论文标题：Comparative Life Cycle and Techno-Economic Assessment of Constructed Wetland, Microbial Fuel Cell, and Their Integration for Wastewater Treatment

论文链接：https://www.mdpi.com/2571-8797/7/3/57?n1=27&_utm_from=baca40a8a2

期刊名：Clean Technologies

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传统废水处理技术（如活性污泥法、反渗透等）虽能有效去除污染物，但存在高能耗和显著环境影响的缺点。随着联合国可持续发展目标（SDGs）对可持续性的强调，亟需探索更环保的替代技术。然而，如何量化这些技术的综合环境影响仍是关键挑战。生命周期评估（LCA）作为一种系统性工具，能够全面分析技术从建设到废弃的全过程环境影响，为决策提供科学依据。已有研究通过LCA比较了人工湿地（CW）与传统技术的可持续性，发现CW在环境友好性和经济性上表现更优，但新兴的微生物燃料电池耦合人工湿地系统（CW–MFC）的评估仍不充分，且现有结果存在矛盾（如生态毒性指标差异），亟需更严谨的分析。

本研究创新性地对人工湿地 (CW)、微生物燃料电池 (MFC) 及其集成系统 (CW-MFC)三种技术进行综合评估，结合环境与经济双重维度。通过采用TRACI 2021和ReCiPe 2016等先进工具，重点分析富营养化、生态毒性和人体健康等关键指标，并利用GaBi LCA 9.2软件（基于IPCC AR5/AR6方法）提升评估准确性。研究特别关注系统的建设和运行阶段，提供全生命周期视角，以明确CW–MFC的可持续潜力，为废水处理技术的设计与政策制定提供依据。

实验过程采用ISO14040:2006标准，通过GaBi软件结合TRACI 2021和ReCiPe 2016方法，对人工湿地（CW）、微生物燃料电池（MFC）及其耦合系统（CW-MFC）进行生命周期评估。三个实验室规模反应器（图1）分别处理生活污水，CW和CW-MFC采用聚乙烯容器填充沸石、砾石和活性炭基质，种植灯芯草和鸢尾；CW-MFC额外安装石墨电极（阳极450 cm²，阴极230 cm²）。MFC反应器使用丙烯酸板材构建，配备368.4 cm²石墨电极和阳离子交换膜。实验设计包括所有系统在相同的水力负荷和有机负荷率下并行运行，处理COD 1500 mg/L、TN 68 mg/L等污染物。

图 1. 显示 CW、MFC 和 CW-MFC 的系统描述。

结果显示，CW在臭氧消耗、化石燃料耗竭等8项指标中环境影响最低，其全球变暖潜能（GWP）仅142.26 kg CO₂-eq，显著低于MFC（2615.62 kg CO?-eq）和CW-MFC（836.35 kg CO₂-eq）。MFC因使用质子交换膜、石墨电极等高能耗材料，在施工阶段产生显著环境影响，其资源消耗指标比CW高3.2倍。但CW-MFC表现出最优的富营养化控制能力（0.108 kg N-eq），较CW降低8.5%，这归因于电化学与生物处理的协同作用。（图2）损害评估进一步证实，MFC对人类健康和资源的影响最大，而CW-MFC在生态系统影响方面接近CW水平。经济分析表明CW总成本最低（627美元/m³），MFC因材料成本高昂达888.9美元/m³，但CW-MFC（718.33美元/m³）在处理效率（COD去除率82.8%）与成本间取得平衡。

图 2. CW、MFC 和 CW-MFC 的损害评估。

综合评估：CW系统的环境负担最低，是可持续的废水处理选择；而集成MFC可提升处理效率并发电，在环境与运行效益间取得平衡。尽管MFC能回收能源，但其高材料与制造需求限制了大规模应用。CW-MFC系统结合了CW的生态优势与MFC的创新能力，成为有前景的替代方案。

未来需优化混合系统的材料与能源使用，以提升环境竞争力、经济性与可扩展性。研究为可持续废水处理提供了关键技术的性能对比，指出CW-MFC是低影响、产能且平衡处理性能的解决方案，并提出设计权衡建议（如电极/膜材料与污染物去除/发电的平衡）。优化策略包括选用本地或回收材料以减少隐含排放，通过系统集成降低运行负担，从而推动符合全球目标的分散式最佳可行技术（BAT）发展。