模糊综合评判法确定城市污水处理工艺

黄绍娃，胡志光
(华北电力大学 环境工程学院，河北 保定 071003)

　　摘要：用模糊综合评判法对城市污水处理工艺进行评判。选择技术、经济、环境三类综合因素构成模糊评判的因素集，在确定各项综合评判因素具体评判指标隶属函数的基础上，进行多级模糊评判。评判结果认为：常规活性污泥法从综合因素考虑为城市污水处理最优选用工艺。
　　关键词：城市污水处理；工艺选择；模糊综合评判
　　中图分类号：X505　　 文献标识码：A　　 文章编号：1009—2455(2004)04—0012—03

Determination of Municipal Sewage Treatment Process Based on Comprehensive Fuzzy Evaluation

HUANG Shao-wa，HU Zhi-guang
(North China Electric Power University,Baoding, 071003 China)

　　Abstract：Processes for municipal sewage treatment were evaluated based on comprehensive fuzzy evaluation．With technical，economical and environmental comprehensive factors selected as the factor aggregate for fuzzy evaluation，multiple-stage fuzzy evaluation was carried out based on determination of the subordinate functions of specific evaluation indicators for various evaluation factors．The conclusion of the evaluation is that in consideration of comprehensive factors the conventional activated sludge process is the optimal process to be selected for municipal sewage treatment．
　　Key words：municipal sewage treatment；selection of process；comprehensive fuzzy evaluation

　　污水处理工艺选择是多学科综合运用的决策过程，应根据设计进出水水质、处理规模、污泥处置以及城市经济状况和管理水平等综合因素进行确定。在保证出水水质达标的前提下，为选择最佳工艺流程，决策者应对所有可行性研究所选工艺的经济合理性、技术可行性、实施可能性等多方面进行比选、类比分析和评价。由于决策者的自身因素，其决定往往不可避免地带有一定主观性。本文提出模糊综合评判法，利用这种评估方法，可以有效地改变目前决策过程中的主观性和不确定性，使城市污水处理工艺的选择有章可循。

1 模糊综合评判法

　　在生产实践中，需要进行决策的问题分为确定性与不确定性两类，而模糊不确定性是由于排中律存在破缺引起中间状态的存在，继而引起的不确定性^[1]。城市污水处理工艺的选择是定性与定量、确定性与不确定性同时存在的复杂决策问题。模糊综合评判法恰好具有对这两者相结合问题进行决策的优点。它把定性与定量因素结合起来，全部转化为定量数据进行量化，从而得到理性、客观的评判结果。
　　模糊综合评判法的基本步骤大体可分为五步：确定因素集、确定评语集、单因素评判、确定权重、进行综合评判。若评判对象的有关因素很多，难于真实地反映各因素在整体中的地位，难于合理确定权数分配，需采取多级评判^[2]。城市污水处理工艺的选择要考虑技术、经济等一系列问题，所以本文采用多级模糊评判法。
　　所谓多级综合评判就是把因素集按照其性质的不同划分为K类，对每一类进行初级单因素综合评判。然后，将其评判结果看成是另一个单因素评判，而这K类因素每一类看成一个单因素并赋予权重，进行二级综合评判^[3]。

2 城市污水处理工艺的评判

2.1 参评方法
　　污水水质控制的基本方法主要有物理方法、化学方法和生物化学方法三大类。而生化法又主要有活性污泥法和生物膜法两大类。由于活性污泥法具有工艺成熟、吸附凝聚和氧化分解能力强、易于管理等特点，已成为目前应用最广泛的有机污染废水处理方法。
本文选取6种对于城市污水处理可行的活性污泥处理工艺进行综合评判，分别是：
　　①常规活性污泥法；
　　②前置反硝化生物脱氮(A／O)工艺；
　　③厌氧、缺氧／好氧(A²／O)的生物脱氮除磷工艺；
　　④鼓风曝气氧化沟工艺；
　　⑤CAST工艺；
　　⑥AB两段活性污泥法。
2.2 评判因素
　　为使评判结果更为客观全面，确定综合评判所要考虑的评判因素，主要分为技术、经济、环境三个大方向^[4]。因素集如下：
　　U={u₁，u₂，u₃}={技术因素，经济因素，环境因素};
　　U₁={ u₁₁, u₁₂, u_13, u₁₄}={占地面积，管理维护及运行难易程度，操作控制难易程度，对污水水量水质的适应性}
　　U2={ u₂₁，u₂₂，u₂₃}={单方造价，运行费用，能耗(主要指电耗)}
　　环境因素主要指污水处理工艺的设计处理效果和出水排放对环境的影响程度，即对环境的总体贡献和总体污染两者的综合效果。为了进行定量分析，本文以BOD，COD，SS三者的去除率来衡量。
　　U3={ u₃₁，u₃₂，u₃₃}={BOD去除率，COD去除率，SS去除率}。

