三峽庫區農村生活污水一體化處理設施效果評價

摘要：為科學評價水處理設施運行效果，從經濟、技術、管理、環境4個角度建立了包含12個指標的一體化水處理設施運行效果評價指標體系，結合熵權法和層次分析法，確定指標的權重，并利用模糊綜合評價模型對三峽庫區農村移民安置區一體化污水處理設施運行效果開展綜合評價。結果表明：從設施工藝角度評價，活性污泥法在經濟方面優勢明顯，生物膜法在管理方面優勢較大；從運維管理方角度評價，第三方運維單位在經濟、技術、管理方面優勢顯著。運行成本、水質達標穩定性、單位投資這幾個二級指標對運行效果評價的影響較大，建議一體化污水處理設施在設計和管理中對這些方面做出積極響應。研究成果可為三峽庫區水污染治理和農村人居環境提升提供重要支撐。

關 鍵 詞：一體化污水處理設施； 運行效果評價； 熵權法； 層次分析法； 農村移民安置區； 三峽庫區

中圖法分類號： X829 文獻標志碼： A DOI：10.16232/j.cnki.1001-4179.2024.02.031

0 引 言

三峽水庫是國家戰略淡水資源庫，保障三峽庫區流域范圍內的水環境安全，對于維系長江流域生態環境安全、促進區域社會穩定和經濟發展，具有深遠的戰略意義。農村污水治理是三峽庫區水環境安全的重要支撐和保障，自2011年三峽后續工作開展以來，共實施了農村居民點環境改善、農村移民安置區精準幫扶、美麗鄉村建設等多項項目。這些項目進一步提高了三峽庫區農村污水治理的覆蓋率、出水水質達標率，并取得了階段性成果［1］。但由于三峽庫區農村移民安置區特殊的地理位置與生產生活條件，農村生活污水處理設施的建設和運行仍是水環境保護工作的難點［2］。

一體化污水處理設施作為一種將生物處理、沉淀、消毒、深度處理等各污水處理工藝單元及配套組件集成在一定空間結構內的高度成套裝置，具有占地面積小、施工工程量小、建設周期短等特點，一定程度上可解決農村地區生活污水分散、收集困難、水量小、變化系數大等難題，是當前農村生活污水處理的最主要方式［3］。目前，關于一體化污水處理設施的研究內容聚焦于研究設備的技術改造［4-6］，專注于降低能耗、提高處理效果、緊湊結構設備的研發。在一體化污水處理設施運行效果研究方面，白科等［7］通過文獻分析的研究方法對比了農村污水一體化處理技術的優缺點；李昀婷等［8］以處理量為5 t/d的小型污水處理一體化設備為基礎指標，對比了不同技術的污染物去除性能和經濟指標，但缺少對一體化污水處理設施運行效果的全面調查與綜合分析評價。

熵權法和層次分析法是廣泛應用于解決多目標或多指標決策問題的賦權方法，在效果評價分析方面得到廣泛應用。匡佳麗等［9］利用熵權法和PSR模型選取15個指標對鄱陽湖流域水污染風險進行了評價，建議相關部門應在氨氮排放總量、水功能區水質達標率等方面做出積極響應。劉璐等［10］基于群決策和層次分析法對長江中游農村污水處理技術進行評價和優選，結果表明強化生態處理技術適用于長江中游農村地區推廣與應用。張富康等［11］引入熵權對汾河中游水體水質的時空變化規律進行研究，克服了傳統綜合污染指數法對水質指標差異性考慮不足的缺陷。熵權法作為一種客觀賦權的方法，缺少對研究對象集合的不確定因素分析，層次分析法存在主觀性過強、評價準確性較低的問題，可采用主客觀結合的綜合權重法，提高指標評估的科學性［12］。

因此，為填補一體化污水處理設施運行效果評價方面的空白，本文考慮影響運行效果的主要因素，采用熵權法和層次分析法為模糊綜合評價提供綜合權重，構建了包括主觀權重、客觀權重和綜合權重的系統權重體系，對三峽庫區農村移民安置區一體化污水處理設施開展綜合評價。本研究旨在揭示農村地區一體化污水處理設備的主要影響因素，為農村一體化生活污水處理技術改進與建設運營的提升提供科學依據，為“十四五”推進農業農村現代化規劃提供對策。

