SitewiseTM和SEFA方法測(cè)算污染場(chǎng)地修復(fù)環(huán)境足跡對(duì)比

周 游,辛 毅,馮 彤,桑春暉,肖 萌,張紅振,李香蘭,楊欣桐,董璟琦*

SitewiseTM和SEFA方法測(cè)算污染場(chǎng)地修復(fù)環(huán)境足跡對(duì)比

周 游1,辛 毅2,馮 彤3,桑春暉4,肖 萌4,張紅振1,李香蘭4,楊欣桐1,董璟琦1*

(1.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院,北京 100043；2.北京市大興區(qū)生態(tài)環(huán)境局,北京 102699；3.清華大學(xué),北京 100084；4.北京師范大學(xué),北京 100091)

使用SitewiseTM和SEFA對(duì)我國(guó)北方某城市污染場(chǎng)地修復(fù)活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)境足跡進(jìn)行對(duì)比分析,比較其方法原理、指標(biāo)體系、適用范圍和改進(jìn)建議.結(jié)果表明,兩款工具在該案例中對(duì)溫室氣體排放量、能源消耗量的模擬一致性相對(duì)較好,但對(duì)NO、SO、PM等大氣污染物的評(píng)估結(jié)果存在一定差異,主要由于部分修復(fù)環(huán)節(jié)內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)排放因子差異較大.兩款工具均能識(shí)別出造成環(huán)境影響的關(guān)鍵修復(fù)環(huán)節(jié),也可以同時(shí)對(duì)不同修復(fù)方案進(jìn)行對(duì)比分析,但是對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)指標(biāo)的評(píng)估不充分,缺乏敏感性分析等功能,指標(biāo)體系和內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)與我國(guó)實(shí)際情況有差異.建議根據(jù)我國(guó)能耗水平和污染物排放特點(diǎn),研發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的定量測(cè)算修復(fù)活動(dòng)環(huán)境足跡的工具,為修復(fù)活動(dòng)減污降碳提供科學(xué)依據(jù).

綠色可持續(xù)修復(fù)；碳排放；二次環(huán)境影響；低碳修復(fù)；評(píng)估工具

綠色可持續(xù)修復(fù)(GSR)是21世紀(jì)初在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家興起的污染地塊修復(fù)治理理念[1],其旨在避免“過度修復(fù)”,綜合考量修復(fù)活動(dòng)整個(gè)生命周期對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的影響[2-3],降低修復(fù)過程中的二次環(huán)境污染[4],包括能源和材料消耗,廢棄物產(chǎn)生,材料制造和能源使用過程中污染物排放等環(huán)境影響[5]. GSR思想源于歐洲[6],在美國(guó)得到飛速發(fā)展.2006年美國(guó)修復(fù)從業(yè)者成立了可持續(xù)修復(fù)論壇[7],2008年美國(guó)環(huán)保署發(fā)布了相關(guān)綠色修復(fù)的指導(dǎo)性文件[8],2010年美國(guó)環(huán)保署提出超級(jí)基金綠色修復(fù)戰(zhàn)略,制定了綠色修復(fù)戰(zhàn)略目標(biāo)和開展綠色修復(fù)示范工程、綠色修復(fù)評(píng)估技術(shù)研究等主要任務(wù)[9].基于超級(jí)基金綠色修復(fù)戰(zhàn)略,美國(guó)環(huán)保署發(fā)布了環(huán)境足跡分析七步法和可持續(xù)環(huán)境足跡評(píng)估工具. 2013年美國(guó)材料與實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)發(fā)布了“綠色修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)指南”[10], 2016年美國(guó)環(huán)保署基于環(huán)境足跡評(píng)價(jià)方法理論研發(fā)了基于EXCEL表格的環(huán)境足跡計(jì)算工具.近10a來, GSR在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家獲得了飛速發(fā)展[11].

