農業廢水無害化處理工程技術集成及區域模式構建研究

沈豐菊 張克強 楊 鵬

(農業部環境保護科研監測所，天津 300191)

全國農村每年產生農業廢水約90多億t，而96%的村莊沒有農業廢水收集和處理設施，約3.2億人用水存在安全隱患，這已成為制約農業可持續發展、農村生態環境和人民身體健康的重要因素;此外，農業廢水還是影響農產品質量安全的主要因素之一。系統的研究農業廢水處理工程技術集成及區域模式構建，對于緩解我國農村水資源緊缺、保護農村生產和生活環境、防控農業面源污染等具有重要的現實意義。

1 技術集成方法

1.1 技術集成的思路

單項技術的綜合評價是技術集成和優化模式構建的基礎。因此，在進行農業廢水處理技術集成時，首先，對現有單項技術進行分類，從技術特性、優缺點、適應性等方面進行綜合評價。本文依照農業廢水各處理階段對進行分類，即預處理技術(預處理階段)、生物處理技術(初級處理階段)、生態處理技術(深度處理階段)。然后，結合農業廢水處理工程實際調查情況和綜合評價結果，篩選出適應性強、處理效果好、建設成本低、運行維護和操作管理簡單方便的技術和工藝，根據不同區域自然氣候條件、經濟社會發展水平、農業生產結構和農民生活方式等差異，充分考慮農業廢水的排放特點和水質特性，形成適宜的農業廢水處理集成技術模式。

1.2 技術集成的依據

現階段農業廢水處理工程中，常見的預處理技術主要有過濾(如格柵、篩網等)和沉淀如(沉淀池、沉砂池、調節池等);生物處理技術主要分為生物厭氧(如PFR、UASB、ABR、SBR等)和生物好氧(如BAF、生物接觸氧化池等);生態處理技術一般包括穩定塘(如厭氧塘、好氧塘、曝氣塘、水生植物塘等)和土地處理系統(如人工濕地、土地滲濾等)。

農業廢水處理工程的技術集成和優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。二是要經濟適用。三是要操作簡單，日常管理和維護方便。

1.3 技術集成結果

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

2 集成技術評價方法

2.1 評價指標體系構建

2.1.1 指標選取原則

農業廢水處理工程集成技術綜合評價指標體系是度量農業廢水處理技術和設備的先進性、有效性、可靠性、適用性、經濟性、社會性等程度的參數，其影響因素層次眾多，各指標間既有一定的獨立性，又相互關聯，如果某些指標發生了改變則可能直接導致評價結果的客觀性和有效性。因此，農業廢水處理工程集成技術綜合評價指標體系的構建應遵循科學性原則、完備性原則、定性與定量相結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、相關性盡可能小的因素作為評價指標，且所有指標均可體現工程技術水平高低和運行狀況的優劣，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，依據科學性原則，對農業廢水處理工程集成技術綜合評價的基本概念有所界定，選擇相關指標構成預選指標集。定量分析就是對預選指標的數量特性進行分析，依據可操作性強的原則，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。模糊數學將元素屬于模集合的程度稱之為隸屬度。通常認為農業廢水處理工程集成技術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、數量特性比較好的指標。

最后，分析歸類結果，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 評價指標體系設計

指標體系是具有一定邏輯聯系、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。關于農業廢水處理工程集成技術綜合評價，共篩選出15項指標，分為技術指標、經濟指標、社會環境指標和適應性指標。農業廢水處理工程集成技術綜合評價指標體系如表2所示。

2.2 評價方法

農業廢水無害化處理工程集成技術綜合評價選用層次分析法與模糊綜合評價相結合的分析方法，利用簡單明了的層次結構和定性指標模糊判斷其優越性。主要過程如下:

第一，確定指標權重。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，構建準則層對比矩陣，然后針對集成技術進行準則層下的指標層的單項指標進行對比，構建技術對比矩陣。

表1 農業廢水處理工程集成技術模式

表2 農業廢水處理工程集成技術綜合評價指標體系

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，然后綜合對比結果，求取綜合平均值，得出相應指標的平均權重(詳見表2)。

第三，模糊綜合評價。根據不同評價技術建立不同的因素集、權重集和評語集;根據準則層下的技術總排序結果，建立模糊評價表，并請專家針對排序結果給出排序，建立評判矩陣R;根據評價目標的對比矩陣算出的權重向量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，即得綜合評價結果G，G=B*·VT。

第四，集成技術得分計算。

集成技術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重

式中，WBj表示其所含指標層的權重;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重。

式中，WAl表示其所準則層的權重;Al為準則層得分。

2.3 評價結果

按照上述評價方法，采用專家打分法(5分制)對實地調查的26種農業廢水處理集成技術模式進行綜合評價，將最終的權重得分進行排序，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)。從評價結果來看，在農業廢水處理工程設計和工藝選擇時，應優先考慮“預處理+生物處理+生態處理”組合模式。該模式比較適用于農村生活污水集中式處理、畜禽養殖場廢水處理，處理后的出水基本能夠達到農田灌溉水質標準或污水達標排放標準。結合種植業、養殖業結構調整和合理布局，能夠最大程度的實現農業廢水無害化、減量化處理和資源化利用，有利于農業節水、節肥、節能和農民增收。

3 區域模式構建

根據不同區域人口密度、村鎮數量、經濟發展水平、居民生活方式和水平的差異，可以構建不同區域農業廢水無害化處理工程模。

模式一:對于農村居民集中居住的村鎮，以聯戶或村為單位的生活污水集中處理設施為主;養殖小區廢水采用厭氧處理，再經過穩定塘或人工濕地處理后進行周圍農田灌溉;集約化農田產生的農田徑流水可采用生態攔截型溝渠、植物攔截帶等技術處理。

模式二:對于丘陵山區、居住比較分散的村莊，以一家一戶的分散養殖為主，生活污水水量少、水質不是很差，可采用家庭式小型人工濕地處理設施或生活污水凈化沼氣池處理后達標排放;養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種農業廢水處理工程集成技術綜合評價排序

模式三:對于大城市周邊城鎮化水平比較高的村莊，生活污水可納入城鎮污水處理廠統一處理，居民可繳納一定的費用，實現生活污水無害化;大城市周邊的養殖場需建立養殖廢水處理設施，對養殖廢水無害化處理，采用預處理+生物厭氧+生物好氧+生態的三級處理工藝;集約化農田產生的徑流水可采用生態攔截型溝渠、植物攔截帶技術，實現農田徑流氮磷減量化。

農業廢水處理工程建設的組織模式主要有農戶主導型、企業主導型、政府主導型。

4 小結

通過對我國部分地區農村生活污水、畜禽養殖場廢水以及農田徑流水等農業廢水無害處處理工程的實地調研，了解當前主要的工藝類型和技術模式，并建立了一套農業廢水處理工程集成技術綜合評價指標體系，對對實地調查的26種農業廢水處理集成技術模式進行綜合評價、排序和歸類。研究結果認為，“預處理+生物處理+生態處理”組合模式在農業廢水處理方面具有一定的優越性，是農業和農村經濟可持續發展的有效途徑之一。

［1］肖勤.農村水環境污染現狀及其治理對策［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村飲水安全評價研究［J］.人民黃河，2011，33(3):44-48.