曹 智，周 律，馬可可，時(shí)義磊

（清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京100084）

磷是一種重要的不可再生資源， 是動(dòng)植物生長必不可少的元素〔1〕。 2016 年，中國磷礦儲(chǔ)量為32.4億t，依目前的消耗速率，百年內(nèi)將會(huì)耗盡〔2〕。 經(jīng)過估算，1 座30×104m3/d 的城鎮(zhèn)生活污水處理廠一年回收的磷資源量，可滿足約6.67×107m2土地一年的水稻種植磷肥需要〔3〕。 因此，從城鎮(zhèn)污水處理廠回收磷資源具有重大意義。

在典型A2/O 工藝污水處理廠中（污水處理標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB 18918—2002 中一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)），城鎮(zhèn)生活污水中的磷經(jīng)過聚磷菌作用被富集在剩余污泥中〔3〕，剩余污泥經(jīng)過中溫厭氧消化后釋放磷〔4〕，再經(jīng)過脫水可得到富含磷的消化污泥脫水沼液（簡(jiǎn)稱沼液）〔5〕?；厥照右褐械牧壮２捎昧姿徜@鎂結(jié)晶技術(shù)（簡(jiǎn)稱MAP 技術(shù)）〔6-8〕。 MAP 技術(shù)常見的工藝有AirPrex 工藝、 流化床結(jié)晶工藝、NuReSys 工藝、Ostara Pearl 工藝等〔1，9〕。 其中，流化床結(jié)晶工藝使用石英砂作為晶種，通過回流營造合適的水力條件，投加鎂鹽、堿液入沼液中，在流化床反應(yīng)器中生產(chǎn)MAP 結(jié)晶。 該工藝的主要參數(shù)〔10-12〕:進(jìn)水磷質(zhì)量濃度10～100 mg/L，回流比100%，pH 9，Mg 與P 的物質(zhì)的量比1.2∶1，鳥糞石純度70%。 流化床結(jié)晶工藝產(chǎn)生的MAP 結(jié)晶純度高、顆粒大，工藝較為簡(jiǎn)單，在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用。

MAP 俗稱鳥糞石，富含植物生長需要的元素氮磷鎂，是一種高質(zhì)量的緩釋肥〔13-14〕。 采用MAP 技術(shù)回收沼液中的磷可以生產(chǎn)鳥糞石， 出售后具有經(jīng)濟(jì)效益，也會(huì)減少除磷劑的使用，可降低污水處理成本〔15-17〕。 但是，實(shí)施MAP 技術(shù)需要固定資產(chǎn)投資，且投加鎂鹽、堿液等會(huì)增加MAP 的回收成本〔18-19〕。 因此，MAP 技術(shù)是否具有經(jīng)濟(jì)性是個(gè)值得研究的問題。

本研究采用財(cái)務(wù)分析和敏感性分析的方法，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的角度對(duì)不同情景下MAP 技術(shù)中典型工藝——流化床結(jié)晶工藝回收消化污泥脫水沼液中的磷進(jìn)行了分析，以期為技術(shù)實(shí)施提供參考。

1 研究方法

1.1 財(cái)務(wù)分析方法

根據(jù)技術(shù)特點(diǎn)， 對(duì)技術(shù)實(shí)施進(jìn)行投資估算和總成本費(fèi)用估算，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行財(cái)務(wù)效益分析〔20〕，同時(shí)計(jì)算財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值（FNPV），計(jì)算方法見公式（1）。當(dāng)FNPV＞0 時(shí)，項(xiàng)目可以盈利，F(xiàn)NPV 越大，項(xiàng)目的盈利能力越好。 分析盈虧平衡點(diǎn)（BEP），以判斷項(xiàng)目對(duì)產(chǎn)出品數(shù)量變化的適應(yīng)能力即抗風(fēng)險(xiǎn)能力， 計(jì)算方法見公式（2）。 當(dāng)BEP＜0.7 時(shí)，項(xiàng)目具備較高的承受風(fēng)險(xiǎn)能力。 本研究中還需計(jì)算固定資產(chǎn)投資與該工程設(shè)計(jì)日處理沼液量的比值（簡(jiǎn)稱噸水投資（TOWI））和處理每m3沼液的利潤（簡(jiǎn)稱噸水利潤（TOWP）），計(jì)算方法見公式（3）和公式（4）〔21〕。 計(jì)算中使用的數(shù)據(jù)為2019 年的最新數(shù)據(jù)。

