基于AHP的河北平原地区农村生活污水处理技术筛选-论文.pdf 5页

'浙江农业学报ActaAgriculturaeZhejiangensis，2015，27(6)：1037—1041http：／／www．zjnyxb．an张铁坚，张小燕，李炜，等．基于AHP的河北平原地区农村生活污水处理技术筛选[J]．浙江农业科学，2015，27(6)：1037—1041．DOI：10．3969／j．issn．1004—1524．2015．06．23基于AHP的河北平原地区农村生活污水处理技术筛选张铁坚，-，张小燕’。，李炜，刘俊良。(河北农业大学城乡建设学院，河北保定071001；2河北农业大学水资源开发利用与健康水循环研究所，河北保定071001)摘要：结合河北平原地区x村的实际情况，运用层次分析法(AHP)原理，构建了一个3层次14指标的农村生活污水处理技术决策优选综合评价体系。从技术性能、经济指标、环境效益和管理要求等角度对人工湿地、稳定塘、厌氧沼气池、一体化设备、土地渗滤系统和生物滤池6种处理技术进行分析，并结合专家打分法对上述6种技术进行了综合评价。结果显示，人工湿地技术得分最高，是最适宜x村的生活污水处理技术。关键词：层次分析法；农村生活污水；处理技术；人工湿地中图分类号：X703．1文献标志码：A文章编号：1004—1524(2015)06—1037-05RuralsewagetreatmenttechnologydecisionsofHebeiPlainareasbasedonAHPZHANGTie-jian，ZHANGXiao．yan，LIWei，LIUJun—liang，(。CollegeofUrbanandRuralConstruction，AgriculturalUniversityofHebei，Baoding071001，China；InstituteofWaterResourcesDevelopmentandUtilization&HealthyWaterCycle，AgriculturalUniversityofHebei，Baoding071001，China)Abstract：BasedontheactualsituationofXvillageinHebeiPlain，acomprehensivedecision—makingevaluationsystemforruralsewagetreatmenttechnologieswascofistructedusingtheanalytichierarchyprocess(AHP)，whichincluded14indicatorsofthree—layer，sixprograms．Sixruralsewagetreatmenttechnologies，namelyartificialwet—land，stabilizationponds，anaerobicdigesters，integratedequipment，landinfiltrationsystemandbiofiher，wereana·lyzedfromthetechnicalperformance，economicindicators，environmentalbenefitsandmanagementrequirements，andwereevaluatedcombingtheexpe~scores．Itwasshownthatartificialwetlandtechnologygotthehighestscore，andthuswasthemostsuitablesewagetreatmenttechnologyforXvillage．Keywords：AHP；ruralsewage；treatmenttechnology；artificialwetland近年来，农村生活污水排放量持续增加。目生活污水在水质水量、变化规律、处理规模和工前全国农村每年产生的生活污水超过80亿t，但艺、管理能力等方面均与城市污水存在较大区大部分村庄没有污水收集和处理系统，生活污水别，因此农村生活污水处理系统建设不能简单套任意排放，导致农村水环境问题突出，并对水源用城市污水处理模式J。农村污水处理技术地保护、粮食安全等产生威胁_1J。