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1、给 水 排 水 Vol. 32 No . 11 2006 47湿 地 污 水 处 理 系 统 的 资 源 利 用 评 估洪 嘉 年(上 海 市 政 工 程 设 计 研 究 总 院 ,上 海 200092)摘 要 通 过 对 美 国 两 个 污 水 处 理 系 统 即 人 工 湿 地 系 统 和 常 规 系 统 的 经 济 评 估 和 环 境 资 源 评 估比 较 ,简 要 介 绍 了 美 国 渥 图 姆 (Odum)开 发 的 环 境 资 源 效 益 评 估 系 统 的 原 理 和 内 容 ,认 为 在 进 行 经 济评 估 的 同 时 ,辅 以 环 境 资 源 评 估 ,可 使 系 统 方
2、案 更 合 理 。 进 一 步 的 论 证 表 明 人 工 湿 地 系 统 不 仅 经 济效 益 显 著 ,而 且 环 境 资 源 利 用 效 益 突 出 ,值 得 在 农 村 污 水 处 理 中 推 广 应 用 。关 键 词 农 村 污 水 处 理 人 工 湿 地 系 统 经 济 评 估 环 境 资 源 评 估0 前 言农 村 水 污 染 治 理 工 作 由 于 缺 乏 有 效 、 经 济 的 污水 处 置 工 艺 而 进 展 缓 慢 ,以 致 农 村 慢 性 病 、 致 畸 致 癌病 症 的 发 生 率 居 高 不 下 。 人 工 湿 地 系 统 的 主 要 优 点之 一 是 借 助 较
3、多 的 自 然 净 化 机 理 能 生 产 出 相 当 于 甚至 更 高 于 二 级 的 污 水 处 理 水 质 ,其 建 造 和 运 行 费 用比 传 统 人 工 生 物 处 理 厂 少 得 多 ,而 且 仅 需 很 少 的 能耗 ,一 旦 建 成 ,维 护 管 理 也 很 简 单 易 行 ,是 经 济 欠 发达 地 区 和 农 村 水 环 境 污 染 治 理 的 优 选 方 案 。 本 文 拟从 另 一 视 角 环 境 资 源 利 用 效 益 评 估 进 一 步 论 证人 工 湿 地 系 统 的 优 点 。1 环 境 资 源 效 益 评 估 方 法美 国 渥 图 姆 (Odum) 等 在
4、过 去 十 几 年 开 发 了 环境 资 源 效 益 评 估 系 统 。 它 是 一 种 以 衡 量 某 一 拟 建 系统 要 求 生 产 制 品 或 服 务 的 投 入 程 度 ,并 且 将 在 生 产过 程 中 包 含 的 “ 深 置 能 量 ” 或 能 量 记 忆 都 揭 露 出 来 的分 析 工 具 。 其 独 特 价 值 之 一 是 衡 量 最 终 由 自 然 提 供至 人 类 经 济 和 环 境 二 者 的 “ 服 务 ” 程 度 ,并 换 算 成 共有 单 位 太 阳 能 焦 耳 sej (solar emjoules) ,即 将 拟 评 估的 系 统 所 需 自 然 资 源 、
5、 本 地 可 再 生 资 源 和 系 统 内 不可 再 生 资 源 (细 分 为 本 地 固 有 资 源 和 需 外 区 输 入 的资 源 )以 及 系 统 输 出 的 产 品 均 以 sej 表 达 ,从 而 使 该系 统 综 合 环 境 资 源 分 析 具 有 可 比 较 的 量 值 ,以 评 估该 系 统 环 境 服 务 的 数 量 (以 自 然 资 源 和 可 再 生 能 源方 式 计 ,sej/ a) 和 人 类 经 济 的 产 品 数 量 (以 劳 力 、 制成 品 和 资 本 等 计 ,sej/ a) 。 由 此 可 得 :该 系 统 可 一 直利 用 可 再 生 资 源 量 和
