《Journal of Water Process Engineering》：Advancing the circular economy in informal settlements: An integrated multicriteria assessment of nutrient recovery technologies under uncertainty
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营养回收（Nutrient recovery）被越来越多地认为是解决全球南方（Global South）城郊地区环境退化、资源稀缺和粮食安全三重挑战的关键因素。在哥伦比亚等快速城市化且卫生基础设施碎片化普遍的国家，向营养循环经济（nutrient circul
营养回收（Nutrient recovery）被越来越多地认为是解决全球南方（Global South）城郊地区环境退化、资源稀缺和粮食安全三重挑战的关键因素。在哥伦比亚等快速城市化且卫生基础设施碎片化普遍的国家，向营养循环经济（nutrient circular economy）转型提供了显著的社会经济机遇，以抵消不断上涨的施肥成本，同时减轻未经处理的生活污水带来的公共卫生风险。城郊和非正规住区（informal settlements）的特点是不稳定的住房条件和有限的包括卫生设施在内的基本服务，这使得传统的集中式污水处理系统不适用，因为它们依赖于这些地区缺乏的广泛管网和区域基础设施。废水经常直接排放到水体或土壤中，推动了分散式污水处理系统（Decentralized Wastewater Treatment Systems, DEWATS）的实施，这些系统通过多种技术选择（包括好氧和厌氧处理、连续流和间歇流、以及紧凑系统）在产生点附近进行处理。此外，在哥伦比亚本研究的参考城郊地区，一项参与式多标准决策分析确定了UASB系统作为实施的选定处理技术。然而，将传统的污染物去除策略转变为主动的资源回收需要一种技术范式，其中去除方法不仅根据其效率进行评估，还根据其多功能性以及与当地生态和社会经济条件的兼容性进行评估。
为城郊住区选择合适的营养回收技术（Nutrient Recovery Technologies, NRTs）具有挑战性，因为相互竞争的标准之间存在许多权衡。例如，实现高营养回收率通常涉及高能耗或复杂技术，这在缺乏专业知识的偏远地区可能不切实际。单一标准评估（Single-criterion evaluations）通常孤立地优先考虑技术性能或资本支出，往往未能考虑决定项目长期可行性的社会、制度和监管障碍。因此，多标准决策分析（Multicriteria Decision Analysis, MCDA）已成为管理这些复杂性的重要框架，提供了一种系统且透明的评估，将技术、经济、环境和社会等多方面要素整合到统一的决策过程中。
尽管关于NRTs的国际研究日益增多，但在资源有限环境下分散式系统的评估框架标准化方面仍存在显著研究空白。现有评估通常依赖于确定性的单一值数据，这些数据可能无法准确反映废水特性的高度变异性，以及全球南方新兴技术典型的稀缺且报告不一致的“灰色文献”数据。本研究通过使用此前未在城郊地区污水处理和回用中应用的集成不确定性多标准决策方法（Integrated Multicriteria Decision-Making with Uncertainty, MIMDU）填补了这一重要空白。该方法旨在通过系统评估多维标准来超越传统的基于去除的指标。研究整合了国际专家组的见解，量化了利益相关者的优先级，以确保评估与全球科学共识一致，同时扎根于当地运营现实。本研究通过使用三角模糊数（Triangular Fuzzy Numbers, TFNs）和α-cut逻辑来明确模拟全球南方新兴技术典型的不确定性和数据缺口，从而将不完整的文献转化为稳健的决策支持。研究贡献了一个创新的情境模型，其中哥伦比亚城郊地区作为代表性案例研究，而该方法可转移至其他资源受限地区。
