層次分析法在某污水處理工藝選擇中的應用

楊 卓

(河北聯合大學建筑與工程學院,河北 唐山063009)

0 引 言

我國已建成的污水處理廠80%以上采用活性污泥法。這種傳統的污水處理技術存在著能耗大、運行費用高、基建費用大、剩余污泥量大、帶來二次污染等問題。針對小城鎮污水處理的特殊性,比如水量不大,水質水量不穩定,管理水平不高等特點和當地受納水體的實際環境功能,因地制宜的選擇適合小城鎮的污水處理方法。由于存在著技術、經濟、管理方面的眾多不定性因素,無法運用常規的數學方法進行定量的計算。本文是運用了層級分析法,采用專家打分的方法對某污水廠的污水處理工藝進行選擇。建立了一個3層次9指標4方案的層次分析模型。從技術、經濟和管理三個方面對BAF工藝、orbal氧化溝、CASS工藝、A/A/ O工藝進行綜合評價,以選取最優方案。

1 層次分析法的原理及步驟

層次分析法[1～3]是一種有效的多目標,多準則的決策分析方法。層次分析法的信息基礎是問題所帶的數據資料和人們的評價依據,通過這些基礎信息,把所要分析的對象轉化為遞階層次結構。在每一層次上,可按其上一層的對應準則要求,對該層元素進行逐隊比較,依照規定的標度定量化后寫成矩陣的形式,即構造成判斷矩陣。為了考慮層次分析得到的結果是否合理,需要對判斷矩陣進行檢驗,經過檢驗得到的結果即可認為是可行的。目前此方法常被運用于小城鎮污水處理技術的選擇[3～4]。

層次分析法的基本步驟如下:

1)建立遞階層次結構模型;

2)準則層和指標層影響因素權重賦值;

3)形成判斷矩陣;

4)層次單排序及其一致性檢驗;

5)方案的綜合排序。

2 層次分析法的應用

2.1 項目建設背景

依托優越的地理環境,良好的自然環境,豐富的自然資源,該地區經濟建設有了顯著發展。可是,隨著社會經濟的快速發展,污水量逐年增加,排水設施不符合排水要求,城區內沒有形成完整的排水系統。生產、生活污水通過城區合流排水管及明溝排入縣城周圍的水坑及周邊河流中,未經處理的污水對當地及周邊的環境產生了不良影響。為保護人民的身體健康,必須不斷完善排水系統,修建污水處理廠,從根本上解決地區水污染問題,為縣城居民創造良好的生活環境。

從行業發展趨勢看,建設十幾甚至幾十萬立方米/日處理能力,服務面積幾十平方公里的污水處理廠,已經逐步被小于十萬立方米/日處理能力的污水處理廠所取代。相比之下小規模的污水處理廠主要優勢在于:配套管網規模小,減少了配套投入和系統運營成本;便于就地進行污水再生利用。

2.2 方案層的選擇

根據確定的進出水水質要求,污水處理廠所選處理工藝應具有以下功能:

1)能降解有機物并具有硝化功能,使出水中的BOD5、CODcr達標,并使出水中的氨氮降至25mg/L以下(12℃以上)。

2)應具有除磷功能。

3)應使污水處理過程中產生的污泥基本達到穩定。

4)不但能滿足現狀出水水質的要求,而且應該便于改造,為將來再生水回用做好準備。

根據污水水量和污水處理工藝的選擇標準,本文選取改良式氧化溝、CASS工藝、A/A/O工藝、曝氣生物濾池四種方法進行方案比選,最終確定處理方案。

2.3 指標體系的建立

建立層次結構模型[5],A層是總目標層,即適合古冶區污水處理廠的處理技術。B層是實現總目標層(A)的三個準側層,分別為技術性能B1,經濟效益B2,管理水平B3。C層為指標層,即為了達到總目標層和準則層的要求而確定的各種條件,包括占地面積、總投資、土建工程;剩余污泥穩定性、出水水質、脫氮除磷效果;改擴建難易度、運行管理難易度、工藝流程這9項為指標層。D層是方案層,包括曝氣生物濾池,orbal氧化溝、CASS工藝、A/A/O工藝。

圖1 方案綜合評價圖

2.4 權重的計算

確定每個元素對上一層元素的重要性,采用1～9及其倒數的標度方法,構造判斷矩陣并計算每個元素對于上一層元素的權重。并計算判斷矩陣的最大特征值,計算其滿意程度。1表示兩個因素相比,具有同樣重要性;3表示兩個因素相比,一個因素比另外一個因素稍微重要;5表示兩個因素相比,一個因素比另外一個因素明顯重要;7表示兩個因素相比,一個因素比另外一個因素強烈重要;9表示兩個因素相比,一個因素比另外一個因素極端重要;2、4、6、8表示介于上述相鄰評價準則的中間狀態。

準則層的判斷矩陣如下:

表1 判斷矩陣A—B

指標層的判斷矩陣見表5～7:

表2 判斷矩陣B1—C

表3 判斷矩陣B2-—C

表4 判斷矩陣B3—C

B層對U層(總目標層)的權重

WB1U=0.674×0.649=0.437,WB2U=0.674×0.279=0.188,WB3U=0.674×0.072=0.048

WB4U=0.226×0.094=0.021,WB5U=0.226×0.280=0.063,WB6U=0.226×0.627=0.142

WB7U=0.101×0.637=0.064,WB8U=0.101×0.258=0.026,WB9U=0.101×0.105=0.011

2.5 方案綜合評價

對四種方案的9個評價指標進行專家打分,最終得出定性結果。1～0.8為很好,0.8～0.6為比較0.6～0.4為中等,0.4～0.2為有點差,0.2～0為非常差。

根據以上的各指標評分標準,對十名有經驗的工作人員進行問卷調查,評分后給出平均值,如表5示。

表5 定量指標評分結果

由表5各指標評分結果與各項的權重相乘,得到最終各方案的得分。得分情況如表6示。

表6 綜合指標評價表

3 結 論

本文利用層次分析法(AHP)建立了一個3層9指標4方案層的綜合評價體系。結果顯示,BAF工藝和CASS工藝得分一樣,均為0.79分。A/A/O工藝和orbal氧化溝得分稍低,分別為0.66分和0.65分。因此我們在BAF工藝和CASS工藝之間進行選擇。鑒于該污水廠對除磷有特殊的要求,所以綜合考慮評價結果和工藝本身的功能,認為CASS工藝更適合作為該污水處理廠的污水處理技術。

[1] 湯民淮,蔡俊雄.利用層次分析法計算污染治理設施評價指標權重[J].環境科學與技術,1997(01):27～34.

[2] 趙煥臣,許數柏,和金生.層次分析法[M].北京:科學出版社,1996.

[3] 胡天覺,陳維平,曾光明,等.運用層次分析法對株洲霞彎污水處理廠污水處理工藝方案擇優[J].環境工程,2000,18(1):61～63.

[4] 鄢恒珍.小城鎮污水處理方案技術經濟分析[D].武漢:武漢理工大學,2003.

[5] 劉揚,楊玉楠,王勇.層次分析法在我國小城鎮分散型生活污水處理技術綜合評價中的應用[J].水利學報,2008,39(9).