随着工业化和城市化进程的加快,我国面临着严重的水污染问题。近些年,在政府以及社会各界的共同努力下,我国的水污染控制和水环境治理已初见成效。然而,污水排放标准的严格化趋势和日益增加的污水处理强度,却也引发了关于污水处理生命周期可持续性的探讨。为了深化对这一问题的认知并给出科学的管理意见,从全球可持续性发展的角度而言,一个重大的科研需求是构建科学合理的环境影响评估方法。生命周期评价(Life Cycle Assessment;LCA),作为一种国际流行的、标准化的科学评估方法,在应用于污水处理系统时,具有显著优势,比如能够覆盖污水处理系统的整个生命周期而不仅仅局限于某个阶段或某个指标、有助于发现在污水处理过程中引发环境问题的根源、有利于实现污水处理的全过程控制、易与多种其他概念和方法相耦合且可以通过组合多元方法实现更多层次的目标并最终增加LCA的实用性。然而,尽管LCA经历了30年的长足发展,但在用于污水处理领域时,方法本身存在着诸多局限有待克服,其中包括:内置的多种LCA方法会造成评估结果的不确定性、无法量化污水对受纳水体的直接影响、缺乏利益相关者的参与决策机制、无法在整体水环境视角下优化污水处理的环境可持续性等问题。针对以上问题,本研究构建了以LCA为本体的、耦合了多种科学方法的整合式决策体系,即HIT.WATER体系。本论文首先通过对比国际通用的LCA体系(CML方法)和专为中国背景而设计的LCA体系(e-Balance方法),确定了HIT.WATER评估体系的构建工作应该以引入了地方专用的污水处理环境目录(COD)的国际通用LCA体系为基础,这样既能够从多角度刻画污水处理系统的环境可持续性,又能深入地表征污水对受纳环境造成的直接影响。通过耦合LCA、水质模型、统计学分析方法和环境经济学方法,本论文完成了HIT.WATER体系的构建过程。关键的构建步骤包括:(1)在现有的LCA框架内,建立了一个以COD作为独立环境目录的LCA特征化模型体系,并阐述了该体系的建立原则和方法;(2)耦合了水质模型与COD特征化模型,使HIT.WATER体系具备动态的输出功能;(3)联立LCA与环境经济学模型(联合分析法),使HIT.WATER体系可以突破LCA结果解释机制中存在的信息流通壁垒,建立双向的LCA结果阐述模式;(4)向系统内引入了统计学分析方法(Plackette-Buraian法),使系统可进行模块化的案例分析与方案选择;(5)将受纳水体的水质保护目标涵盖在HIT.WATER体系中(作为权衡备选方案的环境效益与环境负荷的约束条件)。(6)为城市污水处理系统的升级改造演绎出了3种场景,包括基于命令-控制式的污水厂升级改造场景、基于受纳水体水质保护目标的倒推式的污水厂升级改造场景、基于合流制排水系统的点源-面源污染协同控制式的升级改造场景。以案例分析的方式,基于某城市污水处理系统,本研究探讨了HIT.WATER体系所能实现的三个功能:动态的LCA结果输出、模块化的案例分析与利益相关者参与的决策-分析、城市污水系统升级改造的方案筛选和优化。根据已取得的案例结果,本研究发现:(1)污水厂排放标准之间的环境负荷对比是一个非稳态的过程,受诸多因素的影响,因此很难得出一个确定的、有关“哪个标准一定更好”的结论;(2)影响本案例的生命周期环境负荷评估过程的关键因素(PB值>2.080),分别为受纳水体的功能区划分(PB值=5.935)以及控制断面据污水厂排放点的距离(PB值=2.656);(3)以不同的受纳水体功能区划分(I类水体和V类水体)为依据构建决策情景,研究发现,受访者对不同排放标准的总体偏好,随着决策情景的变化而改变,这也反映了受访者的决策标准并非是固定不变的;(4)倘若仅只是依靠提高污水厂排放标准,而不考虑面源污染的处理,本案例中的污水处理系统,无法满足受纳水体的水质保护目标;(5)采用灰-绿设施结合的方案,配合污水厂的升级改造工作,可实现点源污染与面源污染的协同处理,实现更稳定的水污染控制(与仅采用灰色设施的方案相比,稳定性高于70倍);(6)如果能够合理地利用自然生态系统对污染物的自我去除能力,可以减少因工程设施的建设而带来的生命周期环境负荷。