陳卉卉，賈 程

(鹽城工學(xué)院土木學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

隨著國家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和農(nóng)村生活水平的提高，農(nóng)民生活方式發(fā)生巨大變化，農(nóng)村生活污水的排放逐年增多，污水的成分日益復(fù)雜，水環(huán)境污染日益嚴(yán)重。據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部數(shù)據(jù)，截止到2017年，全國(港澳臺(tái)未列入統(tǒng)計(jì))共有村莊244.9萬個(gè)，其中行政村53.3萬個(gè)，常住人口約6.75億人，年供水總量為12.6億m3，但污水處理率僅為17.19%[1]。農(nóng)村生活污水的治理問題受到廣泛關(guān)注，國家和地方陸續(xù)制定了相關(guān)的整治方案，強(qiáng)化了污水處理設(shè)施建設(shè)，農(nóng)村生活污水的處理率逐漸提高。由于農(nóng)村污水來源多、波動(dòng)大、有機(jī)物、氮磷濃度較高等特性[2]，進(jìn)水水質(zhì)、變化規(guī)律等與城市污水不同，不能直接使用城市生活污水處理模式和技術(shù)。此外，開展農(nóng)村生活污水處理工作的時(shí)間不長，選擇合適的農(nóng)村生活污水處理技術(shù)還缺少工程經(jīng)驗(yàn)。

江蘇沿海地區(qū)地處江蘇北部，包括連云港、鹽城、南通三市所轄全部行政區(qū)域。近年來，江蘇沿海地區(qū)建設(shè)了大量的農(nóng)村生活污水處理設(shè)施，采用了不同的處理模式和多種生活污水處理技術(shù)，有A2O[3-4],AO[5],人工濕地[6],一體化處理單元[7],生物膜和AO+MBR等技術(shù)。對(duì)這些處理技術(shù)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，篩選出適合江蘇沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展水平的技術(shù)穩(wěn)定的污水處理技術(shù)是農(nóng)村生活污水處理的關(guān)鍵。

層次分析法是一種定性分析與定量分析相結(jié)合的多準(zhǔn)則決策方法[8]，將評(píng)價(jià)對(duì)象的影響因素分解為若干層次[9]，量化主觀判斷，逐層比較評(píng)價(jià)，得到一個(gè)既定量化又較符合實(shí)際的評(píng)價(jià)結(jié)果[10]。

本研究因地制宜地選擇江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村的污水處理模式，根據(jù)江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村生活污水特點(diǎn)、自然地理?xiàng)l件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，應(yīng)用層次分析法，從處理效果、資金要求、技術(shù)要求和環(huán)境要求四個(gè)方面建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村的污水處理技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)和篩選，以期為江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的篩選提供決策分析工具。

污水處理模式的選取應(yīng)根據(jù)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r，充分考慮人口分布和變化、區(qū)域位置地形等因素，因地制宜地選擇。有直接納管、相對(duì)集中處理和分散處理三種處理模式。城市近郊、人口密度較高的村莊，優(yōu)先考慮納入市政管網(wǎng)，由城鎮(zhèn)污水處理廠統(tǒng)一處理；人口聚集度較高、污水量較大、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的村莊，宜采用相對(duì)集中處理模式；對(duì)人口密度小、村落較分散、收集較困難的村莊，宜采用分散處理模式。明確了接入城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)統(tǒng)一處理優(yōu)先、建設(shè)小型設(shè)施相對(duì)集中處理與分散處理3種模式相結(jié)合的技術(shù)路徑[11]。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的選擇，不僅要考慮技術(shù)的處理效果和資金的投入情況，還需要考慮技術(shù)對(duì)當(dāng)?shù)刈匀坏乩項(xiàng)l件的適應(yīng)性以及對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響。其中，采用生命周期分析方法分析處理技術(shù)的資金投入情況，除了考慮管網(wǎng)和設(shè)計(jì)的建造投入，還綜合考慮前期的規(guī)劃設(shè)計(jì)和后期的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用等。因此，根據(jù)江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村的實(shí)際情況，結(jié)合專家意見和相關(guān)文獻(xiàn)，將處理效果、經(jīng)濟(jì)要求、技術(shù)要求和環(huán)境要求作為評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的準(zhǔn)則層，建立江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)性能生命周期綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

