試論當(dāng)前城市污水處理工藝方案的層次

羅斌華 羅敏霞 吳振斌 夏世斌

【摘要】本文首先簡要分析了我國當(dāng)前城市污水處理的工藝現(xiàn)狀，并在此基礎(chǔ)上基于層次分析法對(duì)城市污水處理工藝方案選擇進(jìn)行論述。期望通過本文的研究能夠?qū)Τ鞘形鬯幚韽S選擇最優(yōu)的污水處理方案有所幫助。

【關(guān)鍵詞】城市污水處理；工藝方案

1 我國當(dāng)前城市污水處理的工藝現(xiàn)狀分析

通過對(duì)國內(nèi)一些主要城市進(jìn)行調(diào)查分析后發(fā)現(xiàn)，其中有將近80%以上的污水處理廠全部采用的都是活性污泥法處理工藝，該方法在國內(nèi)城市污水處理中的應(yīng)用較為廣泛。隨著國家進(jìn)一步加大對(duì)城市污水處理工藝方面的研究力度，使得我國在污水和污泥處理技術(shù)上取得了顯著的成績，某些科研成果甚至已經(jīng)達(dá)到了國際先進(jìn)水平。我國在上個(gè)世紀(jì)80年代以前建設(shè)的城市污水處理廠基本上采用的都是曝氣法活性污泥處理工藝，該技術(shù)雖然在BOD和SS的處理方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，但其對(duì)氮和磷的去除率相對(duì)較低，為滿足水環(huán)境和排放要求，很多污水處理廠都紛紛對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)工藝進(jìn)行了改造，進(jìn)一步完善了脫氮和除磷功能。AB法在我國污水處理工程中的應(yīng)用是從上個(gè)世紀(jì)80年代初開始的，因該工藝具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力以及對(duì)有毒物質(zhì)具有緩沖作用，故此，其多數(shù)被應(yīng)用于工業(yè)污水所占比例較大的城市當(dāng)中。近年來，隨著我國對(duì)水環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，國家對(duì)與污水處理相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行重新修訂，修訂之后的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)提高了對(duì)出水氮和磷的要求，這使得各大城市在新建污水處理廠時(shí)，均必須將氮和磷的去除作為首要考慮問題。

2 基于層次分析法的城市污水處理工藝方案選擇

就我國的城市污水處理而言，其具有投資大、運(yùn)行成本高等特點(diǎn)，為了有效降低前期投資和運(yùn)行費(fèi)用，污水處理廠應(yīng)當(dāng)按照因地制宜的原則選擇工藝方案。然而，在污水處理工藝系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)中，大多數(shù)設(shè)計(jì)人員一般都是按照以往的工程經(jīng)驗(yàn)，并依據(jù)國家現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，擬定兩個(gè)以上的備選方案，再通過經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性分析確定最終的方案。這種工藝方案的選擇方法看似合理，但卻不夠科學(xué)，究其根本原因是有些設(shè)計(jì)人員在擬定備選方案時(shí)存在一定的傾向性，這就造成了所選的方案并非是最優(yōu)方案，由此一來可能會(huì)導(dǎo)致兩種情況：一種是前期建設(shè)投資成本增大，后期運(yùn)行費(fèi)用提高；另一種是投資成本較低，但污水處理效果不達(dá)標(biāo)。鑒于此，在對(duì)污水處理工藝方案的選擇上，必須本著客觀、全面的思想，并遵循技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)合算、便于管理、運(yùn)行穩(wěn)定可靠的原則，對(duì)工藝方案進(jìn)行優(yōu)選。

層次分析法是目前較為成熟且先進(jìn)的一種決策方法，簡稱為AHP，在城市污水處理工藝方案選擇的過程中應(yīng)用該方法，能夠有效降低個(gè)人主觀對(duì)方案選擇的影響，有助于提高所選方案的科學(xué)性。

2.1 層次結(jié)構(gòu)的建立

在AHP法中，層次結(jié)構(gòu)的建立是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它是各個(gè)元素隸屬關(guān)系的策度，按照對(duì)問題的分析，可將所含的因素分層次構(gòu)筑成為樹狀結(jié)構(gòu)，具體包括以下幾個(gè)層次：

⑴目標(biāo)層。在污水處理方案優(yōu)選中，最佳方案即目標(biāo)層。

⑵準(zhǔn)則層。該層也被稱之為指標(biāo)層，它是由諸多可以直接度量的因素構(gòu)成，如工程、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)。

⑶子指標(biāo)層。在一些相對(duì)比較復(fù)雜的系統(tǒng)當(dāng)中，指標(biāo)又可以分為2-3個(gè)層次，如工程的地質(zhì)條件及造價(jià)等均可作為子指標(biāo)層。

