某沿海城镇污水处理方案研究

0 引言

某沿海城镇之前一直将生活污水就近排海，对近海造成污染,为改善近海海域水体环境,现研究镇上污水处理达标后,就近排海。本小镇为海边小镇,土地紧缺,无法应用氧化塘和人工湿地来处理污水，本章对污水厂的规模确定及工艺选择进行研究。

一、污水厂规模的确定

1.镇区污水量预测

本次用水量的预测直接采用人均综合用水量法。根据《某城镇总体规划》(2020),规划人口预测:城镇近期(2025年)3.2万人,远期(2030 年)5.6 万人

      根据某沿海城镇所处的区域及城镇的规模，参照《某省城市用水量标准》(DBJ/T13-127-2010)和《镇规划标准》GB-50188-2007)中规定的人均综合用水量定额进行选用。城镇规划用水量预测,近、远期人均综合用水量指标300(1/cap·d),近期用水量:0.96(万 md),远期用水量1.68(万 m/d)。该区域内污水综合排放系数为0.8，给水日变化系数近期取为 1.60。参照《某省城市污水、生活垃圾处理产业化发展规划》并结合镇区的实际情况，确定近、远期污水收集及处理率分别为50%和 100%。根据上述镇区远期最高日用水总量,预测某沿海城镇污水量:近期污水量:0.240(万 m/d)远期污水量:0.840(万 md)。

2.污水厂规模确定

 规模为 2500m/d,远期总规模为 8500md,尾水排海。

二、某沿海城镇污水处理方案技术分析

现就最常应用于小城镇污水处理工艺做以下分析介绍。现将各工艺优缺点分析如下。见表 1。

 

三、某沿海城镇污水处理可选方案经济分析

以2500吨/天作为以上四种工艺的处理规模,用以上四种工艺设计污水厂，然后进行综合效益的比较。

1.出水水质

污水处理厂尾水排海，按照国家规定，需要达到一级A 的标准。

2.四种工艺污水处理厂方案经济分析

工程规模为 2500(吨/天),污水厂四种工艺(含征地)投资估算2,氧化沟:674.8万元,ALB:366.12万元,SBR503.8万元,生物接触氧化:477.3 万元。

3.四种污水处理工艺的污水厂运行费用

污水厂四种工艺电耗分别为,氧化沟:0.717(度/方)，ALB:0.621(度/方),SBR:0.618(度/方)，生物接触氧化0.643(度/方)

四种工艺药耗分别为，氧化沟:9.68(万元/年)，ALB6.75,SBR:13.51(万元/年),生物接触氧化:10.76(万元/年).

四、基于层次分析法的四种工艺污水处理厂方案优选

1.层次分析法(AHP)定义

层次分析法是将难以一下判断出来的复杂的多选择的问题按提供的选择分解成几个目标，再将这几个目标分解为几个层次，用数字尺度衡量定性的指标的重要度，通过科学的计算,进行单排序进而总排序来排列这几个方案的优劣顺序。

2.层次分析分析步骤

（1）层次分析法步骤

系统→要素→层次→矩阵→权重

构造对比矩阵

AHP 要根据每个层次的重要性,给出合理的判断,并用数值表示,进而构造判断矩阵。以上一层次因素 A.作为基准层,元素B?B?,B?,B4…,Bn是从属 A 的下一层。以准则 A. 判断下一层 B?B?,B?,B4…,Bn的重要关系，并赋值表示重要性,1~9 的数值标准关系见表 2.

 

（2）层次分析法基本一致性检验

由判断矩阵 A，解|入E-A=0，从此式中得到矩阵 A的最大特征值 入……，然后进行矩阵 A的基本一致性检验,检验指标为:C.I=(λ…-n)/(n-1),其中n为矩阵阶数。另外引入了一致性比例 CR,即 C.R=C.I/R.I,R.I为随机一致性指标,具体数值见表3。对于一致性比例,一般在C.R=0 时,可以称 A 是完全一致性矩阵;C.R<0.1时,认为A 是满意一致性矩阵;当 C.R>0.1 时,称A不具有一致性。R.I值见表3.

