AHP在河北農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用

王騰飛，薛嘉，周保華*，賈建和，成國(guó)慶

（1.河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊050018；2.河北天地朝陽(yáng)環(huán)境科技有限公司，河北石家莊050018；3.河北正潤(rùn)環(huán)境科技有限公司，河北石家莊050000）

AHP在河北農(nóng)村生活污水處理中的應(yīng)用

王騰飛1，薛嘉2，周保華1*，賈建和1，成國(guó)慶3

（1.河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊050018；2.河北天地朝陽(yáng)環(huán)境科技有限公司，河北石家莊050018；3.河北正潤(rùn)環(huán)境科技有限公司，河北石家莊050000）

基于某村的實(shí)際狀況，運(yùn)用層次分析法，建立一個(gè)4層次10指標(biāo)6方案的技術(shù)評(píng)價(jià)體系，根據(jù)農(nóng)村當(dāng)?shù)厍闆r對(duì)農(nóng)村污水處理進(jìn)行技術(shù)篩選。結(jié)果表明，人工快速滲濾技術(shù)或者以小型化糞池為預(yù)處理的化糞池-人工快速滲濾組合技術(shù)為最佳處理方案。

農(nóng)村生活污水；層次分析法；污水處理技術(shù)；技術(shù)篩選

每年我國(guó)農(nóng)村排放約150億m3的生活污水，污水量大但處理率卻很低[1]?！度珖?guó)農(nóng)村環(huán)境綜合整治“十三五”規(guī)劃》中顯示，我國(guó)只有22%的建制村生活污水得到處理。近年來(lái)，國(guó)家越來(lái)越重視農(nóng)村生活污水的治理，在《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中明確規(guī)定：到2020年，完成環(huán)境綜合整治的建制村新增13萬(wàn)個(gè)。但是，農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)以及當(dāng)?shù)鼐C合指標(biāo)等因素，決定了農(nóng)村生活污水處理不能照搬城鎮(zhèn)污水處理模式[2-3]。因此，選擇合適的農(nóng)村生活污水處理模式將成為農(nóng)村生活污水處理研究的重點(diǎn)。

目前，張鐵堅(jiān)[3]、郝曉偉[4]、謝禮國(guó)[5]等學(xué)者對(duì)層次分析法在農(nóng)村生活污水處理技術(shù)篩選中的應(yīng)用開展了研究，這為農(nóng)村選取適合的處理技術(shù)提供了參考依據(jù)。這些研究大部分集中在處理設(shè)施及技術(shù)本身，對(duì)農(nóng)村當(dāng)?shù)厍闆r的研究卻很少?；诖?，本研究從農(nóng)村當(dāng)?shù)厍闆r的角度出發(fā)，以期對(duì)層次分析法的研究作出補(bǔ)充，為農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的選取提供參考。

1 農(nóng)村生活污水的特點(diǎn)和治理存在的問(wèn)題

農(nóng)村生活污水是指農(nóng)村居民生活活動(dòng)中產(chǎn)生的污水，主要包括洗滌、洗浴和廚廁排水，不包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)工業(yè)廢水和規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)廢水[6]。農(nóng)村生活污水的主要特征表現(xiàn)在[7-10]：成分復(fù)雜，各污染物濃度相對(duì)較低，基本不含或含有少量重金屬和有毒有害物質(zhì)，可生化性較強(qiáng)；排水變化系數(shù)大；污染面廣且分散。

我國(guó)的農(nóng)村生活污水治理還存在一些問(wèn)題[1，11-12]，如我國(guó)有關(guān)農(nóng)村生活污水治理的法律法規(guī)不健全，到目前為止，關(guān)于農(nóng)村生活污水治理的強(qiáng)制性法律法規(guī)很少；我國(guó)農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟(jì)相對(duì)落后，沒(méi)有長(zhǎng)期穩(wěn)定的資金用于處理設(shè)施的運(yùn)行和維護(hù)；農(nóng)民受教育的程度較低，環(huán)保意識(shí)比較缺乏等。

2 建立農(nóng)村生活污水處理優(yōu)選體系

2.1 層次分析法的原理

AHP是一種將定性分析與定量分析相結(jié)合的決策方法，將研究對(duì)象分解成不同的層次結(jié)構(gòu)，量化決策者的主觀經(jīng)驗(yàn)判斷，然后逐層進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，從而得到一個(gè)既定量化又較符合實(shí)際的評(píng)價(jià)結(jié)果[3，5]。

