城镇污水处理工艺优选决策模型研究

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1、城镇污水处理工艺优选决策模型研究重庆大学博士学位论文学生姓名：唐然指导教师：龙腾锐教授专业：市政工程学科门类：工学重庆大学城市建设与环境工程学院二OO八年三月StudyomOptimizationDecisionModelofUrbanWastewaterAlternativesSelectionAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDegreeofDoctorofEngineeringSciencebyTangRanSu

2、pervisor:Prof.LongTengruiMajor:MunicipalEngineeringFacultyofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMarch2008中文摘要摘要污水处理是涉及技术、经济、环境与社会诸因素的复杂过程。在污水处理工艺优选决策过程中，采用成本效益分析等单目标决策方法有失偏颇。然而，目前污水处理工艺多目标决策模型存在着决策指标体系差别较大、决策指标的量化手段过于主观、决策指标权值求解

3、运算过程稳定性差以及决策模型没有充分体现污水处理工艺优选决策过程的数学特性等问题，致使尚没有被普遍接受的工艺优选决策模型。该文是建设部荷兰赠款项目《中国西部小城镇环境基础设施技术指南》编制课题（项目编号：MOC-NGGP-2003-3）的部分研究内容，着重研究在备选工艺确定的条件下如何系统、全面、客观与科学地对城镇污水处理工艺进行优选决策。包括城镇污水处理设施适宜工艺的探讨、可持续污水处理工艺决策指标体系及其量化方法的研究、污水处理工艺决策指标权值确定方法的研究、污水处理工艺决策模型的研究以及备选工艺决策指标灵敏度分析的探讨5个方面。主要研

4、究内容如下：①实地调研与文献调研表明，我国规划建设的西部城镇的污水处理量在43435×10m/d以下，多在（0.2~2.0）×10m/d范围内，大部分西部城镇污水为典型生活污水。对于我国小城镇污水处理设施，推荐采用SBR系列、氧化沟系列、以及生物滤池系统，土地资源比较丰富的城镇可采用自然净化系统。②分别剖析了以费用最小与“绿色性”作为污水处理工艺优选决策目标存在的不足，认为用可持续性作为污水处理工艺优选决策目标更符合污水处理工艺的发展方向。借鉴以往研究者的研究成果，提出污水处理工艺的可持续性包括技术可持续、经济可持续、环境可持续与社会可持续

5、四个方面。根据我国有关基础研究缺乏的现状，从技术、环境、经济与社会四个方面构建了客观、全面且操作性较强的可持续决策指标体系，并确定了决策指标的量化方法。该体系包括技术、能量利用率、间接能耗、占地、年费用、运行管理难易程度与对操作者文化水平要求七个决策指标。应用研究表明，污水处理工艺可持续决策指标较传统技术经济指标更全面，指标的量化方法可操作性较强。③创建了基于模糊聚类的改进遗传算法（FMGA）来确定决策指标的权值。较常规权值求解方法，FMGA不仅能最大程度的保留判断者的原始决策信息，在一定范围内自动调整判断矩阵的一致性，而且能稳定、快速且有

6、效地求得决策指标权值。通过大量数值仿真试验对FMGA的5个控制参数的取值范围进行了探讨。仿I重庆大学博士学位论文真试验表明：变量xm二进制编码的长度l由解变量的取值范围与精度要求共同确定；群体规模N宜等于或大于300，A为5%N~30%N；采用聚类水平将种群1尽量划分为个体数目相等的两类；变异概率pO(L)。mN为验证FMGA性能，利用Delphi语言仿真算法，将FMGA与基本遗传算法（简称CGA）进行对比研究。结果表明，FMGA较CGA更能有效克服早熟收敛，能在较短时间内逼近全局最优解；运算结果较CGA提高4个数量级，且运算过程不存在

7、震荡现象。④通过发放调查表获得专家原始判断矩阵；采用FMGA计算得到三峡库区城镇污水处理工艺优选决策指标权值，其重要性排序为：经济（0.2365）>技术（0.2094）>物耗（0.1640）>O&M难易程度（0.1544）>文化水平要求（0.1383）>能耗（0.1014）。该结果表明，在当前情况下经济与技术为三峡库区污水处理工艺优选决策中最重要的指标。⑤根据城镇污水处理工艺优选决策的模糊性、灰色性与决策指标间相互补偿的数学特征，将半梯形分布的隶属函数与灰色关联法相结合，创建了模糊—灰色关联法，并将其用于构建城镇污水处理工艺优选决策模型。模

8、糊—灰色关联法能充分体现污水处理工艺优选决策过程的数学特征。将模糊-灰色关联法与灰色关联法、模糊数学法与逼近理想解法进行比较研究，结果表明，模糊-灰色关联法的决策结果更为科学合理