簡(jiǎn)談即墨市第五中學(xué)人工濕地環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值核算及可持續性評價(jià)論文

　　人工濕地污水處理系統具有建設成本低、耗能少、維護方便、美化環(huán)境和可實(shí)現廢水資源化等特點(diǎn)，被廣泛應用于廢水處理以及水體生態(tài)修復工程。60年代中期，有學(xué)者提出了根區理論(root-zonemethod，RZM)，標志著(zhù)人工濕地正式進(jìn)入水污染控制領(lǐng)域。截止2010年，中國規�；�的人工濕地工程數量已達到400多項。關(guān)于人工濕地污水處理系統已有的研究主要集中在人工濕地凈化機理、影響因素、設計與運行參數的相關(guān)性等方面。相對來(lái)說(shuō)，對人工濕地污水處理系統環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值核算和可持續性水平的研究較少。

　　對人工濕地污水處理系統的環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值核算包括環(huán)境容量?jì)r(jià)值、資源價(jià)值和社會(huì )價(jià)值;研究方法主要有影子工程法和意愿調查法等方法。目前，對人工濕地污水處理系統可持續水平的研究相對較成熟，研究區域已經(jīng)拓展到森林、農業(yè)和海洋等自然生態(tài)系統，但研究重點(diǎn)仍以大尺度的自然生態(tài)系統可持續性評價(jià)為主，對單一生態(tài)工程等小尺度的可持續性評價(jià)較少。

　　目前，能值分析法已經(jīng)被用來(lái)評價(jià)城市、農業(yè)、濕地保護區和污水處理廠(chǎng)等多種生態(tài)系統。本研究以山東省青島市即墨市第五中學(xué)人工濕地污水處理系統為研究對象，運用能值分析法，對其進(jìn)行了環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值核算和可持續性評價(jià)�；�于能值理論基礎，改進(jìn)了人工濕地污水處理系統環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值核算體系，在此基礎上，核算了系統的能值投入、環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值和相關(guān)能值指標，進(jìn)一步探討了系統的可持續性，以期為人工濕地可持續性水平的定量評價(jià)提供一定的參考。

　　1材料和方法

　　1.1研究區

　　即墨市第五中學(xué)人工濕地位于即墨市東端(3630'33.76"N，12049'58.23"E)，該系統建于2013年6月，由預處理系統和濕地處理單元組成，污水處理量為200m3/d，占地面積300m2。進(jìn)水中的化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、固體懸浮物、硝態(tài)氮和磷酸鹽的質(zhì)量濃度分別為320mg/L、180mg/L、220mg/L、35mg/L和1.8mg/L;出水中的上述指標質(zhì)量濃度分別為45mg/L、15mg/L、30mg/L、9mg/L和0.4mg/L;經(jīng)過(guò)人工濕地污水處理系統處理后，上述指標的去除率分別為85.9%、91.7%、86.4%、74.3%和77.8%，污水處理系統運行的周期以20a計算。該處理系統的出水水質(zhì)符合《山東省半島流域水污染綜合排放標準》(DB37/676—2007)。

　　1.2方法

　　能值分析法充分考慮了無(wú)法貨幣化的自然資源對生態(tài)系統的重要貢獻，不同種類(lèi)能量之間等級和質(zhì)的差異性，以及價(jià)格受市場(chǎng)影響產(chǎn)生波動(dòng)等問(wèn)題，有利于反映研究系統真實(shí)的服務(wù)價(jià)值變化。

　　根據能值理論，繪制了即墨市第五中學(xué)人工濕地污水處理系統的能量流動(dòng)圖。太陽(yáng)能、潮汐能和地熱能每年投入到生物圈總的能值被稱(chēng)為全球能值基線(xiàn)本研究采用的能值基線(xiàn)為1.583×1025sej/a。為使得單位能值價(jià)值之間具有可比性，采用9.44×1024sej/a計算得到的單位能值價(jià)值乘以1.68(15.83/9.44)，進(jìn)行換算。

　　2結果和分析

　　2.1人工濕地污水處理系統的能量流動(dòng)

　　系統能值總投入為1.91×1018sej/a。在環(huán)境可更新資源中，雨水(化學(xué)能)的能值(4.92×1013sej/a)是最大的，為避免重復計算，只將雨水(化學(xué)能)納入到核算體系中。產(chǎn)品和服務(wù)等購入資源的能值投入為1.25×1017sej/a，僅占能值總投入的6.54%。這表明，人工濕地污水處理系統對外部資源的依賴(lài)性較小，對當地資源的利用率較高。

　　2.2系統環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值核算

　　2.2.1核算系統的改進(jìn)

　　人工濕地污染處理系統的價(jià)值體系與一般的環(huán)境資源存在差異。根據現有的價(jià)值體系，系統的總價(jià)值分為環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值和成本價(jià)值。環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值分為環(huán)境容量?jì)r(jià)值、資源價(jià)值和社會(huì )價(jià)值。成本價(jià)值包括建設成本和維護成本[14]。由于目前評估方法的局限性，進(jìn)行系統環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值核算時(shí)，主要通過(guò)公眾對進(jìn)、出水的支付意愿和當地產(chǎn)品的市場(chǎng)價(jià)值進(jìn)行計算。這樣會(huì )產(chǎn)生如下問(wèn)題：①人們的主觀(guān)判斷受到當地經(jīng)濟發(fā)展條件的影響(主觀(guān)性);②在不同地區的消費水平是不同的(區域性)。這會(huì )使得不同區域的系統環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值存在偏差，計算過(guò)程標準不一致，結果不具有可比性。