2.2 農(nóng)村生活污水處理優(yōu)選體系的建立

農(nóng)村生活污水處理的成功與否，關(guān)鍵不在于處理技術(shù)本身，而是要與農(nóng)村當(dāng)?shù)氐牡匦翁卣?、居民居住特征等?shí)際情況相結(jié)合，因地制宜。因此，在建立層次結(jié)構(gòu)模型時(shí)，應(yīng)側(cè)重考慮農(nóng)村的當(dāng)?shù)厍闆r：當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平，主要包括基建投資費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用；當(dāng)?shù)氐匦翁卣?，主要包括?dāng)?shù)貧夂蛴绊憽⒅車袩o(wú)敏感區(qū)、地形的復(fù)雜程度、閑置土地情況；居民居住特征，主要包括排水去向、居民文化水平、人口聚集度。

通過(guò)對(duì)《分地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)指南》和《河北省鼓勵(lì)的環(huán)保技術(shù)、產(chǎn)品目錄（第二批）》（冀環(huán)協(xié)〔2015〕34號(hào)）中的污水處理技術(shù)進(jìn)行對(duì)比與篩選，確定沼氣池、SBR、生物接觸氧化池、人工快速滲濾技術(shù)、潛流式人工濕地處理技術(shù)、穩(wěn)定塘這6種處理技術(shù)作為方案層，建立層次結(jié)構(gòu)模型，如圖1所示。

圖1 農(nóng)村生活污水處理技術(shù)篩選的層次結(jié)構(gòu)模型

2.3 構(gòu)造判斷矩陣及權(quán)重計(jì)算

層次結(jié)構(gòu)模型建立后，問(wèn)題被轉(zhuǎn)化為層次中的排序問(wèn)題。為了確定每個(gè)元素對(duì)上一層次的相對(duì)重要性，本研究采用數(shù)值1～9及其倒數(shù)的標(biāo)度方法，具體含義見表1。

表1 判斷矩陣標(biāo)度及其含義

為了進(jìn)行判斷矩陣（或?qū)哟螁闻判颍┑囊恢滦詸z驗(yàn)，需要進(jìn)行計(jì)算一致性指標(biāo)：CI=（λmax-n）/（n-1）；根據(jù)1～9階判斷矩陣平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值，計(jì)算其隨機(jī)一致性比率：CR=CI/RI，當(dāng)CR＜0.1時(shí)，則認(rèn)為判斷矩陣具有滿意的一致性，否則需要調(diào)整判斷矩陣的元素的取值。1～9階判斷矩陣平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值見表2。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI

3 實(shí)例中的應(yīng)用

3.1 背景簡(jiǎn)介

某村位于正定縣西北部，占地面積20 000 m2，研究對(duì)象為某村的新民居，人口約900人，人均年收入為6 608元。該村周圍地勢(shì)簡(jiǎn)單，以平原為主，而且周圍也沒(méi)有飲用水水源地保護(hù)區(qū)、風(fēng)景區(qū)或人文旅游區(qū)等敏感區(qū)域。根據(jù)《農(nóng)村生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB 13/2171—2015）劃分，本區(qū)域?qū)儆诎l(fā)達(dá)型農(nóng)村（＞6 000元），生活污水處理后的出水應(yīng)執(zhí)行一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，回用于農(nóng)田灌溉、園林綠化等。本研究區(qū)域?qū)儆诃h(huán)境綜合整治村，生活污水處理設(shè)施由中央財(cái)政專項(xiàng)資金建設(shè)，建成后所涉及到的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用由縣財(cái)政資金負(fù)責(zé)。本地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化程度較高，可利用土地較多。

3.2 構(gòu)造目標(biāo)層A與準(zhǔn)則層B之間的A-B判斷矩陣

由于該村屬于環(huán)境整治村，污水處理設(shè)施由中央財(cái)政專項(xiàng)資金建設(shè)，建成后所涉及到的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用由縣財(cái)政資金負(fù)責(zé)。基于此，準(zhǔn)則層的排序?yàn)椋築2當(dāng)?shù)氐匦翁卣鳎綛3居民居住特征＞B1當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平。構(gòu)造A-B判斷矩陣，見表3。

