密切值法在河南省污泥处置厂布局规划中的应用.pdf

密切值法在河南省污泥处置厂布局规划中的应用 梁亦欣 1， 2 荣绍辉 1， 2 1． 郑州大学环境政策规划评价研究中心，郑州 450002; 2． 郑州大学环境技术咨询工程公司，郑州 450002 摘要 采用密切值法进行多目标决策优选， 选取污泥处置需求、 交通运输条件、 人均 GDP 等 9 项影响污泥处置厂布局 的指标， 以其极端情况组成最优和最劣样本， 结合层次分析法赋予的指标权重， 计算可综合反映与最好和最差样本距 离的综合参数-密切值， 并根据密切值的大小对河南省 18 个省辖市布局污泥处置厂的适宜性进行排序分析， 依据分析 结果初步确定了河南省污泥处置厂的布局方案， 并运用规模效益函数对方案的经济性进行了分析。 关键词 密切值法;污泥处置厂;布局方案;河南省 APPLICATION OF THE OSCULATING VALUE TO LAYOUT PLANNING OF SLUDGE DISPOSAL PLANTS IN HENAN PROVINCE Liang Yixin1， 2Rong Shaohui1， 2 1． Research Center for Environmental policy ＆ Planning Assessment of Zhengzhou University，Zhengzhou 450002，China; 2． Environmental Technique Consultation Engineering Company of Zhengzhou University，Zhengzhou 450002，China AbstractOsculating value was used for multi-objective decision optimization，it was selected that nine indicators affecting the layout such as sludge disposal needs，transportation condition，GDP per capita etc． combined optimal and worst samples with its extreme ，then combining with the index weight， it was calculated the comprehensive parameter-osculating value which reflected the distance from the best and worst of sample． According to the result，the suitability of 18 municipality for layout of sludge disposal plants was sorted and analysed． On the basis of the result， the layout scheme of sludge disposal plants in Henan Province was determined preliminarily． Keywordsosculating value ; sludge disposal plant; layout planning;Henan Province 0引言 随着河南省城镇污水处理厂建设进程的加快和 污水处理率的不断提高， 城镇污水处理厂污泥产生量 日益增多， 截止 2010 年底， 河南省污泥产生量达到了 116. 6 万 t 含水率 80 。但目前河南省仅建成 4 座 污泥处置厂， 处置规模不足500 t/d， 污泥的处置能力 严重不足， 由此产生的污泥二次污染问题日益突出。 因此， “十二五” 期间污泥处置厂的建设将成为环保 工作的一项重要内容。污泥处置厂的集中式布局具 有不可取代的优越性， 其不仅能保证建设资金的有效 利用、 产生规模效益， 而且能克服分散式布局所带来 的运行管理困难。本文对河南省 18 个省辖市布局污 泥处置厂的适宜性进行排序分析， 并初步确定了河南 省污泥处置厂的布局方案， 为“十二五” 期间河南省 污泥处置厂的建设规划提供了科学依据。 1研究方法 为了全面进行污泥处置厂布局规划重点区域的 筛选， 必须采用综合分析的方法， 密切值法作为多目 标决策中的一种优选方法， 在样本的优劣排序方面有 独到之处 ［1］。