3 城市污水处理工艺模糊综合评判

　　确定了参评成员及评判因素，即可按照多级综合评判步骤进行评判。本文采取二级综合评判。
3.1 确定隶属函数
　　确定隶属函数，是为了确定单因素评判矩阵。对应不同的实际问题，隶属函数有不同的确定方法。本文所考虑的具体因素都具有线性规律，所以采用三分法来确定其隶属函数。具体方法是通过查阅大量的实际工程资料，专家评议等方法，确定所考虑因素的极值，然后用线性函数来表示。
3.1.1 技术因素
　　①占地面积。污水占地面积的单位为m²／m³。其隶属函数为：
　　
　　②管理维护及运行的难易程度。将管理维护及运行的难易程度分为表1所示的5个级别。 其隶属函数为：
μu₁₂(x)=(5-x)/5, 0≤x≤5

表1 管理维护及运行难易程度分级

　　③操作控制难易程度。此项评判因素同表1所示分为5级。隶属函数为：μu₁₃(x)=(5-x)/5, 0≤x≤5
　　④对污水水量水质变化的适应性。此项可用污泥负荷Fw和容积负荷凡以及工艺适用范围三个因素来衡量确定。分为表2所示5个级别。
　　其隶属函数为：μu₁₄(x)=x/ 5，0≤x≤5

表2 对污水水量水质变化的适应性

3.1.2 经济因素
　　①单方造价。其单位为元／m³污水。取其约束条件为500 　　
　　②运行费用。其单位为元／m³污水。隶属函数表达式为：
　　
　　③能耗。污水处理工艺的能耗主要表现为电单位是(kW·h)／m³污水。隶属函数是：
　　
3.1.3 环境因素
　　此项评判因素的评判依据为BOD，COD，SS去除率三项。隶属函数为：
　　
3.2 确定权重集
3.2.1 技术、经济因素权重的确定
　　技术、经济因素的权重分配按排序法确定。最重要的分项排第一，依次排序，然后按所排顺序的倒数来确定其权重，并作归一化处理，求得每个分项的权重^[5]。
　　①技术因素权重集A₁=(0.12，0.48，0.24，0.16)；
　　②经济因素权重集A₂=(0.50，0.17，0.33)。
3.2.2 环境及二级评判三大类因素权重的确定
　　环境因素和二级评判三大类因素的权重分配由于其重要性差别不大，若按排序法分配，会造成太大差异，所以不选用此法。由专家评议，根据其重要性的不同，确定其权重如下：
　　①环境因素权重集为A₃=(0.35，0.35，0.3)；
　　②技术、经济、环境三类权重A=(0.3，0.35，0.35)。
3.3 综合评判
3.3.1 评判矩阵
　　由以上确定的隶属函数，并经过研究讨论，确定各因素的模糊值(如表3所示)，组成初级评判矩阵R1，R2，R3。
3.3.2 二级评判
　　根据各个初级评判结果得出总评判矩阵R，经归一化后，得最后的二级评判结果：
　　B= (0.179，0.157，0.150，0.173，0.170，0.171)。
3.3.3 结果
　　根据最大的隶属原则，由综合评判结果，得出常规活性污泥法从综合因素考虑为城市污水处理最优选用工艺。第二是鼓风曝气氧化沟工艺，CAST工艺和AB两段活性污泥法与位于第二位的鼓风曝气氧化沟工艺的优越性也相差不大。

表3 各个因素的隶属度

4 结论

　　①本文的权数集大部分是由排序法得到的，但是在实际工作中，可根据具体情况选择权数集。例如常规活性污泥法，是由于其操控、运行、管理维护比较容易，才在综合评判中取得最优地位。当实际工程中的控制条件比较先进时，可降低技术因素权重，而把重点放在另外两项的考虑上。做到具体问题具体分析。
　　②采用本文的评价方法，可为城市污水处理设计选择处理工艺时提供一个相对客观的参考依据，从而减少其主观人为因素，进一步推动污水设计的发展。

参考文献：
　　[1] 胡天觉，曾光明，黄国和，等．模糊综合评判法在城市生活垃圾综合处理方案评估和优选中的应用[J]．污染防治技术，2003，16(1)：7—11．
　　[2] 陈守煜．工程模糊集理论与应用[M]．北京：国防工业出版社，1998．
　　[3] 杨伦标，高英仪．模糊数学原理及应用[M]．北京：华南理工大学出版社，1998．
　　[4] 王书肖，郝吉明，陆永琪，等．火电厂烟气脱硫技术的模糊综合评价[J]．中国电力，2001，34(12)：58—61．
　　[5] 刘永淞．用模糊数学方法分析污水处理厂设计[J]．工业用水与废水，1995，26(3)：21—22．

作者简介：黄绍娃(1980)，女，天津人，华北电力大学(保定)环境工程学院在读硕士，电话(0312)2042882。