唐麗麗 孫 靜 高郁杰 王玉蕊

（1 天津市環(huán)境保護科學研究院 天津 300191 2 天津環(huán)科環(huán)境規(guī)劃科技發(fā)展有限公司 天津 300191）

引言

在全國總面積近90%的廣大農(nóng)村，分布著270 多萬個自然村，居住著6.1 億人口，每年產(chǎn)生的污水量達100 億噸左右。農(nóng)村生活污水的隨意排放，不僅嚴重破壞了當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，更威脅著廣大居民的人居環(huán)境和身體健康。目前，全國農(nóng)村生活污水處理率不足10%[1]，污水收集與處理系統(tǒng)嚴重匱乏。因此，農(nóng)村生活污水處理問題亟待解決。本文結(jié)合農(nóng)村生活污水處理工藝優(yōu)選原則，致力于尋找與區(qū)域環(huán)境相匹配的農(nóng)村生活污水處理工藝。

1 農(nóng)村生活污水處理工藝優(yōu)選原則

在農(nóng)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(huán)境影響小等指標為優(yōu)選原則。然而，在處理工藝優(yōu)選過程中，一種處理工藝很難滿足全部優(yōu)選指標要求。由此，生活污水處理工藝的優(yōu)選，往往并不是以最優(yōu)為條件，而是基于區(qū)域環(huán)境，選擇匹配度最高的處理工藝[2]?；诖?，本文對影響區(qū)域農(nóng)村生活污水處理工藝選擇的關(guān)鍵因素進行分析與歸整，繪制了農(nóng)村生活污水處理工藝與區(qū)域條件對應邏輯關(guān)系圖，并以“技術(shù)適用性”與“經(jīng)濟適用性”為決策目標，挑選與區(qū)域最佳匹配的污水處理工藝。如圖1 所示。

圖1 農(nóng)村生活污水處理工藝與區(qū)域條件對應邏輯關(guān)系圖

2 優(yōu)選方法

2.1 處理工藝經(jīng)濟適用性評價

近年來，隨著農(nóng)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(xiàn)。與城市用戶付費的運維方式不同，農(nóng)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(nóng)村生活污水處理工藝的經(jīng)濟適用性為評價對象，通過評價結(jié)果以便于各區(qū)政府或相關(guān)投資者基于區(qū)域經(jīng)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(tǒng)一，計算處理工藝的噸水處理成本[3]，以作為處理工藝經(jīng)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(guī)模，m3/d；i 為年貼現(xiàn)值，按5%計算；n 為工程設計年限，以20 年計[4]。

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

2.2 處理工藝技術(shù)適用性評價

圖2 農(nóng)村生活污水處理工藝技術(shù)適用性評價指標層次結(jié)構(gòu)

一般來說，現(xiàn)有的污水處理工藝足夠滿足農(nóng)村生活污水處理要求，即處理技術(shù)已不再是制約生活污水處理的關(guān)鍵因素。然而，處理效果越好，處理成本與運維費用越高，技術(shù)最佳工藝不一定與區(qū)域環(huán)境的匹配度最高?；诖?，以處理工藝的技術(shù)適用性為決策目標，即通過評價處理工藝的整體性能與區(qū)域環(huán)境的匹配度，選擇在農(nóng)村區(qū)域環(huán)境內(nèi)技術(shù)適用性最高的處理工藝。結(jié)合我國農(nóng)村實際情況，建立了一個由污染控制效果、技術(shù)性能、管理難易程度與環(huán)境效益4 個一級指標、11 個二級指標構(gòu)成的包含目標層、準則層與指標層的多層次有序遞階結(jié)構(gòu)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(quán)重，并基于指標評價集及問卷調(diào)查，得到各處理工藝技術(shù)適用性評價分值。

2.3 基于矩陣關(guān)聯(lián)分析法的工藝優(yōu)選

由于農(nóng)村生活污水處理工藝的優(yōu)選高于“經(jīng)濟適用性”和“技術(shù)適用性”單項目標，本文運用“矩陣關(guān)聯(lián)分析法”理念[5]，以“經(jīng)濟適用性”與“技術(shù)適用性”兩個屬性作為關(guān)聯(lián)維度，構(gòu)建工藝優(yōu)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(yōu)選模型

3 案例研究

本研究以薊州區(qū)某村為例，以“出水水質(zhì)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(tǒng)[7]作為污水處理備選工藝。

3.1 處理工藝技術(shù)適用性評價

通過計算得出各處理工藝技術(shù)適用性的模糊評價綜合得分：潛流人工濕地技術(shù)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(jīng)濟適用性評價

以《農(nóng)村生活污水處理項目建設與投資指南》為指導，根據(jù)實際應用項目投資費用，依據(jù)公式1 對各處理工藝經(jīng)濟適用性進行評分，結(jié)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(yōu)選結(jié)果

按照評價結(jié)果，將工藝的技術(shù)適用性和經(jīng)濟適用性的分值投影到矩陣優(yōu)選模型中，如圖4 所示：

圖4 飲用水源地農(nóng)村生活污水處理工藝優(yōu)選結(jié)果

結(jié)語

農(nóng)村生活污水處理工藝優(yōu)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(jīng)濟和技術(shù)兩個方面對農(nóng)村生活污水處理工藝與區(qū)域環(huán)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(yōu)選過程中的主導影響，提高優(yōu)選過程的透明性。