式中:CI——現(xiàn)金流入量，萬元；

CO——現(xiàn)金流出量，萬元；

ic——折現(xiàn)率，%；

n——項(xiàng)目計(jì)算期，a；

F——年固定成本，萬元；

BI——年?duì)I業(yè)收入，萬元；

V——年可變成本，萬元；

BT——年?duì)I業(yè)稅金及附加，萬元；

IV——固定資產(chǎn)投資，萬元；

Q0——日處理沼液量，m3/d；

OC——年直接運(yùn)行費(fèi)，萬元；

Qy——1 a 處理沼液總量，m3。

1.2 敏感性分析

敏感性分析是通過分析不確定性因素發(fā)生增減變化對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響， 計(jì)算項(xiàng)目評(píng)價(jià)指標(biāo)變化率與不確定性因素變化率之比即敏感度系數(shù)， 找出敏感因素。 本研究中主要不確定性因素為污水處理廠規(guī)模（Q）、沼液磷質(zhì)量濃度（c）和鳥糞石單價(jià)（m）。 采用單因素的分析方法， 評(píng)價(jià)這些因素對(duì)TOWI、FNPV、TOWP、BEP 的影響〔22〕。

2 結(jié)果與討論

2.1 情景分析

Q、c、m 對(duì)MAP 技術(shù)回收磷工程建設(shè)項(xiàng)目各財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響如圖1 所示。

由圖1（a）可知，TOWI 隨c 的增長而升高，隨Q的增長而降低。 隨著Q 的增長，TOWI 隨c 增長而升高的幅度逐漸降低。 在c 處于低濃度范圍（10～50 mg/L）內(nèi)時(shí)，投資隨c 的增長具有對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，在c 處于高濃度范圍（60 mg/L 及以上）內(nèi)時(shí)，投資隨c 的增長具有較好的線性關(guān)系。 Q 的增長將極大地降低TOWI，對(duì)于不同的c，當(dāng)Q 從1×104m3/d 提高到50×104m3/d 時(shí)，TOWI 下降率均＞70%， 最高可達(dá)76%，這表明MAP 技術(shù)具有顯著的規(guī)模經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)。

圖1 不同情景下MAP 技術(shù)回收磷工程建設(shè)項(xiàng)目的財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)

由圖1（b）可知，F(xiàn)NPV 隨c 及m 的增長而增加。在c、m 較高的情況下，F(xiàn)NPV 隨Q 的增長而增加，在c、m 較低的情況下，F(xiàn)NPV 隨Q 的增長而減小。 隨著Q 的增長，F(xiàn)NPV 受到c、m 影響的幅度不斷提升。 在c、m 較高的部分，F(xiàn)NPV 隨c、m 的增長呈線性增加。在Q=1×104m3/d 及Q=2×104m3/d 時(shí)，F(xiàn)NPV 均＜0；在Q=5×104m3/d 時(shí)，為使建設(shè)項(xiàng)目FNPV＞0，需取m=3 500 元/t，c=90 mg/L。 這表明，MAP 技術(shù)不適用于Q≤5×104m3/d 的污水處理廠。 在Q=10×104m3/d 時(shí)，為使建設(shè)項(xiàng)目FNPV＞0，取m=3 000 元/t，c需達(dá)到80 mg/L， 取m =3 500 元/t，c 需 達(dá) 到60 mg/L； 在Q =15×104m3/d 時(shí)，為使建設(shè)項(xiàng)目FNPV＞0，取m=3 000元/t，c 需達(dá)到60 mg/L，取m=3 500 元/t，c 需達(dá)到40 mg/L。 這表明，若將MAP 技術(shù)應(yīng)用于日處理量10～15 萬m3的污水處理廠時(shí)， 需要充分考慮m 和c 對(duì)項(xiàng)目財(cái)務(wù)合理性的影響。 在Q≥30×104m3/d 時(shí)，c≥40 mg/L，m≥3 000 元/t，F(xiàn)NPV 均＞0，這表明MAP 技術(shù)較適用于Q≥30×104m3/d 的污水處理廠。

