LCA全称Life Cycle Assessment（生命周期分析），它是对一个产品、一个工艺或者一系列活动的完整生命周期的环境影响评估。LCA一般会建立一个综合性的清单，将原材料从最初的源头到最终排放处置回到环境这个过程的资源使用和全球环境影响情况进行描述分析。因此，它是一个真正的环境影响评价方法。在往期推送中，我们曾和大家介绍过关于发展中国家污水处理厂里的LCA生命周期研究研究现状。本期的微信推送中我们将介绍一个与发达国家有关的污水厂LCA分析案例。目前市场上比较有代表性的LCA程序工具如下表所示。在这些软件背后，大多使用一个叫Envision的多层次信用评级系统。Envision是一个针对基础建设项目的可持续规划、设计、施工和运行的标准框架。它可以用于诸如桥梁、堤坝、污水处理厂、自来水厂和其他民用基础设施。它由可持续基础设施研究所（ISI）建立，但和LEED(能源与环境领导力)这类认证不一样，后者常用于建筑楼宇设施的评估。Envision是一个具有广阔前景的系统，因为它认识到项目的可持续性必须从规划阶段开始对项目的整个生命周期进行考虑。Envision共有64个可持续发展和适应力的指标，他们称这些指标为“credit”。这些指标分为五大类：生活质量、领导力、资源分配、自然世界以及气候与风险。虽然LCA可以支持这五类影响的量化评估，但最常见的是资源分配和气候与风险这两类。
尽管没有强制要求，但Envision框架认可LCA是个可以较好地执行其评级系统若干方面的方法。下表2列出了Envision的评分清单，明确提到了使用LCA来评估可持续发展的改善情况或者对物料平衡进行量化分析，这些都是可以用LCA高效完成的工作。因此例如Gabi等LCA软件供应商也愿意宣传自己的产品使用ENVISION的理念。
在这样的背景下，用ENVISION的标准来对污水处理厂做LCA效果如何呢？美国著名的咨询公司Black&Veatch和华盛顿水司DC Water合作，对Blue Plains 污水深度处理厂开展了一次LCA分析，来考察如何对一座污水厂进行等级评估。位于华盛顿的BluePlains污水处理厂全称为BluePlains Advanced Wastewater Treatment Plant。它由华盛顿水司DCWater运营，是世界上最大的深度处理污水处理厂，每日处理规模约为150万吨，是污水处理厂提标改造案例的典范。其实在这次研究之前，BluePlains污水处理厂就已经用LCA作为工艺选择的工具，确保出水总氮达标排放。下图是系统分析的流程示意图。BluePlains污水厂提出的生物强化和非生物强化的工艺流程如图显示，这是一个两段式的活性污泥法工艺。最初的LCA对两种不同的情景进行分析，包括了生物强化和非生物强化两类。前者在图中用绿线标记，后者则为红线。在非生物强化的基线情况里，硝化剩余污泥（NWAS）运至污泥处置设施作进一步处理。而在有生物强化的备选方案1里，NWAS被回收至第一段活性污泥池做进一步的脱氮处理。在这两种情形的基础上，研究团队又增加了一个假设情况，即备选方案2：该污水厂实现能量中和，厌氧消化产生的沼气用于所有设施的需求。原用于反硝化的甲醇也由生物燃料产生的生物甲醇替代。需要指出的是，后者是本文的一个假设场景，不是原有研究的考察内容。在本文的研究里，他们使用了由PRé开发的LCA分析软件SimaPro，同时配合由ISI开发的Envision评级体系。LCA的综合结果如下图所示，它显示了使用备选方案1和基准工艺的对比情况。备选方案1的LCA输出结果和相应的Envision得分如下表3所示，该表括号里的数值是备选方案2的理论计算值，它们和基线情况的改善水平用百分比来表示。因为LCA和Envision的气候与风险类（CR1.2）对应的类别对LCA总体影响很小，他们认为两个备选方案对空气质量的影响都可以忽略不计。因此，备选方案1和2分别评为“保护性”(Conserving)和“恢复性”(Restorative)两种水平。两种方案的改善百分比用于决定最后的Envision得分。下表4显示备选方案1和2与基线情况的改善比分别为27%和50%。这分别对应Envision的铜奖和白金奖。
Blue Plains污水厂因为在分析进行之前就已经建成，因此在RA1.1一项中没有排放；
在RA 1.5里，要满足“改善”的要求，污泥产量至少要减少25%，而且回用率也要在25%以上；
RA 2.1指的是要减少天然气的使用；
RA 2.2反映的是用电结构，要在此项得分，可再生能源的比例至少占10%；
RA 3.1 要求污水厂出水可以对地表水进行补给；
RA 3.2 备选方案1的电耗更大，因此相应的水足迹也更大。污水厂若能实现能量中和，将大大降低水足迹；
CR 1.1考察碳足迹。备选方案1因为进行了全面的LCA考察因为得分，备选方案2则减少了碳足迹，因此得分更高；
CR 1.2是对人类健康影响的评价，整体而言，两者的影响都可以忽略不计。
LCA是评估环境影响的整体方法，而Envision是可用于评估基础设施项目可持续发展水平的工具，适用范围广。将此两者结合，可以成为一个强有力的方法，不仅可以评估可持续性，还可以对改善项目可持续性的方法本身进行调研，特别是那些多目标的项目。BluePlains污水厂的例子就显示了这种方法如何评估生物强化的积极环境影响，以及如何通过生物能源和材料的结合来进一步提高污水处理的可持续发展水平。
ENVISIONing the LCA of a wastewater treatment plant, A. Kadava; S. Murthy; A. R. Shaw, Water Practice and Technology (2018) 13 (3): 583–588.
https://doi.org/10.2166/wpt.2018.065