将影响城镇污泥处置厂布局规划的若 干评价指标转化为能综合反映城市污泥处理厂布局 规划的指标， 评价和排序工作的基本途径， 也是密切 值法进行优化的基本思想 ［2］。 1. 1建立无量纲样本矩阵， 确定样本集的“最优点” 和“最劣点” 将 m 个地区 方案Q1， Q2， ， Qm的 n 个综合评 价指标 A1， A2， ， An构成样本初始值矩阵 19 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 C Q1 Q2 Qm C11C12C1n C21C22C2n Cm1Cm2C               mm 1 式中Qi为第 i 个地区;Cij为第 i 个地区第 j 个指标 值。 在表征各地区污泥处置厂布局适宜性的相关评 价指标中， 可能会出现不同类型指标， 有些指标是逆 向指标 其值越小则该地区布局的适宜性越高 ， 另 一些是正向指标 其值越小则该地区布局的适宜性 越低 。为此， 在计算过程中， 必须根据指标类型将 其进行规范化处理。 Cij Cjmax－ Cij 当第 j 个指标为正向指标时 Cij 当第 j 个指标为负向指标时 { 2 式中 Cij为第 i 个地区第 j 个评价指标的量化值， i∈ 1， 2， ， m ，j∈ 1， 2， ， n ; Cjmax为第 j 个评价指 标的最大值。则 Cij的归一化值 rij Cij Σ m i 1 C2 槡 ij 3 从而建立无量纲样本矩阵矩阵 R rij m n。 因此， 样本集中的“最优点” 应为各评价指标的 最小值的集合， “最劣点” 为评价指标的最大值的集 合， 即“最优点”QG和“最劣点”QB分别为QG rij G min{ ri1} ， min{ ri2} ， ， min{ rin} ， i 1， 2， ， m; QB rij B max{ ri1} ， max{ ri2} ， ， max{ rin} ，i 1， 2， ， m。 1. 2计算各样本点与“最优点”QG和“最劣点”QB 的距离 “最优点”QG “最劣点”QB 是所有样本中各 评价指标的最好 最差 情况的虚拟点的集合， 求出 各样本点与这些虚拟的最好 劣 点的距离， 即可为 污泥处置厂的集中布局规划提供一个定量的依据。 如果事先根据专家意见， 通过层次分析法能得到影响 城市污水处理厂布局规划的评价指标的权重值 wj， 则在求距离时可以增加各指标的权重项。 第 i 个待评价样本与“最优点” 的距离 di－G和“最 劣点” 的欧氏距离 di－B分别为 di－G { Σ n j 1 wj［ rij－ rij G］} 2 1 /2 di－B { Σ n j 1 wj［ rij－ rij B］} 2 1 /2 4 式中wj为第 j 个评价指标的权重， 有Σ n j 1 wj 1，当 wj 1 /n 时为等权。 1. 3各样本“密切值” 计算 密切值 Ei反映各样本点与某一极端点的接近程 度， 因此， 计算实质上是将样本点 Qi与“最优点”QG 和“最劣点”QB的距离， 进行进一步的无量纲化处 理。样本点与“最优点” 和“最劣点” 一般是欧氏空间 中不在同一直线上的点， 一个样本点离“最优点”QG 越近， di－G值越小， 但并不意味着 di－B值一定就越大， 反之亦然。因此， 单纯用 di－G值或 di－B值作为评价或 排序的依据， 有可能出现相互矛盾的结果。必须进一 步引进可综合反映两者水平的综合参数 密切值 Ei。根据极端点的不同， 密切值可分为最优密切值 Ei－G 对应于最优点 和最劣密切值 Ei－B 对应于最 劣点 。Ei－GEi－B 反应样本点接近最优 劣 点和 远离最劣 优 点的程度， Ei － G和 Ei － B的计算公式为 Ei－G di－G min{ di－G}－ di－B max{ di－B} ， i ∈ ［ 1， m］ Ei－B di－B min{ di－B}－ di－G max{ di－G} ， i ∈ ［ 1， m］ 5 这样， 影响各地区污泥处置厂布局规划的多个指 标 A1， A2， ，An就转化为能从整体上衡量各地区布 局重要性的综台指标 “密切值” Ei。 对全部地区的样本集而言， Ei－G越小， Ei－B越大， 表示某样本点与最优点越近， 离最劣点越远， 即该地 区 样本 布局污泥处置厂的相对必要性越大。按 Ei－G或 Ei－B的大小进行排序， 就能得到各地区布局规 划的排序结果， 进而筛选出重点地区。 2布局区域优选的评价指标体系 2. 