表3:方案中EDC和营养参数的成本效益比值(SC1)和场景两(SC2)
全文
尼娜Gordon-Kirsch1阿龙塔尔2 *Shai亚嫩河3.W和谐Odeh3.Tal Godinger3.阿尔弗雷德Abed Rabbo4纳德艾尔Khateeb5
1 内盖夫本-古里安大学雅各布·布劳斯坦沙漠研究所旱地、环境和沙漠研究所,塞德·博克尔84990,以色列2 以色列特拉维夫大学公共政策系主任
3. 扎克伯格水资源研究所,Jacob Blaustein沙漠研究所,本-古里安大学内盖夫分校,Sede Boqer 84990,以色列
4 伯利恒大学化学系,巴勒斯坦伯利恒Rue des Freres
5 巴勒斯坦水与发展组织,巴勒斯坦,伯利恒
*通讯作者:阿隆·塔尔,特拉维夫大学公共政策系系主任,特拉维夫,6997801,以色列,电话:972-3-6409524:电子邮件:alontal@tau.ac.il, alontal@tauex.tau.ac.il
随着水资源短缺的加剧,废水回用已成为全球半干旱地区国家的一种重要的潜在水资源。本研究以中东地区为个案研究,评估处理后废水回用的可能选择。基于最近对巴勒斯坦西岸污水处理厂(WWTPs)的水质研究,本研究进行了成本效益分析(CEA),以评价不同污水处理水平的相对优势。该研究比较了西岸的二级处理设施和以色列的三级处理设施在每立方米处理成本方面的差异,重点是去除内分泌干扰物(EDCs)和其他水质参数,包括总悬浮固体(TSS)、生物需氧量(BOD)、总氮(TN)和总磷(TP)。在计算了成本效益(CE)比率后,结果表明,对于EDCs,巴勒斯坦权力机构的最佳废水解决方案是二次处理,而三级基础设施的发展以相当大的成本提供了极其有限的水质效益。该CEA对于在当地以及世界其他半干旱地区建设新的污水处理设施的最佳策略决策具有重要价值。
成本效益分析(CEA);内分泌破坏化合物(EDC);废水处理;水重用;水循环
水越来越多地确定为全球可持续发展议程的下一个主要挑战[1,2]。由于天然存在的过程和人类活动,在可用的淡水供应中存在越来越大的压力,特别是在中东地区的半干旱地区[3,4]。西岸是一个半干旱地区,估计2016年人口约为290万巴勒斯坦人[5]。随着人口的增长,淡水来源的可用性降低,废水再利用作为临界潜在的水资源[6-8]。如今,由于跨境水道,西岸的废水往往未经治疗,这对巴勒斯坦人和以色列人产生了不利的生态和公共卫生影响[9]。然而,治疗和重复使用市政污水的日益普遍的努力也伴随着与受污染水相互作用的风险日益关注。
最近的研究表明,在未经处理的污水和处理过的污水中都发现了某些被称为内分泌干扰化合物(EDCs)的化学物质[10-12]。EDCs是一组广泛的化学物质,包括激素,可对包括男性和女性生殖系统在内的各种生物系统以及生态系统健康产生有害影响[12-14]。edc的来源很多,但水资源越来越被认为是主要的暴露来源[13,14]。
研究人员第一次意识到与EDCs暴露相关的问题是通过对位于污水处理地点[15]下游的鱼类种群进行的研究。对野生鱼类种群的研究表明,暴露于特定激素可导致女性化[16]、双性状态和/或精子计数[15]降低。这些条件与繁殖成功呈负相关,并将鱼类种群的未来置于危险之中。从那时起,人们对野生动物和实验室动物进行了大量研究,结果也表明EDCs与发育、生殖和其他健康问题有关[16-18]。
同样,EDC暴露包括人类健康问题的风险。研究表明,暴露于EDC和不规则甲状腺功能之间的相关性,这可能导致综合症,心理迟滞和ADHD [13]。此外,EDC暴露已与更年期,乳腺癌,子宫内膜异位症和出生缺陷的早期发作相关联,[19-21]。男性也易于生殖健康效果,因为测试表明睾丸癌与EDC暴露[20]相关[20]以及精子质量和量的改变[16]。
研究证实,通过适当的废水处理技术可以显著降低和有效消除EDC浓度[22,23]。这对巴勒斯坦权力机构(PA)尤其重要,因为废水处理有限,向环境中排放是很常见的[24,25]。目前,PA有三个集中式wwtp,其中只有两个是完全运行的[26]。因此,预计在不久的将来,约旦河西岸将对新的污水处理设施进行投资。
