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中國(guó)給水排水2020年中國(guó)城鎮(zhèn)污泥處理處置技術(shù)與應(yīng)用高級(jí)研討會(huì) (第十一屆)邀請(qǐng)函暨征稿啟事
 
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污水處理真的環(huán)保嗎?——全生命周期視角下的污水處理研究 傳統(tǒng)活性污泥工藝環(huán)保成效的評(píng)估

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-05-26  瀏覽次數(shù):106
核心提示:編者按:本文翻譯自Ll.Corominas, J.Foley, J.S.Guest , A.Hospido, H.F.Larsen, S.Morera, A Shaw文章。生命周期評(píng)價(jià)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)L
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2020年中國(guó)無(wú)廢城市建設(shè)及固廢資源化利用可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展大會(huì)
 

 

編者按:

本文翻譯自Ll.Corominas, J.Foley, J.S.Guest , A.Hospido, H.F.Larsen, S.Morera, A Shaw文章。


生命周期評(píng)價(jià)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)LCA)是一種定量分析與評(píng)價(jià)某種產(chǎn)品、服務(wù)或流程從”搖籃到墳?zāi)?rdquo;全過(guò)程中產(chǎn)生的影響。LCA第一次應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域是二十世紀(jì)九十年代。顯然地,為了尋求更加環(huán)?沙掷m(xù)的污水處理方法,LCA作為一種有價(jià)值的工具,可用于闡明污水處理廠設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的更廣泛的環(huán)境影響。隨著公共事業(yè)管理者、相關(guān)從業(yè)者與研究者對(duì)LCA在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越感興趣,綜述LCA已取得成績(jī)和描述未來(lái)面臨的挑戰(zhàn)就顯得非常重要。本文對(duì)45篇與LCA和污水處理相關(guān)的論文作了一次全面的綜述。對(duì)于這些論文的分析表明,在ISO標(biāo)準(zhǔn)的約束下,功能單元、系統(tǒng)邊界定義以及影響評(píng)價(jià)方法的選擇和結(jié)果解釋所遵循的步驟間存在著變化性。為了保證評(píng)價(jià)結(jié)果的質(zhì)量與清晰度,有必要更加嚴(yán)格遵守ISO標(biāo)準(zhǔn),本文還論述了LCA應(yīng)用與污水處理過(guò)程中出現(xiàn)的新挑戰(zhàn),包括:從污染物的去除到資源的回收過(guò)程的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化,為了適應(yīng)新目標(biāo)化合物L(fēng)CA所要做的適應(yīng)性改變,區(qū)域因素的發(fā)展,數(shù)據(jù)質(zhì)量的改善,降低不確定度。最后強(qiáng)調(diào)了決策者之間需要更好的合作與溝通。


生命周期評(píng)價(jià)(LCA)是一種用來(lái)量化產(chǎn)品各個(gè)階段、服務(wù)或者流程從搖籃到墳?zāi)沟倪^(guò)程的影響的方法。LCA于20世紀(jì)60年代開(kāi)始運(yùn)用,從那以后,在不同學(xué)科上,制定出大量方法。二十世紀(jì)九十年代末,隨著LCA標(biāo)準(zhǔn)化的壓力不斷增大,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)14000系列的生物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)變應(yīng)運(yùn)而生。ISO 14040和14044標(biāo)準(zhǔn)(ISO 14040,2006;ISO 14044,2006)定義了一種總體的方法,但是在LCA應(yīng)用領(lǐng)域,這些標(biāo)準(zhǔn)并沒(méi)有定義相關(guān)細(xì)節(jié)。最近幾年,LCA在迅速增長(zhǎng)刊物和數(shù)據(jù)庫(kù)完善下,它作為一種環(huán)境可持續(xù)評(píng)估工具已經(jīng)開(kāi)始得到普及。

 

LCA于90年代開(kāi)始應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域。從那以后,超過(guò)40份研究報(bào)告已經(jīng)在國(guó)際同行評(píng)審期刊上發(fā)表,運(yùn)用一系列的數(shù)據(jù)、邊界條件以及影響評(píng)價(jià)方法來(lái)對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行解釋。為了追求更加環(huán)?沙掷m(xù)的污水處理方式,很明顯,LCA是一種有價(jià)值的工具,用于闡明設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)決定過(guò)程對(duì)環(huán)境造成的更廣泛的影響(Guest et al., 2009; Larsen et al., 2010)。在污水處理系統(tǒng)中,隨著來(lái)自LCA應(yīng)用方面的公用事業(yè)、從業(yè)人員和研究人員的興趣不斷增加,綜述LCA已取得成績(jī)和描述未來(lái)面臨的挑戰(zhàn)就顯得非常重要。

