城市污水处理生态系统能值分析

脱水污泥的污染问题影响了城市污水处理厂的生存和发展,中水的不同处置方式对当地的水资源和水环境影响也不一样,将污水处理、脱水污泥和中水处置结合起来构建污水处理生态系统有利于研究污水处理的综合效益、探索促进污水处理事业可持续发展的途径.能值分析方法可作为分析这一复合系统的工具,传统能值分析方法由于对废物处理处置和排放的影响没有考虑,因此提出了针对污水处理生态系统的改进的能值分析方法和指标体系,以明镜滩污水处理生态系统作为案例用两种方法进行了对比分析.结果表明,改进的能值分析方法更适合于污水处理生态系统的实际情况;不可更新资源能值流比值(NR)和废物排放能值流比值(WR)对污水处理生态系统的可持续性影响最大,其次是中水回用能值流比值(IR),污水处理生态系统的可持续性最终取决于NR、WR和IR三者的共同贡献;废物利用可提高污水处理生态系统的可持续性.不同废物利用方式由于对废物利用的程度不同以及对不可更新资源的消耗不同,因此对污水处理生态系统的可持续性影响不一样;在提出的8个方案中,"脱水污泥填埋 中水排放"方案的可持续性最低,而"脱水污泥制堆肥 中水回用"方案的可持续性最高.     

基于能值的污水处理系统环境影响分析

污水处理厂及其“产物”(处理水和脱水污泥)的处理处置系统共同构成了污水处理综合系统,它从整体上涵盖了污水处理的全过程.污水处理综合系统在构建和运行的过程中主要包括两方面的环境影响:1)物质资源的消耗;2)排放污染物对环境的危害,而后者在既往有关的污水处理系统分析中往往被忽略.为了更全面地了解污水处理过程的环境影响状况,本文以能值分析理论为基础对污水处理综合系统进行分析,同时,结合生态足迹理论对系统的可持续性进行分析.结果表明:水体污染物的环境影响能值远大于大气污染物,且主要受氨氮排放量的影响;污水处理综合系统的能值消耗主要为废物流能值和本地可更新资源能值;“处理厂系统+填埋系统”的能值利用效率最高,“处理厂系统+中水回用系统+焚烧系统”的能值利用效率最低;“处理厂系统+中水回用系统+填埋系统”的环境可持续性最好,而“处理厂系统+焚烧系统”的可持续性最差.     

基于能值分析的厦门城市代谢可持续性评估

生态城市建设是中国城市转型发展的关键节点,对中国生态文明和新型城镇化发展具有推动作用。研究以中国典型的生态城市厦门市为例,基于城市代谢框架结合能值分析法,对厦门市代谢系统进行各项能值流的核算,构建2010-2017年厦门市能值指标评估体系,选用可持续发展指数、可持续发展能值指标、城市健康水平能值指数3项指标综合评价其生态可持续性,选取部分能值指标与珠海市、深圳市进行对比分析,以期为中国生态城市的可持续发展提供科学参考。结果表明：（1）2010-2017年,厦门市总能值呈上升趋势,2017年的总能值为2.51×10²⁴ sej,是2010年总能值的1.65倍,货币流能值显著增加,废弃物流能值下降。能值自给率由98.30%逐渐递增至99.20%,能值产出率由8.30%逐渐递增至15.20%,环境承载率小于3,属于环境低负荷状态。（2）厦门市可持续发展指标处于1-10之间,表明其生态经济系统具有活力和发展潜力,可持续发展能值指标由2010年的3.67增加至2017年的7.76,表明厦门市的可持续发展性能愈来愈好,城市健康水平能值指数由2010年的6.21上升至2017年的25.80,表明厦门市生态系统处于健康可持续发展的状态。（3）厦门市与珠海市、深圳市的能值指标对比分析表明,厦门市与珠海市均处于富有经济活力与生态可持续发展潜力阶段,且厦门市代谢系统的可持续发展水平整体优于珠海市与深圳市。（4）总体来看,厦门城市代谢系统处于可持续发展阶段,生态城市的建设有利于厦门市实现生态经济的可持续发展,研究对同类型生态城市的建设与可持续发展具有理论参考价值。     

基于能值分析的福州与厦门城市生态系统比较研究

能值分析方法(Emergy Analysis)为综合评价城市复合生态系统提供了新的手段和方法。以福州和厦门为研究对象,对其城市各种生态流进行计算和归类,建立了相应的城市复合生态系统与可持续发展能值指标,并对两城市复合生态系统中自然、经济、社会三大子系统进行了综合评价与对比分析。结果表明:厦门在经济发展水平和社会人均福利方面优于福州,在生态安全和可持续发展能力方面落后于福州。从能值角度出发,福州应加快城市基础设施建设,加强城郊地区能值反馈,科学引导人口转移;厦门应积极发展绿色产业,降低生产能耗物耗,提高废弃物循环利用率;两城市应加强区际资源互补和消除技术壁垒,促成两城市互补、互利、可持续发展。     

