层次分析法在某污水处理工艺选择中的应用

杨 卓

(河北联合大学建筑与工程学院,河北 唐山063009)

0 引 言

我国已建成的污水处理厂80%以上采用活性污泥法。这种传统的污水处理技术存在着能耗大、运行费用高、基建费用大、剩余污泥量大、带来二次污染等问题。针对小城镇污水处理的特殊性,比如水量不大,水质水量不稳定,管理水平不高等特点和当地受纳水体的实际环境功能,因地制宜的选择适合小城镇的污水处理方法。由于存在着技术、经济、管理方面的众多不定性因素,无法运用常规的数学方法进行定量的计算。本文是运用了层级分析法,采用专家打分的方法对某污水厂的污水处理工艺进行选择。建立了一个3层次9指标4方案的层次分析模型。从技术、经济和管理三个方面对BAF工艺、orbal氧化沟、CASS工艺、A/A/ O工艺进行综合评价,以选取最优方案。

1 层次分析法的原理及步骤

层次分析法[1～3]是一种有效的多目标,多准则的决策分析方法。层次分析法的信息基础是问题所带的数据资料和人们的评价依据,通过这些基础信息,把所要分析的对象转化为递阶层次结构。在每一层次上,可按其上一层的对应准则要求,对该层元素进行逐队比较,依照规定的标度定量化后写成矩阵的形式,即构造成判断矩阵。为了考虑层次分析得到的结果是否合理,需要对判断矩阵进行检验,经过检验得到的结果即可认为是可行的。目前此方法常被运用于小城镇污水处理技术的选择[3～4]。

层次分析法的基本步骤如下:

1)建立递阶层次结构模型;

2)准则层和指标层影响因素权重赋值;

3)形成判断矩阵;

4)层次单排序及其一致性检验;

5)方案的综合排序。

2 层次分析法的应用

2.1 项目建设背景

依托优越的地理环境,良好的自然环境,丰富的自然资源,该地区经济建设有了显著发展。可是,随着社会经济的快速发展,污水量逐年增加,排水设施不符合排水要求,城区内没有形成完整的排水系统。生产、生活污水通过城区合流排水管及明沟排入县城周围的水坑及周边河流中,未经处理的污水对当地及周边的环境产生了不良影响。为保护人民的身体健康,必须不断完善排水系统,修建污水处理厂,从根本上解决地区水污染问题,为县城居民创造良好的生活环境。

从行业发展趋势看,建设十几甚至几十万立方米/日处理能力,服务面积几十平方公里的污水处理厂,已经逐步被小于十万立方米/日处理能力的污水处理厂所取代。相比之下小规模的污水处理厂主要优势在于:配套管网规模小,减少了配套投入和系统运营成本;便于就地进行污水再生利用。

2.2 方案层的选择

根据确定的进出水水质要求,污水处理厂所选处理工艺应具有以下功能:

1)能降解有机物并具有硝化功能,使出水中的BOD5、CODcr达标,并使出水中的氨氮降至25mg/L以下(12℃以上)。

2)应具有除磷功能。

3)应使污水处理过程中产生的污泥基本达到稳定。

4)不但能满足现状出水水质的要求,而且应该便于改造,为将来再生水回用做好准备。

根据污水水量和污水处理工艺的选择标准,本文选取改良式氧化沟、CASS工艺、A/A/O工艺、曝气生物滤池四种方法进行方案比选,最终确定处理方案。

2.3 指标体系的建立

建立层次结构模型[5],A层是总目标层,即适合古冶区污水处理厂的处理技术。B层是实现总目标层(A)的三个准侧层,分别为技术性能B1,经济效益B2,管理水平B3。C层为指标层,即为了达到总目标层和准则层的要求而确定的各种条件,包括占地面积、总投资、土建工程;剩余污泥稳定性、出水水质、脱氮除磷效果;改扩建难易度、运行管理难易度、工艺流程这9项为指标层。D层是方案层,包括曝气生物滤池,orbal氧化沟、CASS工艺、A/A/O工艺。

图1 方案综合评价图

2.4 权重的计算

确定每个元素对上一层元素的重要性,采用1～9及其倒数的标度方法,构造判断矩阵并计算每个元素对于上一层元素的权重。并计算判断矩阵的最大特征值,计算其满意程度。1表示两个因素相比,具有同样重要性;3表示两个因素相比,一个因素比另外一个因素稍微重要;5表示两个因素相比,一个因素比另外一个因素明显重要;7表示两个因素相比,一个因素比另外一个因素强烈重要;9表示两个因素相比,一个因素比另外一个因素极端重要;2、4、6、8表示介于上述相邻评价准则的中间状态。

准则层的判断矩阵如下:

表1 判断矩阵A—B

指标层的判断矩阵见表5～7:

表2 判断矩阵B1—C

表3 判断矩阵B2-—C

表4 判断矩阵B3—C

B层对U层(总目标层)的权重

WB1U=0.674×0.649=0.437,WB2U=0.674×0.279=0.188,WB3U=0.674×0.072=0.048

WB4U=0.226×0.094=0.021,WB5U=0.226×0.280=0.063,WB6U=0.226×0.627=0.142

WB7U=0.101×0.637=0.064,WB8U=0.101×0.258=0.026,WB9U=0.101×0.105=0.011

2.5 方案综合评价

对四种方案的9个评价指标进行专家打分,最终得出定性结果。1～0.8为很好,0.8～0.6为比较0.6～0.4为中等,0.4～0.2为有点差,0.2～0为非常差。

根据以上的各指标评分标准,对十名有经验的工作人员进行问卷调查,评分后给出平均值,如表5示。

表5 定量指标评分结果

由表5各指标评分结果与各项的权重相乘,得到最终各方案的得分。得分情况如表6示。

表6 综合指标评价表

3 结 论

本文利用层次分析法(AHP)建立了一个3层9指标4方案层的综合评价体系。结果显示,BAF工艺和CASS工艺得分一样,均为0.79分。A/A/O工艺和orbal氧化沟得分稍低,分别为0.66分和0.65分。因此我们在BAF工艺和CASS工艺之间进行选择。鉴于该污水厂对除磷有特殊的要求,所以综合考虑评价结果和工艺本身的功能,认为CASS工艺更适合作为该污水处理厂的污水处理技术。

[1] 汤民淮,蔡俊雄.利用层次分析法计算污染治理设施评价指标权重[J].环境科学与技术,1997(01):27～34.

[2] 赵焕臣,许数柏,和金生.层次分析法[M].北京:科学出版社,1996.

[3] 胡天觉,陈维平,曾光明,等.运用层次分析法对株洲霞弯污水处理厂污水处理工艺方案择优[J].环境工程,2000,18(1):61～63.

[4] 鄢恒珍.小城镇污水处理方案技术经济分析[D].武汉:武汉理工大学,2003.

[5] 刘扬,杨玉楠,王勇.层次分析法在我国小城镇分散型生活污水处理技术综合评价中的应用[J].水利学报,2008,39(9).