基于AHP的農村污水處理系統擇優評價體系探討

賀龍朝 王鑫

摘 要：在建設社會主義新農村和實現城鎮化的過程中，農村污水處理問題日益突出。農村污水具有氮、磷濃度高，含有大量的細菌、病毒，污水流量小，污染源分布散，變化性大等特點。基于此，結合目前各污水處理工藝的特點，建立了一套工藝方案擇優綜合評價指標體系。為未來農村地區污水處理工藝的選擇提供一定的參考。

關鍵詞：農村污水 AHP體系 方案優選處理技術

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0027-03

我國是一個農業大國，目前全國有行政村60多萬個、自然村250多萬個，農村人口多達6.7億[4]。其中，大部分的村莊都沒有完善的排水設施和合理的農村污水處理系統。同時，農村生活污水又具有氮、磷濃度高，含有大量的細菌、病毒，污水流量小，污染源分布散，變化性大等特點[5]。據調查，現階段城鎮污水處理廠采用的技術和運行模式無法適合用于農村污水的處理。大量的工業廢物、生活廢物、農業面源排放廢物等嚴重地污染了農村用水環境。農村污水的治理問題已經迫在眉睫。因此，迫切需要一套完整的、科學的綜合評價指標體系來對現階段各種污水處理工藝做出一個全面的、系統的評價，以便于針對不同的實際情況，都能選出一套“最優化”的方案應用于農村污水處理。此舉對于推動社會主義新農村建設有非常重要的現實意義。

1 綜合評價體系分析及AHP體系簡介

隨著人類社會的發展，污水處理工藝選擇的目的不再是僅僅對污水進行處理凈化，而是設計者對所處自然環境做出的可持續發展選擇。使污水處理工藝不僅可以凈化污水，而且可以更好地與自然和諧共存。污水處理工藝的選擇涉及到其所在地域的地理氣候、社會經濟發展情況、歷史文化，人文特征等多種因素，且諸多因素相互聯系、相互影響。因此評定一個工藝選擇的好壞，必須從系統論的觀點出發進行綜合評價，可以此來評定所選工藝的優劣程度。

AHP（The Analytic Hierarchy Process），即層次分析法，是美國T·L·Saaty教授于20世紀70年代首次提出的一種系統分析方法。其思路是：（1）建立模型：分析問題的性質，根據其希望達到的總目標，把問題層次化，將有關的各個因素按照不同特性由上往下分解成若干層次，逐級分解；（2）構造對比矩陣：對于率屬于同一層的每個因素之間互相比較，比較尺度按1～9進行分配（專家給出或調研所得）。根據結果構造出對比矩陣。（3）計算權向量并作一致性檢驗。若一致性檢驗通過，歸一后的特征向量作為權向量。否則重新構造對比矩陣。（4）計算組合權向量（最下層對目標）并作組合一致性檢驗。若檢驗通過，則可按此結果進行決策，否則更換模型，重復上述步驟再次進行。

本文結合我國國情以及采用技術的特點，嘗試利用AHP模型構建了有關“農村污水處理工藝方案擇優綜合評價指標體系”，并且可以利用幾種優良的綜合評價計算方法及程序，在計算機上直觀地得出某一被評價對象的優劣程度。便于設計者在綜合考慮各種影響因素的情況下，更加準確地制定出適合當地污水處理的工藝方案。

2 基于AHP法的綜合評價指標體系的建立

“優化設計”是指研究問題和尋求解決問題的最優方案，“最優”兩字理解為在給定條件下得到盡可能滿意的結果。農村污水處理工藝系統擇優綜合評價指標體系的AHP模型共分為四層，其層次結構模型的簡化框圖1所示。

2.1 總目標層

總目標層A：農村污水處理工藝方案擇優綜合評價指標體系。此評價體系從“技術--經濟—環保”復合生態理念出發，結合我國的國情和可持續發展的戰略目標，利用綜合指標評價法對農村污水處理系統做出全面評價。

2.2 子目表層

子目標層B：包括三個子目標。三個子目標是在充分考慮“技術—經濟—環保”和可持續發展的前提下提出的，目的在于通過綜合評價影響農村污水處理的各種因素，選擇出在農村現狀下的最優化的污水處理系統。