基于能值分析的无公害设施蔬菜生产系统效率和可持续性评价

发展无公害蔬菜是提高我国蔬菜品质和安全性、增强蔬菜产业竞争力的重要举措。针对蔬菜生产高投入、高产出的特点,采用能值分析方法对无公害设施蔬菜生产系统两种蔬菜栽培模式进行系统效率和可持续性评价,并与一般蔬菜生产模式进行对比。结果表明,无公害蔬菜生产模式能值利用效率、可更新比例、净能值产出率、食品安全性和可持续发展能力分别比一般蔬菜生产系统平均提高24.3%、24.9%、36.0%、98.2%和3.87倍,环境负载率平均下降64.7%,系统投入的能值货币价值平均降低20.0%。在此基础上,通过情景分析表明,如果进一步综合采用收集降雨用于棚内蔬菜灌溉、沼气发电供给蔬菜灌溉利用、通过标准化管理降低人力投入,可以使现有的无公害生产方式的能值利用效率提高3.4%—10.8%,可持续性提高1.2%—31.7%。该研究也表明,将无公害蔬菜生产纳入我国以沼气为纽带的循环农业发展模式中,实现适度的产业结合与规模化经营,能够较好的提高无公害蔬菜生产的生态经济效益和可持续发展能力。     

基于能值分析的合肥城市生态系统健康动态评价

随着城市化和城市环境问题的日趋突出,城市生态系统健康评价成为近年来生态学领域研究的热点.本文运用能值分析方法,采用活力、组织结构、恢复力和服务功能维持4个要素,构建了评价城市生态系统健康的能值指标--城市健康能值改良指标,并用于合肥市生态系统的健康评价,然后将评价结果与天津、芜湖、上海、宁波、福州等6座国内城市进行比较...     

城市环境经济能值综合和可持续性分析

澳门资源缺乏,人口高度密集,其生命支持系统几乎完全依赖进口。近年,澳门经历了经济的繁荣和社会的发展,澳门如何能克服其自身的缺点而生存?试图应用H.T.Odum创立的能值(Emergy)分析理论和方法,从城市生态系统的理论出发,对澳门的能值流进行系统分析研究,通过一系列能值指标,评价澳门城市生态系统自然环境和社会经济可持续发展的状况,为澳门制定发展策略和产业调整提供科学指导依据。2003年澳门城市生态系统应用能值为220×1020sej(Solaremjoules,太阳能焦耳,缩写为sej),输入的购买能值有216×1020sej,出口能值为140×1020sej。旅游博彩业为澳门带来52.1亿美元的收益,折算能值收益为86.5×1020sej,而游客只消费能值32.6×1020sej的商品和服务,旅游博彩业巨大的能值净收益为53.9×1020sej,旅游博彩业的贡献冲击比率为2.65。研究还发现,以相同的货币进行商品交换,中国大陆与澳门的能值交换比率是1.8倍。澳门旅游博彩业的能值剩余和澳门与中国大陆的能值交换优势,是维持澳门生态经济系统的关键因素。最后对澳门的可持续发展状况进行了讨论。     

Tracking human sewage microbiome in a municipal wastewater treatment plant

Human sewage pollution is a major threat to public health because sewage always comes with pathogens. Human sewage is usually received and treated by wastewater treatment plants (WWTPs) to control pathogenic risks and ameliorate environmental health. However, untreated sewage that flows into water environments may cause serious waterborne diseases, as reported in India and Bangladesh. To examine the fate of the human sewage microbiome in a local municipal WWTP of Hong Kong, we used massively parallel sequencing of 16S rRNA gene to systematically profile microbial communities in samples from three sections (i.e., influent, activated sludge, and effluent) obtained monthly throughout 1 year. The results indicated that: (1) influent sewage bacterial profile reflected the human microbiome; (2) human gut bacterial community was the dominant force shaping influent sewage bacterial profile; (3) most human sewage bacteria could be effectively removed by the WWTP; (4) a total of 75 genera were profiled as potentially pathogenic bacteria, most of which were still present in the effluent although at a very low level; (5) a grouped pattern of bacterial community was observed among the same section samples but a dispersed pattern was found among the different section samples; and (6) activated sludge was less affected by the influent sewage bacteria, but it showed a significant impact on the effluent bacteria. All of these findings provide novel insights toward a mechanistic understanding of the fate of human sewage microbiome in the WWTP.     

