基于網(wǎng)絡(luò)分析法的小城鎮(zhèn)污水處理工藝評價研究

文｜中國城市建設(shè)研究院有限公司 梁東花 楊志清 楊思成 譚昌久 昆明理工大學(xué) 徐冰峰

背景

目前小城鎮(zhèn)的污水處理廠工藝大多數(shù)直接沿用城市或縣城的污水處理工藝，但由于兩者間污水進(jìn)出水量、進(jìn)出水質(zhì)、自然因素、經(jīng)濟(jì)條件、管理水平等因素的影響，直接使用城市或縣城的污水處理工藝并不具有科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性。因此，對小城市污水處理工藝評價方法的研究就顯得尤為重要。

赫羅納大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室Xavier Flores-Alsina等[1]及其它學(xué)者[2-3]采用生命周期評價法對污水處理工的工藝選擇進(jìn)行了研究。李如忠[4]基于模糊理論建立了多層次模糊評價模型，并選出了良好的污水處理工藝方案。范祖悅等[5]利用多目標(biāo)模糊決策的評價方法對十堰市某家毛巾廠污水處理技術(shù)方法的選擇決策問題進(jìn)行了綜合評價。但目前，對小城鎮(zhèn)污水處理工藝的評價理論和應(yīng)用研究一般都集中在工藝技術(shù)方面，對經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和環(huán)境效益著墨甚少，為了進(jìn)行系統(tǒng)性、全面性的分析，本課題研究了技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)各因素之間的依存和反饋關(guān)系，并構(gòu)建了一套適宜于與小城鎮(zhèn)污水處理工藝選擇的評價指標(biāo)體系。利用網(wǎng)絡(luò)分析法計(jì)算出評價指標(biāo)體系中各評價指標(biāo)的權(quán)重，并建立小城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)優(yōu)選模型，根據(jù)優(yōu)選模型計(jì)算出小城鎮(zhèn)污水處理廠適宜的污水處理工藝。

1.網(wǎng)絡(luò)分析法

目前，綜合評價方法主要采用的是模糊綜合評價法、層次分析法和網(wǎng)絡(luò)層次分析法，而網(wǎng)絡(luò)分析法能有效的解決指標(biāo)之間存在關(guān)系的復(fù)雜的決策問題，是一種更理性、更完善的科學(xué)方法。但該方法尚未引入到污水處理工藝方案的綜合比較研究中，本文將結(jié)合網(wǎng)絡(luò)分析法在其它領(lǐng)域中的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，將其應(yīng)用到小城鎮(zhèn)污水處理工藝的綜合評價研究這個復(fù)雜的決策問題中，在實(shí)現(xiàn)問題的最終求解的同時，也促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)分析法在污水處理中的應(yīng)用。

一般的，網(wǎng)絡(luò)分析法基本步驟如下所示[5]。

圖1 云南省小城鎮(zhèn)污水處理工藝評價指標(biāo)體系

（1）構(gòu)造判斷矩陣，確定元素與元素之間的影響關(guān)系

（2）權(quán)重向量計(jì)算

（3）構(gòu)造超矩陣

（4）極限矩陣求解

2.綜合評價模型

定義綜合評價函數(shù)y=f(w,x)=X W；

其中 X=（x1，x2，…, xm），表示綜合評價問題的m個評價指標(biāo)；

W=（w1，w2，…, wm）T，表示 m 個評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，其滿足公式：wi≥0（i=1,2…m），且

根據(jù)綜合評價函數(shù)計(jì)算出各被評價對象的綜合評價值 yj，此時，可以把各方案根據(jù)yj值的大小進(jìn)行排序，排序的結(jié)果就是該評價問題的適宜程度，評價值越大的污水處理工藝，其更適合于云南省小城鎮(zhèn)。

3.評價指標(biāo)及權(quán)重系數(shù)研究

3.1 評價指標(biāo)確定

如圖1所示，本文確定小城鎮(zhèn)污水處理工藝研究評價指標(biāo)體系包含經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)及環(huán)境指標(biāo)三大類指標(biāo)和工程投資等子指標(biāo)。

3.2 權(quán)重系數(shù)研究

1）評價指標(biāo)相互關(guān)系研究

在實(shí)際研究過程中，評價指標(biāo)之間存在相互影響，如技術(shù)成熟度影響著運(yùn)行穩(wěn)定性、占地面積影響工程投資，為了科學(xué)判定指標(biāo)間相互關(guān)系，文章采用專家問卷調(diào)差查尋求指標(biāo)間的內(nèi)在關(guān)系。

圖2 云南省小城鎮(zhèn)污水處理工藝評價指標(biāo)體系

表1 定量指標(biāo)歸一化處理結(jié)果

表2 模糊語言評價指標(biāo)歸一化處理結(jié)果

表3 評價指標(biāo)體系權(quán)重表

2）評價指標(biāo)一致化處理

指標(biāo)層的指標(biāo)包括準(zhǔn)確性指標(biāo)和模糊性指標(biāo)。對于成本等準(zhǔn)確性的指標(biāo)，根據(jù)合理的計(jì)算直接進(jìn)行定量比較。針對技術(shù)成熟度等模糊性指標(biāo)，通過模糊數(shù)學(xué)中的隸屬度[0,1]來進(jìn)行一致化處理。

3）指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

由于ANP算法的復(fù)雜性及計(jì)算過程的繁瑣，建議采用基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法理論開發(fā)的超級決策軟件進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算。

4.案例分析

4.1 指標(biāo)歸一化

根據(jù)已建項(xiàng)目運(yùn)行數(shù)據(jù)，匯總影響云南省小城鎮(zhèn)污水處理工藝的定性指標(biāo)，并對定量指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，結(jié)果如表1所示。

通過問卷調(diào)查，確定影響云南省小城鎮(zhèn)污水處理工藝的定性指標(biāo)評價結(jié)果，如表2所示，采用5級劃分法對定性指標(biāo)進(jìn)行劃分，并對劃分結(jié)果進(jìn)行歸一化處理。

4.2 基于SD軟件構(gòu)建綜合評價模型

云南省小城鎮(zhèn)污水處理工藝評價體系，將經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)這三個二級指標(biāo)當(dāng)作準(zhǔn)則，將剩余18個指標(biāo)視為元素，并編號為C1，C2，…C18。根據(jù)部分元素之間的相互影響，構(gòu)建指標(biāo)間的相互關(guān)系，在SD軟件中建立的層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。

通過在SD軟件中建立的該模型，得出的評價指標(biāo)權(quán)重值如表3所示。

4.3 確定綜合評價值

利用一致化后的評價指標(biāo)和評價指標(biāo)權(quán)重求解出適合于云南省小城鎮(zhèn)的污水處理工藝的適應(yīng)隸屬矩陣為y=[0.8407 0.7860 0.8470 0.9194 0.8758 0.8950 0.8596]。

5.結(jié)論

從計(jì)算的隸屬度可以看出當(dāng)污水處理規(guī)模為5000 時，云南省小城鎮(zhèn)污水處理廠最適宜采用CASS工藝、其次是生物接觸氧化工藝、然后是BAF工藝、ICEAS工藝、SBR工藝、OD工藝、最后是A-A-O工藝，在實(shí)際的污水處理工藝選型中，可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，綜合比較，選擇合適的工藝。