基于AHP的农村污水处理系统择优评价体系探讨

贺龙朝 王鑫

摘 要：在建设社会主义新农村和实现城镇化的过程中，农村污水处理问题日益突出。农村污水具有氮、磷浓度高，含有大量的细菌、病毒，污水流量小，污染源分布散，变化性大等特点。基于此，结合目前各污水处理工艺的特点，建立了一套工艺方案择优综合评价指标体系。为未来农村地区污水处理工艺的选择提供一定的参考。

关键词：农村污水 AHP体系 方案优选处理技术

中圖分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0027-03

我国是一个农业大国，目前全国有行政村60多万个、自然村250多万个，农村人口多达6.7亿[4]。其中，大部分的村庄都没有完善的排水设施和合理的农村污水处理系统。同时，农村生活污水又具有氮、磷浓度高，含有大量的细菌、病毒，污水流量小，污染源分布散，变化性大等特点[5]。据调查，现阶段城镇污水处理厂采用的技术和运行模式无法适合用于农村污水的处理。大量的工业废物、生活废物、农业面源排放废物等严重地污染了农村用水环境。农村污水的治理问题已经迫在眉睫。因此，迫切需要一套完整的、科学的综合评价指标体系来对现阶段各种污水处理工艺做出一个全面的、系统的评价，以便于针对不同的实际情况，都能选出一套“最优化”的方案应用于农村污水处理。此举对于推动社会主义新农村建设有非常重要的现实意义。

1 综合评价体系分析及AHP体系简介

随着人类社会的发展，污水处理工艺选择的目的不再是仅仅对污水进行处理净化，而是设计者对所处自然环境做出的可持续发展选择。使污水处理工艺不仅可以净化污水，而且可以更好地与自然和谐共存。污水处理工艺的选择涉及到其所在地域的地理气候、社会经济发展情况、历史文化，人文特征等多种因素，且诸多因素相互联系、相互影响。因此评定一个工艺选择的好坏，必须从系统论的观点出发进行综合评价，可以此来评定所选工艺的优劣程度。

AHP（The Analytic Hierarchy Process），即层次分析法，是美国T·L·Saaty教授于20世纪70年代首次提出的一种系统分析方法。其思路是：（1）建立模型：分析问题的性质，根据其希望达到的总目标，把问题层次化，将有关的各个因素按照不同特性由上往下分解成若干层次，逐级分解；（2）构造对比矩阵：对于率属于同一层的每个因素之间互相比较，比较尺度按1～9进行分配（专家给出或调研所得）。根据结果构造出对比矩阵。（3）计算权向量并作一致性检验。若一致性检验通过，归一后的特征向量作为权向量。否则重新构造对比矩阵。（4）计算组合权向量（最下层对目标）并作组合一致性检验。若检验通过，则可按此结果进行决策，否则更换模型，重复上述步骤再次进行。

本文结合我国国情以及采用技术的特点，尝试利用AHP模型构建了有关“农村污水处理工艺方案择优综合评价指标体系”，并且可以利用几种优良的综合评价计算方法及程序，在计算机上直观地得出某一被评价对象的优劣程度。便于设计者在综合考虑各种影响因素的情况下，更加准确地制定出适合当地污水处理的工艺方案。

2 基于AHP法的综合评价指标体系的建立

“优化设计”是指研究问题和寻求解决问题的最优方案，“最优”两字理解为在给定条件下得到尽可能满意的结果。农村污水处理工艺系统择优综合评价指标体系的AHP模型共分为四层，其层次结构模型的简化框图1所示。

2.1 总目标层

总目标层A：农村污水处理工艺方案择优综合评价指标体系。此评价体系从“技术--经济—环保”复合生态理念出发，结合我国的国情和可持续发展的战略目标，利用综合指标评价法对农村污水处理系统做出全面评价。

2.2 子目表层

子目标层B：包括三个子目标。三个子目标是在充分考虑“技术—经济—环保”和可持续发展的前提下提出的，目的在于通过综合评价影响农村污水处理的各种因素，选择出在农村现状下的最优化的污水处理系统。