B1技術可行性—— 作為一種污水處理系統，其技術可行性至關重要。必須以處理效果優異，操作管理方便為原則，同時也應兼顧系統的運行安全穩定性能和可移植推廣性能。

B2經濟節約性—— 在處理農村污水中，經濟因素占有十分重要的影響地位。由于農村地區資金短缺，能源匱乏，管理不便等，因此，投資少，能耗低，運行費用低等具有經濟節約性的指標在整個評價體系中占有很大的比重。

B3環保節能性—— 一般來說，農村地區都具有良好的生態環境，但資源能源相對匱乏。因此，農村污水處理工藝必須與當地的生態環境相協調，同時具有良好的能源再生利用能力。

2.3 準則層

準則層C共有7個評價準則如下。

C1實用性：實用性主要是指處理工藝系統的處理能力處理效果。其決定了處理工藝的適用范圍和適應條件。實用性的優劣是評價一個處理工藝系統優劣的重要指標之一。

C2安全性：工藝系統的安全性決定了系統的穩定能力和服務壽命。這對農村污水處理影響深遠。安全性高的系統，既可以減小出現處理事故幾率，也可以避免頻繁的維修和新建污水處理設施。

C3通用性：通用性是評價一種處理工藝系統推廣應用到其他地方的評價指標。良好的通用性可以減少重復的設計工作，加快解決農村污水處理問題的速度。

C4建設費：建設費在農村污水處理投資中占有很大的比重。具有低基礎設施建設費和高處理效果的處理工藝系統是解決農村資金短缺與污水亟待處理這一矛盾的有效途徑之一。

C5運行費：污水處理系統的的運行費用高低，決定了處理工藝系統能否順利、持久的運行下去。由于農村地區地廣人稀，污水分布分散，這使得運行費用成為評價處理系統的重要指標之一。