1 研究區域概況

三峽庫區位于中國西南部，范圍包括湖北省所轄的夷陵、秭歸、興山、巴東4個區（縣），重慶市所轄的巫山、巫溪、奉節、云陽、開州、萬州、忠縣、石柱、涪陵、武隆、長壽、渝北、巴南等22個區（縣），截至2019年，三峽庫區常住人口1 361.40萬人，戶籍人口1 564.11萬人，其中農村戶籍人口624.62萬人。

三峽庫區水系發達，除長江河系嘉陵江、烏江外，區域內含流域面積100 km2以上支流152條，1 000 km2以上支流19條。2020年，匯入三峽庫區的38條主要河流水質為優，77個斷面中Ⅰ～Ⅲ類水質斷面比例為98.7%、Ⅳ類為1.3%；40條重要支流水質水華頻發，共檢測到水華16次。

2 調查與評價方法

2.1 調查方法

調查范圍包括湖北省所轄的夷陵、秭歸、興山、巴東4個區（縣），以及重慶市所轄的巫山、巫溪、奉節、云陽、開州、萬州、忠縣、石柱、涪陵、武隆、長壽、渝北、巴南、江津及重慶主城區15個區（縣）。本文以移民人數占本村人數5%以上的移民安置村和長江干支流、水源保護區內的共705個移民村的一體化污水處理設施為調查對象，以現場踏勘和調研座談為調查方法，調查了各設施的設計規模、處理工藝、實際處理能力、排放情況、資金來源等內容。此外，對調查范圍內75個移民村的7 005戶居民進行入戶調查，調查內容包括設施環境方面的意見和建議。

2.2 評價方法

2.2.1 評價方法概述

（1） 熵權法。熵權法根據各指標的變異程度，利用信息熵計算出各指標的熵權，再通過熵權對各指標的權重進行修正，從而得到較為客觀的指標權重［13］。

通過對矩陣X進行一致性檢驗，判斷誤差是否在可接受范圍內，一致性指標可表示為式（7），一致性比率可表示為式（8）。其中λ為矩陣的特征根，CI為一致性指標，RI為隨機一致性指標，具體見表2。當CRlt;0.1時，認為矩陣X的不一致程度在容許范圍內。

（3） 模糊綜合評價。模糊綜合評價法是基于模糊數學的綜合評價方法，基于隸屬度理論將定性評價轉化為定量評價，對受多種因素制約的對象做出總體評價，可有效解決評價過程中由于環境因素、人為主觀因素產生的無法量化的復雜問題［15］。

2.2.2 評價指標選取

為研究設施建設運營過程中的關鍵影響因素，評價指標體系需要滿足：評價指標通過定性或定量的方法可充分反映評價對象的情況，評價標準公平公正，評價方法可操作性高，評價結果客觀、全面。基于以上原則，本文結合國家市場監督管理總局發布的GB/T 40201-2021《農村生活污水處理設施運行效果評價技術要求》和環境保護部發布的《農村生活污水處理項目建設與投資指南》等國家綜合性標準，以及調研過程中農村移民安置區設備實際運行情況，采用層次分析法與熵權法為模糊綜合評價法提供綜合權重的評價方式［16-17］，從經濟、技術、管理、環境4個角度建立了12個指標的一體化設施建設運營評價指標體系，見表3。

3 調查結果分析與評價

3.1 調查結果統計分析

（1） 規模統計。根據調查結果，705個移民安置村共建設77座一體化污水處理設備，總規模為6 405 t/d，其中20 t/d以下規模的一體化設施共計26座，規模在20～50 t/d的一體化設施共計16座，規模在50～100 t/d的一體化設施共計19座，在100 t/d以上規模的一體化設施共計16座，見表4。

（2） 設施工藝統計。設施工藝繁多，主要工藝包括AO、AAO、SBR、NLB、MBR、MBBR、RIC-MBR、FBR、生物接觸氧化、生物轉盤、人工快滲、AO+生物接觸氧化、AO+MBR共13種工藝。按處理方式可分為活性污泥法、膜生物法、生物膜法及組合工藝。據統計，活性污泥法一體化設施有24座、膜生物法26座、生物膜法9座及組合工藝18座，具體見表5。由表5可知，在湖北庫區使用MBBR工藝的一體化污水處理設施最多，數量為5座；在重慶庫區，組合工藝AO+MBR運用最多，比例為27.0%。

（3） 資金來源統計。設施建設資金來源有三峽后續資金、環保專項資金、政府+社會資金共3種，統計結果見表6。結果表明，建設資金多數來源于三峽后續資金，數量為53座，占比為68.8%；最少來自于農業專項資金和政府+社會資金，數量為1座，占比為1.3%。

