农业废水无害化处理工程技术集成及区域模式构建研究

沈丰菊 张克强 杨 鹏

(农业部环境保护科研监测所，天津 300191)

全国农村每年产生农业废水约90多亿t，而96%的村庄没有农业废水收集和处理设施，约3.2亿人用水存在安全隐患，这已成为制约农业可持续发展、农村生态环境和人民身体健康的重要因素;此外，农业废水还是影响农产品质量安全的主要因素之一。系统的研究农业废水处理工程技术集成及区域模式构建，对于缓解我国农村水资源紧缺、保护农村生产和生活环境、防控农业面源污染等具有重要的现实意义。

1 技术集成方法

1.1 技术集成的思路

单项技术的综合评价是技术集成和优化模式构建的基础。因此，在进行农业废水处理技术集成时，首先，对现有单项技术进行分类，从技术特性、优缺点、适应性等方面进行综合评价。本文依照农业废水各处理阶段对进行分类，即预处理技术(预处理阶段)、生物处理技术(初级处理阶段)、生态处理技术(深度处理阶段)。然后，结合农业废水处理工程实际调查情况和综合评价结果，筛选出适应性强、处理效果好、建设成本低、运行维护和操作管理简单方便的技术和工艺，根据不同区域自然气候条件、经济社会发展水平、农业生产结构和农民生活方式等差异，充分考虑农业废水的排放特点和水质特性，形成适宜的农业废水处理集成技术模式。

1.2 技术集成的依据

现阶段农业废水处理工程中，常见的预处理技术主要有过滤(如格栅、筛网等)和沉淀如(沉淀池、沉砂池、调节池等);生物处理技术主要分为生物厌氧(如PFR、UASB、ABR、SBR等)和生物好氧(如BAF、生物接触氧化池等);生态处理技术一般包括稳定塘(如厌氧塘、好氧塘、曝气塘、水生植物塘等)和土地处理系统(如人工湿地、土地渗滤等)。

农业废水处理工程的技术集成和优化需重点考虑以下因素:一是要满足达标处理或再生利用的需要。二是要经济适用。三是要操作简单，日常管理和维护方便。

1.3 技术集成结果

目前我国常用的农业废水处理工程集成技术模式主要有单一生物厌氧模式、单一生态处理模式、预处理+生态处理模式、预处理+生物厌氧模式、预处理+生物厌氧+生态处理模式、预处理+生物厌氧+生物好氧+生态处理模式(详见表1)。

2 集成技术评价方法

2.1 评价指标体系构建

2.1.1 指标选取原则

农业废水处理工程集成技术综合评价指标体系是度量农业废水处理技术和设备的先进性、有效性、可靠性、适用性、经济性、社会性等程度的参数，其影响因素层次众多，各指标间既有一定的独立性，又相互关联，如果某些指标发生了改变则可能直接导致评价结果的客观性和有效性。因此，农业废水处理工程集成技术综合评价指标体系的构建应遵循科学性原则、完备性原则、定性与定量相结合原则和可操作性原则，从众多影响因素中选择那些灵敏度高、可观测性强、便于度量、具有主导性、指标之间相互独立、相关性尽可能小的因素作为评价指标，且所有指标均可体现工程技术水平高低和运行状况的优劣，具有一定的普遍性。

2.1.2 指标选取方法

首先，建立评价指标预选集。通常定性分析是定量分析的前提，因此在选择指标之前，依据科学性原则，对农业废水处理工程集成技术综合评价的基本概念有所界定，选择相关指标构成预选指标集。定量分析就是对预选指标的数量特性进行分析，依据可操作性强的原则，从量的角度筛选出可观测性和可度量性较好的指标作为评价指标。

其次，对评价指标的贴近度进行分析。模糊数学将元素属于模集合的程度称之为隶属度。通常认为农业废水处理工程集成技术综合评价是一个模糊概念，可以将其评价指标体系当作一个模糊集合来处理，并采用最常用、最简便的专家咨询表的方法，对指标的重要性程度从“很重要”、“较重要”、“一般”、“较不重要”和“不重要”5个评语中选择1个，然后算出指标各个重要性程度评语占全部被咨询专家的百分比，即该指标分别对5个评语的隶属度。然后依据择近原则对指标的贴近度进行分析，可筛选出隶属度比较高、数量特性比较好的指标。

最后，分析归类结果，对于归类为“不重要”的预选指标可以去掉，剩余的预选指标即可作为本次的评价指标。

2.1.3 评价指标体系设计

指标体系是具有一定逻辑联系、具有一定的目的和功能的一组指标。通常一个比较理想的评价指标体系具有3个层次，即目标层、准则层、指标层。关于农业废水处理工程集成技术综合评价，共筛选出15项指标，分为技术指标、经济指标、社会环境指标和适应性指标。农业废水处理工程集成技术综合评价指标体系如表2所示。