6、 不 可 再 生 资 源 量 ;从 本 区 可 作出 什 么 贡 献 ,从 外 区 要 输 入 什 么 ;与 经 济 分 析 一 起 ,可 确 定 给 定 系 统 对 环 境 保 护 的 贡 献 大 小 。 其 中 关 键是 各 种 类 型 的 资 源 和 产 品 如 何 换 算 成 共 有 单 位 sej的 科 学 性 和 合 理 性 ,此 部 分 内 容 详 见 Odum ,1996 ,方 法 学 手 册 ( Handbook of t he Met hodlogy ,Brown ,1981 ;Odum ,1994 ;Odum et al ,2000) ,示 例 见 表 1。表 1 某 系
7、 统 的 环 境 资 源 分 析项 目 数 据 环 境 资 源 量/ sej/ unit 太 阳 能sej/ a输入可再生资源阳 光 / J 4154 1011 11 00 100 41 54 1011水 / J 7116 107 41 10 104 21 94 1012植 物 / g 1140 104 11 00 104 21 06 1012日 污 水 量 / g 4124 105 11 13 108 41 79 1013合 计 51 34 1013购入不可再生资源混 凝 土 / g 11 83 105 71 00 107 11 28 1013细 菌 / 美 元 31 82 10 61 54
8、 1011 21 50 1013机 械 / g 41 54 103 41 10 109 11 86 1013电 能 / J 31 07 1010 11 60 105 41 91 1015总 劳 力 / h 61 00 10 31 47 1014大 学 教 师 / h 51 00 21 2 1013 11 10 1014农 业 技 师 / h 51 50 10 41 3 1012 21 37 1014合 计 51 90 1015环 境 资 源 量 合 计 51 95 1015输出产品清 水 / g 21 35 108 21 53 107 51 95 1015收 获 生 物 量 / g 41 76
9、 104 11 25 1011 51 95 10152 人 工 湿 地 与 常 规 污 水 处 理 系 统 的 环 境 资 源 利 用比 较进 行 比 较 的 系 统 1 是 美 国 40 户 住 宅 的 潜 流 式人 工 湿 地 系 统 ,包 括 初 级 处 理 腐 化 池 和 重 力 流 石 灰石 基 质 潜 流 式 湿 地 。 系 统 2 是 常 规 装 配 式 污 水 处 理48 给 水 排 水 Vol. 32 No. 11 2006系 统 ,建 于 同 一 镇 的 40 户 住 宅 ,包 括 鼓 风 机 、 破 碎机 、 泵 和 氯 化 消 毒 。 比 较 结 果 如 下 。211
10、传 统 经 济 评 估在 可 比 人 口 数 量 前 提 下 ,系 统 2 的 投 资 费 用 是 系统 1 的 2 倍 多 (15 400 美 元 对 6 650 美 元 ) ,维 护 费 用超 过 10 倍 (1 130 美 元 / a 对 120 美 元 / a) ,该 数 据 取 决于 当 地 人 工 费 和 土 地 费 等 因 素 。 依 据 工 作 机 理 ,系 统2 必 须 由 外 界 供 电 ,否 则 鼓 风 机 、 破 碎 机 和 泵 就 不 工作 ,必 须 采 用 氯 化 消 毒 ,不 然 不 能 减 少 大 肠 菌 ;系 统 1借 重 力 流 输 送 污 水 ,由 石 灰
11、 石 过 滤 ,微 生 物 和 植 物 同化 作 用 净 化 污 水 ,大 肠 菌 数 可 达 标 。 系 统 1 的 经 济 效益 不 仅 在 于 能 达 标 排 出 系 统 外 部 ,还 提 高 了 当 地 生 态系 统 质 量 ,附 加 了 地 方 的 景 观 价 值 和 生 物 多 样 性 价值 。 但 是 系 统 1 需 要 较 大 的 人 均 土 地 面 积 和 较 长 的水 力 停 留 时 间 ,过 滤 器 要 经 常 清 洗 ,以 防 管 道 堵 塞 。系 统 1 当 湿 地 坡 度 不 允 许 重 力 流 或 污 水 排 入 湿 地 有困 难 时 则 应 用 潜 流 泵 ,其
