多目标决策在水污染治理方案中的应用研究

张富贵 巩壮志

摘 要： 污水处理的最大作用就是促进水资源的良性利用，降低水环境污染几率。在污水处理环节，通常会按照“先达后放（先达标，后排放）”的处理原则对污水和污泥进行处理，而对污水治理方案的选择是提高污水处理效率，提高污水处理质量的先决条件。鉴于此本文将以多目标决策为研究对象，通过实例研究的形式对多目标决策在水污染和治理方案中的应用进行深入研究分析。

关键词： 多目标决策;水污染治理方案;应用研究

【中图分类号】TV213.9 【文献标识码】A 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.28.268

在本案例的多目标决策应用中，有定性和定量两个污水处理方案评价指标，在这两个指标的基础上，通过隶属模糊度（0-1）对定性指标进行分级量化，然后结合定量指标，对量化后的指标属性值进行规范处理，以此使不同类型指标的不同量纲对评价结果的影响能够有效消除。除此之外，在本案例中还引入了熵权法计算各评价指标反映的无序化效用值的指标权重，完美的降低了人为主观因素对评价指标权重的影响，最终通过与灰色关联分析法相结合的形式得到各评价指标的综合关联度，然后在此基础上对方案进行排出，最终得出优化方案，可操作性性较强。

1 多目标决策概述

多目标决策是科学合理地选择多个相互矛盾的目标，然后进行决策的理论和方法。多目标决策是20世纪70年代以后迅速发展起来的管理科学的一个新分支，它不同于一般决策，它是从多个可行方案中选择最优方案，只为达到一个目标。

2 案例分析

以某城镇的污水处理厂为例，该厂是由当地的城建局主持建设，以处理生活污水、工业用水为主的污水处理站点[1]。该污水厂位于当地工业园区的西北面，与河道相邻，处于当地水体的下游位置。占地面积6.7公顷，总投资额1。3亿元。根据污水处理厂的可行性报告中提出的综合用水量和分项预测方法，同时对污水处理厂的建设现代化进行考虑，最终得出在2015年，该污水处理厂的污水处理规模为40000m3/d，2020年污水处理规模为8000m3/d，其中，工业废水接纳量60%，生活污水40%。另外，考虑到本工程为分期施工方式，因此除污水提升泵和粗格栅之外，厂前区将按80000m3/d进行考虑，其他则按照40000m3/d的规模进行设计。

2.1 该污水厂的水质情况。

上文已经提到，该污水处理厂是生活污水和工业废水的统一处理机构，其中主要以工业部污水为主，污水进厂的水质规律为：含量为0.30～0.5之间的BOD5/CODCr，含量为0.2的TN/BOD5，其中BOD5值小于SS值，TN值在30-50之间。与其他城市相比，该地区的废水中氮磷含量最高，BOD5、CODcr、SS次之。

2.2 工艺方案介绍。

根据污水处理厂提供的进水水质数据、排放标准，总结出在该厂的废水处理中需要具备一定的脱氮除磷功能。同时在本区域工业废水占比较大、悬浮物较多、有机物难降解的背景下，结合其他同类污水处理厂的处理手段，制定了以下3个方案进行选择[2]。

（1）CASS 工艺;

（2）改良型氧化沟工艺;

（3）改良 A2/O 工艺。

在以上方案的选择中，均符合污水处理厂污水处理的脱氮除磷要求，因此较为符合工艺选择原则。

方案一，污水的进水、反应、沉淀和达标排出全部在CASS反应池中完成，不需要进行二次沉淀和特别设置污泥泵房，因为剩余污泥泵和回流污泥泵全部安装在CASS反应池中，污泥回流量约为50%，且占地面积较小，有利于提高资源利用率。

方案二，在厌氧池前设置缺氧、厌氧、调节池，来自二次沉淀池的回流污泥和部分水流会进入到该反应翅中，以此来降低回流污泥对厌氧池的不利影响，提高除磷效率，节省回流系统。方案三，在这一方案中设有初沉池和曝气沉砂池，选择这一方案的原因是因为，在该污水处理厂的污水处理中含有有泪污染物质，而曝气沉砂池不仅能够满足污水处理的厌氧环境要求，提高除磷效果，同时对工业污水中油性物质的去除也有一定作用。

2.3 最佳水污染治理方案选择

2.3.1 建立方案评价指标。根据评价指标体系框架建设标准，建立评价指标树，该结构由总目标、方案层和评价指标层组成[3]。在工艺方案的选择中，首先要对污水处理厂的污水处理能力是否达标进行考虑，同时还要满足基建投资低、处理费用低的要求，以上为总目标（A），在方案层包括改良型氧化沟工艺、CASS处理方案、改良A2/O工艺分别用B1、B2、B3表示。评价指标选择项有11种，即基建投资、运行费用、SS去除率、COD去除率、BOD去除率、氨氮去除率、总磷去除率、出水稳定性、运行管理难易程度、污泥产生量、占地面积等。分别用C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11。其中定性指标出水稳定性采用的隶属模糊度（0-1）为劣、差、中、良、优5个级别。运行管理难以程度则为较简单、简单、适中、较难、难等5个级别;这两个定性指标的分级划分相应的隶属度为0.1、0.3、0.5、0.7、0.9。

2.3.2 規范化评价指标

（1）评价指标的规范化。3 种工艺方案和理想方案的初始矩阵 A：

对初始矩阵进行规范化处理得到规范化矩阵 S：

（2）关联系数计算。

对规范化矩阵 S 进行关联系数计算得出关联系数矩阵 R：

（3）评价指标权重的计算。

根据熵值法计算各指标的权重值，得出指标的熵权为：

（4）方案关联度的计算。根据灰色关联分析法计算三个方案的关联度方案γ（Bi）=[0.7240 0.6212 0.6276]，关联度排序为：γ（B1）>γ（B3）>γ（B2），即三种方案优选的顺序为：改良型氧化沟>改良 A2/O 工艺>CASS 工艺。因此改良型氧化沟工艺是该污水处理厂工艺方案选择最优方案。

从11个评价指标的权重可以看出，BOD去除率、氨氮去除率、总磷去除率、运行管理难度、出水稳定性等指标权重最大，占地面积权重最大，基建投资和污泥产量最小，最优方案是选择改良氧化沟工艺。

总结：污水处理厂是改善城市区域水源、提高城市水环境质量的重点工程，同时也是城市水环境治理目标有效实现的根本途径。污水处理投资成本较大，运行费用也较高，而要想降低处理成本，提高处理质量，合理的对工艺方案进行选择是其关键。长期以来，污水处理方案均是根据专家或决策层的直接经验进行判断，然后再通过技术、经济指标对最终设计方案进行筛选。但是，这种选择的方法合理性较差，个人主观因素较强，客观性较差，不利于方案的有效实施，而通过多目标决策选择方法，能够通过层级划分的形式对其适用性进行计算，对各项综合评价指标进行考虑，对最终方案的选择和应用具有积极影响意义。

参考文献

[1] 张书荣.环境保护中水污染治理的措施分析[J].资源节约与环保，2020，（5）：32.

[2] 程建美.基于城市水污染现状及其治理对策研究[J].低碳世界，2020，10（5）：33，35.

[3] 孙晓.基于多目标规划的水污染治理投资决策研究[D].黑龙江：哈尔滨工业大学，2011.