江苏沿海地区农村生活污水处理技术综合评价★

陈卉卉，贾 程

(盐城工学院土木学院，江苏 盐城 224051)

随着国家经济的快速发展和农村生活水平的提高，农民生活方式发生巨大变化，农村生活污水的排放逐年增多，污水的成分日益复杂，水环境污染日益严重。据住房和城乡建设部数据，截止到2017年，全国(港澳台未列入统计)共有村庄244.9万个，其中行政村53.3万个，常住人口约6.75亿人，年供水总量为12.6亿m3，但污水处理率仅为17.19%[1]。农村生活污水的治理问题受到广泛关注，国家和地方陆续制定了相关的整治方案，强化了污水处理设施建设，农村生活污水的处理率逐渐提高。由于农村污水来源多、波动大、有机物、氮磷浓度较高等特性[2]，进水水质、变化规律等与城市污水不同，不能直接使用城市生活污水处理模式和技术。此外，开展农村生活污水处理工作的时间不长，选择合适的农村生活污水处理技术还缺少工程经验。

江苏沿海地区地处江苏北部，包括连云港、盐城、南通三市所辖全部行政区域。近年来，江苏沿海地区建设了大量的农村生活污水处理设施，采用了不同的处理模式和多种生活污水处理技术，有A2O[3-4],AO[5],人工湿地[6],一体化处理单元[7],生物膜和AO+MBR等技术。对这些处理技术建立评价指标体系，筛选出适合江苏沿海地区经济、社会发展水平的技术稳定的污水处理技术是农村生活污水处理的关键。

层次分析法是一种定性分析与定量分析相结合的多准则决策方法[8]，将评价对象的影响因素分解为若干层次[9]，量化主观判断，逐层比较评价，得到一个既定量化又较符合实际的评价结果[10]。

本研究因地制宜地选择江苏沿海地区农村的污水处理模式，根据江苏沿海地区农村生活污水特点、自然地理条件和社会经济状况，应用层次分析法，从处理效果、资金要求、技术要求和环境要求四个方面建立综合评价指标体系，对江苏沿海地区农村的污水处理技术进行评价和筛选，以期为江苏沿海地区农村生活污水处理技术的筛选提供决策分析工具。

污水处理模式的选取应根据区域的经济社会发展状况，充分考虑人口分布和变化、区域位置地形等因素，因地制宜地选择。有直接纳管、相对集中处理和分散处理三种处理模式。城市近郊、人口密度较高的村庄，优先考虑纳入市政管网，由城镇污水处理厂统一处理；人口聚集度较高、污水量较大、经济发达的村庄，宜采用相对集中处理模式；对人口密度小、村落较分散、收集较困难的村庄，宜采用分散处理模式。明确了接入城镇污水管网统一处理优先、建设小型设施相对集中处理与分散处理3种模式相结合的技术路径[11]。

1 评价指标体系

1.1 评价指标体系构建

农村生活污水处理技术的选择，不仅要考虑技术的处理效果和资金的投入情况，还需要考虑技术对当地自然地理条件的适应性以及对当地环境的影响。其中，采用生命周期分析方法分析处理技术的资金投入情况，除了考虑管网和设计的建造投入，还综合考虑前期的规划设计和后期的运行维护费用等。因此，根据江苏沿海地区农村的实际情况，结合专家意见和相关文献，将处理效果、经济要求、技术要求和环境要求作为评价指标体系的准则层，建立江苏沿海地区农村生活污水处理技术性能生命周期综合评价指标体系，如表1所示。

表1 江苏沿海地区农村生活污水处理技术综合评价指标体系

其中，根据文献[12]，选择COD、总氮、总磷和氨氮四个常用水质指标的去除率作为对应处理效果准则层的指标层指标。用COD去除率表示降解有机物的性能，解决水体黑臭问题。用总氮去除率、总磷去除率和氨氮去除率表示技术去除氮磷的能力。经济要求准则层选择投资资金和运营费用两项指标。根据生命周期分析方法，投资资金包含前期的规划设计和征地费用和建设阶段的设备和管网的建设费用。运营费用包括后期的设备和管网的运行维护，以及项目执行产生的其他费用等[13]。投资资金和运营费用以每吨水的费用表示。技术要求准则层选择技术稳定性、运行管理难度和建造难度三项指标，其中技术稳定性指标主要考虑污水水质和水量变化对处理效果的影响。环境要求准则层包含占地面积、地形气候适应性和环境卫生影响三项指标，其中环境卫生影响指标主要包括污水处理过程中产生的污泥、气味、噪声等因素对环境和周围居民的影响。

