摘要
城市河道承载着重要的生态功能，但我国地表水质已经严重恶化，黑臭河道问题突出，这不仅危及人体健康，而且影响生态系统稳定。对此，我国出台了一系列法律法规和政策制度，以强调黑臭水体整治的重要性和紧迫性，并对整治工程加以规范，其中，生态修复技术作为黑臭水体整治的重要措施被多次提及。微生物强化降解、曝气复氧、生态浮床组合生态修复技术被广泛应用于我国黑臭河道的整治中，并取得了较好的治理效果。但在修复工程的设施设备生产安装和后续运行维护过程中也存在资源消耗、污染排放问题，并需要大量资金支持，随着全国黑臭水体整治工作的推进，有必要从生命周期的角度出发，识别关键过程，并提出资源有效、环境友好、成本节约的改进建议。 目前，国内外对于黑臭河道整治技术的生命周期研究十分有限，本研究参考了相对已较为成熟的污水处理技术生命周期研究经验，选取黑臭河道生态修复技术中三种常见、典型的技术:生物绳、微孔曝气、生态浮床，以民丰河生态修复工程为例，借助GaBi6软件，开展生命周期评价和生命周期成本分析。本研究使用的生命周期环境影响评价（LCIA）方法为CML2001-Dec.07，ExpertsIKP，评估的环境影响类别包括非生物资源消耗潜势(ADP)、酸化潜势(AP)、富营养化潜势(EP)、全球变暖潜势(GWP)、臭氧层消耗潜势(ODP)、光化学氧化潜势(POCP)。 LCIA结果显示，运行维护阶段贡献了总LCIA结果的99％以上。 在生产安装阶段，主要影响为ADP和GWP，在三种技术中，生物绳组件对生产安装阶段总LCIA结果和GWP的贡献最大，GWP的关键过程为生物绳方钢框架的生产，关键因子为CO2，而采用替代方案木框架和PVC管框架分别能减少生物绳组件生产安装阶段总LCIA结果的86.8％、85.7％。微孔曝气设备的生产安装对总EP和ODP的贡献较大，其中EP的关键过程为鼓风机钢材的生产和机加工过程，关键因子为磷酸盐和NOx。生态浮床对ADP和AP的贡献较大，二者的关键过程都是高密度聚乙烯浮床块的生产，AP的关键因子为SO2和NOX。 运行维护阶段的主要影响为EP、GWP、AP，在本研究选取的6个环境影响潜势中，除了EP外，其他5个均呈现正向结果。三种技术中，微孔曝气对总LCIA结果贡献最高，对ADP、AP、ODP、POCP的贡献几乎都为100％，对GWP的贡献过半，微孔曝气运行阶段关键过程为鼓风机耗电，占民丰河生态修复工程运行维护总LCIA的54.7％。河道EP的削减主要来自生物绳组件和生态浮床悬挂的生物绳，关键因子是NH3-N，但微生物硝化-反硝化作用产生的CO2和N2O对GWP的贡献很高，这导致生物绳的总LCIA结果为正向。生态浮床植物在运行过程中对整个生态修复工程运行期间的总LCIA结果、EP和GWP有较小的削减作用，其中，GWP的贡献组成较为复杂，植物的固碳作用削减了GWP，但植物根系微生物反硝化作用产生的N2O，以及植物残体填埋过程产生的CH4和CO2，对GWP产生正向贡献。 生命周期成本分析结果显示，生物绳组件、微孔曝气、生态浮床各占总成本的10.05％、55.86％、34.09％，运行成本比安装成本略高。在安装阶段，材料费占了成本的绝大多数。在运行维护阶段，微孔曝气和生态浮床对运行总成本分别贡献了81.18％、18.82％，生物绳组件因无需维护不产生成本。微孔曝气系统的运行维护成本主要来自鼓风机耗电，而随着运行年数的增加，微孔曝气占民丰河生态修复工程总成本的比例也会逐渐增加。此外，废钢的回收可以产生收益削减成本。生态浮床维护费用主要来自水生植物购买和种植、收割人工费用。 基于研究结果，为进一步减小系统的环境影响和经济成本，提出如下建议:1、选用木框架或PVC管框架替代生物绳组件的方钢框架;2、选用高效率节能鼓风机，结合自动监控设备实现低强度间歇曝气;3、选用成活率高的水生植物，并使用小型化、智能化的水生植物收割设备;4、对植物残体进行资源化利用;5、优化能源结构，倡导清洁能源、可再生能源的使用。
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