GSR評(píng)估方法也在不斷演進(jìn)完善.早期業(yè)內(nèi)主要致力于提煉GSR核心指標(biāo),歐美國(guó)家采用多目標(biāo)決策分析方法(MCDA)對(duì)不同方案的關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行打分,篩選最優(yōu)修復(fù)方案.2005年以后,GSR評(píng)估體系更加豐富,生命周期評(píng)價(jià)(LCA)、費(fèi)用效益分析(CBA)和環(huán)境足跡(EF)等方法在研究修復(fù)技術(shù)可能造成的環(huán)境影響和可持續(xù)性[12]方面得到了廣泛應(yīng)用.此外,還有修復(fù)技術(shù)篩選矩陣、環(huán)境效益凈值分析法(NEBA)[13]應(yīng)用到GSR評(píng)估中.目前,GSR還沒有國(guó)際公認(rèn)統(tǒng)一的評(píng)估方法,美國(guó)倡導(dǎo)開展精細(xì)化、定量化評(píng)估,而英國(guó)、日本等國(guó)家更傾向于實(shí)用、簡(jiǎn)化的GSR評(píng)估方法[14].

隨著GSR進(jìn)入快速發(fā)展階段,歐美國(guó)家相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和公司開發(fā)了多種主要集成環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等方面指標(biāo),較為簡(jiǎn)潔,便于利用的GSR評(píng)估工具和軟件.例如,國(guó)際上常用于生命周期評(píng)價(jià)(LCA)的SimaPro、Gabi商業(yè)軟件;美國(guó)用于環(huán)境足跡分析的SitewiseTM、SEFA工具[15];基于環(huán)境效益凈值分析法的SRT工具[16];荷蘭早期基于多目標(biāo)決策分析方法的REC工具;意大利的污染場(chǎng)地修復(fù)支持決策系統(tǒng)DESYRE工具;奧地利的修正成本—效益—分析(MCEA)工具;德國(guó)適用于巨型場(chǎng)地管理的MMT工具.

目前國(guó)內(nèi)正處于GSR理念的興起階段,有學(xué)者通過LCA、CBA等方法對(duì)場(chǎng)地污染修復(fù)活動(dòng)進(jìn)行評(píng)估[17-19],實(shí)際工程中也開始逐漸重視場(chǎng)地修復(fù)的二次污染問題[11],但是尚未形成完善的GSR理論框架和技術(shù)體系,也缺乏相應(yīng)的評(píng)估工具.因此,分析和應(yīng)用國(guó)外相對(duì)成熟的理念與工具對(duì)我國(guó)開展污染場(chǎng)地綠色可持續(xù)修復(fù)工作至關(guān)重要.本研究將SitewiseTM和SEFA兩款工具應(yīng)用到國(guó)內(nèi)場(chǎng)地修復(fù)案例中,詳細(xì)介紹這兩款工具的方法原理、指標(biāo)體系,對(duì)比分析兩款工具輸出結(jié)果的異同,評(píng)價(jià)這兩款工具的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍,并提出改進(jìn)措施和工作建議.

1 材料與方法

1.1 修復(fù)活動(dòng)環(huán)境足跡

在碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)下,綠色可持續(xù)修復(fù)日益成為國(guó)內(nèi)污染場(chǎng)地修復(fù)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn),衡量修復(fù)活動(dòng)的環(huán)境足跡可以為評(píng)估、優(yōu)化修復(fù)方案提供科學(xué)的決策依據(jù).環(huán)境足跡是基于生命周期評(píng)價(jià)(LCA)理念對(duì)人類活動(dòng)的環(huán)境影響進(jìn)行量化分析,其相比LCA更加簡(jiǎn)明,也是綠色可持續(xù)修復(fù)的重要方法[20].污染場(chǎng)地修復(fù)過程往往需要消耗大量能源和資源,同時(shí)產(chǎn)生一定廢棄物和污染排放,對(duì)生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響,因此有必要對(duì)修復(fù)活動(dòng)進(jìn)行環(huán)境足跡測(cè)算分析,從而優(yōu)化修復(fù)方案[5].測(cè)算修復(fù)活動(dòng)具體的環(huán)境足跡需要先開展修復(fù)方案設(shè)計(jì),再對(duì)方案進(jìn)行環(huán)境足跡模擬分析.

