海口长流污水厂工艺方案多目标评价与选择

吴育华 (天津大学管理学院)
郑道英 吴庆雄(海口市污水处理公司)

　　一个城市污水处理的规划研究首先要涉及处理工艺方案选择，这将关系到污水处理厂处理的质量及运营效率。而如何科学地评价选择一个处理工艺方案，则要涉及到技术、经济、环境影响等多个因素。本文结合海口市长流污水处理厂实际规划工作，使用一种多目标决策技术——AHP方法，对该厂三种可行的工艺方案进行综合评价，为该厂选择合理方案提供科学依据。

1 处理工艺方案

　　海口市长流厂三面临海，故采用排海方式处理城市污水。经讨论研究，拟选用三个污水处理方案：?
　　方案一：沉淀法(一级处理)，工艺流程见图1。

　　这种方案工艺简单、造价较低、易于工程上马，但大量的污染物排入海域，会对海域的生态环境造成难以预料的影响。
　　方案二：生物吸附法(一级半处理)，工艺流程见图2。

　　这种方案工程费用不算太高，但比二级处理的效果差些。
　　方案三：二级处理，采用A/B法即吸附絮凝生物氧化法，工艺流程见图3。

　　此方案处理程度高，出水水质好，但运转复杂，工程及运行费用高。

2 多目标综合评估方法(AHP)

　　为了使方案选择科学化，采用层次分析法(AHP)对三个方案进行分析评判和选择。
　　AHP法是由美国著名数学家萨蒂教授在70年代提出的，该方法能把定性因素定量化，使评价更趋科学化。其主要思想是：首先根据问题的性质和要求达到的总目标，将问题按层次分解成不同因素，主要层次包括目标层、准则层、方案层。同一层次(或称同一水平)内各个不同因素的权重可以通过它们之间进行两两比较而得到。下一层次因素的重要程度，即要考虑本层次，又要考虑上一层次的权因子。因此，一般须计算组合权重并逐层计算下去，直到最后一层(一般是比较的各个方案)。由其相对重要性得知哪一个方案更重要。其主要内容如下：
　　① 明确问题，建立归递层次结构评价指标体系；
　　② 构造各层判断矩阵，计算单一准则下同层各元素单权重；
　　③ 计算各层元素的总权重(即合成权重)；
　　④ 一致性检验。

3 工艺方案评价指标体系

　　按照AHP法的要求，首先建立一个具有层次结构的评价指标体系，由目标层、准则层和方案层构成。选择污水处理工艺方案首先要考虑污水经处理后排入海洋是否造成污染，并力求处理费用低，这是总目标，用A表示。进一步细分，则应从工艺技术、经济投资、环境影响、运转管理、施工条件、排海污物量六个方面考虑，这一准则层指标用B_i表示(i=1,2,…，6)。对这些指标还可进一步细分，即工艺技术包括处理工艺和处理程度；经济投资包括工程投资和电耗，分别用C₁、C₂、C₃、C₄表示；排海污物量包括BOD和SS，用C₈、C₉表示；为了使C层平衡，将B₃、B₄、B₅下面分别再虚设一个准则层用C₅、C₆、C₇表示。方案层包括方案一、二、三，用H?i表示(i=1、2、3)。具体结构见图4。

4 工艺方案评价与选择

　　根据评价指标体系，对三个方案进行综合评价。并在作多目标定量分析前，先从定性的角度对这三个方案进行比较，以供定量分析时参考，其详细分析结果见表1。

表1 工艺方案比较 比较项目 方案一 方案二 方案三 工艺技术 工艺成熟，处理程度低 工艺成熟，处理程度50%左右，出水中等水平 工艺成熟，技术可靠，处理程度高，出水水质好，对N、P等有较高处理程度 经济投资 污水厂投资（亿元） 1.5 2.4 3.4 排海工程投资（亿元） 0.46 0.45 0.08 电耗（kw） 1.387 2600 5030 环境影响 由于出水水质差，虽能排入深海，但长期运转会对海域生态环境产生难以预计的影响 深海排放，可以达到预期的环境目标，预期运转不正常时不会对环境千万大的影响。因此，如需要也易于发行为二级处理工艺 处理程度高，出水水质好，但由于近海排放，著运转不正常会对海岸千万较大污染。 运转管理 简单 简单 运转复杂，要求较高的运转管理水平 施工条件 污水厂施工条件好；排海管在水下施工，施工条件差，对施工条件要求高 污水厂施工条件好；排海管在水下施工，施工条件差，对施工条件要求高 全部工程均在陆地施工，条件好 排海污物量 BOD（t/d) 47.6 22.4 2.3 SS(t/d) 28 22.4 2.3

