基于能值分析的人工快速渗滤系 统环境经济价值计算与可持续性评估外文翻译资料

 2021-10-28 21:10:38

英语原文共 7 页

基于能值分析的人工快速渗滤系

统环境经济价值计算与可持续性评估

Ling Yang,Fan-Long Kong,Min Xi,Yue Li,Sen Wang

文章信息

文章历史：

2016年12月31日，收到论文

2017年6月2日，收到修订后的表格

2017年8月19日，接受

2017年8月20日，网络在线提供

处理编辑：Yutao Wang

摘要

随着中国分散式污水处理系统的广泛应用，有必要揭示资源的环境经济价值和系统的可持续性，从而提高环境资源利用率，减少或避免浪费。通过能值分析，本研究旨在评估一个位于中国青岛的分散式污水处理厂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美元每年，该系统的经济效益约为4.95 E 05 em美元每年，对于人工快速渗滤系统的一个显著的经济效益。该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，可持续性很高。与其他系统相比，使用再利用处理水的该系统具有更高的能值可持续性指数，更具有可持续性。处理后的水的再利用可以带来环境效益，这符合可持续发展的要求。人工快速渗滤系统被认为是比传统处理系统能耗更低且更环保，在发展中国家具有非常广泛的应用前景。

关键词

人工快速渗滤系统

能值分析

环境经济价值

可持续性

  1. 介绍

随着中国农村地区水平的快速提高，污水排放量明显增加。2013年，中国的废水排放量约为695亿吨（NBSC，2013）。由于农村居民缺少对环境保护问题的意识，大部分农村污水未经处理直接排放。未经处理的污水排放已经成为普遍关注的问题，因为它对农村生态系统不可避免的影响和对饮用水安全的严重危害（Zhang et al.,2009）。

现在，农村污水处理有两种模式，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型，即收集的污水排入下水道系统，然后在传统污水处理厂进行处理。该模型已应用于人口较多的大村庄。在分散处理模型中，大面积区域被分成许多小但愿，每个小单元具有单独的管网系统和污水处理设施。由于中国的村庄通常分散，经济基础薄弱，技术和专业人员有限（Zhang et al,2016a），分散式污水处理因其成本低，维护方便，效率高而得到广泛应用。人工快速渗滤系统（CRI）是一种典型的分散处理模型。人工快速渗滤系统（CRI）是在传统的快速渗透系统（RI）的基础上发展起来的，该系统使用河砂代替天然土壤，更有效地去除污水中的有机物，氨氮，磷和悬浮物（Zhang et al.,2016b）。最近，有许多注重于设计参数和生产性能改进的对于CRI的研究（Li et al.,2011;Akhavan et al,2013;Yang et al,2016）。然而，很少有注意力关注在人工快速渗滤系统（CRI）的环境经济价值和可持续性上。

能值分析，是能够同时考虑系统的自然和经济两方面，是评估系统整体可持续性的有效的生态热力学方法。根据定义，能值是直接或间接产生产品或服务所需的可用能量（Odum,1996）。它提供了一个共同的能量基础，通过单位能值（UEV）来衡量不同种类的能量（Odum,1996）。在过去几十年中，它已经被广泛应用于评估农业，城市和其他生态系统（Ton et al.,1998;Zhang et al.,2007,2009）。特别是，Qin et al.（2000）利用能值分析对红树林湿地保护系统进行了评价。Zhang et al.（2015）应用能值分析评价高碑店污水处理厂污水处理的可持续性。CRI在中国的快速发展强调了评估其环境经济价值和可持续性的需求，这可以更全面的了解CRI的重要性。它还有利于确定改进技术的关键因素，为日益紧张的建设用地提供指导。

本研究对山东省青岛市分散式污水处理系统进行了可行性分析。通过对系统中所有能值输入计算，计算环境经济价值和基于能值的指标，可以揭示污水处理系统的环境成本，效益和可持续性。通过与其他两项相关研究的比较分析，进一步讨论该系统的可持续性。

  1. 材料与方法
    1. 研究现场

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“厌氧人工快速渗透系统”方法处理污水，水力负荷为200平方米/天（图1）。排放的CODCr,BOD5,SS,NH3-N的浓度分别为580 mg/L，340 mg/L，600 mg/L和30 mg/L（Technical scheme of DZST，2007）。相应的进水水质和排放标准如下图表格1，污水处理系统的设计使用寿命为20年。

    1. 能值分析

能值分析是一种基于包含能量的环境会计方法，它表示太阳能等价物的所有过程输入（例如，能量，自然资源）和输出（产品或服务）。流程的能量是所有可再生，不可再生和输入资源的总和乘以它们各自的单位能值（UEV）。UEV的价值表示产品或过程中每个产品或过程的数量中包含的太阳能的比率（Odum,1996）。因此，能值允许等效性和兼容性，为了在类似的单元中汇总和组合经济，社会和环境方面（Ulgiati et al.,1995）。

基于引入的能量电路符号Odum(1996)，图2描述了东庄头污水处理系统的能值图。它说明了资源和服务的能值投入的相互作用。本研究中应用的全球能值基准为12.0 E 24 sej/年(Brwon et al.,2016)。然后可以计算基于能值的指数以评估系统的可持续性。

    1. 会计制度的完善

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，生化反应去除废水中的污染物（Zhou et al.,2006）。因此，参照人工湿地环境经济核算体系计算了CRI的环境经济价值，并基于能值理论对会计制度进行了改进。