（4） 運維管理統計。77座設施的運維管理中，鄉鎮政府運管15座，村集體運管25座，第三方運管37座，占比分別為19.5%，32.5%，48.1%，詳見表7。在湖北庫區，鄉鎮政府運管數量占比最高，為42.9%；重慶庫區，第三方運管占比最高，為52.4%。

（5） 運行情況統計。截至2022年12月底，77座設施中正常運行68座，比例為88.3%，其中湖北庫區11座，重慶庫區57座，詳見表8。而設施間斷運行情況有兩種，一種是由于地方缺乏維護資金、設施間斷運行減少開支，另一種是由于人口外出、極端天氣、前端污水收集管網漏損等，設施進水不足。其中，興山縣3座一體化污水處理設施存在進水不足和設施季節性停運問題；云陽縣高陽鎮建全村9組搭橋溝滑坡發生滑塌災情，導致人口搬遷設施停運，開州區4座一體化污水處理設施因進水不足停運。

（6） 設施前端排水方式和設施末端尾水去向統計。設施前端污水收集系統中雨污合流和雨污分流比例為41.6%和58.4%。湖北庫區雨污合流情況較多，比例為57.1%；重慶庫區雨污分流情況較多，比例為61.9%，設施尾水資源化利用比例較低，僅為25.4%，詳見表9。

3.2 調查結果評價分析

3.2.1 熵權法、層次分析法及組合賦權法權重

（1） 熵權法分析結果。利用公式（1）～（5）計算各項指標的權重數據如表10所列，經濟指標、技術指標、管理指標、環境影響指標分別為0.405，0.135，0.178，0.283；二級指標層中權重最高的為運行成本指標，總體指標權重為0.153。

（2） 層次分析法分析結果。根據現有文獻、專家意見和調研結果，以表1的九標度法作為指標優勢對比依據，利用公式（6）～（8）對數據進行處理，計算得最大特征值λmax為4.001，CRlt;1，通過一致性檢驗，3個指標的權重值詳見表11。其中一級指標層中經濟指標、技術指標、管理指標、環境影響指標分別為0.333，0.286，0.242和0.143，二級指標層中相對權重較大的指標為水質達標穩定性、單位投資、運行成本和平均水力負荷。

（3） 組合賦權法分析結果。利用層次分析法和熵值法組合計算得到的指標權重結果列于表12。一級指標權重較高的為經濟和技術指標，權重分別為0.369和0.284，二級指標權重較高的為運行成本、單位投資、水質達標穩定，權重分別為0.146，0.127和0.121。

3.2.2 以設施處理工藝為分類的評價結果

按處理方式，一體化污水處理工藝可分為活性污泥法、膜生物法、生物膜法及組合工藝，利用公式（9）計算得出模糊評價矩陣見表13。

利用公式（10）分別對二級指標中的各指標進行評價，得出應用不同工藝的一體化污水處理設施在經濟、技術、管理與環境影響方面運行效果的優勢與劣勢。

（1） 經濟指標評價。

C1=R1·W1=0.109，0.084，0.098，0.077（11）

評價結果為活性污泥法gt;生物膜法gt;膜生物法gt;組合工藝。在經濟層面上，活性污泥法由于運行成本較低、設備投資較小，評價結果最佳。

（2） 技術指標評價。

C2=R2·W2=0.066，0.075，0.065，0.078（12）

評價結果為組合工藝gt;膜生物法gt;活性污泥法gt;生物膜法。在技術層面上，組合工藝可實現工藝優勢互補，提高污染物去除率、提高工藝穩定性。

（3） 管理指標評價。

C3=R3·W3=0.050，0.047，0.063，0.048（13）

評價結果為生物膜法gt;活性污泥法gt;組合工藝gt;膜生物法。農村移民安置區污水流量隨季節、早晚的變化量大，對MBR的運行和管理有更大的影響。生物膜法不存在傳統活性污泥法的污泥膨脹、污泥上浮以及污泥流失等問題，也不用擔心傳質問題和供氧問題，因此不必頻繁地監控反應區污泥情況和變換運行參數，其運行管理更簡捷。

（4） 環境影響指標評價。

C4=R4·W4=0.036，0.034，0.044，0.045（14）

評價結果為組合工藝gt;生物膜法gt;活性污泥法gt;膜生物法。由于環境影響指標中惡臭味道影響指標所占權重較大，活性污泥法主要依靠活性污泥中的氧化物對污水中的污染有機物進行氧化處理，有土腥味，所以評價較低。