B1技术可行性—— 作为一种污水处理系统，其技术可行性至关重要。必须以处理效果优异，操作管理方便为原则，同时也应兼顾系统的运行安全稳定性能和可移植推广性能。

B2经济节约性—— 在处理农村污水中，经济因素占有十分重要的影响地位。由于农村地区资金短缺，能源匮乏，管理不便等，因此，投资少，能耗低，运行费用低等具有经济节约性的指标在整个评价体系中占有很大的比重。

B3环保节能性—— 一般来说，农村地区都具有良好的生态环境，但资源能源相对匮乏。因此，农村污水处理工艺必须与当地的生态环境相协调，同时具有良好的能源再生利用能力。

2.3 准则层

准则层C共有7个评价准则如下。

C1实用性：实用性主要是指处理工艺系统的处理能力处理效果。其决定了处理工艺的适用范围和适应条件。实用性的优劣是评价一个处理工艺系统优劣的重要指标之一。

C2安全性：工艺系统的安全性决定了系统的稳定能力和服务寿命。这对农村污水处理影响深远。安全性高的系统，既可以减小出现处理事故几率，也可以避免频繁的维修和新建污水处理设施。

C3通用性：通用性是评价一种处理工艺系统推广应用到其他地方的评价指标。良好的通用性可以减少重复的设计工作，加快解决农村污水处理问题的速度。

C4建设费：建设费在农村污水处理投资中占有很大的比重。具有低基础设施建设费和高处理效果的处理工艺系统是解决农村资金短缺与污水亟待处理这一矛盾的有效途径之一。

C5运行费：污水处理系统的的运行费用高低，决定了处理工艺系统能否顺利、持久的运行下去。由于农村地区地广人稀，污水分布分散，这使得运行费用成为评价处理系统的重要指标之一。