农村地区的居的选择涉及技术、经济、管理、环境等诸多因素，住特点、经济水平、自然环境等因素决定了农村而且其中一些无法进行定量表述，这就增加了选收稿日期：2014-08-21基金项目：2013年度河北农业大学青年基金(QN201320)；2013年度河北农业大学理工基金(LG20130301)作者简介：张铁坚(1983一)，男，河北保定人，在读博士研究生，讲师，主要研究方向为水污染控制研究。E—mail：tiejianruina@126 ·1038·浙江农业学报第27卷第6期择的难度，如何确定农村生活污水适宜处理技术水拟排人村内池塘和附近河流，受纳水体对水质已成为当前研究的热点。均要求较高，因此将处理技术性能放在选择时的x村位于河北平原东南部，占地46．7hm，首要位置，主要考虑能够简便高效地实现生活污人口约2400人。地势西高东低，居民以种植业水处理达标排放。根据排放标准和农村生活污和个体加工业为主。经调查，该村居民生活污水水特点，确定具体指标包括有机物处理效果、脱总流量为150m·d。。，其中COD平均含量为300氮除磷效果、技术可靠性与成熟性、抗冲击负荷～400mg·L～，氨氮为30—45mg·L～，总磷含量能力等方面。为5—10mg·L～，污水均未经处理直接排入水塘。该村居民多以种植业和外出务工为生，有少经比较筛选，该村可选用的污水处理技术有人工量的个体经营，经济水平比较落后，居民收入不湿地、稳定塘、厌氧沼气池、一体化污水处理设备、高，且污水处理站建设资金大部分来源于上级政土地渗滤处理系统、生物滤池6种。运用层次分析府，运行费用由村里承担，所以建设及运行费用法，建立了一个3层14指标6方案的评价体系，从直接影响着工程的成败，经济指标显得尤为重技术性能、经济效益、管理要求和环境指标等角度要，主要包括基建费用、运行维护费用和占地对备选技术进行综合评价，得出最优方案J。面积。污水处理工程建设完成后完全由X村负责1层次分析法简介运行，由于缺乏专业技术与管理人员，因此要求技术日常管理方便，且出水有一部分用于村内池层次分析法是一种系统规划方法，它通过数塘，对回用难易度有一定要求，具体管理要求指学方法将决策规划过程中的定性与定量分析有标选取日常运行管理、改扩建、水回用的难易度机结合，优化处理而得到合理结果，具有客观性、和排放标准的要求。准确性和有效性J。由于自然因素对处理效果、运行费用均有较层次分析法的基本原理是排序，即最终将各大影响，且x村居住相对集中，选址较为困难，并方法排出优劣次序，作为决策的依据J。作为一且收纳河流对技术有较为严格的要求，因此将包种模糊综合评判模型，层次分析法综合考虑各方括这3方面的环境因素作为技术选择时的重要面的因素，按因素对评判结果的影响程度，将其划考虑内容。分为不同的层次，加以逐层的综合评判，能够做到结合x村实际情况、对水处理技术的要求以定性与定量相结合，从而得到一个既定量化又较及影响因素，筛选出6种农村生活污水常用处理符合实际的评价结果，在城市污水处理技术方案技术作为方案，分别为D，人工湿地；D，稳定塘；选择方面已有应用卜j。本文以x村为例，对层D，厌氧沼气池；D，一体化污水处理设备；D，土次分析法在农村生活污水处理技术选择方面的层地渗滤处理系统；D，生物滤池。将适宜x村生次模型、基础数据等关键要素进行了分析，以期为活污水处理的技术作为总目标层(A)；将6种方相似农村生活污水处理技术的选取提供参考。案的技术性能、经济效益、管理要求和环境指标层次分析法的基本步骤包括：(1)建立递阶作为实现总目标的4个准则层，将14个具体的层次结构模型；(2)准则层和指标层影响因素权评价指标作为层次分析法的指标层。建立层次重赋值；(3)形成判断矩阵；(4)层次单排序及其模型如图1。一致性检验；(5)方案的综合排序¨。2．2判断矩阵构建及权重确定评价模型建立后，问题转化为层次中的排序2x村生活污水处理技术筛选指标问题。为确定每个因素对上一层次的相对重要模型建立及权重确定性，采用1—9及其倒数的标度方法(具体含义见表1)，构造判断矩阵。2．1指标体系建立构建判断矩阵后需对其进行一致性检查。x村位于河北省邢台市东部，污水处理站出将计算所得一致性指标CI=(⋯一n)／(n一1) 张铁坚，等．基于AHP的河北平原地区农村生活污5水处理7技术筛9选·1039·倒6数8A：X村适直生活污水处理技术表2准则层判断矩阵llTable2JudgmentmatrixofrulelayerlB，技术性能lB经济指标lB。环境因素IIB．管理要求llI—上一．．