1.2 指标权重确定

指标的权重大小对最终的评价结果有重要影响。根据Sauty提出的1～9标度法，采用专家打分法并参考相关文献，对准则层和指标层各元素相互比较构造判断矩阵，确定不同元素的重要性，求解判断矩阵的特征值和特征向量。准则层和指标层的判断矩阵A-B，B1-C，B2-C，B3-C，B4-C构建如下：

并用随机一致性比率公式CR=CI/RI进行一致性检验，若CR<0.1，说明判断矩阵有满意的一致性，否则需调整判断矩阵元素。计算得CRA-B=0.068 7，CRB1-C=0.022 4，CRB2-C=0.0，CRB3-C=0.046 2，CRB4-C=0.046 2，都小于0.1，满足一致性要求。并得到准则层B和指标层C的单层排序和层次总排序Wij，即指标权重，如表2所示。

表2 准则层B和指标层C的权重Wij

1.3 指标数据标准化

根据综合评价指标体系，选择江苏沿海农村常见的A2O,AO，人工湿地，生物接触氧化和一体化污水处理装置5种处理技术进行综合评价。由于指标层中包含定量指标和定性指标，且定量指标的各元素的单位也不同，为进行统一评价，需要一定方法对原始指标评价值和评判进行标准化处理。

1)定量指标。

对正向指标：COD去除率、总氮去除率、总磷去除率和氨氮去除率，采用式(1)计算。

yij=(xij-xijmin)/(xijmax-xijmin)

(1)

对负向指标：投资资金、运营费用，采用式(2)计算。

yij=(xijmax-xij)/(xijmax-xijmin)

(2)

其中，yij为指标标准评价值;xij为指标原始评价值;xijmax,xijmin分别为指标原始评价值的最大值和最小值。经标准化处理后，各定量指标的取值在0～1之间。如对COD去除率指标，5种处理技术A2O,AO，人工湿地，生物接触氧化和一体化污水处理装置的原始评价值分别为90%,77%,50%,85%,89%，则由式(1)得转换公式yij=(xij-0.5)/(0.9-0.5)，将上述5种技术该指标的原始评价值分别代入，得COD去除率指标的标准评价值为1.000 0,0.675 0,0.000 0,0.875 0,0.975 0。

2)定性指标。

对技术稳定性，将其分为5个级别，差、较差、一般、较好、好，每个级别对应的评价值分别为0.2,0.4,0.6,0.8,1；对运行管理难度和建造难度两项指标，将其分为5个级别，难、较难、一般、较易、易，每个级别对应的评价值分别为0.2,0.4,0.6,0.8,1；对占地面积，将其分为5个级别，大、较大、一般、较小、小，每个级别对应的评价值分别为0.2,0.4,0.6,0.8,1；对地形气候适应性，将其分为5个级别，弱、较弱、一般、较强、强，每个级别对应的评价值分别为0.2,0.4,0.6,0.8,1；对环境卫生影响，将其分为5个级别，大、较大、一般、较小、小，每个级别对应的评价值分别为0.2,0.4,0.6,0.8,1。

1.4 评价结果计算

根据各指标的标准评价值yij和权重Wij，由式(3)综合加权，得各项技术的综合评价得分ST。

(3)

2 处理技术评价

对江苏沿海农村常见的A2O,AO，人工湿地，生物接触氧化和一体化污水处理装置5种处理技术分别评价打分，并标准化。再由式(3)计算得到5种处理技术的综合评价分值，见表3。由表3可知，A2O处理技术的综合得分最高为0.784 0。

表3 5种技术的综合评价分值

3 结语

本文因地制宜地选择江苏沿海地区农村的污水处理模式。基于生命周期分析方法，从处理效果、经济要求、技术要求和环境要求四个方面，建立了包含1个目标、4个准则 和12项指标的江苏沿海地区农村生活污水处理技术综合评价体系。用层次分析法确定了各层次元素的权重，并且为便于统一评价，将定量和定性指标的评价值和评判标准化。最后，由标准化分值和权重得到五种江苏沿海农村常见污水处理技术的综合评价分值。可以得出，A2O处理技术比较适合江苏沿海地区农村生活污水处理。基于层次分析法的江苏沿海地区农村生活污水处理技术综合评价体系系统考虑了污水处理技术的主要因素，能够为江苏沿海地区农村生活污水处理技术的筛选提供决策分析工具。