首先根據(jù)場(chǎng)地污染情況和修復(fù)目標(biāo)[21-22],確定具體的修復(fù)方案:包括劃分修復(fù)階段,確定各階段的實(shí)施方案,例如調(diào)查階段點(diǎn)位布設(shè)和材料使用,修復(fù)階段采用的修復(fù)技術(shù),設(shè)備和材料的運(yùn)輸,能源和材料的消耗量,工程機(jī)械的使用,產(chǎn)生的廢棄物等情況.

圖1 修復(fù)活動(dòng)環(huán)境足跡模擬量化流程示意

然后根據(jù)所使用的GSR評(píng)估軟件或方法,將修復(fù)活動(dòng)轉(zhuǎn)化為軟件系統(tǒng)可識(shí)別的數(shù)據(jù)清單,最后結(jié)合軟件內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)的能耗因子、污染物排放因子、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因子等參數(shù),模擬量化出相關(guān)環(huán)境足跡指標(biāo).修復(fù)活動(dòng)環(huán)境足跡模擬量化流程,如圖1所示.

1.2 評(píng)估工具及數(shù)據(jù)清單

目前SitewiseTM和SEFA是常用于計(jì)算修復(fù)活動(dòng)環(huán)境足跡的工具[7,12,14,20,23].SitewiseTM由美國(guó)海軍、美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)和巴特爾公司聯(lián)合開發(fā),SEFA由美國(guó)環(huán)保署開發(fā),兩款工具模擬測(cè)算原理大體相同,均采用模塊化的輸入模式,將修復(fù)階段或者不同修復(fù)方案劃分成不同模塊,在數(shù)據(jù)輸入層面選擇或輸入具體修復(fù)方案指標(biāo),由系統(tǒng)內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢每個(gè)輸入指標(biāo)對(duì)應(yīng)的資源、能源消耗水平,污染物排放因子等,再結(jié)合用戶輸入的修復(fù)數(shù)量指標(biāo)測(cè)算結(jié)果,最后輸出溫室氣體(如CO2、CH4、N2O)排放量,空氣污染物(如NO、SO、PM、HAPs)排放量,能源、資源消耗量,修復(fù)活動(dòng)的事故風(fēng)險(xiǎn)等.兩款工具的模擬測(cè)算流程如圖2所示.

兩款工具都涵蓋了資源、材料消耗,設(shè)備使用,人員、材料、設(shè)備運(yùn)輸,廢棄物處理等主要指標(biāo),主要差異有SitewiseTM在一級(jí)指標(biāo)下細(xì)分設(shè)置有二級(jí)指標(biāo)供用戶輸入,而SEFA只設(shè)有一級(jí)指標(biāo);SitewiseTM運(yùn)輸指標(biāo)包括人員、材料和設(shè)備的運(yùn)輸,SEFA單列了人員運(yùn)輸,將設(shè)備運(yùn)輸和使用、材料運(yùn)輸和使用都單獨(dú)作為一級(jí)指標(biāo);SitewiseTM考慮了社會(huì)影響指標(biāo),如修復(fù)活動(dòng)的事故、人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)等指標(biāo),SEFA沒有相應(yīng)指標(biāo);SitewiseTM考慮了清潔能源替代、水資源循環(huán)利用等減排措施對(duì)環(huán)境足跡影響,SEFA沒有考慮;SEFA考慮了樣品分析檢測(cè)產(chǎn)生的環(huán)境足跡,SitewiseTM未考慮.兩款工具的指標(biāo)輸入清單,如表1所示.