在全球南方（Global South）城郊地区，环境退化、资源稀缺与粮食安全构成三重挑战，传统集中式污水处理因依赖管网和区域基础设施而不可行，分散式污水处理系统（DEWATS）虽被采用，但需向营养循环经济转型。目前，选择营养回收技术（NRTs）面临多标准权衡，现有评估依赖确定性数据、忽略不确定性，缺乏标准化框架。本研究利用集成不确定性多标准决策方法（MIMDU）评估NRTs，以哥伦比亚城郊为案例，旨在填补该空白，为资源受限地区提供稳健决策支持。研究人员通过文献综述筛选9种NRTs，确定11个技术、环境和经济标准，咨询16位国际专家（来自2024年土耳其IWA世界厌氧消化会议）确定权重，应用MIMDU方法进行模糊评估，并开展三种情境下的敏感性分析。结论表明：吸附法（Adsorption）因高效、低操作复杂性和低投资需求被评为最有前景技术，氨吹脱（Ammonia Stripping）和沉淀法（Precipitation）紧随其后。MIMDU方法通过三角模糊数（TFNs）和α-cut逻辑显式量化不确定性，确保了排名稳定性，该方法可转移至其他全球南方地区。论文发表在《Journal of Water Process Engineering》。
主要关键技术方法如下：1）文献综述：检索Scopus、Web of Science和Google Scholar中约130篇论文，筛选9种NRTs（包括选择性电渗析、微滤、纳滤、吸附、强化生物除磷（EBPR）、氨吹脱、膜蒸馏、沉淀和脱水）；2）建立11个标准：技术方面（营养回收效率、最终产品浓度、有机质含量、所需技能劳动、建造维护简便性、占地面积）、环境方面（温室气体（GHGs）排放、能耗）、经济方面（初始投资、维护成本、创收）；3）专家咨询：16位国际专家在2024年IWA世界厌氧消化会议上填写调查问卷，以1-5分评估各标准重要性及置信度，通过三角模糊数（TFNs）标准化权重；4）MIMDU评估：采用TFNs和α-cut逻辑处理不确定性，通过模糊折衷排序法计算各技术距理想解的距离，并比较清晰排名（α=1）与模糊排名（MPMI法）；5）敏感性分析：设置三种城郊情境（低资源、有限技术能力、农业增值优先），对相关标准权重进行10%-20%的正向扰动，检验排名稳定性。
研究结果：
**3.1 营养回收技术（NRTs）筛选**
通过文献综述，从130篇论文中识别出9种满足所有指标（技术、环境、经济）的NRTs：选择性电渗析（SED）、微滤（MF）、纳滤（NF）、吸附（A）、强化生物除磷（EBPR）、氨吹脱（AS）、膜蒸馏（MD）、沉淀（P）和脱水（D）。研究排除了自然基解决方案（如直接土地施用、蚯蚓养殖、人工湿地），因为这些方法无法生产与商业肥料可比的标准营养产品。技术对比显示：吸附和氨吹脱的氮回收效率最高（97%和91%），沉淀的产品浓度最高（41.6%wt），脱水回收率最低（34.85%）。操作复杂性方面，脱水、微滤需基础技工，而反渗透、膜蒸馏、沉淀、电渗析需专家技师，电絮凝、微生物燃料电池、EBPR、藻类系统等需工程师级专业知识。环境方面，膜蒸馏（1 m2）最省地，磷回收（1204 m2）和藻类系统（23.6 m2）占地大；纳滤、超滤、反渗透的温室气体（GHGs）排放低，耦合好氧/缺氧亚硝酸分解操作（CANDO）排放最高（157 kg CO? eq/kg）。经济方面，吸附和脱水初始投资最低（0.05 US$/m3和1.49 US$/m3），氨吹脱和沉淀因产出高价值产品（硫酸铵/硝酸铵、鸟粪石）而创收潜力大（9.205和14.8 US$/kg waste）。