　　① 根据AHP方法步骤，由专家对B层各元素进行两两比较，确定其判断矩阵。

A-B B1 B2 B3 B4 B5 B6 B1 1 1/3 1/3 3 3 3 B2 3 1 1 5 5 5 B3 3 1 1 5 5 5 B4 1/3 1/5 1/5 1 1 1 B5 1/3 1/5 1/5 1 1 1 B6 1/3 1/5 1/5 1 1 1

　　并进一步用方根法求得这一层次6个元素之权重及最大特征值并通过一致性检验。
　　WB=（0.1495,0.3343,0.3343,0.0606,0.0606,0.0606
　　

　　② 进一步对C层各元素相对每一B_k元素进行两两比较，建立各自判断矩阵并求出其单权重，然后按公式聚合求得C层各元素之总权重并通过一致性检验，其过程见表2。

表2 C层元素总权重 B层权重 B₁ 0.1495 B₂ 0.3343 　B₃ 0.3343 B₄ 0.0606 B₅ 0.0606 B₆ 0.0606 总权重 C₁ 0。25 0 0 0 0 0 0.0374 C₂ 0。75 0 0 0 0 0 0.1121 C₃ 0 0.75 0 0 0 0 0.2507 C₄ 0 0.25 0 0 0 0 0.0836 C₅ 0 0 1 0 0 0 0.3343 C₆ 0 0 0 1 0 0 0.0606 C₇ 0 0 0 0 1 0 0.0606 C₈ 0 0 0 0 0.5 0 0.0303 C₉ 0 0 0 0 0 0.5 0.0303

　　③ 对方案层三个元素重复上述过程，即相对于C层每个指标，对三个方案进行两两比较，建立判断矩阵，求出其单权重向量，结合C层权重聚合得三个方案之相对重复性——总权重排序，其过程见表3。

表3 总权重排序 C层权重 方案H₁ 方案H₂ 方案H₃ C1 0.0374 0.2 0.2 0.6 C2 0.1121 0.1047 0.2583 0.637 C3 0.2507 0.6909 0.2176 0.0915 C4 0.0836 0.6491 0.279 0.0179 C5 0.3343 0.01047 0.637 0.2583 C6 0.0606 0.4545 0.4545 0.091 C7 0.0606 0.2 0.2 0.6 C8 0.0303 0.1047 0.2583 0.637 C9 0.0303 0.1061 0.1929 0.707 总排序 0.246 0.381 0.373

　　对于H层总排序进行一致性检验，RI=0.58、CR=0.032<0.1。由此得长流厂三个工艺方案评价排序，见表4。
　　方案二的权重最大，故长流厂污水处理工艺采用生物吸附法，这种方法可以达到环境目标，又保留了二级处理的可能性，将来如有更高的环境要求，在经济许可条件下，可以完善为二级处理。所以，无论是定性分析还是定量分析，方案二都是最理想的。

表4 工艺方案评价排序 排序 1 2 3 方案 一 二 三 权重 0.381 0.373 0.246

5 结论

　　长流厂的工艺方案根据AHP的分析选择方案二，即采用生物吸附法、污泥厌氧消化的工艺方案。按城市规划，长流厂位于新海附近拟建油气码头岸线北侧。对可供排放该污水厂出水的海域水文水质状况、海水密度、海域余流进行分析，认为采用深海排放方案较佳。选择排海管位置应根据工程地质勘察情况采用不同的施工方案，如岩石裸露，则可采取海底爆破形成管槽，然后直接拖管埋设的方案；如工程地质条件极为不好，则采用沿油气码头布置排海管方案。

参考文献

　　1 高拯民.城市污水土地处理利用手册.中国标准出版社，1991
　　2 王富康.工业废水和城市污水处理经济手册.清华出版社，1992
　　3 陈挺.决策分析.科学出版社，1989
　　4 Satty T L.The Analytic Hierarchy Process: Planning, Priority Setting, Resource Allocation. New York: McGraw-Hill,1980

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　　作者通讯处：300072 天津大学管理学院
　　(收稿日期 1998-10-13)