其中，根據(jù)文獻(xiàn)[12]，選擇COD、總氮、總磷和氨氮四個(gè)常用水質(zhì)指標(biāo)的去除率作為對(duì)應(yīng)處理效果準(zhǔn)則層的指標(biāo)層指標(biāo)。用COD去除率表示降解有機(jī)物的性能，解決水體黑臭問題。用總氮去除率、總磷去除率和氨氮去除率表示技術(shù)去除氮磷的能力。經(jīng)濟(jì)要求準(zhǔn)則層選擇投資資金和運(yùn)營費(fèi)用兩項(xiàng)指標(biāo)。根據(jù)生命周期分析方法，投資資金包含前期的規(guī)劃設(shè)計(jì)和征地費(fèi)用和建設(shè)階段的設(shè)備和管網(wǎng)的建設(shè)費(fèi)用。運(yùn)營費(fèi)用包括后期的設(shè)備和管網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)，以及項(xiàng)目執(zhí)行產(chǎn)生的其他費(fèi)用等[13]。投資資金和運(yùn)營費(fèi)用以每噸水的費(fèi)用表示。技術(shù)要求準(zhǔn)則層選擇技術(shù)穩(wěn)定性、運(yùn)行管理難度和建造難度三項(xiàng)指標(biāo)，其中技術(shù)穩(wěn)定性指標(biāo)主要考慮污水水質(zhì)和水量變化對(duì)處理效果的影響。環(huán)境要求準(zhǔn)則層包含占地面積、地形氣候適應(yīng)性和環(huán)境衛(wèi)生影響三項(xiàng)指標(biāo)，其中環(huán)境衛(wèi)生影響指標(biāo)主要包括污水處理過程中產(chǎn)生的污泥、氣味、噪聲等因素對(duì)環(huán)境和周圍居民的影響。

1.2 指標(biāo)權(quán)重確定

指標(biāo)的權(quán)重大小對(duì)最終的評(píng)價(jià)結(jié)果有重要影響。根據(jù)Sauty提出的1～9標(biāo)度法，采用專家打分法并參考相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)準(zhǔn)則層和指標(biāo)層各元素相互比較構(gòu)造判斷矩陣，確定不同元素的重要性，求解判斷矩陣的特征值和特征向量。準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的判斷矩陣A-B，B1-C，B2-C，B3-C，B4-C構(gòu)建如下：

并用隨機(jī)一致性比率公式CR=CI/RI進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，若CR<0.1，說明判斷矩陣有滿意的一致性，否則需調(diào)整判斷矩陣元素。計(jì)算得CRA-B=0.068 7，CRB1-C=0.022 4，CRB2-C=0.0，CRB3-C=0.046 2，CRB4-C=0.046 2，都小于0.1，滿足一致性要求。并得到準(zhǔn)則層B和指標(biāo)層C的單層排序和層次總排序Wij，即指標(biāo)權(quán)重，如表2所示。

表2 準(zhǔn)則層B和指標(biāo)層C的權(quán)重Wij

1.3 指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選擇江蘇沿海農(nóng)村常見的A2O,AO，人工濕地，生物接觸氧化和一體化污水處理裝置5種處理技術(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。由于指標(biāo)層中包含定量指標(biāo)和定性指標(biāo)，且定量指標(biāo)的各元素的單位也不同，為進(jìn)行統(tǒng)一評(píng)價(jià)，需要一定方法對(duì)原始指標(biāo)評(píng)價(jià)值和評(píng)判進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

1)定量指標(biāo)。

對(duì)正向指標(biāo)：COD去除率、總氮去除率、總磷去除率和氨氮去除率，采用式(1)計(jì)算。

yij=(xij-xijmin)/(xijmax-xijmin)

