农村生活污水处理工艺优选研究

唐丽丽 孙 静 高郁杰 王玉蕊

（1 天津市环境保护科学研究院 天津 300191 2 天津环科环境规划科技发展有限公司 天津 300191）

引言

在全国总面积近90%的广大农村，分布着270 多万个自然村，居住着6.1 亿人口，每年产生的污水量达100 亿吨左右。农村生活污水的随意排放，不仅严重破坏了当地生态环境，更威胁着广大居民的人居环境和身体健康。目前，全国农村生活污水处理率不足10%[1]，污水收集与处理系统严重匮乏。因此，农村生活污水处理问题亟待解决。本文结合农村生活污水处理工艺优选原则，致力于寻找与区域环境相匹配的农村生活污水处理工艺。

1 农村生活污水处理工艺优选原则

在农村生活污水处理过程中，以建设成本低、运维费用少、处理效果好及环境影响小等指标为优选原则。然而，在处理工艺优选过程中，一种处理工艺很难满足全部优选指标要求。由此，生活污水处理工艺的优选，往往并不是以最优为条件，而是基于区域环境，选择匹配度最高的处理工艺[2]。基于此，本文对影响区域农村生活污水处理工艺选择的关键因素进行分析与归整，绘制了农村生活污水处理工艺与区域条件对应逻辑关系图，并以“技术适用性”与“经济适用性”为决策目标，挑选与区域最佳匹配的污水处理工艺。如图1 所示。

图1 农村生活污水处理工艺与区域条件对应逻辑关系图

2 优选方法

2.1 处理工艺经济适用性评价

近年来，随着农村生活污水处理问题的不断重视，生活污水处理工程如雨后春笋般出现。与城市用户付费的运维方式不同，农村生活污水处理站的运维大多依靠政府投资，这也导致处理工程的建设、运营与维护费用成为制约处理工艺选择的重要因素之一。由此，本文以农村生活污水处理工艺的经济适用性为评价对象，通过评价结果以便于各区政府或相关投资者基于区域经济条件合理选择处理工艺。

基于全生命周期视角，将工程的建设投资成本与运营管理成本作为一个整体来衡量，并对各类成本在时间尺度上进行统一，计算处理工艺的吨水处理成本[3]，以作为处理工艺经济适用性的评价标准。

全生命周期视角下的平均吨水处理成本计算公式：

式中：AC 为处理工艺全生命周期视角下的平均吨水处理成本，元/t；I0为工艺建设总投资，元；I'0为处理工艺单位建设成本，元/（m3/d）；Y 为处理工艺年运维费用，元；y 为单位运维费用，元/（m3/d）；Q 为处理工艺设计日处理规模，m3/d；i 为年贴现值，按5%计算；n 为工程设计年限，以20 年计[4]。

在评价结果的基础上，对结果进行标准化，以得到各处理工艺经济适用性的评价分值。

2.2 处理工艺技术适用性评价

图2 农村生活污水处理工艺技术适用性评价指标层次结构

一般来说，现有的污水处理工艺足够满足农村生活污水处理要求，即处理技术已不再是制约生活污水处理的关键因素。然而，处理效果越好，处理成本与运维费用越高，技术最佳工艺不一定与区域环境的匹配度最高。基于此，以处理工艺的技术适用性为决策目标，即通过评价处理工艺的整体性能与区域环境的匹配度，选择在农村区域环境内技术适用性最高的处理工艺。结合我国农村实际情况，建立了一个由污染控制效果、技术性能、管理难易程度与环境效益4 个一级指标、11 个二级指标构成的包含目标层、准则层与指标层的多层次有序递阶结构模型，如2图所示。

通过模糊层次分析评价方法，确定各指标层的权重，并基于指标评价集及问卷调查，得到各处理工艺技术适用性评价分值。

2.3 基于矩阵关联分析法的工艺优选

由于农村生活污水处理工艺的优选高于“经济适用性”和“技术适用性”单项目标，本文运用“矩阵关联分析法”理念[5]，以“经济适用性”与“技术适用性”两个属性作为关联维度，构建工艺优选矩阵模型，以解决各目标之间冲突，如图3 所示：

图3 矩阵优选模型

3 案例研究

本研究以蓟州区某村为例，以“出水水质可达标”作为初筛原则，筛选当前应用较为广泛的潜流式人工湿地、生物接触氧化[6]、MBR 工艺以及厌氧者流生物滤池—复合流人工湿地组合系统[7]作为污水处理备选工艺。

3.1 处理工艺技术适用性评价

通过计算得出各处理工艺技术适用性的模糊评价综合得分：潜流人工湿地技术64.44 分、生物接触氧化工艺79.83 分、MBR 工艺84.82 分、生物滤池+人工湿地组合工艺83.72 分。

3.2 处理工艺经济适用性评价

以《农村生活污水处理项目建设与投资指南》为指导，根据实际应用项目投资费用，依据公式1 对各处理工艺经济适用性进行评分，结果为：潜流人工湿地工艺100 分、生物接触氧化法79.87 分、MBR 工艺63.82 分、生物滤池+人工湿地组合工艺95.04 分。

3.3 优选结果

按照评价结果，将工艺的技术适用性和经济适用性的分值投影到矩阵优选模型中，如图4 所示：

图4 饮用水源地农村生活污水处理工艺优选结果

结语

农村生活污水处理工艺优选就是一个多目标决策的过程，本文基于各目标之间的矛盾，提出了从经济和技术两个方面对农村生活污水处理工艺与区域环境的实用性进行评价，从而更好地解决各目标之间的矛盾，降低主观性在优选过程中的主导影响，提高优选过程的透明性。