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基于能值分析的快速建筑系统环境经济价值计算与可持续性评估
摘要
随着分散式污水处理系统在中国的广泛应用，揭示资源环境经济价值和系统可持续性至关重要，以提高环境资源利用效率，减少或避免浪费。通过能值分析，本研究旨在评估分布式污水处理厂位于中国青岛的环境经济价值和可持续性。结果表明，该系统的环境经济价值约为5.07E 05 em$/yr，系统的经济效益约为5.07E 05 em$/yr，是建成快速渗透系统的一个显着的经济效益。系统的环境负荷率和能值可持续性指数分别为0.07和242.37，表明它对环境的负面影响很小，实现了高度的可持续性。与其他系统相比，可再生水处理系统具有更高的能值可持续性指标，具有更高的可持续性。处理后的水的再利用可以带来环境保护，符合可持续发展的要求。建立快速的入侵系统比传统的处理系统更节能，更环保，在发展中国家具有非常广泛的应用前景。
关键词：构建快速渗透系统能值分析 环境经济价值可持续性
1.引言
随着我国农村生活水平的快速提高，污水排放量明显增加。2013年，中国废水排放量约为695亿吨（NBSC，2013）。大部分农村生活污水直接排放，没有得到处理，农村居民环保意识不强。由于对农村生态系统的不可避免的影响和严重的饮用水安全威胁，未经处理的污水排放已成为普遍关注的问题（张等人，2009).目前农村污水处理模式主要有两种，即集中处理模式和分散处理模式。 集中处理模式类似于城市污水处理模式，即将收集的污水排入下水道系统，然后进行常规处理。该模型已应用于人口较多的大村庄。 在分散式处理模式中，大面积分为多个小单元，每个小单元具有单独的管网系统和污水处理设施，由于中国的农村通常是分散的，经济基础薄弱，技术落后，分散式污水处理成本低，维修方便，效率高，应用广泛。构建快速渗透系统（CRI）是典型的分散处理模式。 CRI是在传统的快速渗透系统（RI）的基础上发展起来的，利用河沙代替天然土壤，可以更有效地去除污水中的有机污染物，氨氮，磷和悬浮物。近年来，国内外对CRI进行了大量的研究，主要集中在设计参数和生产性能改进方面，很少关注CRI的环境经济价值和可持续性。
能值分析能够同时考虑系统的自然和经济方面，是评估系统整体可持续性的有效生态热力学方法。 通过定义，能值。能值是直接或间接生成产品或服务所需的可用能量。它为单位能值（UEV）测量不同种类能源提供了一个共同的能量基准。在过去的几十年中，它被广泛用于评估农业，城市和其他生态系统。秦 等人（2000年）利用能值分析对红树林湿地保护系统进行了评估。张等人（2015）应用能值分析评估高碑店污水处理厂污水处理的可持续性。中国国际电子商务的快速发展凸显了环境经济价值和可持续性评估的必要性，可以更全面地认识国际电子商务的重要性。也有助于确定提高技术水平的关键因素，为日益紧张的建设用地提供指导。
本研究对中国山东省青岛的分散式污水处理系统进行了能值分析。通过对所有能源投入进行核算，计算出环境经济价值和能值指标，可以揭示污水处理系统的环境成本，经济性和可持续性。通过与其他两项相关研究的比较分析，进一步讨论了该体系的可持续性。
2.材料与方法
2.1研究网站
东庄头污水处理厂总面积1440.6平方米\，位于山东省青岛市东庄头村。 污水
处理厂通过“厌氧快速渗滤系统”处理废水，水力负荷为200mg/ d图1）。 出水CODcr, BOD5, SS, NH3-N浓度分别为580 mg / L，340 mg / L，600 mg / L和30 mg / L技术方案 DZST，2007）.相应的含水量和排放标准见图表格1。 污水处理系统的使用寿命设计为20年。
表格1
系统的浓度和排放标准。
|
项目 |
CODcr的 |
BOD5 |
SS |
NH3-N |
|
剂量（mg / L） |
580 |
340 |
600 |
30 |
|
Effluent a （毫克/升） |
60 |
20 |
20 |
15 |
2.2能值分析
能值分析是基于体现能源的环境核算方法，它表示太阳能等值线中的所有过程输入（如能源，自然资源）和产出（产品或服务）。 一个过程的能值是所有可再生，不可再生和进口的资源乘以它们各自的单位能值（UEV）的总和。 UEV的值代表产品或过程中体现的每个数量的太阳能与产品或过程的比例（奥德姆，1996年）。 因此，能值允许等同性和兼容性，以便在类似的单位中汇总和结合经济，社会和环境方面基于引入的能量电路符号奥德姆 (1996)东庄头污水处理系统能值图如图1所示图2。 它说明了资源和服务的能值投入的相互作用。 本研究采用的全球能值基准为12.0E 24 sej / yr（布朗等人，2016年）。然后基于能值的指标可以被计算来评估系统的可持续性。
图1.东庄头污水处理系统流程图
2.3改进会计制度
CRI属于土地处理系统的范畴。 其原理是利用土壤基质，微生物和植物通过一系列物理，化学，生物化学反应去除污水中的污染物。因此，CRI的环境经济价值是参照人工湿地的环境经济核算体系来计算的，会计制度是根据能值理论进行改进的。
在现有的会计核算体系中，CRI的价值分为环境经济价值和成本价值两类。环境经济价值分为环境容量价值，资源价值和社会价值。如图所示图3成本价值包括维护价值和建设成本价值。由于早期环境经济价值评估方法的局限性，会计制度还没有得到进一步的改善。 问题是：（i）会计制度不是指资源本身的价值（不具体）; （二）人的主观判断受当地经济发展条件（主观）的影响; （三）不同地区的消费水平不同（区域差异）。
