基于灰色關(guān)聯(lián)分析城鎮(zhèn)污水處理工藝優(yōu)化

李晨洋王立權(quán)汪恩良

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與建筑學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030；2.黑龍江省農(nóng)墾總局水務(wù)局，黑龍江哈爾濱 150090）

基于灰色關(guān)聯(lián)分析城鎮(zhèn)污水處理工藝優(yōu)化

李晨洋1王立權(quán)2汪恩良1

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與建筑學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030；2.黑龍江省農(nóng)墾總局水務(wù)局，黑龍江哈爾濱 150090）

本文應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對城鎮(zhèn)污水處理工程工藝進(jìn)行優(yōu)化決策研究，最終決策出活性污泥法是適合東北地區(qū)污水處理的最佳工藝。

城鎮(zhèn)污水 灰色關(guān)聯(lián)分析 活性污泥法

1 城鎮(zhèn)污水治理工程典型工藝現(xiàn)存問題

由于我國華北、東北、西北地區(qū)冬季氣候寒冷漫長，冰凍期長。投資和運(yùn)行費(fèi)高，污水處理工藝和技術(shù)要求高，而且由于設(shè)計(jì)、運(yùn)行、低溫等各方面的原因，試運(yùn)行仍存在不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)冬季部分設(shè)備無法運(yùn)轉(zhuǎn)現(xiàn)象。所以開發(fā)一套在東北地區(qū)低溫地區(qū)能有效、穩(wěn)定處理城市污水的工藝已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。

2 城鎮(zhèn)污水治理典型工藝指標(biāo)研究

2.1 城鎮(zhèn)污水治理典型工藝經(jīng)濟(jì)因素研究

城市污水處理廠需要較大的投資和運(yùn)營費(fèi)用。本節(jié)通過污水治理工藝方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的分析、對不同工藝類型的不同費(fèi)用函數(shù)的比較，提出城鎮(zhèn)污水治理工程工藝類型優(yōu)選方案，給出城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)投資與運(yùn)行維護(hù)的決策優(yōu)化指導(dǎo)。

評價(jià)指標(biāo)涉及經(jīng)濟(jì)效益、技術(shù)性能和管理效益3個(gè)方面，其中，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為影響污水行業(yè)發(fā)展的重要因素，是一直以來的研究重點(diǎn)。包括建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用。

當(dāng)然不同的工藝類型追求的費(fèi)用目標(biāo)也不同，本文擬對各種經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行比較，以確定對于城鎮(zhèn)污水治理工程來說，影響工藝方案優(yōu)選的經(jīng)濟(jì)性因素。以便下文進(jìn)行工藝決策優(yōu)選模型研究。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的主要范圍及影響因素見表1。

圖1 城鎮(zhèn)污水治理工程工藝指標(biāo)體系Fig.1 sewage treatment works process indicator system

表1 污水治理工程工藝經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

2.2 城鎮(zhèn)污水治理工藝技術(shù)因素研究

污水處理的基本作用是保證受納水體的使用功能，因而技術(shù)可持續(xù)性首先應(yīng)以污水處理工藝能達(dá)到相應(yīng)的污水排放標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)則。最終確定城鎮(zhèn)污水治理工程工藝優(yōu)化決策的技術(shù)指標(biāo)為技術(shù)效果、工藝可靠性兩個(gè)。

2.3 城鎮(zhèn)污水治理典型工藝環(huán)境因素研究

對于污水處理工藝而言，除了需要達(dá)到國家規(guī)定的污水水質(zhì)達(dá)標(biāo)以外，還應(yīng)考慮工藝中，碳的排放指標(biāo)。因?yàn)槲鬯幚硎且粋€(gè)碳、磷等物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，由于碳排放會造成大氣污染，因此需要考慮碳的排放要求。對污水處理廠在整個(gè)生命周期階段，能量與資源的消耗，以及對環(huán)境的排放（如對全球變暖、臭氧耗竭的影響等）進(jìn)行數(shù)據(jù)量化分析。

（1）能耗。污水處理工藝的能耗包括直接能耗與間接能耗。前者指處理過程耗費(fèi)的能量，后者包括建材生產(chǎn)和運(yùn)輸、建筑施工、耗用藥劑的生產(chǎn)和運(yùn)輸、以及工藝拆除報(bào)廢階段的能耗。

