《Journal of Cleaner Production》：Robust PROMETHEE II screening of nutrient recovery technologies for cleaner production in wastewater treatment
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稳健的PROMETHEE II（偏好排序组织富集评估方法）框架优先考虑废水处理中的营养回收以实现清洁生产。电化学鸟粪石回收在405次运行中领先（前三名频率：100%，第一名频率：65.2%）。空气吹脱提供最低成本的循环氮（�1.78 kg?1
稳健的PROMETHEE II（偏好排序组织富集评估方法）框架优先考虑废水处理中的营养回收以实现清洁生产。电化学鸟粪石回收在405次运行中领先（前三名频率：100%，第一名频率：65.2%）。空气吹脱提供最低成本的循环氮（�1.78 kg?1，效率90%），适用于近期部署。敏感性分析揭示了在利益相关者优先事项变化下实施稳定的路线。将异质性证据转化为可重复的技术筛选，用于废水处理厂（WWTP）升级。
**论文解读：基于PROMETHEE II的废水处理营养回收技术筛选与清洁生产路径**
**研究背景与问题**
近年来，欧洲面临地缘政治不稳定、能源价格波动和供应链中断，加剧了对矿物肥料供应安全的担忧，推动了增强国内养分可用性和减少对原始原材料依赖的战略。同时，清洁生产转型强化了从残余流中回收有价值资源而非仅作为废物管理的必要性。在此背景下，废水处理厂（WWTP）不仅被视为污染物去除基础设施，更可作为循环资源回收的平台。然而，养分回收（NR）技术实施面临多重挑战：现有证据分散于不同系统边界、功能参考、假设和操作条件的研究中，难以直接比较；技术选择本质上是一个多准则问题，经济成本、环境表现和过程效率难以同时优化，且实施决策取决于利益相关者优先事项以及报告的性能差异是否具有操作意义。因此，需要一种能够整合异质性证据并明确利益相关者优先事项和决策态度的决策支持框架。
本研究旨在填补这一空白，采用基于偏好排序组织富集评估（PROMETHEE）的多准则决策分析（MCDM）工作流程。PROMETHEE II通过成对比较替代方案，并允许决策规则不仅反映准则权重，还通过准则特定偏好函数将性能差异转化为偏好强度，特别适用于文献基础养分回收比较，其中成本、避免排放或回收效率的适度差异可能反映数据变异性或系统边界差异，而非真实实施优势。因此，PROMETHEE II被用作筛选工具，而非通用排名设备，以在利益相关者优先事项变化和对有意义性能差异的不同解释下，识别哪些养分回收路线为早期实施短名单提供最可信基础。
分析聚焦于三个实施相关准则：每单位回收养分总成本、避免排放量和回收效率。这些准则构成了紧凑的核心集，用于第一阶段比较筛选，捕捉塑造近端WWTP实施选择的主要经济、环境和技术维度。避免排放准则被解释为替代初级肥料生产相关的潜在气候替代效益，而非完整环境绩效指标或生命周期评估替代品。产品质量、污染物、农艺性能、监管兼容性、操作可靠性和技术成熟度等其他方面虽相关，但在现有证据基础中报告不一致，更适合在后续可行性阶段处理。
案例研究基于来自近期文献的七种养分回收配置，并通过结构化敏感性设计（包含405次运行，结合替代偏好函数规范、利益相关者加权剖面和阈值设置）检验稳健性。由此产生的排名可接受性剖面区分了在广泛合理决策环境中保持竞争力的技术与那些吸引力依赖于较窄建模假设的技术。该设计评估了这些场景定义偏好模型空间内的稳定性，同时保持对统一输入数据的条件性；因此，它表征了对决策模型假设的稳健性，而非传播基础数据的不确定性。
