的為B類，排名7～8為的為C類，排名9～10為的為D類(詳見表4)。從評價結(jié)果來看，在農(nóng)業(yè)廢水處理工程設(shè)計和工藝選擇時，應優(yōu)先考慮“預處理+生物處理+生態(tài)處理”組合模式。該模式比較適用于農(nóng)村生活污水集中式處理、畜禽養(yǎng)殖場廢水處理，處理后的出水基本能夠達到農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準或污水達標排放標準。結(jié)合種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和合理布局，能夠最大程度的實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢水無害化、減量化處理和資源化利用，有利于農(nóng)業(yè)節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)能和農(nóng)民增收。

3 區(qū)域模式構(gòu)建

根據(jù)不同區(qū)域人口密度、村鎮(zhèn)數(shù)量、經(jīng)濟發(fā)展水平、居民生活方式和水平的差異，可以構(gòu)建不同區(qū)域農(nóng)業(yè)廢水無害化處理工程模。

模式一:對于農(nóng)村居民集中居住的村鎮(zhèn)，以聯(lián)戶或村為單位的生活污水集中處理設(shè)施為主;養(yǎng)殖小區(qū)廢水采用厭氧處理，再經(jīng)過穩(wěn)定塘或人工濕地處理后進行周圍農(nóng)田灌溉;集約化農(nóng)田產(chǎn)生的農(nóng)田徑流水可采用生態(tài)攔截型溝渠、植物攔截帶等技術(shù)處理。

模式二:對于丘陵山區(qū)、居住比較分散的村莊，以一家一戶的分散養(yǎng)殖為主，生活污水水量少、水質(zhì)不是很差，可采用家庭式小型人工濕地處理設(shè)施或生活污水凈化沼氣池處理后達標排放;養(yǎng)殖廢水可采用戶用沼氣池進行處理，沼液還可用作肥料;對丘陵山地因降雨產(chǎn)生的徑流水，可采用等高固氮植物籬攔截工程處理。

表4 26種農(nóng)業(yè)廢水處理工程集成技術(shù)綜合評價排序

模式三:對于大城市周邊城鎮(zhèn)化水平比較高的村莊，生活污水可納入城鎮(zhèn)污水處理廠統(tǒng)一處理，居民可繳納一定的費用，實現(xiàn)生活污水無害化;大城市周邊的養(yǎng)殖場需建立養(yǎng)殖廢水處理設(shè)施，對養(yǎng)殖廢水無害化處理，采用預處理+生物厭氧+生物好氧+生態(tài)的三級處理工藝;集約化農(nóng)田產(chǎn)生的徑流水可采用生態(tài)攔截型溝渠、植物攔截帶技術(shù)，實現(xiàn)農(nóng)田徑流氮磷減量化。

農(nóng)業(yè)廢水處理工程建設(shè)的組織模式主要有農(nóng)戶主導型、企業(yè)主導型、政府主導型。

4 小結(jié)

通過對我國部分地區(qū)農(nóng)村生活污水、畜禽養(yǎng)殖場廢水以及農(nóng)田徑流水等農(nóng)業(yè)廢水無害處處理工程的實地調(diào)研，了解當前主要的工藝類型和技術(shù)模式，并建立了一套農(nóng)業(yè)廢水處理工程集成技術(shù)綜合評價指標體系，對對實地調(diào)查的26種農(nóng)業(yè)廢水處理集成技術(shù)模式進行綜合評價、排序和歸類。研究結(jié)果認為，“預處理+生物處理+生態(tài)處理”組合模式在農(nóng)業(yè)廢水處理方面具有一定的優(yōu)越性，是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一。

［1］肖勤.農(nóng)村水環(huán)境污染現(xiàn)狀及其治理對策［J］.畜牧與飼料科學，2009，30 (1):123-124.

［2］楊才杰，張清明，錢銀芳，等.基于模糊層次分析法的農(nóng)村飲水安全評價研究［J］.人民黃河，2011，33(3):44-48.