图2研究系统中的能值图
在特定环境要求下，水环境容量定义为一个单水环境单位中污染物的数量。 换句话说，这意味着水体中污染物的最大允许量。因此，CRI的环境容量值是指允许排放的最大含有污染物。它是容纳CODcr, BOD5, SS, NH3-N,和磷酸盐的能力。资源价值，社会价值和维护价值分别指植物和处理水的价值，CRI的景观美学和科普价值，以及CRI正常运行的价值。建设成本价值是原始环境向国际创新投入的结果，包括原始环境成本等各种结构（图3）。 能值分析可以将不同种类的物质转化为一个单位，利用太阳能转换率成功避免了人的主观性和地域差异的干扰。 在此基础上，对系统的环境经济价值进行评估。 CRI（V），环境经济价值（V1）和成本价值（V2）的总和为环境经济价值与成本价值之和，环境容量价值（V11），资源价值（V12）和社会价值（V13），建筑成本（V21）和维护价值（V22）。
图3 CRI的价值会计系统
计算如下：
V =V11 V12 V13 V21 V22 (1)
CRI的经济原理是环境经济价值减去成本价值的差。
Vb =V11 V12 V13 - V21 -V22 (2)
3结果与讨论
3.1能源消耗
CRI的能值评估结果见于表2。进入系统的能值总量为1.44E 18sej / yr，其中环境输入为2.36E 14sej / yr。
表2
表3
可再生能源资源，雨水（化学品）的最大输入纳入会计制度，避免双重会计邹 等人，2004）。它揭示了国际指数体系在很大程度上依赖于免费的当地环境资源。
对于外购投入，电力投入为1.05E16 sej /yr，占能源总投入的0.73％。更多的电力消耗将导致额外的环境压力周等人，2009）但国际电力消耗的电力消耗比例较小（0.73％），将减轻环境压力。它进一步说明了CRI具有低能耗。 经济产品和服务的能值投入总量为7.06E 16 sej /年占能源总投入的4.91％。
此外，含污染物的能值为2.41E 18 sej /年，占总能值的63.73％。说明该系统具有很强的去除污染物的能力，这与其他研究报道的结果一致（Kong等，2014).
3.2系统的环境经济价值计算
3.2.1价值计算
对环境容量价值，资源价值和社会价值进行计算分析，以评估国际电联的环境经济价值（表3）。 结果表明，系统的环境经济价值之和为5.07E 05 em $ /年。 含污染物总能值为3.23E 05 em $ /年，其中CODCR，BOD5，SS和NH3-N的能值分别为5.56E 04,8.86E 04,1.73E 05和6.51E 03年。系统中污染物质的浓度依次为SSgt; BOD5gt; CODcrgt; NH3-N。
资源价值是指植物和处理过的水的价值。在这项研究中，植物的产量可以忽略，因为数量较少。因此，可以通过处理后水的能值得到资源价值，为1.84E 05 em / yr，占环境经济总价值的36.27％。说明处理后水资源的能值是环境经济价值的重要组成部分。这个结果加强了纳尔逊的断言，即废水是一种具有潜在价值的可再生自然资源。它们含有宝贵的营养物质和处理过的水，可用于建设和支持湿地和常规污水处理的生产性生态系统服务Nelson等人，2001; 周等人，2009。由于社会价值的复杂性，计算不在公式中进行，与其他相关研究。所以CRI的总价值是保守的。
在成本价值计算中应该深刻理解环境成本的概念。环境成本也称经济过程中的环境投入，是指经济活动中自然资产实际或潜在恶化的成本，即经济过程中使用自然资源的成本，反映自然资产的使用价值。结果表明，该系统的成本价值是1.21E 04 em $ /年，这是工程造价和维修费用之和。施工成本主要包括砂，砖，水泥，管道等在建设过程中的成本。填料是国家重点实验室的重要组成部分，它是微生物的主要载体，是净化污水系统的主要场所Kong等，2014).
该系统的经济效益为4.95E 05 em $ /年，系统的成本/比例为1：40.90（1.21E 04 em $ /年）/（4.95E 05 em $ /年）这表明国际电影节具有较高的环境和经济利益，对环境有利。
3.2.2与或有估值法的比较分析
条件价值评估法（CVM）通过调查问卷调查公众对环境质量改善（WTP）的支付意愿或接受环境损失的赔偿。在此基础上获得环境经济价值（伊恩，1991年）。现在，支付意愿已经成为西方国家进行环境经济评价的标准指标。已经有40多个国家使用CVM进行了2000多次评估卡森，1988年）。在本文中，我们通过使用CVM和能值分析的评估来对CRI进行比较分析（表4).环境经济价值评估采用CVM进行。本研究所采用的基础数据如下：计划产出CRI0，维护成本 0.039 $ /（m\$ d）,计划用地，建设成本96103.7 $。处理后的水污染最小，因此可以销售给公众。这是计算公众愿意为此付费的必要条件。我们通过问卷调查意愿。结果表明，公众愿意支付0.06 $ /（m\$ d）用于容纳污水，处理后的水。 据估计，污水处理的寿命是20年。根据以上分析，环境容量价值，资源价值，运行维护价值和建设成本分别为4730.66美元/年，3311.5美元/年，2826.57美元/年和4805.18美元/年。 经济数据为410.37美元/年，成本/比例为18.6：1。
如图所示表4，两种方法计算结果的单位不同
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