12、 用 电 量 约 比 系 统 2 少 22 %。212 环 境 资 源 效 益 评 估根 据 Odum 对 两 个 污 水 系 统 所 采 用 环 境 资 源sej 值 分 析 显 示 ,系 统 内 对 环 境 资 源 贡 献 最 大 的 是 来自 污 水 本 身 ,它 反 映 了 人 群 为 维 持 生 命 所 产 副 产 品的 高 价 值 。 对 于 污 水 的 总 环 境 资 源 分 配 ,系 统 1 为9716 % ,系 统 2 为 97 %。 这 一 事 实 证 明 ,“ 污 水 ” 是潜 在 有 价 值 的 可 再 生 自 然 资 源 ,其 包 含 的 有 价 值 的营 养 质 和
13、 水 ,可 构 成 和 支 持 生 产 性 湿 地 生 态 系 统 。同 时 也 表 明 若 工 程 规 划 、 设 计 、 运 行 和 维 护 良 好 ,污水 依 靠 环 境 自 然 资 源 事 实 上 可 实 现 自 我 净 化 。对 环 境 资 源 利 用 情 况 分 析 ,除 污 水 资 源 外 ,系 统1 中 雨 水 、 日 光 输 入 是 总 环 境 资 源 输 入 的 1 % ,石 灰石 等 材 料 则 占 116 %。 以 服 务 计 的 环 境 资 源 占016 % ,从 外 区 输 入 的 环 境 资 源 01001 % ,来 自 当 地的 材 料 等 环 境 资 源 (石
14、 灰 石 、 植 物 和 护 根 ) 达 到 总 环境 资 源 利 用 的 60 % ,总 运 行 耗 费 资 源 为 总 建 设 耗 费环 境 资 源 的 3 %。系 统 2 的 购 买 服 务 和 外 区 输 入 资 源 (高 技 术 系统 利 用 )占 总 环 境 资 源 利 用 的 绝 大 部 分 ,可 再 生 资 源利 用 仅 占 极 小 部 分 ,最 大 的 环 境 资 源 流 是 输 入 货 物和 服 务 ,包 括 机 械 设 备 和 技 术 人 员 ,由 外 区 输 入 的 资源 相 当 大 ,约 是 系 统 1 的 100 倍 。 该 分 析 表 明 系 统2 是 以 设 备
15、 机 械 和 技 术 工 艺 交 换 系 统 1 的 大 量 石 灰石 湿 地 面 积 才 获 得 许 可 的 缓 冲 量 和 持 留 量 。系 统 1 的 环 境 资 源 主 要 利 用 来 自 当 地 资 源 (污水 除 外 ) ,包 括 风 能 、 日 光 、 石 灰 石 和 湿 地 植 物 ,购 买的 外 区 货 物 量 小 于 系 统 总 资 源 利 用 量 的 1/ 3 ,建 设该 系 统 需 要 大 量 劳 力 。由 此 可 大 致 勾 勒 出 货 币 和 环 境 资 源 二 者 交 易 的状 况 。3 结 论(1) 在 拟 建 系 统 的 评 估 中 ,传 统 上 是 进 行
16、经 济评 估 ,即 以 投 入 产 出 货 币 量 方 式 作 为 主 要 研 究 对象 。 本 文 阐 述 的 环 境 资 源 评 估 是 以 输 入 输 出 环 境资 源 量 作 为 主 要 研 究 对 象 ,评 判 系 统 是 否 有 效 、 节约 、 可 再 生 地 利 用 环 境 资 源 。 在 当 今 环 境 资 源 短 缺的 背 景 下 ,进 行 环 境 资 源 评 估 有 一 定 现 实 意 义 ,在 以保 护 和 治 理 环 境 资 源 为 目 标 的 环 境 工 程 中 值 得 考虑 。 进 行 经 济 评 估 的 同 时 ,辅 以 环 境 资 源 评 估 可 使决 定 的 系 统 方 案 更 合 理 可 行 。(2) 在 环 境 资 源 评 估 中 考 虑 了 “ 深 置 能