2.2 评价方法

农业废水无害化处理工程集成技术综合评价选用层次分析法与模糊综合评价相结合的分析方法，利用简单明了的层次结构和定性指标模糊判断其优越性。主要过程如下:

第一，确定指标权重。采用1-9标度法(见表3)，对目标层下的准则层进行一一对比，构建准则层对比矩阵，然后针对集成技术进行准则层下的指标层的单项指标进行对比，构建技术对比矩阵。

表1 农业废水处理工程集成技术模式

表2 农业废水处理工程集成技术综合评价指标体系

表3 Satty相对重要性等级表

第二，一致性检验及权重计算。为了保证矩阵的可靠性及科学性，尽量降低个人主观性对评价结果造成的影响，选取多个专家进行打分，并分别进行一致性检验，然后综合对比结果，求取综合平均值，得出相应指标的平均权重(详见表2)。

第三，模糊综合评价。根据不同评价技术建立不同的因素集、权重集和评语集;根据准则层下的技术总排序结果，建立模糊评价表，并请专家针对排序结果给出排序，建立评判矩阵R;根据评价目标的对比矩阵算出的权重向量W以及评判矩阵R，计算隶属向量B，即B= W·R;将隶属向量B进行归一化处理得B*，将其与评语集V进行计算，即得综合评价结果G，G=B*·VT。

第四，集成技术得分计算。

集成技术得分计算应该是由标准化后的指标层计算出准则层得分，最后计算出目标层综合评价得分。具体如下:

准则层得分Al等于其所含指标层得分乘以其对应的权重

式中，WBj表示其所含指标层的权重;Bj为指标层得分。

总分E等于其所含准则层乘以其所对应的权重。

式中，WAl表示其所准则层的权重;Al为准则层得分。

2.3 评价结果

按照上述评价方法，采用专家打分法(5分制)对实地调查的26种农业废水处理集成技术模式进行综合评价，将最终的权重得分进行排序，排名前三位的为A类，排名4～6为的为B类，排名7～8为的为C类，排名9～10为的为D类(详见表4)。从评价结果来看，在农业废水处理工程设计和工艺选择时，应优先考虑“预处理+生物处理+生态处理”组合模式。该模式比较适用于农村生活污水集中式处理、畜禽养殖场废水处理，处理后的出水基本能够达到农田灌溉水质标准或污水达标排放标准。结合种植业、养殖业结构调整和合理布局，能够最大程度的实现农业废水无害化、减量化处理和资源化利用，有利于农业节水、节肥、节能和农民增收。

3 区域模式构建

根据不同区域人口密度、村镇数量、经济发展水平、居民生活方式和水平的差异，可以构建不同区域农业废水无害化处理工程模。

模式一:对于农村居民集中居住的村镇，以联户或村为单位的生活污水集中处理设施为主;养殖小区废水采用厌氧处理，再经过稳定塘或人工湿地处理后进行周围农田灌溉;集约化农田产生的农田径流水可采用生态拦截型沟渠、植物拦截带等技术处理。

模式二:对于丘陵山区、居住比较分散的村庄，以一家一户的分散养殖为主，生活污水水量少、水质不是很差，可采用家庭式小型人工湿地处理设施或生活污水净化沼气池处理后达标排放;养殖废水可采用户用沼气池进行处理，沼液还可用作肥料;对丘陵山地因降雨产生的径流水，可采用等高固氮植物篱拦截工程处理。

表4 26种农业废水处理工程集成技术综合评价排序

模式三:对于大城市周边城镇化水平比较高的村庄，生活污水可纳入城镇污水处理厂统一处理，居民可缴纳一定的费用，实现生活污水无害化;大城市周边的养殖场需建立养殖废水处理设施，对养殖废水无害化处理，采用预处理+生物厌氧+生物好氧+生态的三级处理工艺;集约化农田产生的径流水可采用生态拦截型沟渠、植物拦截带技术，实现农田径流氮磷减量化。

农业废水处理工程建设的组织模式主要有农户主导型、企业主导型、政府主导型。

4 小结

通过对我国部分地区农村生活污水、畜禽养殖场废水以及农田径流水等农业废水无害处处理工程的实地调研，了解当前主要的工艺类型和技术模式，并建立了一套农业废水处理工程集成技术综合评价指标体系，对对实地调查的26种农业废水处理集成技术模式进行综合评价、排序和归类。研究结果认为，“预处理+生物处理+生态处理”组合模式在农业废水处理方面具有一定的优越性，是农业和农村经济可持续发展的有效途径之一。

［1］肖勤.农村水环境污染现状及其治理对策［J］.畜牧与饲料科学，2009，30 (1):123-124.

［2］杨才杰，张清明，钱银芳，等.基于模糊层次分析法的农村饮水安全评价研究［J］.人民黄河，2011，33(3):44-48.