1布局的影响因素 1 政府宏观政策 污水处理厂污泥处置的规划 必须符合国家法律法规的要求， 并且需要和当地政府 的宏观政策和其他相关规划保持一致， 这样才能结合 不同地区的特点使污泥处置系统和布局达到最优。 2 社会经济发展水平 地区的社会发展水平和 污水处理情况直接决定了本地区污泥处置设施的建 设规模， 在进行污泥处置厂布局时， 首先要进行实地 调研及预测工作。 3 土地资源条件 污泥处置设施建设必须要考 虑地区选定范围内土地的基本情况， 包括土地利用现 29 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 状、 面积、 地质条件、 平整情况、 地价等， 这些土地情况 不仅是布局规划必须考虑的因素， 而且还是进行投资 回报测算所需的基础数据。 4 运输条件 污泥的运输费用在污水处理厂运 行费用中占到很大比例， 因此地区污泥处置设施的布 局须充分考虑其服务范围内各污水处理厂的运输方 式、 距离及费用。 5 规模效益 污泥的高度集中处理具有其不可 取代的优越性， 其不仅能保证建设资金的有效利用、 降低处理能耗， 而且能降低污泥处理处置系统的运行 管理难度。但处置厂过于集中， 必然造成土建及配套 的交通运输工程量加大， 整个系统的初期投资较高， 实施困难。因此， 污泥处置厂布局应因地制宜， 充分 考虑集中式与分散式处理方式相结合， 并考虑规模的 大、 中、 小相结合 ［3- 4］。 2. 2评价指标体系构建 污泥处置厂布局受社会经济发展水平、 土地资源 条件、 交通运输条件、 污水处理厂运行负荷等不同因 素的影响， 有些因素对其布局起到决定性作用， 根据 污泥处置厂布局规划的影响因素， 充分考虑各因素在 地区间的差异性和数据的可获取性， 选择 9 个指标来 建立地区布局规划重要性的评价指标体系，其中人 均 GDP、 污泥处置需求、 交通运输条件、 人均土地面 积、 耕地及绿地面积、 污水处理厂负荷率和污泥资源 化利用率属于定量指标， 区域相对辐射能力和污泥处 置基础条件属于定性指标。 2. 3评价指标赋值 根据河南省统计年鉴 2010 和河南省污水及污 泥处理的现状分析， 确定河南省 18 个地区各定量评 判指标计算值。 定性指标的定量化方法采用计分制， 把 X≤4 看 为性能差， 4 ＜ X≤6 看为性能一般， 6 ＜ X≤8 看为性 能较好， 根据指标的性能优劣和评分标准将其定量 化， 根据河南省城镇体系发展规划 ， 郑州、 安阳、 商 丘、 周口、 信阳、 驻马店、 三门峡将分别作为河南省六 个城镇发展区的核心城市， 因此上述地区在各自所属 区域中的辐射能力较强。其中， 郑州市作为河南省省 会和中原经济区领跑城市， 其区域辐射能力最强; 在 污泥处置基础方面， 目前郑州、 洛阳、 许昌、 漯河四地 建有污泥处置厂， 有较好的污泥处置基础， 其余地区 污泥处置条件一般。各地区评价指标赋值见表 1。 表 1各地区评价指标赋值情况 地区 人均 GDP/ 元 污泥处置 需求 / t d － 1 交通运输 条件 /km 区域相对 辐射能力 人口密度 / 人km － 2 污泥处置 基础条件 耕地及绿地 面积 /104m2 污水处理厂 负荷率 / 污泥资源化 利用率 / 郑州市40714988121978894834015796. 740. 8 开封市1497517785804754443101263. 320 洛阳市28256509177044432643002171. 904. 2 平顶山市21615417131744637431772988. 890 安阳市20252509115076735441124364. 885. 9 鹤壁市2311010743364672410710088. 410. 5 新乡市16188511127264689445793570. 540. 2 焦作市2912825772234856419568285. 2547. 3 濮阳市1807717261484856427155164. 9025. 9 许昌市2392436790424918634701273. 7551. 3 漯河市2193018851564985519093695. 6252. 4 三门峡市2916612592586213418040884. 370 南阳市15968478369116412499767469. 327. 5 商丘市11544350224976778472221978. 6566. 0 信阳市12542230240386413479422182. 