某沿海城鎮(zhèn)污水處理方案研究

孫鹍鵬SUN Kun-peng

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司武漢分公司，武漢 430061）

0 引言

某沿海城鎮(zhèn)之前一直將生活污水就近排海，對近海造成污染，為改善近海海域水體環(huán)境，現(xiàn)研究鎮(zhèn)上污水處理達(dá)標(biāo)后，就近排海。本小鎮(zhèn)為海邊小鎮(zhèn)，土地緊缺，無法應(yīng)用氧化塘和人工濕地來處理污水，本章對污水廠的規(guī)模確定及工藝選擇進(jìn)行研究。

1 污水廠規(guī)模的確定

1.1 鎮(zhèn)區(qū)污水量預(yù)測

本次用水量的預(yù)測直接采用人均綜合用水量法。根據(jù)《某城鎮(zhèn)總體規(guī)劃》（2020），規(guī)劃人口預(yù)測：城鎮(zhèn)近期（2025年）3.2 萬人，遠(yuǎn)期（2030 年）5.6 萬人。

根據(jù)某沿海城鎮(zhèn)所處的區(qū)域及城鎮(zhèn)的規(guī)模，參照《某省城市用水量標(biāo)準(zhǔn)》（DBJ/T13-127-2010）和《鎮(zhèn)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》（GB—50188-2007）中規(guī)定的人均綜合用水量定額進(jìn)行選用。城鎮(zhèn)規(guī)劃用水量預(yù)測，近、遠(yuǎn)期人均綜合用水量指標(biāo)：300（1/cap·d），近期用水量：0.96（萬m3/d），遠(yuǎn)期用水量：1.68（萬m3/d）。

該區(qū)域內(nèi)污水綜合排放系數(shù)為0.8，給水日變化系數(shù)近期取為1.60[1]。

參照《某省城市污水、生活垃圾處理產(chǎn)業(yè)化發(fā)展規(guī)劃》并結(jié)合鎮(zhèn)區(qū)的實際情況，確定近、遠(yuǎn)期污水收集及處理率分別為50%和100%。根據(jù)上述鎮(zhèn)區(qū)遠(yuǎn)期最高日用水總量，預(yù)測某沿海城鎮(zhèn)污水量：近期污水量：0.240（萬m3/d），遠(yuǎn)期污水量：0.840（萬m3/d）。

1.2 污水廠規(guī)模確定

根據(jù)上述的污水量預(yù)測數(shù)據(jù)，某沿海城鎮(zhèn)污水處理廠一期工程規(guī)模為2500m3/d，遠(yuǎn)期總規(guī)模為8500m3/d，尾水排海。

2 某沿海城鎮(zhèn)污水處理方案技術(shù)分析

現(xiàn)就最常應(yīng)用于小城鎮(zhèn)污水處理工藝做以下分析介紹。現(xiàn)將各工藝優(yōu)缺點分析如下。見表1。

表1 各工藝優(yōu)缺點分析

3 某沿海城鎮(zhèn)污水處理可選方案經(jīng)濟分析

以2500 噸/天作為以上四種工藝的處理規(guī)模，用以上四種工藝設(shè)計污水廠，然后進(jìn)行綜合效益的比較。

3.1 出水水質(zhì)

污水處理廠尾水排海，按照國家規(guī)定，需要達(dá)到一級A 的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 四種工藝污水處理廠方案經(jīng)濟分析

工程規(guī)模為2500（噸/天），污水廠四種工藝（含征地）投資估算[2-5]，氧化溝：674.8 萬元，ALB：366.12 萬元，SBR：503.8 萬元，生物接觸氧化：477.3 萬元。

3.3 四種污水處理工藝的污水廠運行費用

污水廠四種工藝電耗分別為，氧化溝：0.717（度/方），ALB：0.621（度/方），SBR：0.618（度/方），生物接觸氧化：0.643（度/方）

四種工藝藥耗分別為，氧化溝：9.68（萬元/年），ALB：6.75，SBR：13.51（萬元/年），生物接觸氧化：10.76（萬元/年）

4 基于層次分析法的四種工藝污水處理廠方案優(yōu)選

4.1 層次分析法（AHP）定義

層次分析法是將難以一下判斷出來的復(fù)雜的多選擇的問題按提供的選擇分解成幾個目標(biāo)，再將這幾個目標(biāo)分解為幾個層次，用數(shù)字尺度衡量定性的指標(biāo)的重要度，通過科學(xué)的計算，進(jìn)行單排序進(jìn)而總排序來排列這幾個方案的優(yōu)劣順序。

4.2 層次分析分析步驟

4.2.1層次分析法步驟

系統(tǒng)→要素→層次→矩陣→權(quán)重

構(gòu)造對比矩陣：

AHP 要根據(jù)每個層次的重要性，給出合理的判斷，并用數(shù)值表示，進(jìn)而構(gòu)造判斷矩陣。以上一層次因素Am作為基準(zhǔn)層，元素B1，B2，B3，B4…，Bn是從屬Am的下一層。以準(zhǔn)則Am判斷下一層B1，B2，B3，B4…，Bn的重要關(guān)系，并賦值表示重要性，1～9 的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系見表2。