⑷測算層。該層主要包括決策的方案，在污水處理工藝方案當(dāng)中，測算層指的是參與必選的所有方案。

2.2 判斷矩陣的構(gòu)建

AHP法要求決策者必須對(duì)每一個(gè)層次當(dāng)中的各個(gè)元素的相對(duì)重要性做出準(zhǔn)確、合理的判斷。由于方案比選屬于比較復(fù)雜的決策問題，很難直接給出各個(gè)指標(biāo)之間的權(quán)重，所以需要借助相應(yīng)的方法導(dǎo)出指標(biāo)間重要性的權(quán)重。通常情況下，AHP采用的是兩兩比較法。該方法具體是指在一定的標(biāo)度下，對(duì)某一個(gè)元素集 中的任意兩個(gè)元素進(jìn)行比較，并得出最終的比較結(jié)果。假設(shè)該元素集當(dāng)中存在n個(gè)元素，那么通過下式的比較，便可獲得整個(gè)元素集的比較結(jié)果：

（1）

想要構(gòu)建判斷矩陣A，其關(guān)鍵就是如何對(duì)兩兩比較結(jié)果進(jìn)行有效利用。以n階的判斷舉為例，若是某個(gè)層次中因素對(duì)于上一層某個(gè)因素為確定值，那么該層次中各個(gè)因素之間的兩兩比較結(jié)果可用下式進(jìn)行表示：

（2）

2.3 實(shí)例分析

為了便于本文研究，下面以某城市污水處理廠的工藝方案優(yōu)化選擇為例，對(duì)AHP法的應(yīng)用進(jìn)行論述。該污水處理廠要求采用二級(jí)生化工藝對(duì)污水進(jìn)行處理，同時(shí)，對(duì)氮和磷的去除要求比較嚴(yán)格。經(jīng)過初步分析論證后，提出了以下四種備選方法：SBR、 、UCT和改良氧化溝工藝。圖1 為基于AHP法構(gòu)建的層次結(jié)構(gòu)圖。

圖1 基于AHP法層次結(jié)構(gòu)示意圖

圖1中各個(gè)指標(biāo)的重要性排序如下： 。各個(gè)方案的比較情況如表1所示。

表1 工藝方案比較

比較項(xiàng)目 A2O 改良氧化溝 SBR UCT

基建費(fèi)用（元/m?污水） 1245 1301 1198 1206

處理費(fèi)用（元/m?污水） 0.61 0.67 0.60 0.58

工藝成熟度（%） 80 80 80 90

氮和磷的去除效果（%） 70 80 80 90

按照相關(guān)的評(píng)分結(jié)果便可構(gòu)建起層次方案的比較矩陣，然后再進(jìn)行層次單排序，并以方根法對(duì)特征向量進(jìn)行求解，在以該方法分別求出 的特征向量，最后對(duì)方案進(jìn)行排序。由相關(guān)計(jì)算結(jié)果可知，各個(gè)方案的優(yōu)劣排序如下 （UCT工藝）> （改良氧化溝工藝）> （SBR工藝）> （ 工藝）。通過上述分析可知，可將UCT工藝作為當(dāng)前該城市污水處理廠的首選污水處理方案。

3 結(jié)論

綜上所述，在城市污水處理過程中，污水處理工藝方案的選擇是重中之重，為了確保所選的工藝方案科學(xué)合理，可在具體的選擇過程中，應(yīng)用層次分析法。通過本文的研究可知，在確定幾種備選工藝方案的基礎(chǔ)上，借助層次分析法，可以從這些方案中選擇出最適合污水處理廠的工藝方案，這充分證明了該方法的可行性與實(shí)用性。在未來一段時(shí)期，為了適應(yīng)我國水環(huán)境要求的不斷提高，要不斷加大對(duì)污水處理工藝的研究力度，除了要對(duì)現(xiàn)有的工藝技術(shù)進(jìn)行不斷改進(jìn)和完善之外，還應(yīng)當(dāng)積極研發(fā)一些新的工藝、技術(shù)和設(shè)備，以此來更好地為城市污水處理服務(wù)，這對(duì)于促進(jìn)我國城市的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]霍宏偉.長春南部污水廠改良型A/O工藝研究[D].吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院.2010.

[2]何士龍.我國城市污水處理廠的建設(shè)發(fā)展及運(yùn)營管理[J].能源環(huán)境保護(hù).2013（11）.

[3]邱兆富，周琪.國內(nèi)城市污水污泥的特點(diǎn)及處理處置對(duì)策[J].中國沼氣.2012（10）.

[4]周佳恒.城市污水處理廠污泥處置規(guī)劃案例研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展.2010（4）.

[5]凌猛.城市污水處理廠工藝方案模糊決策方法的應(yīng)用[J].污染防治技術(shù).2010（9）.