标准WWTPs利用物理、化学和生物过程。通常,治疗分为三个一般级别:初级、二级和三级(或高级)治疗。Solak et al.[14]发现,更先进的处理方法导致更高的EDC去除。然而,先进的wwtp是昂贵的,资金是PA的一个限制因素。因此,在决定哪些wwtp最适合未来的项目时,成本应该发挥作用。在评估适当的污水处理方案时,需要考虑两个主要因素:处理效果和成本。因此,需要提供与处理水平相关的成本信息,以及在不同处理水平去除EDC的有效性,以便为即将到来的项目做出投资决策。本研究使用成本效益分析(CEA)方法来确定最具成本效益的废水处理水平与EDC和养分去除。
案例研究选择
本研究的分析包括五个污水处理厂:Tulkarem、Al Bireh、West Nablus、HodHasharon和Raanana。TulKarem污水处理厂被选为一级污水处理的一个例子,因为它是西岸唯一没有进行一级处理(曝气池)的污水处理设施。西岸目前有两个全面运作的二级世界贸易中心- -比雷赫和西纳布卢斯。PA没有三级污水处理厂,因此选择了以色列的HodHasharon和Raanana污水处理厂,对PA现有的二级处理和可能的三级处理进行比较。Raanana治疗设施的每日流量与巴勒斯坦的西纳布卢斯设施类似,因此,根据规模经济,其成本相当。
成本参数及计算
该分析选择纳入两种不同类型的成本:(1)运行和维护成本(2)每个污水处理厂的启动成本。运营成本包括电力、维护和保养以及目前的员工工资。建设成本包括支付土地、建筑材料、市政管道、建筑用电、员工工资(工程师、承包商、建筑)、许可证和为整个项目融资(支付的任何利息)。财务数据是从每个处理厂的首席操作员那里收集的。每个设施的每日流量不同,开办和运营费用也不同。因此,为了将不同wwtp的成本相互关联起来,在技术和工厂规模之间使用了一个可比的单价。这个单位是每立方米水的处理费用。
在分析中,计算单位成本时检查了两种不同的财务方案。在方案一中,计算忽略了初始启动成本,只关注了年运营成本。现实情况是,在过去和可预见的未来,国际捐助者一直愿意支付在巴权力机构建立世界粮食计划署的费用。因此,情景一从巴勒斯坦政府的角度计算单价,其中运营成本是唯一突出的支出,初始成本除外。场景二提供了全貌,并且更适用于世界范围内那些对评估项目的全部成本感兴趣的涉众。情景二中的估计与由地方政府和/或纳税人资助的污水处理厂相关。在方案二中,初始成本使用一个计算特定wwtp的现值启动成本的基本方程来摊销。
\[因为{t_ {{\ rm{}}现值}}= {\ rm {}} {\ rm{}}我[1 - 1 \ rm{}{}{\离开({1 + i} \右)^ T} \]
式中:A为每一期的支付金额(新以色列谢克尔),i为利率(百分比),T为总支付次数(年)[27]。
成本单位以每立方米新以色列谢克尔(NIS)计算,然后使用2016年3月的3.9谢克尔兑换1美元换算成美元。利用启动成本,4%[27]的利率,处理厂的预期寿命为25年,对上式计算A的值。
有效性参数及计算
本研究采用EDC和养分去除两种有效措施。结果中提到的EDCs为天然雌激素、雌酮和雌三醇,其他参数为总悬浮固体(TSS)、生物需氧量(BOD)、总氮(TN)和总磷(TP)。
本研究中的所有二级和三级污水处理厂都是一个更大的巴以研究项目的一部分,该项目监测在污水处理过程中EDCs的存在和命运。Dotan et al[28]的雌二醇和雌酮数据用于计算WWTPs中的移除百分比。TSS、BOD、TN和TP的去除百分比数据取自污水处理厂监测系统的月度报告。Odeh W[29]为Tulkarem初级处理设施的污水处理厂提供了雌三醇数据,但没有提供雌酮数据,而且污水处理厂没有监测其营养水平。因此,本研究采用[30]文献中的数据去除雌酮,去除营养成分不包括在本研究的初级处理中。
以下计算用于量化去除效果:
