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工业集中区是现代化经济发展的重要载体,是保障经济、环境可持续发展的重要条件。工业园区废水系统处理不仅涉及废水处理技术,同时与工业企业点源产品构成、废水组成、环境政策、生态水环境容量、经济成本等多方面不确定性因素有关,是定性与定量、确定性与多种不确定性同时存在的多目标优化决策问题。本文运用不确定性理论和方法从水质模拟、工艺优化、水务管理及综合评估四个方面,对工业园区废水系统处理技术开展不确定性研究,并建立具备点源水质统计模拟、废水处理工艺选择与优化、排污收费管理以及废水处理综合评价功能的工业园区废水系统处理智能化管理系统。研究成果为工业园区污水处理厂及废水处理企业综合控制和管理水污染状况提供理论基础和科学依据,主要的研究成果如下:
(1)基于马氏链模型的废水水质不确定性研究
采用随机理论马氏链模型对废水水质数据进行蒙特卡洛抽样模拟。以进水指标COD为研究对象,统计其概率分布、初始概率及转移概率,通过模型设定的关联度和MAPE阈值,确定一条关联度系数为0.754,MAPE为0.172的模拟序列作为最终的模拟结果。
(2)基于集对分析理论的工艺优化选择和基于Biowin模型的仿真模拟的研究
建立了基于集对分析原理的废水处理工艺选择模型,采用Biowin模型对工艺进一步仿真模拟。应用废水处理工艺选择模型,将待选工艺废水水质指标与案例库中工艺指标构成集对比较,选择联系数最大为0.79的7号工艺(进水-水解池-UASB-MBBR-二沉池-出水)作为该废水处理的工艺。采用Biowin模型进行仿真模拟,结果表明COD和氨氮指标的平均去除率分别达到91.5%和99.6%。该废水处理工艺不确定性参数的灵敏度研究表明进水指标流量、COD、总氮和总磷对出水水质影响较大;进水组分部分参数如Fbs、Fac、Fus、Fup、Fpo4和FupP对出水水质影响较为显著;动力学参数和化学计量参数中,异养性生物的生长与衰减过程中的参数对出水水质产生较小影响,其他过程的参数影响可忽略;二沉池模型经验参数Maximum Vesilind settling velocity(Vo)和Clarification switching function对COD指标出水水质产生影响。
(3)基于贝叶斯理论的工业园区排污收费模型的研究
针对当前排污收费机制的不合理性,运用贝叶斯原理建立工业园区排污收费模型,收费指标包括流量、COD、总氮、总磷和特征污染物指标,指标权重系数采用主观赋权和客观赋权的组合权重。以工业园区5家企业为研究对象,计算企业排污收费的分担率分别为总废水处理费用的50.07%,10.93%,28.52%,8.35%,2.13%。根据有限的监测数据,采用盲数理论计算不确定性因素影响下排污收费结果的可信度分别为44.22%,49.12%,51.63%、53.49%和66.86%。
(4)基于集对分析理论的工业园区污水处理厂综合评价模型的研究
建立工业园区污水处理厂综合评价模型,为企业管理提供决策的理论依据。工业园区污水处理厂综合评价体系确定综合效益为目标层,经济效益、技术性能和管理效益为准则层,运行成本、综合利用收入、处理规模、水质合格率、能耗、运行稳定性、污泥处理、设备运转率、操作难易程度(自控程度)为指标层。权重系数采用主观赋权法(层次分析法)和客观赋权法(熵权法)相结合的组合权重,通过实例运用工业园区污水处理厂综合评价模型确定了4家污水处理厂的排序等级。
(5)基于GIS和在线监控的工业园区废水系统处理智能化管理系统的建立
基于工业园区点源水质、工艺选择与优化、水务管理和综合评估的废水系统处理技术,建立工业园区废水系统处理智能化管理系统。系统平台以Visual Basic6.0为主要开发工具,MapInfo6.0及其组件MapX4.5为地理信息平台,组态王软件为在线监控平台,集成开发了基于MCMC方法的点源水质统计模拟模块、基于集对分析模型的工艺选择与优化功能和基于Biowin模型的仿真模拟功能的决策模块、基于贝叶斯原理的工业园区排污收费机制管理模块、基于集对分析理论的工业园区污水处理厂综合评价模块,更好的发挥工业园区废水系统处理智能化技术优势,为工业园区污水处理厂及废水处理企业综合控制和管理水污染状况提供理论基础和科学依据。