表2 評價指標(biāo)

4.2.2層次分析法基本一致性檢驗

另外引入了一致性比例C.R，即C.R=C.I/R.I，R.I 為隨機一致性指標(biāo)，具體數(shù)值見表3。對于一致性比例，一般在C.R=0 時，可以稱A 是完全一致性矩陣；C.R＜0.1 時，認(rèn)為A 是滿意一致性矩陣；當(dāng)C.R＞0.1 時，稱A 不具有一致性。R.I 值見表3。

表3 隨機一致性指標(biāo)

4.3 不同污水處理工藝優(yōu)選

4.3.1污水廠方案層次結(jié)構(gòu)模型

對方案進(jìn)行優(yōu)選前，應(yīng)先對污水處理工藝的影響因素進(jìn)行分析，根據(jù)因素的從屬關(guān)系進(jìn)行劃分，層次劃分如圖1 所示。

該方案目的是從四種不同污水處理工藝方案中選出最優(yōu)方案。四種方案為：氧化溝工藝S1，ALB 工藝S2，SBR工藝S3，生物接觸氧化工藝S4。確定指標(biāo)層為工程造價、電耗、藥耗、技術(shù)先進(jìn)性和成熟性等九個指標(biāo)，用這些指標(biāo)來判斷綜合效益，由此判斷最佳工藝。

4.3.2中間層與措施層影響因素賦值

中間層的判斷矩陣見表4，措施層的見表5～表7。表中數(shù)據(jù)是通過文獻(xiàn)查閱、分析計算得來，對表中矩陣要進(jìn)行基本一致性檢驗。

表4 判斷矩陣U－A

表5 判斷矩陣A1－B

表6 判斷矩陣A2－B

表7 判斷矩陣A3－B

②由矩陣A1-B，可解得λmax=3.007，C.I=（λmax-n）/（n-1）=0.004，n 為3，可得R.I=0.58，即C.R=C.I/R.I=0.004/0.58=0.006＜0.1，矩陣A1-B 達(dá)到了一致性要求。

③由矩陣A2-B，可解得λmax=3.086，C.I=（λmax-n）/（n-1）=0.043，n 為3，可得R.I=0.58，即C.R=C.I/R.I=0.043/0.58=0.074＜0.1,矩陣A2-B 達(dá)到了一致性要求。

④由矩陣A3-B，可解得λmax=3.040，C.I=（λmax-n）/（n-1）=0.020，n 為3，可得R.I=0.58，即C.R=C.I/R.I=0.020/0.58=0.034＜0.1,矩陣A3-B 達(dá)到了一致性要求。

4.3.3各層個體評價判斷指標(biāo)

①定量判斷。

工程投資：規(guī)模2500 噸/天的污水廠主要構(gòu)筑物投資：氧化溝為674.87 萬元、ALB 為366.12 萬元、SBR 為503.8 萬元、生物接觸氧化為477.3 萬元。將各指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理：

電耗：氧化溝為0.717 度/噸、ALB 為0.621 度/噸、SBR為0.618 度/噸、生物接觸氧化為0.643 度/噸。將各指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理：

藥耗：氧化溝為9.68 萬元/年、ALB 為6.75 萬元/年、SBR 為13.51 萬元/年、生物接觸氧化為10.76 萬元/年。將各指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理：

②定性指標(biāo)的判斷標(biāo)準(zhǔn)如表8 所示。

表8 定性指標(biāo)的判斷標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)表8，對四種工藝進(jìn)行了評價，結(jié)果如表9 所示。

表9 定性指標(biāo)的評分

4.3.4工藝綜合優(yōu)選排序

①方案層的單排序。

②方案的綜合優(yōu)選排序。

因此污水廠工藝層次總排序的綜合權(quán)重：氧化溝工藝為0.252、ALB 氣提一體式工藝為0.856、SBR 工藝為0.622、生物接觸氧化法工藝為0.608。故污水處理工藝的綜合效益由高到低排序為:ALB 氣提一體式工藝＞生物接觸氧化法工藝＞SBR 工藝＞氧化溝工藝，即ALB 氣提一體式綜合效益最好,由此確定某沿海城鎮(zhèn)污水處理廠的工藝選擇ALB 氣提一體化脫氮除磷工藝。

5 結(jié)論

①沿海城鎮(zhèn)污水廠近期規(guī)模為2500 噸/天；在污水處理廠處理，尾水排海。②污水廠工藝選擇時，ALB 氣提一體式、氧化溝、SBR、生物接觸氧化四種工藝，從技術(shù)、工程投資估算、電耗、藥耗等進(jìn)行研究，當(dāng)污水廠規(guī)模是2500 噸/天時，四種污水處理工藝建廠投資由少到多排序為ALB 氣提一體式工藝、生物接觸氧化法工藝、SBR 工藝、氧化溝工藝。③應(yīng)用層次分析法，對這四種污水處理工藝從綜合效益優(yōu)劣方面排序，結(jié)論為：城鎮(zhèn)污水處理廠日處理2500 噸時,污水處理工藝的綜合效益由高到低排序為：ALB 氣提一體式工藝＞生物接觸氧化法工藝＞SBR 工藝＞氧化溝工藝。