\[删除rm {}} {\ % {\ rm {}} = {\ rm{[}}{为C_i} {\ rm {-}} {C_f} {\ rm{] /}}{为C_i} * 100 \,\,\,\,\,\,\,\,\,\,( 2) \]
地点:C我是污染物和C的初始浓度f是污染物的最终浓度。将数字乘以100%表示移除的百分比。
成本效益分析
为了评估约旦河西岸巴勒斯坦人的废水处理方案,进行了一次CEA。CEA是一种将项目成本与其主要收益结果联系起来的技术。这项研究着眼于废水处理的成本与污染物去除的有效性。将成本和效果值结合起来,得到CE比率。分子是治疗成本(每立方米美元),分母是有效性(去除量,范围从0-1)。
\ [C / E {\ rm {}} = {\ rm {}} {\ rm{/}}有效性成本 \,\,\,\,\,\,\,\,\,( 3) \]
其中:C是成本,E是选择的有效性度量。
最优方案是成本低、效率高的方案。最佳的CE比是最小的数字,因为它意味着最高的去除价格最低。
在计算CE比率之后,进行敏感性分析,以便将预测影响和货币化的不确定性纳入整体建议。本研究使用极端情况敏感性分析来计算最坏和最好的情况。每处理一立方米水的成本在每个工厂保持不变;因此,将极端情况作为最佳和最差去除水平。因此,选择每个植物的最高和最低的去除率,然后重新计算每个条件下的CE比率。结果显示了最佳和最差情况下的CE比。
成本
表1中突出了两个融资方案之间的差异。在场景中,排除了启动成本,反映了PA中的当前现实,其中WWTP的初始成本由外援提供资金。在方案中,包括启动成本,使研究适用于外国援助不支持基础设施资助的其他当地人,除了代表巴勒斯坦WWTPS可能的未来。在情景中,二级和三级治疗的平均价格为0.21 / m3.和0.43美元/米3.,分别。在方案二中,二次处理的平均价格为0.49美元/m3.而一个三级处理厂的计算为0.62美元/立方米3..
WWTP | 治疗 | 场景一(美元/米3.) | 场景二($ / m3.) |
Tulkarem | 主 | 0.0179 | 0.0385 |
艾尔Bireh | 二次 | 0.2205 | 0.4795 |
西纳布卢斯 | 二次 | 0.1897 | 0.5026 |
HodHasharon | 三级 | 0.3795 | 0.6205 |
Raanana | 三级 | 0.4718 | nd |
表1:场景一和场景二每立方米废水处理成本结果
Nd =无数据
有效性
表2显示了不同污水处理厂去除效果的结果。正如预期的那样,数据显示EDC去除量的增加与处理水平的提高有关。对于雌酮,原发和继发的去除率差异相当显著,从7%上升到97%。二级和三级之间的差距要小得多,从97%增加到99%。经证实,EDCs更先进的治疗对TSS、BOD、TN和TP也有同样的益处。
治疗水平 | WWTP | 雌激素酮(%) | 雌三醇(%) | TSS (%) | BOD (%) | TN (%) | TP (%) |
主 | Tulkarem | 7 | 29 | nd | nd | nd | nd |
二次 | 艾尔Bireh | 97. | 98. | 96. | 92. | 90. | 72 |
二次 | 西纳布卢斯 | 97. | One hundred. | 98. | 98. | 81. | 63 |
三级 | HodHasharon | 98. | 94. | 99. | 99. | 90. | 84. |
三级 | Raanana | One hundred. | One hundred. | 98. | One hundred. | 60 | nd |
表2:有效结果使用百分比去除雌激素,雌三醇,TSS, BOD, TN和TP
Nd =无数据
成本效益比
表3显示了(a)方案一和(b)方案二对EDCs以及TSS、BOD、TN和TP计算的CE比率。CE值越低,越具有吸引力,因为这意味着成本越低,效果越好。在方案一中,与三级处理相比,二级处理设施在所有类别中的CE值均显著降低。在方案二中,二级和三级处理的CE值差异较小,但二级处理的CE值仍然较低。
