【ESE研究论文】面向极端去中心化的住户级水循环模拟评估
ESE创刊仅两年即被SCI收录
目前，大多数发达国家的水资源管理高度集中，对运输水的主要基础设施和能源成本提出了更高要求。为了缓解水资源短缺和气候变化的影响，水资源的分散管理可以提高局部稳定性。在极端情况下，分散化可能涉及建筑或住户的供水和水处理。
本文以比利时城市弗兰德斯为例，为住户的两种分散式水管理构建了MATLAB/Simulink模型。通过雨水收集，污水回收和渗透排放，实现独立的饮用水网和下水道系统功能。本研究在系统边界计算了水的质量平衡。结果表明，通过合理的处理方案和储存方案，独立的水管理系统具有巨大潜力。本研究进一步评估了循环系统内部污染物积累的风险，确定了分散式水资源管理系统的关键性限制因素即为循环系统内部污染物的积累，同时也确定了净化系统的必要性和重要性。
研究发现，使用净化系统后，雨水的利用率高达59%；采用具有95%污染物排放效率的处理单元可以消除污染物积累的问题。本研究构建了四个新型关键性能指标（KPI），即量化系统独立性指标、循环性指标、耐旱性指标和局部水体补给指标，对原始模型输出进行了定量评估，有助于系统比较和评价。
本研究通过敏感性分析，量化了输入参数的变异性和不确定性对系统性能的影响。敏感性分析结果表明，当系统中的污染物积累到一定程度时，所采用的水处理技术和污染物去除效率对系统性能的发挥具有重要影响；而在没有受到污染物积累严重影响的系统中，居民数量和屋顶表面积等参数的影响最大。
图1 系统配置简化模型（虚线表示与配置有关的流量）
图2 系统配置和流量示意图（灰色环形箭头表明分散式系统内部的循环性）
文章亮点
1. 在极端情况下，（室内）分散式水资源管理系统可取代高度集中的水资源管理系统；
2. 水的质量平衡计算结果表明，分散式水资源管理系统具有巨大潜力；
3. 循环系统内部的污染物积累是一项重要的限制因素；
4. 可以依据关键性能指标（KPI）对分散系统性进行定量评估。
研究意义
本研究显示了水资源管理系统极端分散化的潜在价值，解决了由于系统的循环性导致的污染物积累问题。本研究为住户级的分散式水资源管理系统提供了操作指南和技术决策框架，对未来的水资源决策制定提供进一步支持。
通讯作者
Korneel Rabaey，根特大学CMET教授、昆士兰大学名誉教授、CAPTURE首席技术官和创始人之一、HYDROHM创始人、国际水协会会士、ESE执行主编。从事厌氧消化、电化学、生物电化学、微生物蛋白、废水处理技术等研究内容。撰文量超过200篇，其中在Science，Nature子刊The ISME Journal 、Nature Reviews Microbiology和npj Clean Water，以及Cell子刊Trends in Biotechnology 共发文十余篇。总被引频次超过34000次，2014—2017年连续四年被ISI评为高被引学者。
论文ID
原文题目 In silico assessment of household level closed water cycles: Towards extreme decentralization
引用信息 Van de Walle, A., Torfs, E., Gaublomme, D., & Rabaey, K. (2022). In silico assessment of household level closed water cycles: Towards extreme decentralization. Environmental Science and Ecotechnology 10: 100148.
翻译：任朋，北京工业大学
审校：陈卓，陶彧
编辑：陈卓
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期刊简介：
Environmental Science and Ecotechnology是由中国环境科学学会、哈尔滨工业大学、中国环境科学研究院共同主办，Elsevier集团出版发行的高定位、同行评议、开放获取国际学术期刊。ESE期刊的国内统一连续出版物号为CN10-1631/X (英文，季刊)，国际刊号为ISSN 2666-4984。
ESE创刊于2020年1月，由生态环境部部长黄润秋同志亲自提出并指导办刊，哈尔滨工业大学任南琪院士担任主编，生态环境部环境规划院王金南院士和中国环境科学研究院吴丰昌院士担任副主编，美国工程院Danny Reible院士等13位有国际影响力的学者担任执行主编和执行副主编。
ESE期刊的选题与联合国可持续环境发展目标紧密结合。期刊主要报道环境科学与生态技术领域的热点问题和突破性研究成果，重点关注生态技术与工程、气候变化、生物多样性保护、可持续发展标准与政策、绿色能源与技术、环境与健康等。
ESE期刊创刊两年内相继被DOAJ、Scopus、ESCI、SCIE数据库收录。