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SWTF-SANI: 融入海水冲厕的新型水循环理念的可持续应用

2018-04-03 13:57来源:IWA国际水协会关键词:海水淡化市政污水城市污水收藏点赞

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海水、淡水和集中式回用水被视作不同的城市供水类型。其他考虑因素包括了处理工艺、供水方式、污水收集的管网系统、根据水源要求的出水排放等。这个研究的目标定义为针对水资源紧缺城市的替代性水资源和污水处理方法的环境影响评估,计算单位是1m³的供水。

研究人员对5个可能的应用场景进行定义和比较。这五个场景包括:

FWA– 基于传统活性污泥法的淡水供给

FRA – 结合淡水系统的海水淡化

DSA – 结合传统活性污泥的污水处理系统的海水冲厕系统(SWTF)

DSS – 结合了SANI工艺污水处理的SWTF系统

DNA – 淡水和灰水系统,例如RWTF系统


生命周期清单包括了材料、化学品、能量的输入,数据来自香港的水务部门或者以相关文献参考。为简便起见,不同场景中的相似设施被视作相同。根据ISO的标准,研究人员使用LCA分析专业软件SimaPro8.1  来组织清单数据,并使用该软件提供的ReCiPe中间点法(Midpoint-H)来计算影响。中间点指示因子对相关影响进行量化。

作为研究对象的4个城市主要不同在于淡水运输距离、城市距离海边距离、淡水可用度、冲厕用水百分比,以及有效人口密度。其中有效人口密度指考虑城市核心的人口密度,一般超过城市总人口的75%。


下表是应用SWTF系统最坏情况的假设,而考虑到每个城市间的差异,对每个指示因子又设定了一个合理的变化范围,并对实际系统和文献的数值分别保留有5%和10%的不确定性浮动空间。


分析结果

香港和深圳从非本地淡水水源(东江)取水,北京通过长达1千多公里的南水北调来取水。下图总结了4个城市在5种场景下的用水量情况。就淡水节省而言,理论上FRA的海水淡化可以取代所有非本地源的淡水使用,但这是不可持续的,所以在FRA场景中的淡水需求是指本地的淡水开采量,剩下的淡水需求都来自海水。从FWA和FRA的对比可以看出,香港和深圳的情况更加不安全,因为它们非常依赖非本地的水源。而在DSA、DSS和DNA三种用海水和中水冲厕的情境下,香港和深圳能节省的淡水只占20%-30%,因此SWTF和RWTF都不能满足这两座城市的用水需求,它们必须要从东江调入淡水。北京和青岛使用海水/中水冲厕却足够缓解淡水短缺的问题,这显示SWTF或者RWTF能够完全消除它们对南水北调工程的依赖。

▲ 4个城市在5场景下的淡水总需求 (包括居住、工业和景观的用水需求)和潜在淡水节省量

在环境影响方面,通过下图我们可以看出FRA在6个指标中都是最差的。其他场景在各自城市的环境影响相对接近,  除了北京在富营养化指标中5种情况差别较大。对于青岛、香港和深圳,在大部分的情况里结合了SANI工艺的SWTF系统的DSS方案产生的环境影响是最小的,这主要因为SANI工艺的环境友好性,以及海水冲厕的前期处理简易。北京则更适合使用中水回用,因为长距离的海水运输和排放会造成显著的环境影响。同时我们可从下图看出北京和青岛的负面环境影响比香港和深圳更大,因为前两者的市政管网更广。此前有研究显示水的运输对城市水系统的气候变化和电耗贡献值分别超过30%和70%,尤其是人口密度超过4000人/km2的城市。


▲ 4个城市在5场景下的6个环境影响指标的分析

原标题:SWTF-SANI: 融入海水冲厕的新型水循环理念的可持续应用
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