圖2 環(huán)境足跡模擬測(cè)算流程(以SitewiseTM為例)

環(huán)境足跡量化的輸出指標(biāo)方面,兩款工具均能模擬計(jì)算出溫室氣體排放量,能源消耗量, NO、SO和PM排放總量.區(qū)別上,SitewiseTM能直接輸出NO、SO和PM的現(xiàn)場(chǎng)排放量,而SEFA并未直接展示現(xiàn)場(chǎng)排放量;SitewiseTM能模擬計(jì)算出修復(fù)活動(dòng)可能的事故風(fēng)險(xiǎn)和傷亡風(fēng)險(xiǎn),SEFA未考慮相關(guān)風(fēng)險(xiǎn);SEFA能模擬計(jì)算出有害空氣污染物排放量, SitewiseTM無相應(yīng)指標(biāo).同時(shí),在環(huán)境足跡來源劃分上,SitewiseTM將產(chǎn)生環(huán)境足跡的行為歸為廢棄物處置、設(shè)備使用、設(shè)備運(yùn)輸、人員運(yùn)輸和消耗品五大類;SEFA則分為電力使用、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)排放和非現(xiàn)場(chǎng)排放四大類.兩款工具的環(huán)境足跡輸出數(shù)據(jù)清單,如表2所示.

修復(fù)活動(dòng)開始前,兩款工具可用于對(duì)比不同修復(fù)方案整體的環(huán)境足跡,對(duì)比同一修復(fù)方案不同階段的環(huán)境足跡,量化各工程措施具體的環(huán)境足跡,從而識(shí)別出環(huán)境足跡大、減排潛力高的關(guān)鍵環(huán)節(jié),應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)環(huán)境負(fù)面影響大的修復(fù)階段,掌握不同修復(fù)方案的總體環(huán)境足跡.修復(fù)活動(dòng)完成后,兩款工具可用于測(cè)算修復(fù)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響,進(jìn)而總結(jié)主要減排措施.

表1 SitewiseTM和SEFA輸入清單

表2 SitewiseTM和SEFA環(huán)境足跡輸出指標(biāo)

1.3 案例數(shù)據(jù)分析

案例污染場(chǎng)地位于我國(guó)北方某城市,該場(chǎng)地有近60a的鋼鐵生產(chǎn)歷史,于2016年正式停產(chǎn).場(chǎng)地調(diào)查階段,顯示該地塊主要存在土壤苯并(a)芘、鉛、砷等污染物超標(biāo);修復(fù)階段,采用污染土壤清挖外運(yùn),水泥窯協(xié)同處置的方案進(jìn)行處置.本研究以該污染場(chǎng)地修復(fù)活動(dòng)為例,介紹兩款工具的具體操作情況,并對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,對(duì)兩款工具的特征進(jìn)行分析.基于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,問卷走訪,座談溝通,查閱文獻(xiàn)等手段,獲取案例基本情況和相關(guān)修復(fù)活動(dòng).案例的基本情況和主要修復(fù)活動(dòng)如圖3所示,詳細(xì)修復(fù)活動(dòng)在SitewiseTM和SEFA中輸入指標(biāo),經(jīng)運(yùn)行計(jì)算,模型輸出的環(huán)境足跡情況如表3所示.

圖3 污染場(chǎng)地修復(fù)活動(dòng)

*項(xiàng)目產(chǎn)生的環(huán)境足跡不包含水泥窯協(xié)同處置設(shè)施

表3 基于SitewiseTM和SEFA測(cè)算的案例環(huán)境足跡結(jié)果

2 結(jié)果與討論

2.1 計(jì)算結(jié)果對(duì)比及成因分析

SitewiseTM和SEFA的共同輸出指標(biāo)主要包括溫室氣體排放量、能源消耗量、NO、SO和PM排放量,結(jié)果如圖4所示.

兩款工具對(duì)溫室氣體排放量和能源消耗量的模擬一致性相對(duì)較好, SitewiseTM和SEFA的溫室氣體排放量分別為62和66t,能源消耗量分別為246和312MW·h;整體來看SEFA的計(jì)算結(jié)果略大于SitewiseTM,但相對(duì)差異均保持在30%以內(nèi).兩款軟件對(duì)大氣污染物排放量的模擬結(jié)果有一定差異,尤其是NO和PM排放方面差距明顯: SitewiseTM和SEFA的NO排放模擬結(jié)果分別為0.050和0.395t, SO排放分別為0.048和0.063t, PM排放分別為0.031和0.019t; SEFA的NO和SO排放量明顯高于SitewiseTM,而PM排放量小于SitewiseTM,其中NO的計(jì)算結(jié)果差距數(shù)倍.