（2）物耗。污水處理工藝的物耗由直接物耗與間接物耗兩部分組成，前者主要指處理工藝的藥耗和占地，后者包括建筑施工階段與拆除作業(yè)階段的耗用物質(zhì)。成本效益分析中，采用運(yùn)行費(fèi)、征地費(fèi)和材料費(fèi)來反映物耗。

（3）二級處理系統(tǒng)占地是工藝占地的主要組成。通常各工藝的預(yù)處理流程與構(gòu)筑物相似，并且各方案的道路、綠化等公共設(shè)施與輔助建筑物的占地面積類似。

2.4 城鎮(zhèn)污水治理典型工藝指標(biāo)體系研究

通過對影響工藝的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境因素的研究，最終可確定城鎮(zhèn)污水治理工程工藝指標(biāo)體系，如圖1所示。根據(jù)建立的指標(biāo)體系運(yùn)用決策評價(jià)方法對城鎮(zhèn)污水治理工程進(jìn)行工藝優(yōu)化決策研究。

3 基于灰色關(guān)聯(lián)分析的城鎮(zhèn)污水處理工程工藝優(yōu)化決策研究

污水處理工藝優(yōu)選應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、環(huán)境與社會諸方面，屬于多目標(biāo)決策問題；一般而言，多目標(biāo)決策問題難以借助人的主觀判斷得出決策結(jié)果。因此，通過建立城鎮(zhèn)污水處理工藝優(yōu)選決策模型進(jìn)行工藝優(yōu)選，可以提高決策結(jié)果的客觀性與正確性。根據(jù)建立的城鎮(zhèn)污水治理工程工藝指標(biāo)體系采用灰色關(guān)聯(lián)分析理論對城鎮(zhèn)污水治理工程工藝進(jìn)行優(yōu)選研究。

3.1 基于灰色關(guān)聯(lián)分析的城鎮(zhèn)污水處理工程工藝優(yōu)選

通過活性污泥、SBR和A/O三種工藝各指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算可知，三種工藝中各指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度最好為活性污泥工藝，灰色關(guān)聯(lián)度為0.854，為最優(yōu)方案，SBR次之，A/O再次之。即認(rèn)為對于此東北地區(qū)城鎮(zhèn)污水治理廠而言，活性污泥工藝具有更好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，更適合在此污水處理廠采用。而實(shí)際調(diào)研結(jié)果與評價(jià)結(jié)果相符。

3.2 城鎮(zhèn)污水治理工程工藝優(yōu)化決策建議

城鎮(zhèn)污水處理投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，為降低污水處理投資和運(yùn)行成本，因地制宜地進(jìn)行工藝方案（主要是生物處理方案）比較是必須的；通過多種工藝對比，從處理效果上講，通常活性污泥法的處理效率較高，生物膜法則較低，在活性污泥法中，SBR法、氧化溝法、AB法等處理效率更高。污水的有機(jī)物濃度高時(shí)，AB法、AO法等工藝比較有利。當(dāng)有機(jī)物濃度低時(shí)，氧化溝、SBR法等延時(shí)曝氣工藝具有明顯的優(yōu)勢；從占地面積來講，傳統(tǒng)活性污泥法占地面積較大。目前從世界各國的污水處理看，大型污水廠多用傳統(tǒng)活性污泥法，小型污水廠中氧化溝則占很大比例。

4 本章小結(jié)

為了使城鎮(zhèn)污水治理工程的工藝更具實(shí)用性、更符合城鎮(zhèn)特點(diǎn)，本文從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三個(gè)方面建立的指標(biāo)體系為評價(jià)指標(biāo)，并應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對城鎮(zhèn)污水處理工程工藝進(jìn)行優(yōu)化決策研究，最終得出活性污泥法為東北地區(qū)污水處理的最佳工藝。

［1］原培勝.城鎮(zhèn)污水處理廠運(yùn)行成本分析［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2008，33（1）：107.

［2］杭世珺.小城鎮(zhèn)污水處理工程設(shè)計(jì)的反思與建議［J］.給水排水，2004，30（10）：17-21.

黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（12511039）

李晨洋（1978—），女，黑龍江哈爾濱人，東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與建筑學(xué)院副教授，研究生導(dǎo)師，博士，研究方向?yàn)楣芾砜茖W(xué)與工程、農(nóng)業(yè)工程。