420 周口市9574404207936912485584179. 1923. 0 驻马店市10524346188256566488826193. 600 济源市40375512200435344278988. 560 39 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 2. 4指标权重确定 由于指标体系中各指标重要性不同， 需要采用一 定的方法评定各指标权重。AHP 作为一种定量与定 性结合的系统分析方法， 适合于因素权重的计算。首 先以 T． L． Saaty 的 1- 9 标度法构建判断矩阵， 再按以 下步骤计算指标权重。 1 计算判断矩阵中每一行元素的乘积 Mi∏ n j 1 bij，i 1， 2， ， n; 2 计算 Mi的 n 次方根 Wi Wi n M 槡 i， i 1， 2， ， n 3 对 Wi进行归一化处理， 即得到权重向量 Wi Wi Wi/∑ n i 1 Wi i 1， 2， ， n 根据层次分析法建立评价指标的两两判断矩阵， 并计算出各指标权重， 详见表 2。 表 2指标权重判定矩阵 指标人均 GDP 污泥处 置需求 交通运 输条件 区域相对 辐射能力 人均土 地面积 污泥处置 基础条件 耕地及绿 地面积 污水处理厂 负荷率 污泥资源 化利用率 指标权重 人均 GDP1 1 /321 /221 /3351 /30. 0785 污泥处置需求3173627720. 2704 交通运输条件1 /21 /711 /321 /5231 /30. 0497 区域相对辐射能力21 /33151 /26720. 1514 人均土地面积21 /61 /21 /511 /5331 /50. 0542 污泥处置基础条件31 /252517720. 2028 耕地及绿地面积1 /31 /71 /31 /61 /31 /7121 /70. 0262 污水处理厂负荷率1 /51 /71 /51 /71 /31 /71 /211 /70. 0200 污泥资源化利用率31 /231 /251 /27710. 1468 矩阵检验 λmax 9. 6571， CI 0. 0821， RI 1. 45 CR 0. 0566 ＜ 0. 1， 判断矩阵具有可接受一致性。 运用层次分析法得到 9 个指标的权重依次为 0. 0785，0. 2704，0. 0497，0. 1514，0. 0542，0. 2028， 0. 0262， 0. 0200， 0. 1468。从权重分配结果可以看出 目前影响污泥处置厂布局的最重要因素是污泥处置 需求和污泥处置基础条件， 其次为区域辐射能力、 污 泥资源化利用率， 其余指标对布局的影响因素较小。 3河南省污泥处置厂布局方案及经济性分析 3. 1污泥处置厂布局方案 根据密切值法使用步骤， 结合层次分析法赋予的 指标权重进行计算， 由计算结果可知， 最优密切值或 最劣密切值的大小排序结果基本一致， 按照最优密切 值的大小得到河南省 18 个省辖市污泥处置厂布局的 适宜性程度从高到低依次为郑州市 ＞ 商丘市 ＞ 南阳 市 ＞ 洛阳市 ＞ 许昌市 ＞ 周口市 ＞ 安阳市 ＞ 驻马店市 ＞ 漯河市 ＞ 焦作市 ＞ 信阳市 ＞ 三门峡市 ＞ 平顶山市 ＞ 新乡市 ＞ 济源市 ＞ 濮阳市 ＞ 鹤壁市 ＞ 开封市。 在此基础上， 考虑地区间的地理位置关系和河南 省城镇体系的区域发展规划， 提出河南省集中式污泥 处置厂布局方案， 即规划在全省 18 个省辖市建设 14 个高度集中式污泥处置厂， 布局适宜性排名靠后的开 封、 鹤壁、 濮阳和济源四个地区不再布局污泥处置厂， 其污水处理厂产生的污泥由临近区域污泥处置厂代 为处置。 其中， 郑州市八岗污泥处置厂位于郑州东部的中 牟县， 距离开封市较近， 且该污泥处置厂已经初具规 模， 可考虑将开封市污水处理厂污泥运至八岗污泥处 置厂代为处理; 鹤壁市和濮阳市污泥处置厂布局的适 宜性排名较为靠后， 根据地理位置关系， 可考虑依托 区域城镇体系的核心城市安阳市来进行污水处理厂 污泥的处置; 济源市污泥处置需求较小， 其污水处理 厂污泥可考虑由临近的焦作市代为处置。 3. 2跨区域污泥处置厂规模效益分析 污泥集中处置所节省的费用主要来自处置规模 变大所带来的经济效益。污泥处置厂的规模越大， 则 单位基建费用越低。目前， 国内尚未有关于污泥处置 厂规模效益的研究， 本规划根据郑州、 洛阳、 许昌、 漯 河等地现有污泥处置厂处置规模和建设费用的相关 数据， 总结污泥处置厂费用函数， 见图 1。 