簡談即墨市第五中學(xué)人工濕地環(huán)境經(jīng)濟價值核算及可持續(xù)性評價論文
人工濕地污水處理系統(tǒng)具有建設(shè)成本低、耗能少、維護方便、美化環(huán)境和可實現(xiàn)廢水資源化等特點，被廣泛應(yīng)用于廢水處理以及水體生態(tài)修復(fù)工程。60年代中期，有學(xué)者提出了根區(qū)理論(root-zonemethod，RZM)，標(biāo)志著人工濕地正式進入水污染控制領(lǐng)域。截止2010年，中國規(guī)模化的人工濕地工程數(shù)量已達到400多項。關(guān)于人工濕地污水處理系統(tǒng)已有的研究主要集中在人工濕地凈化機理、影響因素、設(shè)計與運行參數(shù)的相關(guān)性等方面。相對來說，對人工濕地污水處理系統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟價值核算和可持續(xù)性水平的研究較少。
對人工濕地污水處理系統(tǒng)的環(huán)境經(jīng)濟價值核算包括環(huán)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(diào)查法等方法。目前，對人工濕地污水處理系統(tǒng)可持續(xù)水平的研究相對較成熟，研究區(qū)域已經(jīng)拓展到森林、農(nóng)業(yè)和海洋等自然生態(tài)系統(tǒng)，但研究重點仍以大尺度的自然生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性評價為主，對單一生態(tài)工程等小尺度的可持續(xù)性評價較少。
目前，能值分析法已經(jīng)被用來評價城市、農(nóng)業(yè)、濕地保護區(qū)和污水處理廠等多種生態(tài)系統(tǒng)。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(tǒng)為研究對象，運用能值分析法，對其進行了環(huán)境經(jīng)濟價值核算和可持續(xù)性評價。基于能值理論基礎(chǔ)，改進了人工濕地污水處理系統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟價值核算體系，在此基礎(chǔ)上，核算了系統(tǒng)的能值投入、環(huán)境經(jīng)濟價值和相關(guān)能值指標(biāo)，進一步探討了系統(tǒng)的可持續(xù)性，以期為人工濕地可持續(xù)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(qū)
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(tǒng)建于2013年6月，由預(yù)處理系統(tǒng)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(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(biāo)質(zhì)量濃度分別為45mg/L、15mg/L、30mg/L、9mg/L和0.4mg/L;經(jīng)過人工濕地污水處理系統(tǒng)處理后，上述指標(biāo)的去除率分別為85.9%、91.7%、86.4%、74.3%和77.8%，污水處理系統(tǒng)運行的周期以20a計算。該處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)符合《山東省半島流域水污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(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(tài)系統(tǒng)的重要貢獻，不同種類能量之間等級和質(zhì)的差異性，以及價格受市場影響產(chǎn)生波動等問題，有利于反映研究系統(tǒng)真實的服務(wù)價值變化。
根據(jù)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(tǒng)的能量流動圖。太陽能、潮汐能和地?zé)崮苊磕晖度氲缴锶偟哪苤当环Q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(jié)果和分析
2.1人工濕地污水處理系統(tǒng)的能量流動
系統(tǒng)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(fù)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(tǒng)對外部資源的依賴性較小，對當(dāng)?shù)刭Y源的利用率較高。
2.2系統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟價值核算
2.2.1核算系統(tǒng)的改進
人工濕地污染處理系統(tǒng)的價值體系與一般的環(huán)境資源存在差異。根據(jù)現(xiàn)有的價值體系，系統(tǒng)的總價值分為環(huán)境經(jīng)濟價值和成本價值。環(huán)境經(jīng)濟價值分為環(huán)境容量價值、資源價值和社會價值。成本價值包括建設(shè)成本和維護成本[14]。由于目前評估方法的局限性，進行系統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟價值核算時，主要通過公眾對進、出水的支付意愿和當(dāng)?shù)禺a(chǎn)品的市場價值進行計算。這樣會產(chǎn)生如下問題：①人們的主觀判斷受到當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展條件的影響(主觀性);②在不同地區(qū)的消費水平是不同的(區(qū)域性)。這會使得不同區(qū)域的系統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟價值存在偏差，計算過程標(biāo)準(zhǔn)不一致，結(jié)果不具有可比性。