在现有的会计制度中，CRI的价值分为两类，即环境经济价值和成本价值。环境经济价值分为环境容量值，资源价值和社会价值(Shen et al., 2005)。如图3所示,成本价值包括维护价值和建筑成本价值(Shen et al., 2005)。由于早期用于评估环境经济价值的方法存在局限性，会计制度尚未进一步完善。问题是：（1） 会计制度没有细化到资源本身的价值(不具体)；（2）人的主观判断受当地经济发展条件(主观)的影响；（3）不同地区的消费水平不同(地区差异)。

水环境容量定义为特定环境要求下一个水环境单位的污染物数量。换句话说，它意味着水体中污染物的最大允许量（Zhang et al.,1991）。因此，CRI的环境容量值是指允许包含的污染物最大值。它是容纳CODcr, BOD5, SS,NH3-N和磷酸盐的能力。资源价值，社会价值和维持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。施工成本值是原始环境对CRI的输入，包括各种结构，如原始环境的成本等等(图3)。 通过使用太阳能转换率，能值分析可以将不同种类的物质转换为统一的单位(Ulgiati et al.,1995)，成功地避免了人类主观性和地域差异的干扰。在此基础上，评估系统的环境经济价值。CRI(V)的总价值，环境经济价值(V1)和成本价值(V2)分别是环境经济价值，成本价值和环境容量值（V11），资源价值(V12)，和社会价值(V13) ，建筑成本(V21)和维修价值(V22)的总和（Shen et al.,2005）。可以计算方法如下:

V=V11 V12 V13 V21 V22 （1）

CRI（Vb）的经济效益上环境心理经济价值减去成本价值的差值。（Shen et al.,2005）。

Vb=V11 V12 V13-V21-V22 （2）

  1. 结果和讨论
    1. CRI的能量流

CRI的能值评估结果如下表2。系统的总能值输入为1.44E 18 sej/年，其中环境输入为2.36E 14 sej/年。可再生能源中，最大输入的雨水（化学）被包括在会计系统中以避免重复统计。（Zou et al.,2004）它揭示了CRI系统在很大程度上依赖于免费的当地环境资源。

对于购买的投入，电力输入为1.05E 16 sej/年,占总能值投入的0.73%。更多的电力消耗将导致额外的环境压力(Zhou et al.,2009)。但CRI电能消耗的小比例(0. 73%)将降低环境压力。它进一步证实了CRI的能耗低。总体而言，经济产品和服务的能值投入为7.06E 16 sej/年,占总能值投入的4.91%。

此外，所含污染物的能值为2.41E 18 sej/年, 占总能值输出的63.73%。表明该系统具有较强的去除污染物的能力，这与其他研究报道的结果一致（Kong et al.,2014）。

    1. 系统的环境经济价值计算

3.2.1 价值计算

计算和分析环境容量值,资源价值和社会价值，以评估CRI的环境经济价值(表3)。结果表明，该系统的环境经济价值(环境容量值，资源价值和社会价值之和)为5.07E 05 em$/年。含有污染物的总能值为3.23 E 05 em$/年，其中CODcr，BOD5，SS和NH3-N的能值分别为5.56 E 04,8.86 E 04,1.73 E 05和6.51 E 03 em$/年。系统中污染物的价值大约为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，由于数量较少，植物的产量可以忽略不计。因此,可以通过处理水的能值获得资源价值，即1.84 E 05 em$/年，占环境经济总价值的36.27%。它表明，处理后水资源的能值是环境经济价值的重要组成部分。结果支持了Nelson的观点，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成分和经处理的水，可用于建没和支持湿地和传统污水处理的生产性生态系统服务(Nelson et al., 2001;Zhou et al.,2009)。由于社会价值的复杂性，计算不在公式中进行，这与其他相关研究一致(Shen et al.,2005) 。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，也称为经济过程中的环境投入，是指与经济活动中自然资产的实际或潜在恶化相关的成本，表明在经济过程中使用自然资源并反映自然资产的使用价值时的成本。结果表明该系统的成本价值是1.21 E 04 em$/年，这是建筑成本和维护成本的总和。施工成本主要包括砂，砖，水泥，管道等成本。填料是CRI的重要组成部分，CRI是微生物的主要载体，也是系统净化污水的主要场所(Kong et al.,2014)。

该系统的经济效益为4.95 E 05 em$/年，系统的成本/效益比为1:40.90 (1,21 E 04 em$/年)/(4.95 E 05 em$/年)。它表明CRI具有较高的环境和经济效益，有利于环境。

3.2.2 与条件价值评估法的比较分析

条件价值评估方法(CVM) 调查公众支付环境质量改进的意愿(WTP)，或接受通过问卷调查容忍环境损失的补偿。在此基础上，获得了环境经济价值(Ian.,1991)。现在，支付意愿已成为确定西方国家环境经济评价的标准指标。有超过40个国家，使用CVM进行了2000多次评估(Carson.,1988)。在本文中，我们通过使用CVM和能值分析的评估对CRI进行比较分析(表4)。

使用CWM进行环境经济价值评估。本研究中应用的基本数据如下:CRI=0，维护成本=0.039 $/(立方米·天)，使用土地=0，建筑成本=96103.7 $。处理过的水污染最少，因此可以向公众出售。计算公众支付的意愿上必要的。我们通过问卷调查了意愿。结果显示，公众愿意支付0.06 $/(立方米·天)(P1)以容纳污水，0.05 $/(立方米·天)(P2)以处理污水。据估计，污水处理的寿命为20年。根据上述分析，环境容量值，资源价值，运营和维户价值以及建筑成本分别为4730.66 $/年，3311.5 $/年，2826.57 $/年和4805.18 $/年。经济效益为410.37 $/年，成本/效益为18.6:1。

如图所示表4，两种方法的计算结果单位不同，因此我们只对成本/收益的价值进行比较分析。结果表明，能值分析计算的值小于CVM计算的值。原因是CVM根据污水

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