**研究贡献**：第一，提供透明且可重复的筛选框架，用于在清洁生产和循环养分管理目标下比较WWTP中的养分回收技术。第二，生成比较证据，显示在利益相关者优先事项和对有意义性能差异的解释变化时，哪些技术路线最稳健。第三，通过在一个全因子设计中结合偏好函数场景、利益相关者加权剖面和阈值设置，推进了基于MCDM的技术筛选方法论实践。创新之处在于将PROMETHEE II适应于异质性证据下的实施导向清洁生产筛选问题。
**主要关键技术方法**
研究人员采用基于PROMETHEE II的多准则决策分析工作流程。首先，定义七种养分回收技术配置（空气吹脱、化学沉淀、离子交换与再生、电化学处理）作为替代方案，并确定三个准则：总成本（TC，� kg
?1，最小化）、避免温室气体排放（EA，kg CO
2e kg
?1，最大化，作为气候替代效益代理）、回收效率（RE，%，最大化）。数据来自七个独立文献来源，经统一化处理为每公斤回收养分（N+P）的指标。偏好函数采用三种场景（PF1：成本驱动V形；PF2：成本容忍U形加V形；PF3：成本容忍U形加高斯形），阈值设置基于决策相关性。利益相关者优先事项通过五个加权剖面（W1平衡、W2成本驱动、W3气候驱动、W4效率驱动、W5气候-循环性）表示。全因子设计组合3种偏好函数×5种加权剖面×27种阈值组合=405次PROMETHEE II运行，计算净流量并生成排名可接受性剖面。
**研究结果**
**参考排名与稳健性**
在参考场景（PF2+W1，平衡权重）下，电化学鸟粪石回收（Morrissey et al., 2022）排名第一（净流量?=0.3722），结合最高EA（3.30 kg CO
2e kg
?1）、90%回收效率和竞争性单位成本（�5.52 kg
?1）。空气吹脱（Alrbai et al., 2024）排名第二（?=0.3370），成本最低（�1.78 kg
?1），但依赖浓缩消化液。两种化学沉淀居中（?≈0.02-0.03），离子交换和侧流空气吹脱排名靠后（?为负值）。
**跨决策者视角的稳健性**
在405次运行中，电化学鸟粪石回收最稳健，第一名频率65.2%，前三名频率100%。空气吹脱第一名频率34.8%，主要在成本加权剖面下，前三名频率94.1%。化学沉淀从未排名第一，前三名频率约38-48%。离子交换和侧流空气吹脱从未进入前三名。结果支持双层次筛选：对于预算受限且可获取浓缩消化液的WWTP，空气吹脱是经济最强选项；对于气候和循环性联合优先的情境，电化学配置最稳健。
**讨论与结论**
研究结果不是普遍性技术推荐，而是基于三个准则和统一数据的差异化短名单逻辑。电化学鸟粪石回收在平衡场景下领先，但需验证产品纯度、化学残留和监管合规性。空气吹脱在成本导向下强，但转移性受限于浓缩原料。化学沉淀的中间位置显示双养分能力不足以弥补高成本。离子交换和侧流空气吹脱表现较弱，但受限于特定配置和假设。
从清洁生产角度，研究支持序列化部署策略：低成本氮回收可先期实现资源效率和气候替代效益，复杂多养分路线需进一步优化和验证。方法学上，全因子设计结合偏好函数、阈值和加权剖面提供了比单一场景排名更丰富的稳健性证据。
**结论部分翻译**：本研究通过提供透明且实施导向的框架，用于早期筛选废水处理中用于生物基肥料生产的养分回收技术，为清洁生产做出贡献。分析并非依赖单一性能指标或固定排名，而是联合评估总成本、气候替代效益和回收效率，支持更明确地权衡经济、气候和资源效率，这些权衡塑造了WWTP中的循环养分回收决策。结果未识别出普遍优越的技术，而是显示在评估数据集、三个保留准则和PROMETHEE II建模假设下哪些配置最稳健：电化学鸟粪石回收（Morrissey et al., 2022）是最稳定的高性能替代方案，在405次敏感性运行中始终在前三名，并65.2%次数排名第一；空气吹脱（Alrbai et al., 2024）是主要竞争路线，在34.8%运行中排名第一，尤其适用于成本导向决策和浓缩消化液可利用的WWTP。从清洁生产视角，这些发现支持差异化短名单逻辑而非单一推荐。方法学上，研究展示了在清洁生产技术筛选问题中，结合偏好函数场景、阈值网格和利益相关者加权剖面的全因子设计的价值，可转移至其他异质性证据和不同优先事项的情境。研究局限性包括性能矩阵基于统一化点估计、三个准则集未包含产品质量等关键因素，以及避免排放准则仅作为气候替代效益代理。未来研究应扩展至输入数据不确定性传播、养分特异性指标和更多实施准则的整合。