C6自然環境：污水處理工藝對農村自然環境的影響也不容忽視，尤其是處理過程中產生的廢水、廢氣、廢渣對周圍環境影響巨大。

C7人居環境：污水處理工藝應該具有良好的節能減排的能力。一方面可以變廢為寶，為農村提供清潔再生能源；另一方面也應對農業生產產生積極的促就作用。

2.4 基本指標層

基本指標層D：該層是對準則層C的細化，共有21個評價指標。

D1：處理污水量是表征處理系統處理規模的參數指標。即在保證處理效果的前提下，處理系統內可以同時容納并進行處理的污水量。

D2：出水水質達標率出水水質達標率是全年出水水質達標天數與全年總運行天數之比。這是對處理效果穩定性能的評價指標。

D3：有機負荷率有機負荷率即BOD-負荷率。這表示了單位時間（天）內處理系統可降解達標的有機污染物的量。這是評價處理系統對有機污染物處理能力和速率的重要指標。

D4：N、P去除率農村污水中含有大量的氮、磷污染物，而且氮、磷對土壤和水環境影響巨大。因此，處理工藝必須具有很強的脫氮除磷能力，

D5：工藝復雜程度工藝復雜程度包括工藝原理和工藝施工建設兩方面的復雜程度。處理工藝系統的復雜程度越低，越有利于對其進行推廣使用。

D6：工藝成熟程度處理工藝的成熟程度是指工藝的技術原理、運行經驗的成熟性。對于越成熟的工藝，在推廣過程中遇到的問題才越有可能得到解決。

D7：自動智能程度一個具有遠程自動化控制的處理系統，在運行中會節省大量的運行費，從而更具有推廣優勢。

D8：模塊定型程度具有模塊化、定行化的處理系統更方便，也更容易大規模推廣到其他地方建設使用。

D9：抗沖擊能力處理工藝對突發性大流量、變水質污水的抵抗適應能力，決定了整個系統的安全性。應該盡量做到在突發性大流量、變水質情況下系統仍能較為穩定安全的運行。

D10：抗風險能力由于農村污水處理系統一般都處于室外。因此就要求處理系統應該對暴風、暴雨、暴雪、溫度驟變等自然風險具有很強的抵抗適應能力。

D11：初期基礎建設由于農村經濟因素限制，處理系統的初期建設費用高低會直接影響到該系統能否在當地建立。因此基礎建設費用低的處理系統會更受歡迎。

D12：儀器設備儀器設備成本對整個處理系統建設費的影響也不容忽視。優秀的系統應該沒有或者很小的儀器設備成本。

D13：占用土地農村污水處理系統一般都會占用較大的土地面積。以“先劣地后良田”為原則，盡量減少占用土地，也是降低造價的有效途徑之一。

D14：污水收集由于農村污水具有分散亂、難收集的特點。因此，合理優化農村污水的收集系統，提高污水收集能力，可以有效降低收集污水的成本。

D15：維護管理農村污水處理系統運行過程的維護管理，會消耗大量的人力資源和經濟成本，努力提高系統的自動化和遠程操作能力，可以大大降低維護管理費用。

D16：能源消耗農村的能源比較匱乏，使用能源的成本相對較高。少耗能或者不耗能的處理系統可以很大程度的節約能源，降低污水處理的經濟成本。

D17：殘余廢物處理污水處理系統的殘余物處理也會消耗大量的資金。減少殘余物的產量，使用合適的殘余物處理方法，可以有效的降低這部分的運行成本。

D18：廢氣影響污水處理過程中會產生一定的廢氣，這些廢氣對周圍的居民、家禽、牲畜以及農作物都會產生不良影響。因此處理工藝系統必須控制廢氣的產生和排放，以盡量減少廢氣排放為目標。

D19：廢液影響污水處理過程中產生的廢液，一般都是具有高濃度污染物的污染液。如果不對其進行有效的處理，其通過土壤下滲，會對當地的土壤、地下水及農作物產生嚴重的污染。因此必須嚴格控制盒處理廢液的產生和排放的過程。

D20：出水再利用一個優秀的污水處理工藝，其的處理出水應該符合一定的水質標準。通過利用處理出水進行農業灌溉、澆灑路面的方式進行再利用，既可以提高水資源的重復利用率，也可以達到節能建排的目的。

D21：能源再生在處理農村污水中污染物的同時，一般通過微生物作用會產生的一些能源，例如沼氣。廢渣肥料等。實現處理工藝的能源再生最大化，不僅可以節省能源，緩解農村能源緊缺的現狀，而且可以美化人居環境，產生更大的經濟效益。

3 結論

（1）本文針對農村污水處理工藝選擇的問題，提出了一種基于AHP模型的農村污水處理系統擇優評價體系。此法可考慮到農村污水處理過程中的各種因素，并將各因素分解至最基礎的元素。可深入、充分、合理地進行方案優選。此法的關鍵在于權重的賦值，即各類因素之間相對重要性的判斷，為保證數據的客觀公正，建議倚重于專家的意見。

（2）在利用AHP模型構建了“農村污水處理系統擇優評價體系”后，各種評價因素已明確地表示出來，構建了包含1個總目標層、3個子目標層、7個準則層、21個基本指標層的農村污水處理系統擇優評價體系，在此體系的基礎上，可通過采用實地調研或專家打分法就各指標層及準則層的影響因素大小進行權重賦值，形成定量化的與各層次有關的“判斷矩陣”。經過層次但排序及一致性檢驗，得出不同污水處理工藝的綜合評價得分，篩選出一套最符合當地實際狀況的可行性污水處理方案。此法能夠為技術選用提供決策性依據。

（3）此評價指標體系可在全國范圍內使用。但由于我國幅員廣闊，有行政村60多萬個、自然村250多萬個，在有限的經濟技術條件下，無法對每個村落進行單獨的權重賦值。在此，可通過“聚類分析”將全國所有村落就經濟發展水平、管網鋪設狀況、離城鎮距離、文化習俗等因素劃分為幾大類，對屬于同一類的村落可使用相同的權重體系。在不耗費大量社會資源的前提下，達到農村污水處理工藝優選的目的。

參考文獻

[1] 富立鵬.我國農村污水生態處理技術綜述[J].科技資訊，2009（5）：162.

[2] 王新生.淺議農村生活污水處理模式[J].山西水利科技，2008（3）：32-33.

[3] 曹群，佘佳榮.農村污水處理技術綜述[J].環境科學與管理，2009（3）：118-121.

[4] 李秀，李倩.農村污水處理系統建設分析[J].能源與節能，2011（10）：45-46.

[5] 李根生.農村污水生態處理及飲水安全戰略分析[J].水科學與工程技術，2010（1）：39-40.

[6] 劉啟波，劉士鐸.改進的TOPSIS方法及程序在綠色建筑綜合評價中的應用[J].基建優化，2001，22（5）：59-62.

[7] 北京市市政工程設計研究總院.給水排水設計手冊[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2003.