3. 不同污水处理工艺优选

（1）  污水厂方案层次结构模型

      对方案进行优选前，应先对污水处理工艺的影响因素进行分析,根据因素的从属关系进行划分，层次划分如图1 所示。

该方案目的是从四种不同污水处理工艺方案中选出最优方案。四种方案为:氧化沟工艺S,ALB 工艺 S,SBR工艺S,,生物接触氧化工艺S。确定指标层为工程造价、电耗、药耗、技术先进性和成熟性等九个指标,用这些指标来判断综合效益,由此判断最佳工艺。

（2） 中间层与措施层影响因素赋值

中间层的判断矩阵见表 4,措施层的见表 5~表 7。表中数据是通过文献查阅、分析计算得来,对表中矩阵要进行基本一致性检验。

①由矩阵 U-A，|λE-A|=0，可解得 入…=3.086,C.I=(λ-n)/(n-1)=0.043,n为3,可得R.I=0.58,即

 C.R=C.IRI=0.043/0.58=0.074<0.1,矩阵 U-A 达到了一致性要求。

②由矩阵 A-B，|λE-A|=0，可解得 入=3.007,C.I=(λ…-n)/(n-1)=0.004,n为3,可得 R.I=0.58,即 C.R=C.I/RI=0.004/0.58=0.006<0.1,矩阵 A-B 达到了一致性要求。

 

③由矩阵 A-B，|λE-A|=0，可解得 入.=3.086,C.I(λ.-n)/(n-1)=0.043,n为3,可得 R.I=0.58,即 C.R=C.I/RI=0.043/0.58=0.074<0.1,矩阵 A2-B 达到了一致性要求。

④由矩阵 A;-B，|λE-A|=0，可解得 入=3.040,C.I=(λ-n)/(n-1)=0.020,n为3,可得R.I=0.58,即 C.R=C.I/RI=0.020/0.58=0.034<0.1.矩阵 A:-B 达到了一致性要求,

（3）各层个体评价判断指标

①定量判断。

工程投资:规模 2500 吨/天的污水厂主要构筑物投资:氧化沟为674.87万元、ALB为366.12 万元、SBR 为503.8 万元、生物接触氧化为 477.3 万元。将各指标进行归一化处理:

      u?(B?)=(674.87-674.87)/(674.87-366.12)=0

      u?(B?)=(674.87-366.12)(674.87-366.12)=1

      u?(B?)=(674.87-503.8)/(674.87-366.12)=0.554

      u4(B?)=(674.87-477.3)/(674.87-366.12)=0.640

电耗:氧化沟为 0.717 度/吨、ALB 为 0.621 度/吨、SBR为 0.618 度/吨、生物接触氧化为 0.643 度/吨。将各指标进行归一化处理:

u?(B?)=(0.717-0.717)/(0.717-0.618)=0

u?(B?)=(0.717-0.621)/(0.717-0.618)=0.969

u?(B?)=(0.717-0.618)/(0.717-0.618)=1

u4(B?)=(0.717-0.643)/(0.717-0.618)=0.747

药耗:氧化沟为 9.68 万元/年、ALB 为 6.75 万元/年,SBR 为 13.51 万元/年、生物接触氧化为 10.76 万元/年。将各指标进行归一化处理:

u?(B?)=(13.51-9.68)(13.51-6.75)=0.567

u?(B?)=(13.51-6.75)/(13.51-6.75)=1

u?(B?)=(13.51-13.51)/(13.51-6.75)=0

      u4(B?)=(13.51-10.76)/(13.51-6.75)=0.407

②定性指标的判断标准如表8所示

      根据表8,对四种工艺进行了评价,结果如表9所示.

 

（4）工艺综合优选排序

①方案层的单排序.

因此污水厂工艺层次总排序的综合权重:氧化沟工艺为 0.252、AB 气提一体式工艺为0.856、SBR 工艺为0.622、生物接触氧化法工艺为 0.608。故污水处理工艺的综合效益由高到低排序为:ALB 气提一体式工艺>生物接触氧化法工艺>SBR 工艺>氧化沟工艺，即 ALB 气提一体式综合效益最好,由此确定某沿海城镇污水处理厂的工艺选择 ALB 气提一体化脱氮除磷工艺。

五、结论

①沿海城镇污水厂近期规模为 2500 吨/天;在污水处理厂处理,尾水排海。

②污水厂工艺选择时,ALB 气提一体式、氧化沟、SBR、生物接触氧化四种工艺,从技术、工程投资估算、电耗、药耗等进行研究,当污水厂规模是 2500 吨/天时,四种污水处理工艺建厂投资由少到多排序为 ALB 气提一体式工艺、生物接触氧化法工艺、SBR 工艺、氧化沟工艺。

③应用层次分析法,对这四种污水处理工艺从综合效益优劣方面排序,结论为:城镇污水处理厂日处理 2500 吨时污水处理工艺的综合效益由高到低排序为:ALB气提一体式工艺>生物接触氧化法工艺>SBR 工艺>氧化沟工艺。