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为解决污水处理厂（WWTP）污泥管理的环境与健康挑战，研究人员提出数据驱动的循环污泥管理框架，评估 7 种策略，发现农业堆肥最优，确定含溶气浮选等的 A3 工艺最可持续，为决策者提供 robust 工具。
污水处理厂（WWTP）在守护环境与公共健康中扮演着关键角色，它们日复一日地处理城市污水，拦截污染物与病原体，维系着生态平衡。然而，这些设施在运行过程中会产生一种令人头疼的副产品 —— 污泥。若处理不当，污泥中潜藏的病原体可能引发传染病，重金属和有毒物质会污染土壤与水源，其有机物质在厌氧分解时还会释放甲烷等温室气体，对环境造成多重威胁。
更严峻的是，全球污泥产量正以惊人速度增长。目前全球污水处理厂每年产生约 5300 万吨干污泥，预计未来可能增至 1.6 亿吨。如此庞大的数量，让污泥管理成为亟待解决的全球性难题。传统的处置方式如填埋、焚烧等，不仅未能充分利用污泥的资源潜力，还可能带来二次污染。因此，如何将污泥从 “环境威胁” 转化为 “可利用资源”，实现循环化、可持续管理，成为学术界与产业界共同关注的焦点。
针对这一挑战，研究人员开展了一项关于循环污泥管理的系统性研究，相关成果发表在《Journal of Environmental Management》上。该研究提出了一种新颖的数据驱动框架，旨在为污水处理厂的污泥管理提供科学、高效的解决方案。通过对伊朗南部德黑兰污水处理厂（STWWTP）的案例分析，研究发现农业堆肥是最优的污泥循环利用策略，而由溶气浮选、厌氧消化和加压 strip 过滤器组成的处理工艺（A3）是最可持续的配置。这一发现不仅为特定污水处理厂的污泥管理提供了实践指导，更为全球范围内的污泥循环利用与可持续管理开辟了新的思路。
为开展这项研究，研究人员采用了三阶段框架。第一阶段是战略规划，通过整合 SWOT、PESTEL 和麦肯锡 7S 框架，从学术和工业文献中识别可行的循环行动并进行优先级排序，再利用决策树筛选出可行的污泥处理工艺组合。第二阶段是可持续性评估，基于改进的层次分析法（AHP）结合相对基准法，从经济、技术、社会和环境 4 个维度的 39 个指标对备选方案进行评估，借助 MATLAB 2024a 生成大量未来情景并动态调整标准权重。第三阶段是多方面敏感性分析，包括对战略规划中的驱动因素、性质、时间属性等的分析，以及对 MCDM 框架中指标权重和利益相关者影响的分析，并与传统方法进行比较。案例研究数据来自伊朗南部德黑兰污水处理厂，该处理厂日均处理 45 万立方米污水，服务约 210 万人。
3.1 案例研究描述
研究以伊朗南部德黑兰污水处理厂（STWWTP）为案例，该处理厂占地 110 公顷，日均处理 45 万立方米污水，服务约 210 万人，是伊朗最大的污水处理厂，且计划扩建以服务更多人口。其处理工艺结合了传统活性污泥法和高负荷滴滤池进行硝化，污泥经浓缩、厌氧消化和机械脱水后，目前用作农业土壤改良剂。研究还纳入了 27 位专家的意见，以确保研究的全面性和实用性。
3.2 战略规划阶段
研究识别出 7 种可行的污泥循环利用策略，分别是卫生填埋（SL）、农业堆肥（CA）、焚烧制砖（IB）、道路铺设（RP）、混凝土铺路砖（CP）、焚烧制陶瓷（IC）和黏土基管道（CB）。通过对 20 个外部因素和 17 个内部因素的分析，发现农业堆肥的累积得分最高（1779），是最有利的循环行动，其次是道路铺设、卫生填埋和混凝土铺路砖，而焚烧制陶瓷、黏土基管道和焚烧制砖得分较低，其中焚烧制砖得分最低（-1025）。最终确定了 4 种处理备选方案，分别为 A1、A2、A3 和 A4，每种方案由不同的处理工艺组合而成。
3.3 MCDM 分析与最优方案
对 4 种备选方案在 39 个可持续性指标上的相对得分分析显示，各方案在不同指标上表现各异，没有单一方案能在所有指标上占优。在 4 个主要可持续性准则中，A2 在经济维度得分最高（0.615），A3 在技术（0.575）、社会（0.604）和环境（0.690）维度得分最高，A4 则在各维度表现较差。在 24310 个模型生成的情景中，A3 在 81.11% 的情景中被选为最优方案，平均得分 0.0318；A2 在 18.89% 的情景中被选中，得分略低（0.0315）；A1 和 A4 未被选中。
3.4 敏感性分析
单一消除情景中，5 个关键陈述（如当地产品市场、污泥质量等）的移除会导致最优循环行动改变； mutual 消除情景中，某些内外部因素对的同时移除也会影响最优结果。性质消除测试显示，移除外部经济因素和内部员工相关力量，或同时移除政策驱动的外部力量和战略导向的内部力量，会改变最优循环行动。时间属性消除分析表明，移除短期外部驱动力会改变最优行动，而单独移除内部驱动力则不会，但两者同时移除会产生影响。属性重分类、指标权重变化以及专家权重调整（尤其是按职位）也会对最优方案的选择产生影响。与传统方法比较发现，传统专家驱动等方法选 A2，而量化驱动和本研究的数据驱动框架选 A3。
该研究通过构建数据驱动的框架，成功识别出农业堆肥是最优的污泥循环利用策略，A3 工艺是最可持续的处理配置。这一结果与全球污泥管理的趋势相符，验证了框架的有效性和实用性。
研究的意义深远。从理论层面，它填补了循环行动规划与处理方案整合的空白，提出了一种具有韧性和前瞻性的方法，增强了可持续污泥管理的战略远见。从实践角度，该框架为基础设施规划者、政策制定者和环境工程师提供了强大的决策工具，可指导政策制定、 operational 规划和投资决策，助力将污泥管理纳入循环经济体系，实现环境、经济和社会的多重效益。
当然，研究也存在一定局限性，如部分依赖专家判断、计算强度大、假设所有情景概率相等以及采用确定性结构等。未来可通过整合大数据平台、引入情景特定概率和概率建模技术等方式加以改进，进一步提升框架的实用性和可靠性。
