農村生活污水處理工藝優選研究

唐麗麗 孫 靜 高郁杰 王玉蕊

（1 天津市環境保護科學研究院 天津 300191 2 天津環科環境規劃科技發展有限公司 天津 300191）

引言

在全國總面積近90%的廣大農村，分布著270 多萬個自然村，居住著6.1 億人口，每年產生的污水量達100 億噸左右。農村生活污水的隨意排放，不僅嚴重破壞了當地生態環境，更威脅著廣大居民的人居環境和身體健康。目前，全國農村生活污水處理率不足10%[1]，污水收集與處理系統嚴重匱乏。因此，農村生活污水處理問題亟待解決。本文結合農村生活污水處理工藝優選原則，致力于尋找與區域環境相匹配的農村生活污水處理工藝。

1 農村生活污水處理工藝優選原則

在農村生活污水處理過程中，以建設成本低、運維費用少、處理效果好及環境影響小等指標為優選原則。然而，在處理工藝優選過程中，一種處理工藝很難滿足全部優選指標要求。由此，生活污水處理工藝的優選，往往并不是以最優為條件，而是基于區域環境，選擇匹配度最高的處理工藝[2]。基于此，本文對影響區域農村生活污水處理工藝選擇的關鍵因素進行分析與歸整，繪制了農村生活污水處理工藝與區域條件對應邏輯關系圖，并以“技術適用性”與“經濟適用性”為決策目標，挑選與區域最佳匹配的污水處理工藝。如圖1 所示。

圖1 農村生活污水處理工藝與區域條件對應邏輯關系圖

2 優選方法

2.1 處理工藝經濟適用性評價

近年來，隨著農村生活污水處理問題的不斷重視，生活污水處理工程如雨后春筍般出現。與城市用戶付費的運維方式不同，農村生活污水處理站的運維大多依靠政府投資，這也導致處理工程的建設、運營與維護費用成為制約處理工藝選擇的重要因素之一。由此，本文以農村生活污水處理工藝的經濟適用性為評價對象，通過評價結果以便于各區政府或相關投資者基于區域經濟條件合理選擇處理工藝。

基于全生命周期視角，將工程的建設投資成本與運營管理成本作為一個整體來衡量，并對各類成本在時間尺度上進行統一，計算處理工藝的噸水處理成本[3]，以作為處理工藝經濟適用性的評價標準。

全生命周期視角下的平均噸水處理成本計算公式：

式中：AC 為處理工藝全生命周期視角下的平均噸水處理成本，元/t；I0為工藝建設總投資，元；I'0為處理工藝單位建設成本，元/（m3/d）；Y 為處理工藝年運維費用，元；y 為單位運維費用，元/（m3/d）；Q 為處理工藝設計日處理規模，m3/d；i 為年貼現值，按5%計算；n 為工程設計年限，以20 年計[4]。

在評價結果的基礎上，對結果進行標準化，以得到各處理工藝經濟適用性的評價分值。

2.2 處理工藝技術適用性評價

圖2 農村生活污水處理工藝技術適用性評價指標層次結構

一般來說，現有的污水處理工藝足夠滿足農村生活污水處理要求，即處理技術已不再是制約生活污水處理的關鍵因素。然而，處理效果越好，處理成本與運維費用越高，技術最佳工藝不一定與區域環境的匹配度最高。基于此，以處理工藝的技術適用性為決策目標，即通過評價處理工藝的整體性能與區域環境的匹配度，選擇在農村區域環境內技術適用性最高的處理工藝。結合我國農村實際情況，建立了一個由污染控制效果、技術性能、管理難易程度與環境效益4 個一級指標、11 個二級指標構成的包含目標層、準則層與指標層的多層次有序遞階結構模型，如2圖所示。

通過模糊層次分析評價方法，確定各指標層的權重，并基于指標評價集及問卷調查，得到各處理工藝技術適用性評價分值。

2.3 基于矩陣關聯分析法的工藝優選

由于農村生活污水處理工藝的優選高于“經濟適用性”和“技術適用性”單項目標，本文運用“矩陣關聯分析法”理念[5]，以“經濟適用性”與“技術適用性”兩個屬性作為關聯維度，構建工藝優選矩陣模型，以解決各目標之間沖突，如圖3 所示：

圖3 矩陣優選模型

3 案例研究

本研究以薊州區某村為例，以“出水水質可達標”作為初篩原則，篩選當前應用較為廣泛的潛流式人工濕地、生物接觸氧化[6]、MBR 工藝以及厭氧者流生物濾池—復合流人工濕地組合系統[7]作為污水處理備選工藝。

3.1 處理工藝技術適用性評價

通過計算得出各處理工藝技術適用性的模糊評價綜合得分：潛流人工濕地技術64.44 分、生物接觸氧化工藝79.83 分、MBR 工藝84.82 分、生物濾池+人工濕地組合工藝83.72 分。

3.2 處理工藝經濟適用性評價

以《農村生活污水處理項目建設與投資指南》為指導，根據實際應用項目投資費用，依據公式1 對各處理工藝經濟適用性進行評分，結果為：潛流人工濕地工藝100 分、生物接觸氧化法79.87 分、MBR 工藝63.82 分、生物濾池+人工濕地組合工藝95.04 分。

3.3 優選結果

按照評價結果，將工藝的技術適用性和經濟適用性的分值投影到矩陣優選模型中，如圖4 所示：

圖4 飲用水源地農村生活污水處理工藝優選結果

結語

農村生活污水處理工藝優選就是一個多目標決策的過程，本文基于各目標之間的矛盾，提出了從經濟和技術兩個方面對農村生活污水處理工藝與區域環境的實用性進行評價，從而更好地解決各目標之間的矛盾，降低主觀性在優選過程中的主導影響，提高優選過程的透明性。