簡談即墨市第五中學人工濕地環境經濟價值核算及可持續性評價論文

簡談即墨市第五中學人工濕地環境經濟價值核算及可持續性評價論文

　　人工濕地污水處理系統具有建設成本低、耗能少、維護方便、美化環境和可實現廢水資源化等特點，被廣泛應用于廢水處理以及水體生態修復工程。60年代中期，有學者提出了根區理論(root-zonemethod，RZM)，標志著人工濕地正式進入水污染控制領域。截止2010年，中國規模化的人工濕地工程數量已達到400多項。關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性等方面。相對來說，對人工濕地污水處理系統環境經濟價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境經濟價值核算包括環境容量價值、資源價值和社會價值;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，研究區域已經拓展到森林、農業和海洋等自然生態系統，但研究重點仍以大尺度的自然生態系統可持續性評價為主，對單一生態工程等小尺度的可持續性評價較少。

　　目前，能值分析法已經被用來評價城市、農業、濕地保護區和污水處理廠等多種生態系統。本研究以山東省青島市即墨市第五中學人工濕地污水處理系統為研究對象，運用能值分析法，對其進行了環境經濟價值核算和可持續性評價。基于能值理論基礎，改進了人工濕地污水處理系統環境經濟價值核算體系，在此基礎上，核算了系統的能值投入、環境經濟價值和相關能值指標，進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。進水中的化學需氧量、五日生化需氧量、固體懸浮物、硝態氮和磷酸鹽的質量濃度分別為320mg/L、180mg/L、220mg/L、35mg/L和1.8mg/L;出水中的上述指標質量濃度分別為45mg/L、15mg/L、30mg/L、9mg/L和0.4mg/L;經過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法貨幣化的自然資源對生態系統的重要貢獻，不同種類能量之間等級和質的差異性，以及價格受市場影響產生波動等問題，有利于反映研究系統真實的服務價值變化。

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

　　2結果和分析

　　2.1人工濕地污水處理系統的能量流動

　　系統能值總投入為1.91×1018sej/a。在環境可更新資源中，雨水(化學能)的能值(4.92×1013sej/a)是最大的，為避免重復計算，只將雨水(化學能)納入到核算體系中。產品和服務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性較小，對當地資源的利用率較高。

　　2.2系統環境經濟價值核算

　　2.2.1核算系統的改進

　　人工濕地污染處理系統的價值體系與一般的環境資源存在差異。根據現有的價值體系，系統的總價值分為環境經濟價值和成本價值。環境經濟價值分為環境容量價值、資源價值和社會價值。成本價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，進行系統環境經濟價值核算時，主要通過公眾對進、出水的支付意愿和當地產品的市場價值進行計算。這樣會產生如下問題：①人們的主觀判斷受到當地經濟發展條件的影響(主觀性);②在不同地區的消費水平是不同的(區域性)。這會使得不同區域的系統環境經濟價值存在偏差，計算過程標準不一致，結果不具有可比性。

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

　　2.2.2價值計算

　　本研究系統環境經濟價值的能值為3.24×1018sej/a。其中，環境容量價值為1.43×1018sej/a，占總環境經濟價值的44%。容納的化學需氧量、五日生化需氧量、固體懸浮物、硝態氮和磷酸鹽的價值能值分別為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，種植植物的產量很低，其經濟價值可以忽略。資源價值，即中水的價值為1.81×1018sej/a，占總環境經濟價值的56%。這表明中水資源是環境經濟價值的主要組成部分。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性生態服務所需要的營養物質和水。

　　2.3系統的可持續性評價

　　2.3.1可持續性相關指標

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

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

　　2.3.2與相關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行比較，可以看出該系統的優越性。C系統和D系統的可持續性指數高于A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周期內比傳統污水處理系統購買的資源(電能、鋼、設備等)的投入少，即其不依賴能質較高的物質材料。C系統和D系統的環境負載率比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，對其他環境產生的壓力也越大。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。這樣既減少了環境壓力，又增加了可利用的水資源量，對周圍環境有明顯的效益。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，這也進一步驗證了上述結論。B系統和D系統的能值產出率高于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人工濕地污水處理系統的環境經濟價值和經濟效益分別為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境經濟效益顯著。

　　即墨市第五中學人工濕地污水處理系統的環境負載率和可持續性指數分別為0.07和214.86，表明其對環境影響很小，可持續性好;中水回用作為其關鍵影響因素，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工程技術，人工濕地系統在建設、運行、維護過程中，其耗能更低，對環境的負荷更小，具有廣闊的應用前景。

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