城鎮(zhèn)污水處理工藝優(yōu)選決策模型研究.pdf

1、污水處理是涉及技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會(huì)諸因素的復(fù)雜過(guò)程。在污水處理工藝優(yōu)選決策過(guò)程中，采用成本效益分析等單目標(biāo)決策方法有失偏頗。然而，目前污水處理工藝多目標(biāo)決策模型存在著決策指標(biāo)體系差別較大、決策指標(biāo)的量化手段過(guò)于主觀、決策指標(biāo)權(quán)值求解運(yùn)算過(guò)程穩(wěn)定性差以及決策模型沒(méi)有充分體現(xiàn)污水處理工藝優(yōu)選決策過(guò)程的數(shù)學(xué)特性等問(wèn)題，致使尚沒(méi)有被普遍接受的工藝優(yōu)選決策模型。
　　該文是建設(shè)部荷蘭贈(zèng)款項(xiàng)目《中國(guó)西部小城鎮(zhèn)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)指南》編制課題（

2、項(xiàng)目編號(hào)：MOC-NGGP-2003-3）的部分研究?jī)?nèi)容，著重研究在備選工藝確定的條件下如何系統(tǒng)、全面、客觀與科學(xué)地對(duì)城鎮(zhèn)污水處理工藝進(jìn)行優(yōu)選決策。包括城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施適宜工藝的探討、可持續(xù)污水處理工藝決策指標(biāo)體系及其量化方法的研究、污水處理工藝決策指標(biāo)權(quán)值確定方法的研究、污水處理工藝決策模型的研究以及備選工藝決策指標(biāo)靈敏度分析的探討5個(gè)方面。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　①實(shí)地調(diào)研與文獻(xiàn)調(diào)研表明，我國(guó)規(guī)劃建設(shè)的西部城鎮(zhèn)的污水處理量在5

3、×104m3/d以下，多在（0.2~2.0）×104m3/d范圍內(nèi)，大部分西部城鎮(zhèn)污水為典型生活污水。對(duì)于我國(guó)小城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施，推薦采用SBR系列、氧化溝系列、以及生物濾池系統(tǒng)，土地資源比較豐富的城鎮(zhèn)可采用自然凈化系統(tǒng)。
　?、诜謩e剖析了以費(fèi)用最小與“綠色性”作為污水處理工藝優(yōu)選決策目標(biāo)存在的不足，認(rèn)為用可持續(xù)性作為污水處理工藝優(yōu)選決策目標(biāo)更符合污水處理工藝的發(fā)展方向。借鑒以往研究者的研究成果，提出污水處理工藝的可持續(xù)性包括技術(shù)

4、可持續(xù)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)、環(huán)境可持續(xù)與社會(huì)可持續(xù)四個(gè)方面。
　　根據(jù)我國(guó)有關(guān)基礎(chǔ)研究缺乏的現(xiàn)狀，從技術(shù)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)四個(gè)方面構(gòu)建了客觀、全面且操作性較強(qiáng)的可持續(xù)決策指標(biāo)體系，并確定了決策指標(biāo)的量化方法。該體系包括技術(shù)、能量利用率、間接能耗、占地、年費(fèi)用、運(yùn)行管理難易程度與對(duì)操作者文化水平要求七個(gè)決策指標(biāo)。應(yīng)用研究表明，污水處理工藝可持續(xù)決策指標(biāo)較傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)更全面，指標(biāo)的量化方法可操作性較強(qiáng)。
　　③創(chuàng)建了基于模糊聚類(lèi)的改

5、進(jìn)遺傳算法（FMGA）來(lái)確定決策指標(biāo)的權(quán)值。較常規(guī)權(quán)值求解方法，F(xiàn)MGA不僅能最大程度的保留判斷者的原始決策信息，在一定范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)整判斷矩陣的一致性，而且能穩(wěn)定、快速且有效地求得決策指標(biāo)權(quán)值。
　　通過(guò)大量數(shù)值仿真試驗(yàn)對(duì)FMGA的5個(gè)控制參數(shù)的取值范圍進(jìn)行了探討。仿真試驗(yàn)表明：變量 mx二進(jìn)制編碼的長(zhǎng)度l由解變量的取值范圍與精度要求共同確定；群體規(guī)模N宜等于或大于300，A為5％N~30%N；采用聚類(lèi)水平l將種群盡量劃分為個(gè)體數(shù)