C6自然环境：污水处理工艺对农村自然环境的影响也不容忽视，尤其是处理过程中产生的废水、废气、废渣对周围环境影响巨大。

C7人居环境：污水处理工艺应该具有良好的节能减排的能力。一方面可以变废为宝，为农村提供清洁再生能源；另一方面也应对农业生产产生积极的促就作用。

2.4 基本指标层

基本指标层D：该层是对准则层C的细化，共有21个评价指标。

D1：处理污水量是表征处理系统处理规模的参数指标。即在保证处理效果的前提下，处理系统内可以同时容纳并进行处理的污水量。

D2：出水水质达标率出水水质达标率是全年出水水质达标天数与全年总运行天数之比。这是对处理效果稳定性能的评价指标。

D3：有机负荷率有机负荷率即BOD-负荷率。这表示了单位时间（天）内处理系统可降解达标的有机污染物的量。这是评价处理系统对有机污染物处理能力和速率的重要指标。

D4：N、P去除率农村污水中含有大量的氮、磷污染物，而且氮、磷对土壤和水环境影响巨大。因此，处理工艺必须具有很强的脱氮除磷能力，

D5：工艺复杂程度工艺复杂程度包括工艺原理和工艺施工建设两方面的复杂程度。处理工艺系统的复杂程度越低，越有利于对其进行推广使用。

D6：工艺成熟程度处理工艺的成熟程度是指工艺的技术原理、运行经验的成熟性。对于越成熟的工艺，在推广过程中遇到的问题才越有可能得到解决。

D7：自动智能程度一个具有远程自动化控制的处理系统，在运行中会节省大量的运行费，从而更具有推广优势。

D8：模块定型程度具有模块化、定行化的处理系统更方便，也更容易大规模推广到其他地方建设使用。

D9：抗冲击能力处理工艺对突发性大流量、变水质污水的抵抗适应能力，决定了整个系统的安全性。应该尽量做到在突发性大流量、变水质情况下系统仍能较为稳定安全的运行。

D10：抗风险能力由于农村污水处理系统一般都处于室外。因此就要求处理系统应该对暴风、暴雨、暴雪、温度骤变等自然风险具有很强的抵抗适应能力。

D11：初期基础建设由于农村经济因素限制，处理系统的初期建设费用高低会直接影响到该系统能否在当地建立。因此基础建设费用低的处理系统会更受欢迎。

D12：仪器设备仪器设备成本对整个处理系统建设费的影响也不容忽视。优秀的系统应该没有或者很小的仪器设备成本。

D13：占用土地农村污水处理系统一般都会占用较大的土地面积。以“先劣地后良田”为原则，尽量减少占用土地，也是降低造价的有效途径之一。

D14：污水收集由于农村污水具有分散乱、难收集的特点。因此，合理优化农村污水的收集系统，提高污水收集能力，可以有效降低收集污水的成本。

D15：维护管理农村污水处理系统运行过程的维护管理，会消耗大量的人力资源和经济成本，努力提高系统的自动化和远程操作能力，可以大大降低维护管理费用。

D16：能源消耗农村的能源比较匮乏，使用能源的成本相对较高。少耗能或者不耗能的处理系统可以很大程度的节约能源，降低污水处理的经济成本。

D17：残余废物处理污水处理系统的残余物处理也会消耗大量的资金。减少残余物的产量，使用合适的残余物处理方法，可以有效的降低这部分的运行成本。

D18：废气影响污水处理过程中会产生一定的废气，这些废气对周围的居民、家禽、牲畜以及农作物都会产生不良影响。因此处理工艺系统必须控制废气的产生和排放，以尽量减少废气排放为目标。

D19：废液影响污水处理过程中产生的废液，一般都是具有高浓度污染物的污染液。如果不对其进行有效的处理，其通过土壤下渗，会对当地的土壤、地下水及农作物产生严重的污染。因此必须严格控制盒处理废液的产生和排放的过程。

D20：出水再利用一个优秀的污水处理工艺，其的处理出水应该符合一定的水质标准。通过利用处理出水进行农业灌溉、浇洒路面的方式进行再利用，既可以提高水资源的重复利用率，也可以达到节能建排的目的。

D21：能源再生在处理农村污水中污染物的同时，一般通过微生物作用会产生的一些能源，例如沼气。废渣肥料等。实现处理工艺的能源再生最大化，不仅可以节省能源，缓解农村能源紧缺的现状，而且可以美化人居环境，产生更大的经济效益。

3 结论

（1）本文针对农村污水处理工艺选择的问题，提出了一种基于AHP模型的农村污水处理系统择优评价体系。此法可考虑到农村污水处理过程中的各种因素，并将各因素分解至最基础的元素。可深入、充分、合理地进行方案优选。此法的关键在于权重的赋值，即各类因素之间相对重要性的判断，为保证数据的客观公正，建议倚重于专家的意见。

（2）在利用AHP模型构建了“农村污水处理系统择优评价体系”后，各种评价因素已明确地表示出来，構建了包含1个总目标层、3个子目标层、7个准则层、21个基本指标层的农村污水处理系统择优评价体系，在此体系的基础上，可通过采用实地调研或专家打分法就各指标层及准则层的影响因素大小进行权重赋值，形成定量化的与各层次有关的“判断矩阵”。经过层次但排序及一致性检验，得出不同污水处理工艺的综合评价得分，筛选出一套最符合当地实际状况的可行性污水处理方案。此法能够为技术选用提供决策性依据。

（3）此评价指标体系可在全国范围内使用。但由于我国幅员广阔，有行政村60多万个、自然村250多万个，在有限的经济技术条件下，无法对每个村落进行单独的权重赋值。在此，可通过“聚类分析”将全国所有村落就经济发展水平、管网铺设状况、离城镇距离、文化习俗等因素划分为几大类，对属于同一类的村落可使用相同的权重体系。在不耗费大量社会资源的前提下，达到农村污水处理工艺优选的目的。

参考文献

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