（5） 總體指標評價。

C=R·W=0.258，0.255，0.257，0.248（15）

評價結果為活性污泥法gt;生物膜法gt;膜生物法gt;組合工藝。在技術層面上，組合工藝可實現工藝優勢互補，提高污染物去除率、提高工藝穩定性。盡管活性污泥法在環境影響方面存在一定問題，但活性污泥法在經濟和管理方面優勢顯著。組合工藝法雖然在技術層面較好，但由于其投資較高、運行成本較高、運行管理較復雜，所以不是一體化污水處理設備推薦的技術。

3.2.3 以運維管理方為分類的評價結果

一體化污水處理設施運行管理主體有鄉鎮政府、村集體和第三方，通過公式（9）計算可得以運維管理方為分類的模糊評價矩陣，詳見表14。通過公式（10）計算，可得一體化污水處理設施在不同主體的運管下，在經濟、技術、管理與環境方面運行效果的優勢與劣勢。

（1） 經濟指標評價。

C′1=R′1·W1=0.123，0.122，0.124（16）

評價結果為第三方gt;政府gt;村集體。在經濟層面上，第三方管理中運行成本較低、設備投資較小，評價結果最佳。

（2） 技術指標評價。

C′2=R′2·W2=0.094，0.093，0.098（17）

評價結果為第三方gt;政府gt;村集體。在技術層面上，第三方運維管理水質達標穩定性評價較高，而村集體運營的污水處理設施達標穩定性較差。

（3） 管理指標評價。

C′3=R′3·W3=0.068，0.065，0.075（18）

評價結果為第三方gt;政府gt;村集體。第三方公司管理的污水處理設施運行率較高，運行維護制度和記錄齊全，在管理層面上評價較高。

（4） 環境影響指標評價。

C′4=R′4·W4=0.054，0.052，0.053（19）

評價結果為政府gt;第三方gt;村集體。二級評價指標惡臭味道影響指標相對權重高，政府運維管理的設施對污水惡臭的處理效果良好，所以環境影響指標評價較高。

（5） 總體指標評價。

C′=R′·W=0.335，0.333，0.352（20）

評價結果為第三方gt;政府gt;村集體。第三方運維是將市場機制引入環境污染治理的關鍵手段，明確了運維過程各方工作和責任邊界，總體上提高了治污效果。農村生活污水處理設施委托給第三方機構運管，部分縣（市、區）還制定出臺農村生活污水處理設施運維管理考核辦法，對污水處理設施運營方進行量化考核，根據考核結果支付運營經費，確保農村污水處理設施穩定運行、規范管理、達標排放。

4 結 論

（1） 本文從經濟、技術、管理、環境4個方面，利用熵權法和層次分析法計算了總體權重，建立了污水處理設施運行效果模糊綜合評價模型，可有效平衡評價過程中主觀因素的影響。運行成本、水質達標穩定性、單位投資這幾個二級指標對運行效果評價的影響較大，建議在設計和管理一體化污水處理設施中對以上方面作出積極響應。

（2） 通過分析和評價實際調研的705個三峽庫區農村移民安置村污水處理現狀調查數據，對工藝技術和運維主體進行了分類評價。結果表明，從設施工藝角度，活性污泥法經濟方面優勢明顯，生物膜法管理方面優勢較大；從運維管理方角度，第三方運維單位在經濟、技術、管理方面優勢顯著。

（3） 農村生活污水單個處理站點水量少，人口節假日波動大，水質、水量波動劇烈，生活污水濃度普遍偏低，污水生物脫氮、除磷性能較差，應開發適宜于農村實際的污水處理新工藝，進一步提高生活污水處理效率，降低農村污水處理運維成本。

（4） 由于不同農村移民安置區生活污水的水質和水量特征不同、出水標準不同、對設備的壽命要求也不同，應開展差異化管理，健全長效的污水治理運營管理機制。政府應提供足夠的與污水處理設施運行相關的政策、標準、技術培訓和指導，確保每個污水處理站有日常運行維護管理人員，以保證污水處理設施長期穩定運行。

參考文獻：

［1］黃承桃，伍興悅，符坤，等.重慶三峽庫區農村生活用水與污水排放調查分析［J］.安徽農業科學，2019，47（23）：62-64.

［2］馮琳，閆陽雨，杜彥霖，等.鄉鎮污水處理設施建設運行研究：以三峽庫區為例［J］.環境保護，2018，46（1）：54-57.