**3.2 标准权重**
16位国际专家调查结果显示：技术方面权重最高（54.0%），其次为经济（26.8%）和环境（19.2%）。营养回收效率（权重0.1022）是最重要标准，反映了城郊地区对高效处理低浓度营养废水的需求。占地面积权重最低（0.0758），表明专家认为物理空间不是关键限制。GHGs排放权重较高（0.0982），体现对可持续技术（脱碳与循环战略）的重视。建造维护简便性（0.0938）虽非最高，但仍属重要，反映运营简单性在城郊情境中的关键作用。
**3.3 通过MIMDU评估营养回收技术（NRTs）**
应用MIMDU方法，以三角模糊数（TFNs）表示各技术在各标准下的表现，计算模糊距离。清晰排名（α=1）和模糊排名（MPMI法）极为相似（差异0.50%-2.06%），证明分析稳健。吸附法排名第一（清晰距离0.1999，MPMI 0.2017），其次为氨吹脱（0.2061，0.2095）和沉淀（0.2221，0.2150）。技术形成三个聚类：高性能（吸附、氨吹脱，低不确定性）、中性能（膜基技术，中等不确定性）、差性能（脱水、EBPR，高不确定性）。吸附和氨吹脱的领先地位与其他类似研究（如[28]的波罗的海流域评估）一致，但MIMDU通过α-cut显式量化不确定性，提供了更细微的决策支持。
**3.4 营养回收技术（NRTs）在全球南方情境中的可能实施**
哥伦比亚城郊地区废水通常含COD约500 mg O?/L、TSS>220 mg/L、N约30 ppm、P约8 ppm，直接排放造成水污染和公共卫生问题。NRTs虽不能处理重金属、微塑料、药物和病原体等污染物，但可回收营养。吸附法因其成本效益、选择性、低浓度高效回收、操作简便、设计简单、高容量和副产物少等优点，成为理想选择。多种吸附剂（如沸石、生物炭、壳聚糖）已被测试用于土壤改良或生产液体肥料。环境方面，吸附阶段的生命周期评估（LCA）显示，环境影响主要来自再生用酸碱（贡献25% GHGs和28%富营养化），建议直接土壤施用而非再生。
**3.5 敏感性分析**
在10%-20%扰动范围内，三种情境下的排名高度稳定，吸附法始终第一。低资源情境（SC1：突出能耗、维护成本、建造简便性、占地面积）中，前五名技术（吸附、氨吹脱、沉淀、膜蒸馏、纳滤）位置不变。有限技术能力情境（SC2：突出技能劳动和建造简便性）中，吸附和氨吹脱的距离随扰动增大而收敛（从0.004697降至0.000517），表明两者在高扰动下趋近。农业增值情境（SC3：突出回收效率、有机质含量、创收）中，吸附仍第一，但氨吹脱逐渐接近。总体表明，推荐技术在10%-20%扰动下稳健，但超过20%需重新校准。该框架不仅识别基线情境下的优选技术，还可评估不同决策情境下的排名稳定性，增强其作为情境敏感决策支持工具的适用性。
**讨论总结**：研究结果基于全球南方城郊特定条件，通过专家当地知识和情境条件确保代表性。对于全球北方，直接适用性不同，但MIMDU框架本身方法上可转移，可通过不同专家面板和权重校准反映其他情境。
**结论翻译**：本研究首次将集成不确定性多标准决策方法（MIMDU）应用于非正规住区中不同废水营养回收技术（NRTs）的评估；在此情境下，决策过程必须面向实用、可持续的应用，能够处理相对较小的水流量和营养浓度。通过MIMDU将专家意见与模糊不确定性建模相结合，得出了更具韧性的技术选择决策过程。通过考虑城郊基础设施固有的变异性，该方法识别出在各种可能性区间内均稳健的技术。基于MIMDU结果，吸附法因其高效、低操作复杂性和最小投资需求，成为哥伦比亚城郊地区最有前景的技术。回收产物可应用于土壤、水培溶液或制备液体肥料，为全球南方循环经济带来显著效益。尽管NRTs无法处理所有类型污染物，但其采用将促进废水成分向有价值资源的转化。