由圖1（c）可知，在不同Q 條件下，TOWP 和c、m 形成的圖像均接近平面，這表明TOWP 隨c、m 的增長而線性增長。 在Q 較小時(shí)，TOWP 隨Q 的增長顯著升高， 從Q=1×104m3/d 到Q=5×104m3/d，TOWP平均提高0.81 元， 這也表明了MAP 技術(shù)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)性。 但在Q＞10×104m3/d 時(shí)，Q 的增加則幾乎不再影響TOWP，這表明MAP 技術(shù)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益隨著規(guī)模的提升而減少。

由圖1（d）可知，BEP 隨Q 的增長而呈負(fù)對(duì)數(shù)降低趨勢(shì)，隨c 和m 的增長而減小。 當(dāng)Q=1×104m3/d及Q=2×104m3/d 時(shí)，BEP 均＞0.7；在Q=5×104m3/d時(shí)，為使 建 設(shè) 項(xiàng) 目BEP ＜0.7， 需 取m =3 500 元/t，c =90 mg/L。這表明，MAP 技術(shù)不適用于Q≤5×104m3/d 的污水處理廠。 在Q=10×104m3/d 時(shí)，為使建設(shè)項(xiàng)目BEP＜0.7，取m=3 000 元/t，c 需達(dá)到60 mg/L，取m=3 500 元/t，c 需達(dá)到50 mg/L； 在Q=15×104m3/d 時(shí)，為使建設(shè)項(xiàng)目BEP＜0.7， 取m=3 000 元/t，c 需達(dá)到50 mg/L，取m=3 500 元/t，c 需達(dá)到40 mg/L。這表明，若將MAP 技術(shù)應(yīng)用于日處理量10～15 萬m3的污水處理廠時(shí)，需要充分考慮m 和c 對(duì)項(xiàng)目抗風(fēng)險(xiǎn)能力的影響。 在Q≥30×104m3/d 時(shí)，c≥40 mg/L，m≥2 500 元/t，BEP 均＜0.7， 這表明MAP 技術(shù)較適用于Q≥30×104m3/d 的污水處理廠。

2.2 敏感性分析

假設(shè)Q、c、m 的變動(dòng)范圍均為±20%， 則項(xiàng)目各財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的敏感度系數(shù)計(jì)算結(jié)果如表1 所示，敏感性分析結(jié)果如圖2 所示。

表1 各財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的敏感性分析結(jié)果

由圖2 和表1 可知，雖然m 不會(huì)影響固定資產(chǎn)投資，但是m 對(duì)其余各財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的敏感度系數(shù)均為最大， 這表明m 是MAP 技術(shù)回收磷工程建設(shè)項(xiàng)目的最敏感因素，當(dāng)m發(fā)生較小的波動(dòng)時(shí)，也會(huì)對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的盈利能力和抗風(fēng)險(xiǎn)能力產(chǎn)生很大的影響，其原因主要是m 決定副產(chǎn)品回收收入。c 對(duì)各項(xiàng)財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的敏感度系數(shù)均比Q 大，這表明相較Q，c 是較為敏感的因素，而Q 最不敏感。

3 結(jié)論

（1）MAP 技術(shù)具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)， 但是其規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益隨著規(guī)模的提升而減少。

圖2 各財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的敏感性分析結(jié)果

（2）c 和m 越高，MAP 技術(shù)回收磷工程建設(shè)項(xiàng)目的抗風(fēng)險(xiǎn)能力和盈利能力越強(qiáng)。

（3）從選擇的幾種敏感因素分析的結(jié)果看，m 是流化床結(jié)晶技術(shù)回收磷工程項(xiàng)目的最敏感因素。

（4）當(dāng)前，從經(jīng)濟(jì)性講，MAP 技術(shù)較適用于Q≥30×104m3/d 的污水處理廠。