［3］張婷，王孟珍，曹仲.農村一體化生活污水處理設備應用現狀與發展趨勢［J］.凈水技術，2021，40（增1）：107-111.

［4］肖炘圻，陳鑫，周偉，等.喀斯特地區鄉鎮污水一體化處理技術效果分析［J］.中國給水排水，2020，36（9）：12-16.

［5］張冰，賈曉競，楊海真.一體化空氣提升SBR處理低C/N農村生活污水研究［J］.水處理技術，2014，40（10）：63-66，74.

［6］晁雷，李婧男，李亞峰.兼氧MBR工藝在北方農村污水處理工程中的應用［J］.工業水處理，2019，39（4）：97-99，103.

［7］白科，陳小潔，孫衛寧，等.分散式農村污水一體化處理技術研究進展［J］.遼寧化工，2021，50（12）：1813-1817.

［8］李昀婷，石玉敏，王儉.農村生活污水一體化處理技術研究進展［J］.環境工程技術學報，2021，11（3）：499-506.

［9］匡佳麗，唐德善.基于熵權模糊綜合模型的水污染風險評價：以鄱陽湖流域為例［J］.人民長江，2021，52（9）：32-37，45.

［10］劉璐，張文強，胡飛超，等.基于群決策和層次分析法的長江中游地區農村污水處理技術評價及優選［J］.環境科學，2023，44（2）：1191-1200.

［11］張富康，馮民權.基于熵權綜合污染指數法的汾河中游水質分析［J］.人民黃河，2022，44（5）：109-114，120.

［12］程朋根，黃毅.基于AHP-熵權法的南昌市洪澇風險評估［J］.人民長江，2021，52（10）：18-25.

［13］呂秀勤.基于時序全局主成分分析-熵權法的地區水質健康評價：以廈門地區飲用水源為例［J］.環境科學導刊，2023，42（1）：68-76.

［14］郭彤，張永祥，賈瑞濤.多重水質評價方法在地下水水質評價中的對比研究：以北京市朝陽區為例［J］.環境工程技術學報，2022，12（6）：2020-2026.

［15］董怡華，張雪瑩，張新月，等.基于層次分析-模糊綜合評價法的遼河流域農田面源污染治理技術評價［J/OL］.環境工程：1-10［2023-11-23］.http：∥kns.cnki.net/kcms/detail/11.2097.X.20230713.1040.004.html.

［16］張亞青，王相，孟凡榮，等.基于熵權和層次分析法的VOCs處理技術綜合評價［J］.中國環境科學，2021，41（6）：2946-2955.

［17］程建設.基于模糊可變評價模型的水庫水環境質量評價［J］.水利水電快報，2017，38（7）：17-19，24.

（編輯：劉 媛）

Evaluation of operation effect of integrated rural domestic sewage treatment

facilities in Three Gorges Reservoir areaMA Zhigang，LU Xiuqing，WANG Jing，SHEN Sitong

（Changjiang Ecology （Hubei） Technology Development Co.，Ltd.，Wuhan 430015，China）

Abstract： To scientifically evaluate the operation effect of sewage treatment facilities，an evaluation index system for the operation effect of integrated sewage treatment facilities containing 12 indicators was established from four perspectives，such as economy，technology，management and environment.Combined with the entropy weighting method and hierarchical analysis method to determine the weights，we utilized the fuzzy comprehensive evaluation model to evaluate the operation effect of sewage treatment facilities in rural migrant resettlement areas in the Three Gorges Reservoir area.The results showed that from the perspective of the facility technique，the activated sludge method had obvious economic advantages，and the biofilm method had greater maintenance advantages，and the third-party operation and maintenance unit had significant advantages in terms of economy，technology and management.Among them，the secondary indicators of operation cost，stability of water quality and per investment had a greater impact on the evaluation，and it was recommended to consider these factors in the design and management of the treatment facility.The research results can provide important support for the Three Gorges Reservoir area water pollution management and rural habitat improvement work.

Key words： integrated sewage treatment facility；evaluation on operation effect；entropy power method；analytic hierarchy process；rural migrant settlement area；Three Gorges Reservoir area

收稿日期：2023-07-20；接受日期：2023-10-18

基金項目：2023年國家重大水利工程建設基金項目（三峽后續工作）（2136902）；國家自然科學基金項目（51578258）

作者簡介：馬志剛，男，高級工程師，主要從事水利工程與水環境綜合治理相關工作。E-mail：769840588@qq.com