6、目相等的兩類(lèi)；變異概率O p=m1(L)。N
　　為驗(yàn)證FMGA性能，利用Delphi語(yǔ)言仿真算法，將FMGA與基本遺傳算法（簡(jiǎn)稱(chēng)CGA）進(jìn)行對(duì)比研究。結(jié)果表明，F(xiàn)MGA較CGA更能有效克服早熟收斂，能在較短時(shí)間內(nèi)逼近全局最優(yōu)解；運(yùn)算結(jié)果較CGA提高4個(gè)數(shù)量級(jí)，且運(yùn)算過(guò)程不存在震蕩現(xiàn)象。
　?、芡ㄟ^(guò)發(fā)放調(diào)查表獲得專(zhuān)家原始判斷矩陣；采用FMGA計(jì)算得到三峽庫(kù)區(qū)城鎮(zhèn)污水處理工藝優(yōu)選決策指標(biāo)權(quán)值，其重要性排序?yàn)椋航?jīng)濟(jì)（0.2365

7、）>技術(shù)（0.2094）>物耗（0.1640）>O&M難易程度（0.1544）>文化水平要求（0.1383）>能耗（0.1014）。該結(jié)果表明，在當(dāng)前情況下經(jīng)濟(jì)與技術(shù)為三峽庫(kù)區(qū)污水處理工藝優(yōu)選決策中最重要的指標(biāo)。
　?、莞鶕?jù)城鎮(zhèn)污水處理工藝優(yōu)選決策的模糊性、灰色性與決策指標(biāo)間相互補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)特征，將半梯形分布的隸屬函數(shù)與灰色關(guān)聯(lián)法相結(jié)合，創(chuàng)建了模糊—灰色關(guān)聯(lián)法，并將其用于構(gòu)建城鎮(zhèn)污水處理工藝優(yōu)選決策模型。模糊—灰色關(guān)聯(lián)法能充分體現(xiàn)污

8、水處理工藝優(yōu)選決策過(guò)程的數(shù)學(xué)特征。將模糊-灰色關(guān)聯(lián)法與灰色關(guān)聯(lián)法、模糊數(shù)學(xué)法與逼近理想解法進(jìn)行比較研究，結(jié)果表明，模糊-灰色關(guān)聯(lián)法的決策結(jié)果更為科學(xué)合理，且運(yùn)算過(guò)程簡(jiǎn)潔，運(yùn)算量小。
　　⑥推導(dǎo)得出了模糊-灰色關(guān)聯(lián)法靈敏度分析的結(jié)論，包括備選方案排序不變與排序改變兩種情況下，決策指標(biāo)值的允許變動(dòng)范圍。該方法的靈敏度分析能為研究人員、設(shè)計(jì)人員、污水處理廠運(yùn)行與管理人員提供改進(jìn)或改善污水處理工藝的參考信息。
　?、哚槍?duì)三峽庫(kù)區(qū)某設(shè)

9、計(jì)處理規(guī)模為4000m3/d的城鎮(zhèn)污水處理廠，按 SBR、BAF與Orbal氧化溝3種備選工藝進(jìn)行了決策分析。決策結(jié)果表明，BAF工藝最優(yōu)，SBR工藝次之，Orbal氧化溝工藝相對(duì)較劣。靈敏度分析表明，對(duì)西部小城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施（設(shè)計(jì)處理規(guī)模為4000m3/d左右），BAF工藝與SBR工藝明顯優(yōu)于Orbal氧化溝。對(duì)于西部小城鎮(zhèn)污水處理廠，重視運(yùn)行中的節(jié)能減耗工作，并提高處理廠職工的操作與運(yùn)行水平，可使污水處理過(guò)程更符合可持續(xù)的發(fā)展要求。