表3 A-B判斷矩陣

計(jì)算求得最大特征根λmax=3.086，相應(yīng)的特征向量Wi=（0.094，0.627，0.280）。

經(jīng)計(jì)算，CI=（λmax-3）/（3-1）=0.043，而3階矩陣RI值為0.52，則CR=0.043/0.52=0.083＜0.1，顯然A-B矩陣具有滿意的一致性，故Wi中的權(quán)重可用。

3.3 構(gòu)造準(zhǔn)則層B與指標(biāo)層C之間的B-C判斷矩陣

3.3.1 構(gòu)造B1-C判斷矩陣

雖然此地區(qū)的污水處理設(shè)施建設(shè)以及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)都不用村民出錢，但是僅從這三個(gè)方面考慮選取技術(shù)的話，指標(biāo)層C的排序?yàn)椋篊1基建投資費(fèi)用＞C2運(yùn)行費(fèi)用＞C3維護(hù)費(fèi)用。構(gòu)造B1-C判斷矩陣，見表4。由判斷A-B矩陣的方法，可知B1-C矩陣具有滿意一致性。

表4 B1-C判斷矩陣

3.3.2 構(gòu)造B2-C判斷矩陣

該村屬于環(huán)境綜合整治村，周圍地勢(shì)簡(jiǎn)單，以平原為主，沒(méi)有飲用水水源地保護(hù)區(qū)、風(fēng)景區(qū)或人文旅游區(qū)等敏感區(qū)，且可利用土地較多。指標(biāo)層C的排序?yàn)椋篊5周圍有無(wú)敏感區(qū)＞C6閑置土地利用情況＞C7地形的復(fù)雜程度＞C4當(dāng)?shù)貧夂蛴绊?。?gòu)造B2-C判斷矩陣，見表5。由判斷A-B矩陣的方法，可知B2-C矩陣具有滿意一致性。

表5 B2-C判斷矩陣

3.3.3 構(gòu)造B3-C判斷矩陣

本次評(píng)價(jià)區(qū)域?yàn)樾旅窬?，人口相?duì)集中，處理完的生活污水將回用于農(nóng)田灌溉及園林綠化等，指標(biāo)層C的排序?yàn)椋篊8排水去向＞C10人口聚集度＞C9居民文化水平。構(gòu)造B3-C判斷矩陣，見表6。由判斷A-B矩陣的方法，可知B3-C矩陣具有滿意一致性。

表6 B3-C判斷矩陣

3.4 計(jì)算指標(biāo)層C對(duì)目標(biāo)層A的權(quán)重

結(jié)合準(zhǔn)則層B和指標(biāo)層C求出的各判斷矩陣的權(quán)重，計(jì)算指標(biāo)層C對(duì)目標(biāo)層A的權(quán)重，見表7。

表7 指標(biāo)層C對(duì)目標(biāo)層A的權(quán)重

3.5 處理方案的綜合評(píng)價(jià)

運(yùn)用專家打分法對(duì)6種方案的9個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)為：0.8～1為優(yōu)，0.6～0.8為良，0.4～0.6為中，0.2～0.4為差，0～0.2為很差。

通過(guò)咨詢6名有經(jīng)驗(yàn)和較高學(xué)術(shù)水平的專家，采用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)9個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，然后用評(píng)分的平均值與指標(biāo)層的權(quán)重相乘，最終得到定性的結(jié)果，具體結(jié)果見表8。

表8 污水處理技術(shù)綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)

由表8可知，所選的6種生活污水處理技術(shù)相對(duì)優(yōu)先排序?yàn)椋篋4（人工快速滲濾技術(shù)）、D5（潛流式人工濕地處理技術(shù)）、D3（生物接觸氧化池）、D2（SBR）、D6（穩(wěn)定塘）、D1（沼氣池）。因此，人工快速滲濾技術(shù)或者以小型化糞池為預(yù)處理的化糞池-人工快速滲濾組合技術(shù)為最佳處理方案。

4 結(jié)論

在農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的選擇上，重點(diǎn)不在于技術(shù)本身，而在于農(nóng)村當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況。不同地區(qū)周圍有無(wú)敏感區(qū)、閑置土地情況以及污水的排水去向等方面的差異，決定了其對(duì)污水處理技術(shù)選擇的不同。本研究通過(guò)對(duì)某村應(yīng)用層次分析法得出，人工快速滲濾技術(shù)或者以小型化糞池為預(yù)處理的化糞池—人工快速滲濾組合技術(shù)為最佳處理方案。對(duì)于不同的區(qū)域，在采用層次分析法進(jìn)行農(nóng)村生活污水最佳實(shí)用處理技術(shù)篩選時(shí)，應(yīng)該以當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況為重點(diǎn)，以確保能得到適用的污水處理技術(shù)。

[1]閆林.推進(jìn)農(nóng)村生活污染治理的財(cái)政政策建議[J].中國(guó)郵政，2016（5）：43-44.