　　根據能值理論，將貨幣、器械、電能等不同種類(lèi)的物質(zhì)和服務(wù)，通過(guò)能值轉換率統一到同一單位進(jìn)行分析。其中，資源價(jià)值、社會(huì )價(jià)值、維護成本和建設成本價(jià)值的界定與以往研究一致。資源價(jià)值是指人工濕地污水處理系統產(chǎn)出物及中水的價(jià)值;社會(huì )價(jià)值是指人工濕地污水處理系統的景觀(guān)美學(xué)和科普價(jià)值;維護價(jià)值指的是系統正常運行所需要的成本價(jià)值;建設成本價(jià)值是指系統各種構筑物和原有環(huán)境使用費用的成本價(jià)值。根據環(huán)境容量?jì)r(jià)值，在該系統中將其確定為化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、固體懸浮物、硝態(tài)氮和磷酸鹽等污染物最大量的價(jià)值。改進(jìn)的環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值核算體系具體到不同的物質(zhì)或服務(wù)本身的價(jià)值，避免了以往研究中存在的主觀(guān)性和區域性等問(wèn)題。

　　2.2.2價(jià)值計算

　　本研究系統環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值的能值為3.24×1018sej/a。其中，環(huán)境容量?jì)r(jià)值為1.43×1018sej/a，占總環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值的44%。容納的化學(xué)需氧量、五日生化需氧量、固體懸浮物、硝態(tài)氮和磷酸鹽的價(jià)值能值分別為2.89×1017sej/a、4.50×1017sej/a、5.57×1017sej/a、1.11×1017sej/a和1.94×1016sej/a，表明了該系統容納污染物的能力較強，即污染物的去除率高。

　　本研究中，種植植物的產(chǎn)量很低，其經(jīng)濟價(jià)值可以忽略。資源價(jià)值，即中水的價(jià)值為1.81×1018sej/a，占總環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值的56%。這表明中水資源是環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值的主要組成部分。這與NelsonM的研究結果一致。污水是一種潛在的、有價(jià)值的可再生自然資源。它們包含支撐人工濕地、傳統污水處理系統等生產(chǎn)性生態(tài)服務(wù)所需要的營(yíng)養物質(zhì)和水。

　　2.3系統的可持續性評價(jià)

　　2.3.1可持續性相關(guān)指標

　　基于能值分析理論，計算出能值產(chǎn)出率(EYR)、環(huán)境負載率(ELR)和能值可持續指數(ESI)等能值指標，以評估系統對環(huán)境的影響、生態(tài)經(jīng)濟效益和可持續發(fā)展水平等。

　　本研究中，人工濕地污水處理系統的可持續性指數為214.86，這是因為其環(huán)境負載率較低，而能值產(chǎn)出率較高。表明該系統對環(huán)境的影響小，且可持續性較好。

　　2.3.2與相關(guān)研究系統的比較分析

　　對本研究中的人工濕地污水處理系統與其它系統進(jìn)行比較，可以看出該系統的優(yōu)越性。C系統和D系統的可持續性指數高于A(yíng)系統，這表明，人工濕地污水處理系統的可持續性比傳統污水處理系統高。人工濕地污水處理系統在整個(gè)周期內比傳統污水處理系統購買(mǎi)的資源(電能、鋼、設備等)的投入少，即其不依賴(lài)能質(zhì)較高的物質(zhì)材料。C系統和D系統的環(huán)境負載率比A系統小，這是因為A系統電力消耗較多，導致溫室氣體排放更多，對其他環(huán)境產(chǎn)生的壓力也越大。但是，作為傳統污水處理系統的B系統，其可持續性指數比C系統和D系統高，這是因為該系統采用中水回用系統，對環(huán)境負荷降低。

　　B系統和D系統的可持續性指數比C系統高，這表明B系統和D系統的環(huán)境可持續性更好。在B系統和D系統中，處理后的中水可繼續被用于其它方面。這樣既減少了環(huán)境壓力，又增加了可利用的水資源量，對周?chē)�環(huán)境有明顯的效益。D系統和C系統同樣是人工濕地污水處理系統，而D系統的可持續性指數遠高于C系統，這也進(jìn)一步驗證了上述結論。B系統和D系統的能值產(chǎn)出率高于C系統，這是因為B系統和D系統中水回收利用和節省的排污費，產(chǎn)生的貨幣能值之和比建設中水回用系統本身所需要的能值投入高。這也表明中水回用后，系統的可持續性得到了極大的改善。因此，中水回收利用是提高系統可持續性的有效手段，這與有的研究結果一致。

　　3結論

　　山東省青島市的即墨市第五中學(xué)人工濕地污水處理系統的環(huán)境經(jīng)濟價(jià)值和經(jīng)濟效益分別為3.24×1018sej/a和3.11×1018sej/a，其成本與效益之比為1︰24.41，表明了人工濕地系統環(huán)境經(jīng)濟效益顯著(zhù)。

　　即墨市第五中學(xué)人工濕地污水處理系統的環(huán)境負載率和可持續性指數分別為0.07和214.86，表明其對環(huán)境影響很小，可持續性好;中水回用作為其關(guān)鍵影響因素，是提高系統可持續性的有效手段。與其它處理系統相比，作為當前污水處理和水體修復中的一項重要生態(tài)工程技術(shù)，人工濕地系統在建設、運行、維護過(guò)程中，其耗能更低，對環(huán)境的負荷更小，具有廣闊的應用前景。

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