基于成本的治疗水平比较
图1给出了雌酮CE比值的比较。指定的颜色表示增加的成本和增加的效果时,处理增加到每一个更高的级别。在(a) 1和(b) 2两种情况下,与单位治疗成本相比,初级和二级水平之间的有效性明显有更大的提高。相比之下,当从二级技术转向三级技术时,效率几乎没有提高,而成本却大幅增加。为了创建这个比较数字,第三级成本和效果值分别被视为100%,并相应地调整第一和第二级价值
图1:随着(a)方案一和(b)方案二中雌酮治疗水平的提高,成本和效果的累积增加
敏感性分析
在方案一中,极端病例方案敏感性分析显示,最佳和最差病例二次治疗的CE平均值分别为0.19和0.23。对于三级处理,最佳情况下的CE比率为0.38,而最差情况下的CE比率为0.47。敏感性分析表明,即使在二级处理的最坏情况下,使用抽样活动的最不利比率(0.23 CE比率)和三级处理的最佳情况下(0.38 CE比率),二级处理的CE比率仍然较低。因此更有吸引力。情形二遵循同样的模式:二次处理的最坏情形产生0.52的比率,而三级处理的最佳情形产生0.62的比率。
建议
CEA的最后一步是建议应采取的行动。较低的CE比率表明了最佳处理水平,但不能确定实际投资是否值得。本研究中进行的CEA研究表明,二级处理是去除PA废水中EDCs的最经济的选择。虽然三级处理将EDCs的去除水平提高了约2%,但200%的成本增加并不使其成为PA的有效投资。在这种情况下,在选择二次处理前需要考虑的一个重要因素是污水处理厂出水中污染物的实际数值水平。
目前,以色列和巴勒斯坦权力机构都有废水中营养物质浓度的法律参数,如表4所示。Godinger T[33]数据显示,三级处理将营养物质浓度降低到符合以色列重复利用标准的水平。
TSS (毫克/升) |
生化需氧量 (毫克/升) |
TN (毫克/升) |
TP (毫克/升) |
|
Al Bireh二级治疗 | 79. | 39.6 | 8 | 2.1 |
西纳布卢斯二级治疗 | 12 | 14.0 | 32 | 1.8 |
巴勒斯坦的标准 | 30. | 20. | 30. | 8 |
HodHasharon三级处理 | 3. | 1.9 | 6 | 1.3 |
以色列标准*灌溉/流 | 10/10 | 10/10 | 25/10 | 5/1 |
T可以4:与以色列标准[36]和PA标准[35]比较,每个处理厂流出的营养物浓度。
对于巴勒斯坦污水处理厂来说,西纳布卢斯工厂生产的废水非常接近PA的所有营养浓度标准。西纳布卢斯的TN为32 mg/L,而未达到的标准为30mg/L。表4中列出的TSS、BOD和TN标准提供了来自最近一份报告的第二级和第三级标准的平均值,而TP是在美国国际开发署最近批准的名为Compete的项目中报告的[34,35]。仅依靠二级处理,西纳布卢斯污水处理厂产生的废水极其接近于所有PA的营养浓度标准。
对EDCs也应进行同样的出水浓度与标准的比较。目前,世界上尚无国家对处理后的流出物进行EDCs的法律标准。然而,加利福尼亚州花了很多精力研究与EDC接触相关的风险,并提出了一套从1-10 ng/L(根据EDC和特定类型的[37]复用)的一般指导方针。德赢vwin首页网址同样,欧盟公布了建议限值,也在1ng/L范围内,这是基于在欧洲进行的研究[38]。采用这些推荐标准,三级治疗将是首选治疗方案。[33]的采样结果表明,与二级处理相比,三级处理的EDCs最终出水值浓度接近1 ng/L。从严格的预防和公共卫生角度来看,三级治疗将是最好的解决办法。然而,巴勒斯坦权力机构和其他财政资源极其有限的国家可能需要考虑经济和可行性。
西岸的经济形势与以色列截然不同。2014年,西岸的人均年收入为3000美元,而以色列的人均年收入为3.7万美元。通常情况下,当地居民向市政当局纳税,以支付建造和运营污水处理厂的成本。由于人均收入大约是以色列的十倍,巴勒斯坦人选择继续接受二级治疗可能是更明智的选择。
经济可行性