[2]趙玲萍，張鳳娥，董良飛，等.改進(jìn)的熵權(quán)TOPSIS模型在農(nóng)村生活污水處理優(yōu)選中的應(yīng)用[J].節(jié)水灌溉，2013（12）：52-54，58.

[3]張鐵堅(jiān)，張小燕，李煒，等.基于AHP的河北平原地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)篩選[J].浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015，27（6）：1037-1041.

[4]郝曉偉，干鋼，裴瑤，等.基于層次分析法的水源地上游農(nóng)村生活污水處理技術(shù)綜合性能評(píng)價(jià)[J].南水北調(diào)與水利科技，2012，10（4）：42-47.

[5]謝禮國(guó)，張照清，譚銘卓，等.層次分析法優(yōu)選三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)研究[J].土木建筑與環(huán)境工程，2011，33（增刊1）：20-22.

[6]河北省環(huán)境科學(xué)研究院.DB 13/2171—2015農(nóng)村生活污水排放標(biāo)準(zhǔn)[S].2015.http://www.hb12369.net/zwhd/kjbz/hbsdfbz/201511/ W020151106359979062433.pdf

[7]董瑞海，顧寶群，張博雄，等.基于源分離的農(nóng)村污水生態(tài)治理模式與技術(shù)[J].南水北調(diào)與水利科技，2014，12（6）：209-212.

[8]顧霖，吳德禮，樊金紅.農(nóng)村生活污染綜合治理模式與技術(shù)路線探討[J].環(huán)境工程，2016（10）：113-117.

[9]鞠昌華，張衛(wèi)東，朱琳，等.我國(guó)農(nóng)村生活污水治理問(wèn)題及對(duì)策研究[J].環(huán)境保護(hù)，2016，44（6）：49-52.

[10]蘇鴻洋.中國(guó)村鎮(zhèn)分散生活污水處理技術(shù)現(xiàn)狀[J].給水排水，2015，41（增刊）：197-201.

[11]徐慧娟，胡嘯，何云，等.強(qiáng)化農(nóng)村生活污水處理設(shè)施管理的思考[J].中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2015，25（S1）：208-210.

[12]陳呂軍.我國(guó)農(nóng)村分散型污水處理技術(shù)及政策的思考[J].環(huán)境保護(hù)，2014，42（15）：30-33.

（編輯：程?。?/p>

App lication of AHP in Rural Domestic Sewage Treatment in Hebei

Wang Tengfei1,Xue Jia2,Zhou Baohua1*,Jia Jianhe1,Cheng Guoqing3
（1.College of Environmental Science and Engineering，Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang Hebei050018,China；2.Hebei Tiandi Zhaoyang Environmental Technology Co.Ltd., Shijiazhuang Hebei 050018,China；3.Hebei Zhengrun Environmental Technology Co.Ltd.,Shijiazhuang Hebei 050000,China）

Based on the actual situation of some village,this article established a technical evaluation system of 4-level,10-index,6 scheme by using Analytic Hierarchy Process(AHP)to screen the rural sewage treatment from the perspective of rural local conditions.The results showed that artificial rapid diafiltration technology or small septic tank pretreatment of septic tank-artificial rapid ditch combination technology was the best treatment program.

rural domestic sewage,analytic hierarchy process,sewage treatment technology,technical screening

X719.3

A

1008-813X（2017）02-0090-04

10.13358 /j.issn.1008-813x.2017.02.24

2017-02-28

王騰飛（1988-），男，河北邢臺(tái)人，河北科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)在讀碩士研究生，主要從事水處理方面的研究工作。

*通訊作者：周保華（1974-），男，河北衡水人，畢業(yè)于天津大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，博士，副教授，主要研究方向?yàn)楣腆w廢物資源化。