I一．．I一_l一上上上上_上_．．1一—．．Jl一．．L．．．I一上有脱成抗基运受运改水排机氟熟冲建行占自选纳行扩回放物豫性击投维地然址水蕾建用标处碟及负姿护面条条体理难难准理效可荷费费积件件要难南品要效曼t能用用求品度度求集性力度C．C2C3C．C5C^C，C。C。C1oC，．C，2C，3C1|叵圃匝回匝圃匝叵囹叵囹0．233)，其中4个分量是准则层B。，B：，B，B所图1X村适宜生活污水处理技术筛选评价指标体系占的权重。Fig．1Schematicdiagramofthescreeningandevaluation经计算，CI：0，而4阶矩阵RI值为0．90，则systemfortheoptimalruralsewagetreatmenttechnologyCR=0／0．90=0<0．10，显然A—B矩阵具有满意的一致性，故w中的权重可用。表1判断矩阵标度及其含义2．2．2准则层B与指标层C之间的判断矩阵Table1Thescaleandimplicationsofjudgmentmatrix应用上述方法构造准则层B与指标层C之标度含义间的4个判断矩阵，并检验其一致性，最终确定1表示两个元素相比，具有同等重要性权重，计算过程同A—B矩阵，此处限于篇幅，不3表示两个元素相比，一个元素比另一个元素稍微重要再赘述。表示两个元素相比，一个元素比另一个元素明显经计算，x村综合评价体系指标层c对总目重要标A的权重如表3所示。表示两个元素相比，一个元素比另一个元素强烈重要表3指标层各指标对总目标的总排序列表示两个元素相比，一个元素比另一个元素极端Table3Seriesofeachindexofindicatorlayertothegener—重要algoal介于上述相邻评价准则的中间状态因素i与J比较得判断b，则因素与i比较得判断bil=1／bq与判断矩阵平均随机一致性指标RI(1—9阶判断矩阵RI值分别为0，0，0．58，0．90，1．12，1．24，1．32，1．41，1．45)相比较，得随机一致性比率CR，CR=CI／RI。若CR<0．10，认为判断矩阵及层次单排序的结果具有比较满意的一致性，否则需要调整判断矩阵元素的取值。2．2．1总目标层A与评价准则层B之间的判断矩阵A．B由上文论述可知，适宜X村的生活污水处理技术，在技术上应可靠适用，处理效果应满足排放标准，并且具有较好的稳定性；经济上应在可承受范围内，基建投资和运行费用不宜过高；还需考虑建成后运行管理要求和当地环境因素影响。综合考虑这些因素重要性构建判断矩阵3X村生活污水处理技术方案评判A-B。求得判断矩阵A-B的最大特征根。=4，3．1方案及评判标准确定相应的特征向量W=(0．300，0．267，0．200。采用专家评分法对筛选出的6种处理技术 ·1040·浙江农业学报第27卷第6期进行评分。依据表4给出的评分标准，结合x村行维护费用方面均具有较大优势，其总评得分明实际情况，咨询6名具有较高学术水平和实际工显高于其他技术，为最适宜x村应用的生活污水作经验的专家对相应的l4项指标进行评分。处理技术。其他5种处理技术得分相差不大，依次为土地渗滤、生物滤池、厌氧沼气处理、稳定塘表4C层指标评分标准和一体化处理设备。Table4Scoringcriteriaforindexesintheindexlayer指标优良中差很差有机物去除率1～0．80．8～0．60．6～0．40．4～0．20．2—04结论与讨论脱氮除磷效果1～O．8O．8～0．60．6～0．40．4～0．20．2～0成熟可靠性1～0．80．8～0．60．6～0．40．4～0．20．2～0针对河北省东部平原地区x村实际情况，采抗冲击能力1～O．8O．8～0．6O．6～0．40．4～0．20．2～0用层次分析法构建了一个3层次14指标的评价基建投资费用1一O．80．8～0．60．6—0．40．4～0．20．2～0模型，结合专家打分法，从技术性能、经济指标、运行维护费用1～0．80．8～0．60．6～0．40．4～0．20．2—0环境因素和管理要求等方面对6种待选处理技占地面积1～0．80．8～0．60．6～0．40．4～0．20．2～0术进行评价，得出其选择优先顺序为：人工湿地、自然条件1～O．8O．8～O．60．6～0．40．4～0．20．2～0选址条件1～O．8O．8～0．60．6～0．40．4～0．20．