基于能值代数的湿地生态系统服务评价去重复性计算

在对生态系统服务进行评价时,重复计算一直是困扰学者们的一个难题。目前大部分对湿地生态系统服务价值评估的方法都集中于将服务进行简单的分类后,通过经济学的方法计算和评估湿地生态系统服务的价值。而生态系统服务的产生、传输、消费和再生产其实是一个循环的过程,将其生硬的分类进行评估,势必会对结果的精确度造成影响,如果不能正确地去除湿地生态系统服务价值评价中重复计算的部分,会使评估结果的可信度降低。本文通过建立能值流动流程图,对湿地生态系统服务间"分离、反馈、共产物"这三个基本机制进行整体性的预先分析,将计算结果与未经预先分析的计算结果对比,得到结果误差范围为12%~38%。研究表明,经过对系统的预先分析,可以有效地去除重复性计算所带来的误差,使评价的结果更加精确。     

Teaching ecosystem ecology through studying sewage treatment

Sewage treatment plants offer an excellent model ecosystem in which inputs and outputs can be quantified, and the response of the system to change measured

The dynamics of ecosystem functioning can be difficult for students to appreciate when systems are complex and difficult to quantify, in terms of flow of energy and cycling of matter. Most ‘textbook’ examples of real ecosystems are based on data collected over many years of study. A sewage treatment plant offers a working ‘model’ of an ecosystem but one which is still relatively complex, yet quantifiable. If is also a system which mimics a number of the transformations of energy and matter, which go in real ecosystems. It allows students to clearly understand the relationships between inputs and outputs, whilst being introduced to the design principles of environmental engineering required to design such an artificial ecosystem.     

基于能值理论的循环复合农业生态系统发展评价——以福建省福清星源循环农业产业示范基地为例

循环农业是当前农业可持续发展理念的具体运作模式。对能值分析方法优化,使其更适合循环复合生态系统的应用上进行优化,并以福建省福清星源循环农业产业示范基地为例验证,评价复合生态系统的可持续发展程度和经济效益。结果表明改进的能值分析方法对循环复合农业生态系统的可持续发展评价更科学,复合系统的可持续发展指数比单纯的生猪养殖提高23.44%—33.86%,在4种组合的循环模式中以"生猪养殖-沼气工程-有机肥生产-种植业"循环复合生态系统整体效益最佳,其可持续发展指数最高,环境负载率最低,净能值产出率仅略低于"生猪养殖-沼气工程-种植业"复合系统。     

城市污泥对退化森林生态系统土壤的人工熟化研究

森林退化问题在热带亚热带地区较为严重,在广东鹤山丘陵地区进行的野外试验结果表明,施用城市污水厂污泥可有效地促进树木的生长发育如增加株高和地径,对林中的灌草层植被也有促进和改善;同时可提高林地土壤肥力如土壤有机质和有效养分等,对土壤重金属残留的监测表明,施用污水厂污泥后主要问题是增加了Pb含量,其增加量随污泥用量增加而增加;其它重金属增加不显著。     

栽植生姜对不同种植模式下紫色土微生物生物量及水解酶活性的影响

研究了岷江下游紫色丘陵区玉米+红薯间作、大豆单作、生姜连作、水稻-紫云英轮作等4个典型种植模式下栽植生姜后土壤微生物生物量碳、氮、磷含量和水解酶活性的变化特征.结果表明： 栽植生姜显著降低了4个种植模式下土壤微生物生物量碳、氮和磷含量,但各种植模式之间存在较大差异.其中,玉米+红薯间作和水稻-紫云英轮作模式下土壤微生物生物量碳、氮的下降幅度明显低于大豆单作与生姜连作模式,但土壤微生物生物量磷下降幅度明显较高.栽植生姜显著降低了土壤酸性磷酸酶活性,其下降幅度以玉米+红薯间作模式最大,水稻-紫云英轮作模式最小;土壤转化酶活性在生姜连作模式下显著降低;土壤脲酶活性在大豆单作、生姜连作和水稻-紫云英轮作模式下均显著降低.相对于其他模式,栽植生姜使玉米+红薯间作模式下的土壤维持了较高的转化酶和脲酶活性.     