根據(jù)能值理論，將貨幣、器械、電能等不同種類的物質(zhì)和服務(wù)，通過能值轉(zhuǎn)換率統(tǒng)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(shè)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(tǒng)產(chǎn)出物及中水的價值;社會價值是指人工濕地污水處理系統(tǒng)的景觀美學(xué)和科普價值;維護價值指的是系統(tǒng)正常運行所需要的成本價值;建設(shè)成本價值是指系統(tǒng)各種構(gòu)筑物和原有環(huán)境使用費用的成本價值。根據(jù)環(huán)境容量價值，在該系統(tǒng)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值。改進的環(huán)境經(jīng)濟價值核算體系具體到不同的物質(zhì)或服務(wù)本身的價值，避免了以往研究中存在的主觀性和區(qū)域性等問題。
2.2.2價值計算
本研究系統(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟價值的能值為3.24×1018sej/a。其中，環(huán)境容量價值為1.43×1018sej/a，占總環(huán)境經(jīng)濟價值的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(tǒng)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)濟價值可以忽略。資源價值，即中水的價值為1.81×1018sej/a，占總環(huán)境經(jīng)濟價值的56%。這表明中水資源是環(huán)境經(jīng)濟價值的主要組成部分。這與NelsonM的研究結(jié)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(tǒng)污水處理系統(tǒng)等生產(chǎn)性生態(tài)服務(wù)所需要的營養(yǎng)物質(zhì)和水。
2.3系統(tǒng)的可持續(xù)性評價
2.3.1可持續(xù)性相關(guān)指標(biāo)
基于能值分析理論，計算出能值產(chǎn)出率(EYR)、環(huán)境負(fù)載率(ELR)和能值可持續(xù)指數(shù)(ESI)等能值指標(biāo)，以評估系統(tǒng)對環(huán)境的影響、生態(tài)經(jīng)濟效益和可持續(xù)發(fā)展水平等。
本研究中，人工濕地污水處理系統(tǒng)的可持續(xù)性指數(shù)為214.86，這是因為其環(huán)境負(fù)載率較低，而能值產(chǎn)出率較高。表明該系統(tǒng)對環(huán)境的影響小，且可持續(xù)性較好。
2.3.2與相關(guān)研究系統(tǒng)的比較分析
對本研究中的人工濕地污水處理系統(tǒng)與其它系統(tǒng)進行比較，可以看出該系統(tǒng)的優(yōu)越性。C系統(tǒng)和D系統(tǒng)的可持續(xù)性指數(shù)高于A系統(tǒng)，這表明，人工濕地污水處理系統(tǒng)的可持續(xù)性比傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)高。人工濕地污水處理系統(tǒng)在整個周期內(nèi)比傳統(tǒng)污水處理系統(tǒng)購買的資源(電能、鋼、設(shè)備等)的投入少，即其不依賴能質(zhì)較高的物質(zhì)材料。C系統(tǒng)和D系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)載率比A系統(tǒng)小，這是因為A系統(tǒng)電力消耗較多，導(dǎo)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(tǒng)污水處理系統(tǒng)的B系統(tǒng)，其可持續(xù)性指數(shù)比C系統(tǒng)和D系統(tǒng)高，這是因為該系統(tǒng)采用中水回用系統(tǒng)，對環(huán)境負(fù)荷降低。
B系統(tǒng)和D系統(tǒng)的可持續(xù)性指數(shù)比C系統(tǒng)高，這表明B系統(tǒng)和D系統(tǒng)的環(huán)境可持續(xù)性更好。在B系統(tǒng)和D系統(tǒng)中，處理后的中水可繼續(xù)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，對周圍環(huán)境有明顯的效益。D系統(tǒng)和C系統(tǒng)同樣是人工濕地污水處理系統(tǒng)，而D系統(tǒng)的可持續(xù)性指數(shù)遠(yuǎn)高于C系統(tǒng)，這也進一步驗證了上述結(jié)論。B系統(tǒng)和D系統(tǒng)的能值產(chǎn)出率高于C系統(tǒng)，這是因為B系統(tǒng)和D系統(tǒng)中水回收利用和節(jié)省的排污費，產(chǎn)生的貨幣能值之和比建設(shè)中水回用系統(tǒng)本身所需要的能值投入高。這也表明中水回用后，系統(tǒng)的可持續(xù)性得到了極大的改善。因此，中水回收利用是提高系統(tǒng)可持續(xù)性的有效手段，這與有的研究結(jié)果一致。
3結(jié)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(tǒng)的環(huán)境經(jīng)濟價值和經(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(tǒng)環(huán)境經(jīng)濟效益顯著。
即墨市第五中學(xué)人工濕地污水處理系統(tǒng)的環(huán)境負(fù)載率和可持續(xù)性指數(shù)分別為0.07和214.86，表明其對環(huán)境影響很小，可持續(xù)性好;中水回用作為其關(guān)鍵影響因素，是提高系統(tǒng)可持續(xù)性的有效手段。與其它處理系統(tǒng)相比，作為當(dāng)前污水處理和水體修復(fù)中的一項重要生態(tài)工程技術(shù)，人工濕地系統(tǒng)在建設(shè)、運行、維護過程中，其耗能更低，對環(huán)境的負(fù)荷更小，具有廣闊的應(yīng)用前景。
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