2～0土地渗滤、生物滤池、厌氧沼气处理、稳定塘、一受纳水体要求l～O．8O．8～0．60．6～0．40．4～0．20．2～0体化处理设备。运行管理难度1～O．8O．8～0．60．6～0．40．4～0．20．2～0根据x村的实际情况，确定了该村生活污水改扩建难度1～0．80．8～0．60．6～0．40．4～0．20．2～0处理技术筛选时采用的具体准则与评价指标，较水回用难度1～0．80．8—0．60．6～0．40．4～0．20．2～0好地完成了技术筛选工作，方案实施顺利，且效排放标准要求1～0．80．8～0．60．6～0．40．4～0．20．2—0果良好。相似区域采用层次分析法进行农村生3．2综合评判结果分析活污水适宜处理技术筛选时可参考本文使用指通过对专家评分的整理分析，得每项处理技标，但必须结合当地的地理、气候、经济、人文等术各指标平均得分，然后与权重值相乘得每项技因素适当增减和更换指标及权重，以确保反映实术的总评得分，具体结果见表5。际情况。由表5可知，人工湿地技术在技术性能和运参考文献：表5X村6种污水处理技术综合指标评价表Table5Evaluationresultsof6technologiesforsewage[1]王志强，李黎，罗海霞，等．农村生活污水处理技术研究treatmentinXvillage[J]．安徽农业科学，2012，40(5)：2957—2959．[2]白雪，耿凯，潘新星，等．层次分析法在农村生活污水处理工艺评价中的应用[J]．常州大学学报：自然科学版，2013，25(3)：13—16．有机物去除率0．0900．920．760．520．890．750．77[3]曲丽丽，李悦，孔范龙，等．层次分析法在农村生活污水脱氮除磷效果0．0700．850．530．490．860．770．78处理模式优选中的应用[J]．中国人口·资源与环境，成熟可靠性0．0800．880．800．830．790．760．802012，22(s2)：112—115．抗冲击能力0．0600．860．700．600．530．760．45[4]刘扬，杨玉楠，王勇．层次分析法在我国小城镇分散型生基建投资费用0．1140．890．820．850．500．780．75活污水处理技术综合评价中的应用[J]．水利学报，2008，运行维护费用0．0890．870．830．8O0．560．880．7039(9)：1146—1150．占地面积0．0630．620．530．750．900．600．75[5]孟剐．城市污水处理工艺方案分析及其选择优化模型应自然条件0．0540．760．600．890．860．750．80用研究[D]．天津：天津大学，2008．选址条件0．0640．830．700．900．850．770．80[6]刘东，付强．基于AHP的三江平原地下水人工补给方法受纳水体要求0．0820．630．630．630．650．630．64研究[J]．中国农村水利水电，2008，(7)：5-7．运行管理难度0．0750．800．920．880．400．580．8O[7]鄢恒珍．小城镇污水处理方案技术经济分析[D]．武汉：改扩建难度0．0420．610．510．650．520．750．82武汉理工大学，2003．水回用难度0．0420．830．770．450．830．550．50[8]胡天觉，陈维平．运用层次分析法对株洲霞湾污水处理厂排放标准要求0．0750．750．760．750．800．780．76污水处理工艺方案择优[J]．环境工程，2000，18(1)：61总评得分一0．8050．7210．7240．6990．7300．729—63． 张铁坚，等．基于AHP的河北平原地区农村生活污水处理技术筛选·1041·[9]张建锋，黄廷林．关中地区污水处理工艺选择的系统分析与评价[J]．中国农村水利水电，2013，(5)：77—8O．[J]．环境工程，1999，17(3)：61—64．[13]杨卓．层次分析法在某污水处理工艺选择中的应用[J]．[1O]邵忠臣，吕迎．用层次分析法评价草浆造纸废水治理技河北理工大学学报自然科学版，201l，33(2)：179术[J]．地域研究与开发，2002，21(4)：91—93．—182．[11]张庆华，白玉慧，倪红珍．．节水灌溉方式的优化选择(责任编辑高峻)[J]．水利学报，2002，33(1)：47—51．[12]刘俊良，马建薇，郭建，等．河北省农村饮用水现状调查'