基于灰色关联分析城镇污水处理工艺优化

李晨洋王立权汪恩良

（1.东北农业大学水利与建筑学院，黑龙江哈尔滨 150030；2.黑龙江省农垦总局水务局，黑龙江哈尔滨 150090）

基于灰色关联分析城镇污水处理工艺优化

李晨洋1王立权2汪恩良1

（1.东北农业大学水利与建筑学院，黑龙江哈尔滨 150030；2.黑龙江省农垦总局水务局，黑龙江哈尔滨 150090）

本文应用灰色关联分析方法对城镇污水处理工程工艺进行优化决策研究，最终决策出活性污泥法是适合东北地区污水处理的最佳工艺。

城镇污水 灰色关联分析 活性污泥法

1 城镇污水治理工程典型工艺现存问题

由于我国华北、东北、西北地区冬季气候寒冷漫长，冰冻期长。投资和运行费高，污水处理工艺和技术要求高，而且由于设计、运行、低温等各方面的原因，试运行仍存在不稳定，甚至出现冬季部分设备无法运转现象。所以开发一套在东北地区低温地区能有效、稳定处理城市污水的工艺已经成为当务之急。

2 城镇污水治理典型工艺指标研究

2.1 城镇污水治理典型工艺经济因素研究

城市污水处理厂需要较大的投资和运营费用。本节通过污水治理工艺方案经济指标的分析、对不同工艺类型的不同费用函数的比较，提出城镇污水治理工程工艺类型优选方案，给出城镇污水处理厂建设投资与运行维护的决策优化指导。

评价指标涉及经济效益、技术性能和管理效益3个方面，其中，经济指标作为影响污水行业发展的重要因素，是一直以来的研究重点。包括建设投资和运行费用。

当然不同的工艺类型追求的费用目标也不同，本文拟对各种经济指标进行比较，以确定对于城镇污水治理工程来说，影响工艺方案优选的经济性因素。以便下文进行工艺决策优选模型研究。经济指标的主要范围及影响因素见表1。

图1 城镇污水治理工程工艺指标体系Fig.1 sewage treatment works process indicator system

表1 污水治理工程工艺经济指标

2.2 城镇污水治理工艺技术因素研究

污水处理的基本作用是保证受纳水体的使用功能，因而技术可持续性首先应以污水处理工艺能达到相应的污水排放标准为准则。最终确定城镇污水治理工程工艺优化决策的技术指标为技术效果、工艺可靠性两个。

2.3 城镇污水治理典型工艺环境因素研究

对于污水处理工艺而言，除了需要达到国家规定的污水水质达标以外，还应考虑工艺中，碳的排放指标。因为污水处理是一个碳、磷等物质的转化过程，由于碳排放会造成大气污染，因此需要考虑碳的排放要求。对污水处理厂在整个生命周期阶段，能量与资源的消耗，以及对环境的排放（如对全球变暖、臭氧耗竭的影响等）进行数据量化分析。

（1）能耗。污水处理工艺的能耗包括直接能耗与间接能耗。前者指处理过程耗费的能量，后者包括建材生产和运输、建筑施工、耗用药剂的生产和运输、以及工艺拆除报废阶段的能耗。

（2）物耗。污水处理工艺的物耗由直接物耗与间接物耗两部分组成，前者主要指处理工艺的药耗和占地，后者包括建筑施工阶段与拆除作业阶段的耗用物质。成本效益分析中，采用运行费、征地费和材料费来反映物耗。

（3）二级处理系统占地是工艺占地的主要组成。通常各工艺的预处理流程与构筑物相似，并且各方案的道路、绿化等公共设施与辅助建筑物的占地面积类似。

2.4 城镇污水治理典型工艺指标体系研究

通过对影响工艺的经济、技术、环境因素的研究，最终可确定城镇污水治理工程工艺指标体系，如图1所示。根据建立的指标体系运用决策评价方法对城镇污水治理工程进行工艺优化决策研究。

3 基于灰色关联分析的城镇污水处理工程工艺优化决策研究

污水处理工艺优选应当考虑经济、技术、环境与社会诸方面，属于多目标决策问题；一般而言，多目标决策问题难以借助人的主观判断得出决策结果。因此，通过建立城镇污水处理工艺优选决策模型进行工艺优选，可以提高决策结果的客观性与正确性。根据建立的城镇污水治理工程工艺指标体系采用灰色关联分析理论对城镇污水治理工程工艺进行优选研究。

3.1 基于灰色关联分析的城镇污水处理工程工艺优选

通过活性污泥、SBR和A/O三种工艺各指标的灰色关联度计算可知，三种工艺中各指标的灰色关联度最好为活性污泥工艺，灰色关联度为0.854，为最优方案，SBR次之，A/O再次之。即认为对于此东北地区城镇污水治理厂而言，活性污泥工艺具有更好的技术经济效益，更适合在此污水处理厂采用。而实际调研结果与评价结果相符。

3.2 城镇污水治理工程工艺优化决策建议

城镇污水处理投资大，运行费用高，为降低污水处理投资和运行成本，因地制宜地进行工艺方案（主要是生物处理方案）比较是必须的；通过多种工艺对比，从处理效果上讲，通常活性污泥法的处理效率较高，生物膜法则较低，在活性污泥法中，SBR法、氧化沟法、AB法等处理效率更高。污水的有机物浓度高时，AB法、AO法等工艺比较有利。当有机物浓度低时，氧化沟、SBR法等延时曝气工艺具有明显的优势；从占地面积来讲，传统活性污泥法占地面积较大。目前从世界各国的污水处理看，大型污水厂多用传统活性污泥法，小型污水厂中氧化沟则占很大比例。

4 本章小结

为了使城镇污水治理工程的工艺更具实用性、更符合城镇特点，本文从技术、经济、环境三个方面建立的指标体系为评价指标，并应用灰色关联分析方法对城镇污水处理工程工艺进行优化决策研究，最终得出活性污泥法为东北地区污水处理的最佳工艺。

［1］原培胜.城镇污水处理厂运行成本分析［J］.环境科学与管理，2008，33（1）：107.

［2］杭世珺.小城镇污水处理工程设计的反思与建议［J］.给水排水，2004，30（10）：17-21.

黑龙江省教育厅科学技术研究项目（12511039）

李晨洋（1978—），女，黑龙江哈尔滨人，东北农业大学水利与建筑学院副教授，研究生导师，博士，研究方向为管理科学与工程、农业工程。