业界首次综合污水厂和管网系统的生命周期分析：法国Grabels市案例

生命周期分析 (Life cycle assessment, 简称LCA) 指从提取原材料、基础建设、运行到最终拆建的完整生命周期进行分析，如今已经成为评估工艺或工程的环境影响表现的主要参考方法之一。自上世纪90年代起，已经有很多关于污水处理系统环境影响的生命周期分析研究。最近，来自西班牙和法国的研究人员利用碳足迹法 (例如仅限于温室气体排放和/或能量需求综合的清单) 和多标准LCAs (包括所有资源消耗和污染排放) 对污水厂和管网系统开展了生命周期分析。

此前的很多研究并没有污水管网系统的建造和运行阶段的情况考虑在内，而此次研究人员提出了一个基于生命周期分析的整体环境评价方案，涵盖了管网和污水厂的具体建造和运行，实现对下水道管网的环境影响的量化分析。其考察因素包括下水道管网的基建部分的库存清单，如管材、集料、人孔、接口、土建工程、道路修复。而运行阶段则包括了泵站的能耗、释放到大气中的甲烷和硫化氢的数量、以及管网渗漏流失的水量等。

以下两部分框架分别展示了管网系统的生命周期系统边界和污水厂系统的生命周期系统边界，其主要构成都是建造、运行和设施寿命末期阶段。

▲ System boundary for life cycle inventory of sewer systems

▲ System boundary for life cycle inventory of WWTPs

研究人员选择了位于法国南部蒙彼利埃省的Grabels市污水处理系统作为研究对象，目标是通过生命周期分析比较污水管网和污水厂环境影响的相对贡献值。这个研究里的生命周期分析采用了ISO14040和ISO14044标准，主要分为1.目标和范围定义2清单分析3. 影响评价 4. 结果展示四个步骤。

Grabels市的人口密度为1700人/平方公里，属于低密度城市，而在周边有轻微程度的城市蔓延现象。Grabels市污水处理系统的人口当量为5200，该地区的管网系统长达40公里，管径为200mm，主要通过重力作用运输。泵站将污水连接到蒙彼利埃的管网系统，扬程为12米，污水在管网的水力停留时间(HRT)平均约为51分钟(30分钟 -2小时不等)。

Grabels污水厂采用传统的活性污泥技术，包括生物脱氮和化学除磷(氯化铁)，并对污泥做脱水稳定化处理。研究人员将系统的上游边界定义为进入管网系统的原污水，而下游则为经过处理进入表面的出水，污泥的最终去向则按法国的一般操作来计算：70%农用，20%焚烧，10%填埋。分析选择的运行功能单位为1天，对应的BOD5约为312kg。另外，研究人员假设污水厂和管网系统的生命周期均为30年。其他研究假设的细节如下图：

分析内容包括了系统成分的生命周期清单、不确定性分析、分析方法的选择等。这个分析从人类健康、生态系统和自然资源三个大方面下的18个子类别进行了量化比较：

综合结果显示，在资源方面，污水厂是消耗大户，影响率占到了92.3%，而管网基建只有3.7%，泵站则占了剩下的4%。但在人类健康和生态系统方面，管网基建的影响占到了64%。管网对环境产生的影响是显著的。

研究人员表示这是业界第一次结合污水厂和管网系统做综合性的生命周期分析。一方面，这个研究突出了管网系统相关的环境影响重要性，管网系统的建造和运行信息可以为某地区采取集中式或分散式污水处理系统的决策提供重要支持；另一方面，研究也显示了管网系统确实应该被纳入到污水系统的环境分析中，这在过去并没有得到重视。另外，管网系统的清单除了建材之外，还应包括土木工程和道路修复等。

摘译自 Life cycle assessment of urban wastewater systems: Quantifying the relative contribution of sewer systems。原文发表于国际水协会期刊 Water Research。Eva Risch, Oriol Gutierrez, Philippe Roux, CatherineBoutin, and Lluı´s Corominas, Life cycle assessment of urban wastewater systems: Quantifying the relative contribution of sewer systems, Water Research 77 (2015 ) 35-48