 

 

盡管水環(huán)境衛(wèi)生可以追溯到兩河流域時(shí)代(Lofrano and Brown, 2010),但是當(dāng)前運(yùn)用的活性污泥工藝直到1913年才在英國(guó)被第一次提出(Lofrano and Brown, 2010)。在二十世紀(jì),水環(huán)境衛(wèi)生系統(tǒng)使大量的人口免于疾病的侵?jǐn)_。然而,社會(huì)并沒(méi)有意識(shí)到存在著和水環(huán)境衛(wèi)生聯(lián)系的其他環(huán)境代價(jià)。在世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)定義了可持續(xù)發(fā)展策略后(WCED, 1987),一些污水處理從業(yè)人員和研究者開(kāi)始采用LCA對(duì)污水處理過(guò)程對(duì)環(huán)境造成的影響來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。LCA的演化史可以通過(guò)參考文獻(xiàn)中的論文和已被評(píng)價(jià)的不同的目標(biāo)來(lái)了解。表格1列出了本次綜述的所有文獻(xiàn)以及它們的主要特點(diǎn)。

 

傳統(tǒng)活性污泥工藝環(huán)保成效的評(píng)估

 

據(jù)我們所知,第一篇關(guān)于LCA應(yīng)用于污水處理廠的研究報(bào)告發(fā)表于國(guó)際同行評(píng)審期刊,重點(diǎn)圍繞清單分析階段來(lái)評(píng)價(jià)不同的小規(guī)模的污水處理技術(shù)(Emmerson et al., 1995),強(qiáng)調(diào)了伴隨能源產(chǎn)生過(guò)程CO2¬排放的重要性,由此,引入在環(huán)境績(jī)效評(píng)價(jià)過(guò)程中的二級(jí)(背景)影響。能源消耗被認(rèn)定為是化石能源削減和溫室氣體排放的主要因素。除了系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)評(píng)價(jià)之外,(污水處理廠)建設(shè)與拆除過(guò)程也被納入評(píng)價(jià)之中。后來(lái),一種更加復(fù)雜的LCA方法被用來(lái)評(píng)價(jià)荷蘭陸地污水處理的社會(huì)可持續(xù)性(Roeleveld et al., 1997),結(jié)果強(qiáng)調(diào)了減少出水污染(N,P)以及污泥產(chǎn)量最小化。與以前的研究完全相反,研究結(jié)論顯示能源消耗所造成的環(huán)境影響非常低。此結(jié)論是在將結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化后得出的,即荷蘭污水處理所造成的環(huán)境影響最后以占總環(huán)境影響的百分?jǐn)?shù)的形式表現(xiàn)出來(lái)。結(jié)果顯示,在當(dāng)時(shí),污水處理廠消耗的能源只占總能源消耗的不到1%。這個(gè)例子強(qiáng)調(diào)了在LCA研究中標(biāo)準(zhǔn)化的作用。施工影響和化學(xué)物質(zhì)的運(yùn)用在他們的評(píng)價(jià)過(guò)程中不是那么重要。自從Roeleveld的這次研究之后,LCA法開(kāi)始被用于評(píng)價(jià)各類(lèi)傳統(tǒng)的污水處理廠。

 

第一,LCA已被用于表現(xiàn)特定研究案例的環(huán)境影響(Clauson-Kaaset al., 2001; Hospido et al., 2004; Pasqualino et al., 2009;Bravo and Ferrer, 2011; Venkatesh and Brattebø, 2011)。

 

第二,LCA已應(yīng)用于評(píng)價(jià)活性污泥模型所做的動(dòng)態(tài)模擬的結(jié)果當(dāng)中;在Flores-Alsina et al. (2010)和Corominas et al. (2013)的研究案例中,評(píng)價(jià)了脫氮(N)的控制策略,在Foley et al. (2010a)案例中,分析了多種生物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的去除組合。第三,LCA研究已用于比較在單一系統(tǒng)下的不同組合的表現(xiàn),以改善性能(Mels et al., 1999; Vidal et al., 2002; Rebitzer et al., 2003;Clauson-Kaas et al., 2004)。

 