(1)

對(duì)負(fù)向指標(biāo)：投資資金、運(yùn)營費(fèi)用，采用式(2)計(jì)算。

yij=(xijmax-xij)/(xijmax-xijmin)

(2)

其中，yij為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)值;xij為指標(biāo)原始評(píng)價(jià)值;xijmax,xijmin分別為指標(biāo)原始評(píng)價(jià)值的最大值和最小值。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，各定量指標(biāo)的取值在0～1之間。如對(duì)COD去除率指標(biāo)，5種處理技術(shù)A2O,AO，人工濕地，生物接觸氧化和一體化污水處理裝置的原始評(píng)價(jià)值分別為90%,77%,50%,85%,89%，則由式(1)得轉(zhuǎn)換公式y(tǒng)ij=(xij-0.5)/(0.9-0.5)，將上述5種技術(shù)該指標(biāo)的原始評(píng)價(jià)值分別代入，得COD去除率指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)值為1.000 0,0.675 0,0.000 0,0.875 0,0.975 0。

2)定性指標(biāo)。

對(duì)技術(shù)穩(wěn)定性，將其分為5個(gè)級(jí)別，差、較差、一般、較好、好，每個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)值分別為0.2,0.4,0.6,0.8,1；對(duì)運(yùn)行管理難度和建造難度兩項(xiàng)指標(biāo)，將其分為5個(gè)級(jí)別，難、較難、一般、較易、易，每個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)值分別為0.2,0.4,0.6,0.8,1；對(duì)占地面積，將其分為5個(gè)級(jí)別，大、較大、一般、較小、小，每個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)值分別為0.2,0.4,0.6,0.8,1；對(duì)地形氣候適應(yīng)性，將其分為5個(gè)級(jí)別，弱、較弱、一般、較強(qiáng)、強(qiáng)，每個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)值分別為0.2,0.4,0.6,0.8,1；對(duì)環(huán)境衛(wèi)生影響，將其分為5個(gè)級(jí)別，大、較大、一般、較小、小，每個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)值分別為0.2,0.4,0.6,0.8,1。

1.4 評(píng)價(jià)結(jié)果計(jì)算

根據(jù)各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)值yij和權(quán)重Wij，由式(3)綜合加權(quán)，得各項(xiàng)技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)得分ST。

(3)

2 處理技術(shù)評(píng)價(jià)

對(duì)江蘇沿海農(nóng)村常見的A2O,AO，人工濕地，生物接觸氧化和一體化污水處理裝置5種處理技術(shù)分別評(píng)價(jià)打分，并標(biāo)準(zhǔn)化。再由式(3)計(jì)算得到5種處理技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)分值，見表3。由表3可知，A2O處理技術(shù)的綜合得分最高為0.784 0。

表3 5種技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)分值

3 結(jié)語

本文因地制宜地選擇江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村的污水處理模式?；谏芷诜治龇椒?，從處理效果、經(jīng)濟(jì)要求、技術(shù)要求和環(huán)境要求四個(gè)方面，建立了包含1個(gè)目標(biāo)、4個(gè)準(zhǔn)則 和12項(xiàng)指標(biāo)的江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)綜合評(píng)價(jià)體系。用層次分析法確定了各層次元素的權(quán)重，并且為便于統(tǒng)一評(píng)價(jià)，將定量和定性指標(biāo)的評(píng)價(jià)值和評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)化。最后，由標(biāo)準(zhǔn)化分值和權(quán)重得到五種江蘇沿海農(nóng)村常見污水處理技術(shù)的綜合評(píng)價(jià)分值?？梢缘贸?，A2O處理技術(shù)比較適合江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村生活污水處理。基于層次分析法的江蘇沿海地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)綜合評(píng)價(jià)體系系統(tǒng)考慮了污水處理技術(shù)的主要因素，能夠?yàn)榻K沿海地區(qū)農(nóng)村生活污水處理技術(shù)的篩選提供決策分析工具。