在典型A2/O工艺污水处理厂中（污水处理标准执行GB 18918—2002中一级A标准），城镇生活污水中的磷经过聚磷菌作用被富集在剩余污泥中〔3〕，剩余污泥经过中温厌氧消化后释放磷〔4〕，再经过脱水可得到富含磷的消化污泥脱水沼液（简称沼液）〔5〕。回收沼液中的磷常采用磷酸铵镁结晶技术（简称MAP技术）〔6-8〕。MAP技术常见的工艺有AirPrex工艺、流化床结晶工艺、NuReSys工艺、Ostara Pearl工艺等〔1, 9〕。其中，流化床结晶工艺使用石英砂作为晶种，通过回流营造合适的水力条件，投加镁盐、碱液入沼液中，在流化床反应器中生产MAP结晶。该工艺的主要参数〔10-12〕：进水磷质量浓度10~100 mg/L，回流比100%，pH 9，Mg与P的物质的量比1.2:1，鸟粪石纯度70%。流化床结晶工艺产生的MAP结晶纯度高、颗粒大，工艺较为简单，在世界范围内被广泛应用。
本研究采用财务分析和敏感性分析的方法，从技术经济性的角度对不同情景下MAP技术中典型工艺——流化床结晶工艺回收消化污泥脱水沼液中的磷进行了分析，以期为技术实施提供参考。
1 研究方法
1.1 财务分析方法
式中：CI——现金流入量，万元；
CO——现金流出量，万元；
ic——折现率，%；
n——项目计算期，a；
F——年固定成本，万元；
BI——年营业收入，万元；
V——年可变成本，万元；
BT——年营业税金及附加，万元；
IV——固定资产投资，万元；
Q0——日处理沼液量，m3/d；
OC——年直接运行费，万元；
Qy——1 a处理沼液总量，m3。
1.2 敏感性分析
敏感性分析是通过分析不确定性因素发生增减变化对评价指标的影响，计算项目评价指标变化率与不确定性因素变化率之比即敏感度系数，找出敏感因素。本研究中主要不确定性因素为污水处理厂规模（Q）、沼液磷质量浓度（c）和鸟粪石单价（m）。采用单因素的分析方法，评价这些因素对TOWI、FNPV、TOWP、BEP的影响〔22〕。
2 结果与讨论
2.1 情景分析
Q、c、m对MAP技术回收磷工程建设项目各财务评价指标的影响如图1所示。
图1
图1
不同情景下MAP技术回收磷工程建设项目的财务评价指标
■ Q=1×104 m3/d；● Q=2×104 m3/d；▲ Q=5×104 m3/d；▼ Q=10×104 m3/d；◆ Q=15×104 m3/d；
由图1（a）可知，TOWI随c的增长而升高，随Q的增长而降低。随着Q的增长，TOWI随c增长而升高的幅度逐渐降低。在c处于低浓度范围（10~50 mg/L）内时，投资随c的增长具有对数函数关系，在c处于高浓度范围（60 mg/L及以上）内时，投资随c的增长具有较好的线性关系。Q的增长将极大地降低TOWI，对于不同的c，当Q从1×104 m3/d提高到50×104 m3/d时，TOWI下降率均>70%，最高可达76%，这表明MAP技术具有显著的规模经济性特点。
由图1（b）可知，FNPV随c及m的增长而增加。在c、m较高的情况下，FNPV随Q的增长而增加，在c、m较低的情况下，FNPV随Q的增长而减小。随着Q的增长，FNPV受到c、m影响的幅度不断提升。在c、m较高的部分，FNPV随c、m的增长呈线性增加。在Q=1×104 m3/d及Q=2×104 m3/d时，FNPV均< 0；在Q=5×104 m3/d时，为使建设项目FNPV>0，需取m=3 500元/t，c=90 mg/L。这表明，MAP技术不适用于Q≤5×104 m3/d的污水处理厂。在Q=10×104 m3/d时，为使建设项目FNPV>0，取m=3 000元/t，c需达到80 mg/L，取m=3 500元/t，c需达到60 mg/L；在Q=15×104 m3/d时，为使建设项目FNPV>0，取m=3 000元/t，c需达到60 mg/L，取m=3 500元/t，c需达到40 mg/L。这表明，若将MAP技术应用于日处理量10~15万m3的污水处理厂时，需要充分考虑m和c对项目财务合理性的影响。在Q≥30×104 m3/d时，c≥40 mg/L，m≥3 000元/t，FNPV均>0，这表明MAP技术较适用于Q≥30×104 m3/d的污水处理厂。
由图1（c）可知，在不同Q条件下，TOWP和c、m形成的图像均接近平面，这表明TOWP随c、m的增长而线性增长。在Q较小时，TOWP随Q的增长显著升高，从Q=1×104 m3/d到Q=5×104 m3/d，TOWP平均提高0.81元，这也表明了MAP技术的规模经济性。但在Q > 10×104 m3/d时，Q的增加则几乎不再影响TOWP，这表明MAP技术的规模经济效益随着规模的提升而减少。
由图1（d）可知，BEP随Q的增长而呈负对数降低趋势，随c和m的增长而减小。当Q=1×104 m3/d及Q=2×104 m3/d时，BEP均> 0.7；在Q=5×104 m3/d时，为使建设项目BEP＜0.7，需取m=3 500元/t，c=90 mg/L。这表明，MAP技术不适用于Q≤5×104 m3/d的污水处理厂。在Q=10×104 m3/d时，为使建设项目BEP < 0.7，取m=3 000元/t，c需达到60 mg/L，取m=3 500元/t，c需达到50 mg/L；在Q=15×104 m3/d时，为使建设项目BEP < 0.7，取m=3 000元/t，c需达到50 mg/L，取m=3 500元/t，c需达到40 mg/L。这表明，若将MAP技术应用于日处理量10~15万m3的污水处理厂时，需要充分考虑m和c对项目抗风险能力的影响。在Q≥30×104 m3/d时，c≥40 mg/L，m≥2 500元/t，BEP均< 0.7，这表明MAP技术较适用于Q≥30×104 m3/d的污水处理厂。
2.2 敏感性分析
表1 各财务评价指标的敏感性分析结果
| 项目 | TOWI/(元·d·m-3) | FNPV/万元 | TOWP/(元·d·m-3) | BEP | |||||||
| Q/(m3·d-1) | c/(mg·L-1) | Q/(m3·d-1) | c/(mg·L-1) | m/(元·t-1) | Q/(m3·d-1) | c/(mg·L-1) | m/(元·t-1) | Q/(m3·d-1) | c/(mg·L-1) | m/(元·t-1) | |
| 敏感度系数 | -0.31 | 0.46 | 4.01 | 6.12 | 12.08 | 0.11 | 1.17 | 1.50 | -0.44 | -0.69 | -1.43 |
图2
3 结论
（1）MAP技术具有规模经济性的特点，但是其规模经济效益随着规模的提升而减少。
（2）c和m越高，MAP技术回收磷工程建设项目的抗风险能力和盈利能力越强。
（3）从选择的几种敏感因素分析的结果看，m是流化床结晶技术回收磷工程项目的最敏感因素。
（4）当前，从经济性讲，MAP技术较适用于Q≥ 30×104 m3/d的污水处理厂。
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