最后,比較了多種傳統(tǒng)的處理系統(tǒng)(Gallego et al., 2008;Hospido et al., 2008; Rodriguez-Garcia et al., 2011)。所有涉及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)去除的研究結(jié)果都非常相似,突出了由污染水體排放、污泥處理與處置以及能源消耗所各自主要引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化、毒性和全球變暖種類(lèi)影響之間的權(quán)衡關(guān)系。各地水質(zhì)的改善是以能源和化工生產(chǎn)所引起的區(qū)域/全球效應(yīng)為代價(jià)的?偟膩(lái)說(shuō),最好的替代方案似乎是那些能產(chǎn)生更低營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)排放的方案。


 

非傳統(tǒng)技術(shù)評(píng)價(jià)

 

對(duì)于非傳統(tǒng)技術(shù),我們知道任何未基于活性污泥的技術(shù)都需要一個(gè)沉淀池,F(xiàn)實(shí)情況是傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)既昂貴又耗能,這在小型社區(qū)(<2000人口當(dāng)量)是尤其麻煩的。經(jīng)過(guò)LCA評(píng)價(jià)后,和傳統(tǒng)的技術(shù)相比,構(gòu)筑的濕地、生物濾池以及砂濾系統(tǒng)是可行的替代方案(Brix, 1999; Dixon et al., 2003; Vlasopoulos et al., 2006; Machado et al., 2007; Nogueira et al., 2009; Kalbar et al., 2012a; Yildirim and Topkaya, 2012),并且能造成更低的環(huán)境影響。盡管這些工藝技術(shù)含量低,需要占用更大的場(chǎng)地,但是這些技術(shù)卻更加適合在農(nóng)村地區(qū)來(lái)開(kāi)展,因?yàn)槟芎牡颓夷芨咝У厝コ亟饘佟?/p>

 

隨著污水處理的新興技術(shù)(例如微生物燃料電池、微生物電解池(Foley et al., 2010b)、高級(jí)氧化技術(shù)(Mun˜oz et al., 2005)、膜生物反應(yīng)器(Tangsubkul et al., 2006; Vlasopoulos et al., 2006; Ortiz et al., 2007; Høibye et al., 2008; Wenzel et al., 2008; Foley et al., 2010a,b; Hospido et al., 2012; Remy and Jekel, 2012))不斷發(fā)展,運(yùn)用LCA將新興技術(shù)和傳統(tǒng)技術(shù)相比較已經(jīng)成為一種慣例。在微生物電解池技術(shù)中,通過(guò)經(jīng)濟(jì)的方式產(chǎn)生有用的化學(xué)物質(zhì)(如氫氣 過(guò)氧化氫),可以實(shí)現(xiàn)顯著的環(huán)境效益。由于能源需求是關(guān)鍵影響因素,相比于高級(jí)氧化技術(shù),太陽(yáng)能的利用能夠大幅減少對(duì)于環(huán)境的影響。對(duì)于膜生物反應(yīng)器,為了提高環(huán)保效應(yīng),能源消耗作為關(guān)鍵的因素也有必要進(jìn)行優(yōu)化。值得注意的是,在運(yùn)用LCA進(jìn)行技術(shù)開(kāi)發(fā)過(guò)程中,需要用到實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù),這肯定會(huì)限制評(píng)價(jià)結(jié)果在實(shí)際當(dāng)中的運(yùn)用。

 

最近幾年,微生物污染物(優(yōu)先污染物和新興污染物)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響和它們的去除開(kāi)始得到研究(Verlicchi et al., 2012)。這些污染物包括金屬和有機(jī)污染物,例如藥品,個(gè)人護(hù)理品(包括內(nèi)分泌干擾物)。正因如此,幾種去除微生物污染物的技術(shù)(例如臭氧化,高級(jí)氧化技術(shù),活性炭)正逐漸得到提倡并用LCA進(jìn)行評(píng)估。(Høibye et al., 2008; Wenzel et al., 2008; Larsen et al., 2010)。 由于微生物周?chē)淮_定性因素的影響,根據(jù)LCA評(píng)價(jià)結(jié)果表明,微污染物的去除僅產(chǎn)生微小的甚至沒(méi)有環(huán)境效益。所以,我們需要更深一步的研究來(lái)更好的闡明水生物環(huán)境中微污染物的影響。


擴(kuò)大城市水/污水系統(tǒng)管理策略的評(píng)價(jià)邊界

 