基于能值分析的山东省生态足迹

为了更好地了解山东省当前的生态环境状况和可持续发展能力,在对传统生态足迹模型进行简要分析的基础上,提出了基于能值分析理论的生态足迹计算的改进模型。改进生态足迹模型通过将生态经济系统中的各种能量流换算成对应的生物生产性土地面积,并比较计算得出生态足迹和生态承载力,从而衡量山东省的环境可持续发展状况。与传统模型相比,它采用的能值转换率、能值密度等参数更加稳定,更能反映区域特征;同时,它将所有的自然资源转化为太阳能值进行比较,因而具有更强的可比性。采用改进的生态足迹模型,2004年山东省的能值密度为7.710×1014sej.hm-2,人均生态足迹为8.904hm2,人均生态承载力为0.424hm2,人均生态赤字为8.480hm2;采用传统的生态足迹模型,2004年山东省的人均生态足迹为1.830hm2,人均生态承载力为0.581hm2,人均生态赤字为1.249hm2。二者的计算结果生态足迹均超过生态承载力。     

基于市政综合监管信息的城市生态系统复杂性分析

随着我国城市化进程的不断加快,城市结构日趋复杂,人类活动对生态系统过程和功能的干扰愈发严重,使城市生态系统更加的复杂.城市生态系统是城市居民与其环境相互作用而形成的统一整体,也是人类对自然环境的适应、加工、改造而建设起来的特殊的人工生态系统.城市生态系统的复杂性不但直接体现在其自然、经济和社会三个子系统的结构和过程中,也通过许多市政综合管理要素和对象呈现出来.通过对北京市东城区2009年6月至11月的城市综合监管信息平台立案数据的归类分析,结合东城区地形图和专题图矢量数据,从公用设施类、道路交通类、市容环境类、园林绿化类、房屋土地类、其他设施等因素,分析了东城区城市生态系统及其人类活动的相互关系.把从市政管理信息中提取出的城市管理部件问题与城市生态系统的水、土、气、噪声、视觉污染和固体废弃物等关键要素进行关联分析.通过挖掘东城区生态系统在组成和空间分布上的复杂性和规律性,阐明东城区城市生态系统与人类活动时空关系的复杂性,以期为城市生态系统管理提供借鉴.     

基于能值分析的唐山市生态安全评价

基于“压力-状态-响应(PSR)”模型,运用能值分析方法构建了城市生态安全评价体系和城市生态安全指数（EUESI）,并评价了1995-2005年间唐山市生态安全水平的变化.结果表明：1995-2005年间,唐山市生态安全水平呈先升高后降低的趋势;基于能值分析的研究区城市生态安全指数由1995年的0.017增加到1996年的0.022后逐年降低,2003年进入不安全状态.基于能值分析的城市生态安全评价方法克服了传统评价体系的指标繁多、重复、单位不统一和可比性差等缺点,更加真实客观地反映了城市生态安全状态,为城市生态环境的管理和决策提供了科学依据.     

基于能值分析的广东省生态经济系统综合研究

运用能值理论与分析方法,从自然子系统、社会子系统、经济子系统3个侧面,系统与子系统2个层面,对广东省生态经济系统1990年以来的发展态势进行了定量分析.结果表明,广东省属于高度发展地区,系统高度依赖于反馈能值的投入,虽然污染治理卓有成效,但并未从整体上解决环境压力不断增大的矛盾,区域自身可持续发展能力低.广东省对于国际市场的信赖性日益提高,但在大量资源型产品出口和高技术产品进口的不等价交换中处于实际的亏损地位.依靠科技,提高产出品附加值,发挥落后地区自然和人力资源优势,以及发达地区的经济拉动力,是全面提高区域可持续发展能力的关键.     

Sustainability evaluation of e-waste treatment based on emergy analysis and the LCA method: A case study of a trial project in Macau

Electrical and electronic waste (e-waste) has become one of the fastest growing waste streams in the world, and many countries have established e-waste treatment enterprises to solve their e-waste problems. Because of the potential environmental pollution from e-waste, evaluating the overall sustainability of e-waste enterprises is critical to both nations and cities, although a great challenge academically. In this study, a combined approach of emergy analysis and life cycle assessment (LCA) was undertaken, to quantitatively investigate the effectiveness of an e-waste treatment trial project in Macau. In the emergy analysis, we also introduced two new indices (emergy recovery and technical efficiency) in order to evaluate the technical level of e-waste treatment in Macau. The research results show that the trial project has low competitive ability, due to high input emergy and low economic benefits. The emergy environmental efficiency analysis and LCA analysis together indicated that the trial project will indeed produce a low impact on the local environment, and because of the recovery of some resources in the e-waste treatment process, can even generate some environmental benefits. The analysis on the emergy recovery efficiency and technical efficiency shows that trial project has a relatively higher emergy recovery rate (52.78%) and technical level (72.36%) than the e-waste treatment enterprises in mainland China. However, based on both the emergy sustainability index (ESI) and the emergy–LCA sustainability index, it was found that the e-waste treatment trial project is not sustainable over the long term, due to low economic efficiency. Compared to ESI, the emergy–LCA sustainability index is more intuitive and easier to understand. Relevant results and data from this study could provide decision support to enterprise managers and government sectors, so that they could implement appropriate policies on e-waste treatment, to promote sustainable development and improved e-waste processing technologies.