兩款工具內(nèi)置能耗因子和排放因子來自不同數(shù)據(jù)源,是引起兩種方法測(cè)算環(huán)境足跡出現(xiàn)差異的主要原因.兩種方法在運(yùn)輸、設(shè)備使用等主要環(huán)節(jié)的燃油消耗因子不同,SitewiseTM運(yùn)輸環(huán)節(jié)的燃油消耗因子來源于美國(guó)能源部和環(huán)保署出版的《燃料經(jīng)濟(jì)指南:2011年模型》,設(shè)備使用的燃油消耗因子來源于美國(guó)柴油服務(wù)供應(yīng)網(wǎng)圖表的估算,不同設(shè)備、甚至不同馬力的同種設(shè)備的燃油消耗因子都不相同;SEFA的能源消耗因子來源于美國(guó)環(huán)保署的生命周期報(bào)告,工程設(shè)備的燃油消耗因子只與設(shè)備使用的燃料類型和設(shè)備馬力有關(guān).能耗因子不同造成完成相同任務(wù)設(shè)備的燃油消耗量存在差異,例如鉆機(jī)的燃油消耗因子在SEFA中較SitewiseTM明顯偏大,而柴油卡車的燃油消耗因子在SitewiseTM中較SEFA偏大.

圖4 SitewiseTM和SEFA調(diào)查、修復(fù)階段共同環(huán)境足跡指標(biāo)對(duì)比

兩種方法污染物的排放因子也存在差異, SitewiseTM運(yùn)輸活動(dòng)污染物排放因子來源于美國(guó)能源部交通技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的燃料循環(huán)模型,使用工程機(jī)械設(shè)備排放因子來源于美國(guó)環(huán)保署非道路排放清單模型;SEFA的污染物排放因子主要來源于“用于環(huán)境足跡分析的生命周期數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)”[24].例如電能消耗相關(guān)環(huán)節(jié)中,氮氧化物排放因子基本相同,但是硫氧化物和總顆粒物的排放因子SitewiseTM較SEFA明顯偏大;柴油卡車的氮氧化物、硫氧化物和總顆粒物排放因子SEFA較SitewiseTM明顯偏大.

另外,統(tǒng)計(jì)方法和統(tǒng)計(jì)口徑差異也會(huì)對(duì)結(jié)果造成影響.例如,在設(shè)備使用方面,SitewiseTM統(tǒng)計(jì)工程機(jī)具的總工程量,結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)置的單位工程量環(huán)境足跡來進(jìn)行計(jì)算分析,而SEFA統(tǒng)計(jì)設(shè)備的馬力、負(fù)載率和使用時(shí)間,據(jù)此統(tǒng)計(jì)測(cè)算設(shè)備能耗和排放水平;一方面環(huán)境足跡大小和總工程量大小在實(shí)際活動(dòng)中可能并不是完美的線性關(guān)系,計(jì)算原理略有瑕疵,另一方面設(shè)備負(fù)載率可能是動(dòng)態(tài)波動(dòng)的,負(fù)載率和使用時(shí)間均需要用戶進(jìn)行估算,因此兩款工具的輸入信息可能并不完全對(duì)等.