经济可行性研究可以评估特定场所的处理水平在经济上是否可行。以色列的经验与此密切相关:2007年,以色列大约70%的废水被回收用于农业用途。2009年,这一数字上升到75%,而今天,据水务局估计,这一数字将高达85%。由于不同利益相关者的经济激励,这个数字只会继续增长:农民为灌溉用水支付更少的钱,污水处理厂增加了他们的收入。同样的动态也应该存在于邻近的西岸。
对经济数据的基本回顾具有指导意义:西纳布卢斯污水处理厂处理废水的成本为0.19美元/米3..如果纳布卢斯市收取0.15美元/立方米的污水处理费3.对于服务人群,污水处理厂的成本将降低到0.04美元/米3..为了支付这笔费用,工厂可以把处理过的废水卖给农民,就像在以色列[22,36]和世界其他地方[6,39]通常做的那样。在以色列,目前的回用废水的市场价值在0.25- 0.32美元/m不等3.[40]。即使使用最低的转售率,污水处理厂仍将获得有意义的利润:
$ 0.25 / m3.- 0.04美元/米3.=每售出一立方米获利21美分。
西纳布卢斯日水量约为9000立方米,达到每年处理3.3 MCM污水的水平。出售废水可获得689 850美元/年的利润,超过该设施每年的运营成本(61.5万美元/年)。此外,西纳布卢斯污水处理厂(West Nablus WWTP)的进水量预计将增加到1.5万立方米/天的满负荷能力,每年将产生约5.5 MCM的处理废水,每年利润115万美元。每年产生的5 MCM污水可用于当地农业。仅在西岸地区,每年农业用水就需要消耗55到60千立方毫米的水,这甚至不能满足当地农民的全部需求。
CEA的研究结果与国际上该领域的研究结果一致。例如,西班牙的研究显示,污水处理厂的运营成本与本研究[42]中发现的相当。许多CBA研究报告了正的净现值(npv),确认了污水回收策略[39,43,42]。这些研究还表明,通过创建废水处理市场,PA可以获得经济效益。到目前为止,CEA特别是EDC去除的研究还没有在其他地方进行。这项研究的独特之处在于它将CEA和edc结合在一起。由于这两个因素在作出关于最佳基础设施投资战略的管理决策时都至关重要,研究结果为一个致力于环境和公共健康,但税基有限的发展中经济体的政府提供了一个明确的方向。
最终,从二级治疗到三级治疗的转变必须是一个全面的、社会的决定,在这个决定中要考虑无数的因素。提高三级治疗水平的选择需要在未来继续开放,并应最终实施。但在此期间,在整个西岸实现二级治疗对巴勒斯坦人的公共健康和卫生来说将是有意义的进展。在半干旱地区拥有类似财政能力的其他国家也是如此。二级处理是一种最优解决方案,因为在财政资源极其有限的社会中,二级处理在保持经济效率的同时,也取得了合理的环境效果。
这项工作是在内戈和环境发展组织(WEDO)的本·吉尔尼亚大学之间的联合研究倡议下进行,并由美国航空中东区域合作(MERC)计划(Grant Ta-Mou-11-)支持M31-015)和Rosenzweig-Coopersmith基金会(RCF)。我们感谢WWTPS人员的不断愿意协助这项研究。本研究的进一步资助是由2012-2013 Fulbright Iie授予以色列提供的。
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文章类型:研究文章
引用:Gordon-Kirsch N,Tal A,Arnon S,Odeh W,Godinger T,等。(2017)关于废水处理设施的成本效增用分析模型,扰乱复合复合拆除 - 巴勒斯坦西岸的案例研究。INT J Water Wastewater Ared 3(3):DOI http://dx.do.org/10.16966/2381-5299.145
版权:©2017 Gordon-Kirsch N等人。这是在创意公约归因许可的条款下分发的开放式文章,其允许在任何介质中不受限制地使用,分发和再现,只要原始作者和来源都被记入。
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