49 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期 图 1基建费用与建设规模相关性分析 由图 1 可知 河南省城镇污泥处置厂基建费用 C 与建设规模 Q 之间的关系为 C 4883． 1ln Q － 17916 该费用函数表明， 随着污泥处置厂规模的增加， 单位污泥量的建设费用会逐渐下降， 大型污泥处置厂 在基建费用方面有较为明显的规模经济效益， 效益函 数可表示为 C 4883． 1 Σ N i 1 ln Q － lnΣ N i 1 Q i － 17916 i － 1 6 式中C 为污泥处置厂集中建设节省效益， 万元;Q 为污泥处置厂规模， t/d。 根据规模效益函数， 对跨区域的污泥集中处置方 案进行经济性分析， 结果见表 3。 表 3跨区域污泥集中处置经济性分析 污泥集中 处置厂所 在地 规模 / t d － 1 污泥处置 厂辐射 区域 建设 规模 / t d － 1 两地区各自 建设污泥 处置厂费用 / 万元 合并建设 污泥处置 厂费用 / 万元 节省 费用 比例 / 郑州市1200开封市20024661. 7717458. 2929. 21 安阳市600鹤壁市15019872. 2814410. 4827. 48 安阳市600濮阳市20021277. 0614725. 6330. 79 焦作市300济源市6012013. 2310826. 439. 88 污泥的跨区域集中处置布局优化方案具有较好 的规模效应， 因此， 在运行管理方式得当的前提下， 开 封、 鹤壁、 濮阳、 济源四个省辖市和周边临近省辖市建 设集中污泥处置厂， 对区域污水处理厂污泥进行集中 处置， 具有较好的经济性。 4结论 通过布局影响因素分析， 构建了污泥处置厂布局 的评价指标体系， 运用密切值法对河南省 18 个省辖 市的布局适宜性进行分析， 提出了在全省建设 14 个 集中式污泥处置厂的布局方案， 并进一步建立了污泥 处置厂规模效益函数，对跨区域污泥处置进行了经 济性分析， 由分析可知， 集中式布局方案带来的规模 效益明显， 河南省污泥处置厂的集中式布局方案有较 好的经济可行性。 参考文献 ［1］楼文高． 密切值法用于城市污水处理厂布局规划的研究［J］． 上海环境科学， 2002 21 327- 329． ［2］陈启明， 丁蓟羽． 灰色局势决策法在城市污水处理厂布局规划 中的应用［J］． 上海环境科学， 2000 12 553- 556． ［3］戴逸琼． 污水处理厂污泥处置的环境制约因素分析［J］． 浙江 建筑，2007 24 57- 59． ［4］张丽丽． 城市污水处理厂集中式和分散式建设的对比研究 ［D］． 合肥 合肥工业大学， 2009． 作者通信处荣绍辉450002郑州市文化路 97 号郑州大学工学院 管理楼 321 E- mailrongshaohui2008 163． com 2011 － 11 － 28 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 上接第 63 页 ［4］陈文瑞． SO3烟气调质系统在华润登封电厂的应用［J］． 电力 环境保护， 2009， 25 6 55- 57． ［5］康国伟，徐向阳． 利用 SO3烟气调质提高电除尘器的除尘效率 ［J］． 华北电力技术， 2009 S1 32- 33． ［6］赵江翔， 郭小燕， 王纯． 烟气调质的研究［J］． 环境工程， 1994， 12 1 16- 21． ［7］郑林刚． 浅谈烟气调质系统在电厂中降低烟尘排放量的应用 ［J］． 环境科学导刊， 2010， 29 2 63- 64． ［8］GB /T 16913 粉尘物性试验方法［S］． ［9］蔡广宇， 胡春涛， 张成锐． SO3烟气调质系统在托电的应 用 ［J］． 华北电力技术， 2005 12 19- 24． ［ 10］李杰， 王丽萍， 田立江． 电袋复合除尘技术在燃煤电厂中的应用 ［J］． 环境工程， 2011， 29 4 71- 73， 102． ［ 11］周欣， 王丽萍． 130t/h 煤粉炉烟气除尘系统“电改袋” ［J］． 环 境工程， 2010， 28 1 52- 54， 51． 作者通信处周家珍221116 江苏省徐州市中国矿业大学 化工学院 E-mailzhoujzhen 163． com 2012 － 01 － 22 收稿 59 环境工程 2012 年 10 月第 30 卷第 5 期