淡水短缺正在威脅著全球水安全。尋找可持續(xù)的替代性水資源方案已經成為了刻不容緩的社會問題。在沿海地區(qū)，淡化海水是重要的淡水供應源。而在很多沿海城市，20%-30%的自來水都被用于廁所沖水。如果能夠利用經簡單處理的海水替代部分淡水直接用于沖廁，則將進一步提高水資源利用率，降低能耗和節(jié)約其他處理成本。

作為一個嚴重缺乏淡水資源的海岸城市，香港自上世紀五十年代起一方面建立了長距離供水管道引入東江源水，另一方面開始采用海水沖廁。香港海水沖廁系統(簡稱SWTF)自1958年起就投入使用，據香港水務署2014年數據顯示，該系統目前覆蓋全港720萬人口的80%，平均每天為香港提供760,000m3的海水作沖廁使用，可節(jié)省22%的淡水資源，有效提高城市用水效率。香港50年的經驗證明海水沖廁基本不造成任何個人和公共衛(wèi)生不便。

另一方面，海水沖廁技術的應用，導致市政污水含鹽量高。但由于海水中還含有一定量的硫酸鹽，使得其有機物(COD)與硫酸鹽(SO?2-)的比例約為1.3-2.4 ?(g COD/g ?SO?2---S),提供了利用硫酸鹽厭氧還原反應去除COD的可行性。香港科技大學的陳光浩教授于2004年首先提出了基于異養(yǎng)硫酸鹽還原(Sulfate ?reduction)、自養(yǎng)反硝化(Autotrophic ?denitrification)、硝化反應(Nitrification)的復合工藝來處理高硫酸鹽城市污水，簡稱SANI工藝。

SANI工藝巧妙地利用了污泥產量低的微生物(例如SRB硫酸鹽還原菌和自養(yǎng)反硝化菌)來去除COD和氨氮。與包含厭氧消化和熱電聯產的傳統活性污泥法相比，使用SANI工藝可以使占地面積減少30%-40%，污泥產量減少60%-70%，能耗低10%。在2004年至2008年期間，SANI工藝已經通過了連續(xù)500多天的小試、225天的中試以及一個在香港沙田污水廠的1000m3/d大型示范項目，其可行性和適用性得到了充分研究和驗證。

前期研究結果顯示，結合了SANI工藝的SWTF系統，能夠在經濟適用性和環(huán)境保護兩方面發(fā)揮優(yōu)勢。然而，目前還沒有關于SWTF-SANI系統在完整的城市水系統的LCA生命周期評價。因此我們需要對這個綜合型水資源管理系統進行廣泛的環(huán)境可持續(xù)發(fā)展分析，以評估它對氣候變化、能耗和土地使用上的表現。

在這樣的背景下，香港科技大學研究團隊決定評估基于SWTF-SANI工藝的城市水系統的環(huán)境表現，并于其他傳統系統做對比，例如應用了海水淡化系統來部分供應飲用水和/或中水沖廁(RWTF)的系統，并進行了LCA分析，包含了水體富營養(yǎng)化、能耗、氣候變化、臭氧耗竭和土地使用。項目選取了深圳、香港、北京和青島作為研究對象——前兩個城市的水源來自東江，后兩者則以來南水北調工程。這些城市都面臨不同原因造成的水短缺問題。研究人員首先對這4個城市的6類環(huán)境影響類型在5個不同的城市水場景里作評估，然后進行敏感性分析找出最重要的影響因素，最后總結適合應用SWTF系統的情況。

材料與方法

根據ISO的標準，一個LCA分析由四個階段組成，包括定義目標和范圍、清單分析、影響分析和結果解釋。 ?由于使用海水沖廁，污水最終排入大海，所以研究人員對系統邊界進行了如下設定：

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