2.2 關(guān)鍵環(huán)節(jié)及敏感度分析

根據(jù)SitewiseTM和SEFA軟件的計(jì)算結(jié)果,兩款軟件均識(shí)別出能耗和排放的主要來源為修復(fù)階段,均識(shí)別出污染土壤運(yùn)輸和設(shè)備使用是產(chǎn)生環(huán)境足跡的關(guān)鍵環(huán)節(jié).只是兩款軟件環(huán)境足跡分類不同,SitewiseTM將污染土壤運(yùn)輸歸類為廢棄物處置,將使用反鏟挖掘機(jī)、推土機(jī)等機(jī)械設(shè)備歸類為設(shè)備使用,將使用潛水泵、霧炮機(jī)歸類為電力設(shè)備使用;SEFA將污染土壤運(yùn)輸歸類為運(yùn)輸,使用反鏟挖掘機(jī)、推土機(jī)等機(jī)械設(shè)備歸類為現(xiàn)場(chǎng)排放,使用潛水泵、霧炮機(jī)歸類為電力使用.SitewiseTM和SEFA調(diào)查、處置階段溫室氣體、能源消耗和大氣污染物排放的分類情況如圖5所示.

本研究對(duì)產(chǎn)生環(huán)境足跡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一——污染土壤運(yùn)輸開展敏感性分析.此環(huán)節(jié)輸入指標(biāo)主要為運(yùn)輸量、運(yùn)輸距離、運(yùn)輸方式和燃料類型等,分別對(duì)各變量參數(shù)選擇進(jìn)行調(diào)整,量化分析其對(duì)整體修復(fù)方案環(huán)境足跡的影響,結(jié)果如表4所示.分別將廢棄物的運(yùn)輸距離和運(yùn)輸量減少50%,發(fā)現(xiàn)運(yùn)輸距離較運(yùn)輸量對(duì)結(jié)果的影響更為顯著;燃料類型由柴油改為生物柴油和PM減排技術(shù)的運(yùn)用對(duì)環(huán)境足跡的影響不大;將運(yùn)輸方式由卡車改為火車,采用集約式的運(yùn)輸方式,能有效降低能耗強(qiáng)度和排放因子,顯著減少環(huán)境足跡.

圖5 SitewiseTM和SEFA調(diào)查、修復(fù)階段環(huán)境足跡分類對(duì)比

表4 廢棄物處置環(huán)節(jié)關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)環(huán)境足跡的影響

注:SEFA中生物柴油的環(huán)境足跡數(shù)據(jù)無法比較,SitewiseTM的運(yùn)輸方式中無火車選項(xiàng),SEFA中無減排技術(shù)運(yùn)用情況選項(xiàng).

在實(shí)際修復(fù)活動(dòng)中,運(yùn)輸量為既定工程量很難改變,運(yùn)輸方式和燃料類型可選方案有限,多采用柴油卡車進(jìn)行廢棄物運(yùn)輸,僅運(yùn)輸距離可以通過處置場(chǎng)地建設(shè)選址進(jìn)行調(diào)整,因此本研究進(jìn)一步分析了運(yùn)輸距離對(duì)結(jié)果造成的影響,定量表征環(huán)境足跡對(duì)運(yùn)輸距離的敏感性,也可以為修復(fù)活動(dòng)廢棄物處置場(chǎng)地選址提供數(shù)據(jù)參考.

假設(shè)污染土壤運(yùn)輸距離在現(xiàn)有基礎(chǔ)上(約200km)分別減少50%、25%和增加25%、50%,輸出結(jié)果對(duì)整體修復(fù)方案環(huán)境足跡的影響,結(jié)果如表5所示.

兩款工具的輸出結(jié)果均表明:本案例處置方案中,污染土壤運(yùn)輸距離對(duì)能源消耗量和溫室氣體排放量有較大的影響,如果運(yùn)輸距離減少50%,總體能耗可下降32%～33%,溫室氣體排放下降34%～43%;但對(duì)SO和PM排放量影響相對(duì)較小,SitewiseTM排放量基本不變,SEFA顯示SO可下降18%, PM可下降27%;在NO排放量上,兩款軟件差異較為明顯,SitewiseTM顯示運(yùn)輸距離減少50%, NO排放量減少13%, SEFA則顯示NO排放量可減少45%,主要原因?yàn)閮煽钴浖诳ㄜ囘\(yùn)輸環(huán)節(jié)內(nèi)置的NO排放系數(shù)有較大差異.