在某些研究中,污水處理廠邊界已經(jīng)被擴(kuò)大到包含整個(gè)城市水/污水系統(tǒng),也就是包括淡水的回收,飲用水的生產(chǎn),飲用水的分配和使用,污水的產(chǎn)生以及向污水處理廠輸送過(guò)程。幾項(xiàng)研究(Tillman et al., 1998; Lundin et al., 2000; Kärrman and Jönsson, 2001; Lundin and Morrison, 2002; Lassaux et al., 2007; Remy and Jekel, 2008, 2012)模擬了整個(gè)城市污水系統(tǒng),評(píng)價(jià)將現(xiàn)有的集中式的生物污水處理廠轉(zhuǎn)化為更加分散化系統(tǒng)的影響。這些研究表明,分離系統(tǒng)(即尿液,糞便和灰,水的分離)相對(duì)于傳統(tǒng)的集中式系統(tǒng)有著更好的環(huán)保優(yōu)勢(shì),提高了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)回收的幾率,避免了向環(huán)境的直接排放。當(dāng)污水系統(tǒng)模型擴(kuò)展到能補(bǔ)償化肥生產(chǎn)時(shí),這些優(yōu)勢(shì)就更加明顯。Lundin et al. (2000)論證了,如果污水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能夠被回用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,則農(nóng)業(yè)對(duì)于無(wú)機(jī)肥料的需要就會(huì)降低,也可以避免由無(wú)機(jī)肥料的生產(chǎn)和使用所造成的大量的環(huán)境負(fù)荷。同時(shí),從廁所污水和家庭生物廢物的消化過(guò)程中回收有機(jī)物質(zhì),可以顯著減少日益增加的能源需求。Lundie et al. (2004)在悉尼到2021年的總體水運(yùn)營(yíng)影響的評(píng)價(jià)中,擴(kuò)大了系統(tǒng)邊界,將綜合供水和污水系統(tǒng)也納入評(píng)價(jià)范圍中。

 

污水處理廠的邊界也被擴(kuò)大到包含回用水的生產(chǎn)和銷(xiāo)售,這減少了我們對(duì)于飲用水和淡化海水的依賴(lài)。除了水回收可持續(xù)性的評(píng)價(jià)外(Chen et al., 2012),另外兩項(xiàng)該領(lǐng)域的研究(Pasqualino et al., 2009, 2011)也運(yùn)用開(kāi)始LCA方法。這兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)都一致認(rèn)為,傳統(tǒng)的三級(jí)處理污水處理廠的這種改進(jìn)輕微提高了工廠的環(huán)境影響,但是相對(duì)于其他水生產(chǎn)方法(尤其是海水淡化)對(duì)于環(huán)境的影響要小的多。


污泥管理策略的對(duì)比


1998,Dennison et al.首次將污泥管理策略對(duì)比納入LCA研究中。從那之后,幾項(xiàng)研究緊接著開(kāi)展起來(lái),系統(tǒng)邊界被進(jìn)一步擴(kuò)大,包括重金屬和N2¬O的排放,同時(shí)評(píng)價(jià)厭氧消化過(guò)程中回收的能量和作為土壤肥料的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)回用于農(nóng)業(yè)帶來(lái)的有益影響。如下文獻(xiàn)中(Suh and Rousseaux, 2002; Hospido et al., 2005, 2010;Houillon and Jolliet, 2005; Johansson et al., 2008; Hong et al.,2009; Peters and Rowley, 2009; Uggetti et al., 2011; Cao and Pawłowski, 2013; amongst other) 的研究信息,在污水處理廠內(nèi)部污泥處理方式(厭氧消化,熱過(guò)程,穩(wěn)定化處理,筒倉(cāng)存儲(chǔ))的選擇上作出對(duì)比,同時(shí)在污水處理廠外部污泥管理策略(農(nóng)業(yè)推廣,焚燒,濕式氧化,熱解,填埋,濕地處理,堆肥和水泥原材料)的選擇作出上對(duì)比。盡管這些研究通常都是特定的,但結(jié)論總體表明污泥最好是集中管理并且在設(shè)備中進(jìn)行脫水處理從而減少潛在的影響。至于技術(shù),回收能源的污泥厭氧消化技術(shù)最好與污泥焚燒或者土地利用相結(jié)合。重金屬,優(yōu)先和新興污染物的數(shù)量會(huì)限制污泥焚燒或土地利用,因?yàn)樗鼈兙哂袧撛诘木薮蠖拘浴M瑫r(shí)污泥最終處置能通過(guò)農(nóng)業(yè)傳播給環(huán)境帶來(lái)影響,這一點(diǎn)是不容忽視的。

 

污水處理真的環(huán)保嗎?——全生命周期視角下的污水處理研究

2014-05-26 翻譯/黃冬   


中宜環(huán)科環(huán)保產(chǎn)業(yè)研究
 
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