表5 廢棄物處置距離對(duì)環(huán)境足跡的敏感性分析(%)

2.3 評(píng)估結(jié)果的不確定性

污染場(chǎng)地修復(fù)活動(dòng)環(huán)境足跡模擬計(jì)算結(jié)果的不確定性主要來源于3個(gè)方面:一是輸入數(shù)據(jù)的不確定性,二是模型內(nèi)置數(shù)據(jù)的不確定性,三是模型方法的不確定性.由于不同數(shù)據(jù)的取值范圍、概率分布難以獲取,方法系統(tǒng)的模擬計(jì)算過程較為復(fù)雜,難以直接通過蒙特卡洛等方法定量分析,本研究定性表征計(jì)算結(jié)果可能的不確定性來源及其影響,結(jié)果如圖6所示.

數(shù)據(jù)輸入方面,對(duì)于設(shè)備工作時(shí)長(zhǎng)、廢棄物處置量、設(shè)備耗電量、水資源消耗量、設(shè)備馬力和負(fù)載率等指標(biāo)是基于實(shí)際調(diào)研統(tǒng)計(jì)或根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷,做出的假設(shè)推斷,但總體來看數(shù)據(jù)輸入的準(zhǔn)確度較高,對(duì)結(jié)果的不確定性影響較低.

模型數(shù)據(jù)方面,軟件內(nèi)置的計(jì)算參數(shù)多是來源于美國(guó)環(huán)保署、能源部等機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù),與我國(guó)實(shí)際情況有一定差異,如兩國(guó)使用車輛、工程機(jī)械設(shè)備類型存在差異,兩國(guó)電力來源構(gòu)成、發(fā)電效率不同導(dǎo)致電力能耗背后對(duì)應(yīng)的污染物排放系數(shù)存在差異,更需注意的是模型中不同修復(fù)活動(dòng)的能耗水平和排放因子數(shù)據(jù)主要來源于美國(guó)環(huán)保署等機(jī)構(gòu)發(fā)布的排放清單,該清單本身是基于理論或統(tǒng)計(jì)學(xué)測(cè)算,與實(shí)際情況存在差異,且國(guó)內(nèi)外燃油品質(zhì)、排放標(biāo)準(zhǔn)不同,對(duì)結(jié)果的不確定性影響較大.

模型方法方面,與實(shí)際情況相比有所簡(jiǎn)化,如車輛運(yùn)輸和工程設(shè)備使用方面,只考慮了設(shè)備類型(馬力),燃油類型、載重和距離等信息,未考慮車輛不同怠速、設(shè)備不同工況等不同狀態(tài)下排放水平的差異,另外國(guó)內(nèi)近年來不斷加強(qiáng)對(duì)大氣污染的監(jiān)管,如使用柴油車輛被要求加入尿素,以減少尾氣中NO的排放,工程設(shè)備可能加裝有相應(yīng)的減排裝置,但模型未充分考慮此類減排措施對(duì)環(huán)境足跡的優(yōu)化效果.

圖6 結(jié)果不確定性

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

SitewiseTM和SEFA均適用于測(cè)算修復(fù)活動(dòng)對(duì)環(huán)境可能產(chǎn)生的負(fù)面影響,可用于測(cè)算修復(fù)活動(dòng)整體、修復(fù)活動(dòng)各階段,甚至是修復(fù)活動(dòng)具體某項(xiàng)措施、環(huán)節(jié)產(chǎn)生的環(huán)境足跡.兩款工具在數(shù)據(jù)庫(kù)、環(huán)境足跡分類方式、輸出指標(biāo)均存在一定差異. SitewiseTM輸入和輸出的指標(biāo)信息詳盡、全面,對(duì)用戶專業(yè)背景和知識(shí)儲(chǔ)備要求高; SEFA輸入指標(biāo)更為簡(jiǎn)單、直觀,易于用戶理解和使用.

兩款工具均有一定的局限性.環(huán)境指標(biāo)方面,均主要聚焦能源消耗、大氣污染排放和廢棄物產(chǎn)生的環(huán)境足跡,未充分考慮修復(fù)活動(dòng)對(duì)土壤和生態(tài)因素造成的環(huán)境影響.經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響指標(biāo)均未充分考量.

3.2 建議

加強(qiáng)軟件方法中修復(fù)活動(dòng)與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)指標(biāo)的融合,優(yōu)化設(shè)備使用中工程量的統(tǒng)計(jì)方式、方法,增加敏感性分析、差異性分析等功能,不斷完善修復(fù)活動(dòng)在土壤、生態(tài)等環(huán)境要素中產(chǎn)生的環(huán)境足跡.根據(jù)我國(guó)資源、能源消耗水平,交通運(yùn)輸工具、工程機(jī)械設(shè)備情況,大氣污染物排放因子等特點(diǎn),研發(fā)一款更適合我國(guó)國(guó)情,可用于定量或半定量測(cè)算修復(fù)活動(dòng)環(huán)境足跡的軟件系統(tǒng).逐步完善我國(guó)污染場(chǎng)地修復(fù)活動(dòng)評(píng)估體系,將環(huán)境修復(fù)活動(dòng)產(chǎn)生的環(huán)境足跡也納入評(píng)價(jià)指標(biāo),讓綠色可持續(xù)的修復(fù)理念在實(shí)際修復(fù)活動(dòng)中得到更廣泛的實(shí)踐應(yīng)用,將污染場(chǎng)地修復(fù)治理與綠色低碳發(fā)展相融合,協(xié)同推進(jìn)減污降碳.

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Environmental footprint analysis of contaminated site remediation based on SitewiseTMand SEFA methods.

ZHOU You1, XIN Yi2, FENG Tong3, SANG Chun-hui4, XIAO Meng4, ZHANG Hong-zhen1, LI Xiang-lan4, YANG Xin-tong1, DONG Jing-qi1*

(1.Chinese Academy of Environmental Planning, Beijing 100043, China；2.Daxing District Bureau of Ecology and Environment of Beijing Municipality, Beijing 102699, China；3.Tsinghua University, Beijing 100084, China；4.Beijing Normal University, Beijing 100091, China)., 2023,43(10)：5339～5348

In this study, the SitewiseTMand SEFA tools were used to analyze environmental footprint of remediation activities of a contaminated site in a northern China city, and compared the methodology, input and output indicators, scope of application and suggestions for further development. The results showed relatively high consistency in simulation of greenhouse gas emissions and energy consumption, but there were still certain differences in the evaluation results of air pollutants including NO, SOand PM mainly due to the significant difference in the emission factors of the built-in databases. Both tools can identify the key remediation activities that cause environmental impact, and can also compare different remediation solutions at the same time. However, both tools have certain limitations: the evaluation of economic and social indicators is insufficient; there are no sensitivity analysis functions; the indicators and built-in database may not be applicable for certain real situations. It is suggested to research and develop a suitable environmental footprint tool for domestic practical use, so as to provide further support for carbon and environmental pollution reduction in remediation activities.

green and sustainable remediation；carbon emissions；secondary environmental impact；low-carbon remediation；assessment tools

X820.3

A

1000-6923(2023)10-5339-10

2023-02-27

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2020YFC1807500)

* 責(zé)任作者, 高級(jí)工程師, Dongjq@caep.org.cn

周 游(1988-),男,湖南湘潭人,助理研究員,生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院碩士研究生,主要從事綠色可持續(xù)修復(fù)研究.發(fā)表論文7篇. zhouyou@caep.org.cn.

周 游,辛 毅,馮 彤, 等.SitewiseTM和SEFA方法測(cè)算污染場(chǎng)地修復(fù)環(huán)境足跡對(duì)比 [J]. 中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2023,43(10):5339-5348.

Zhou Y, Xin Y, Feng T, et al. Environmental footprint analysis of contaminated site remediation based on SitewiseTMand SEFA methods [J]. China Environmental Science, 2023,43(10):5339-5348.