Purpose This study aims to minimize the environmental impacts of thermal seawater desalination by optimizing the required fossil fuel mixture. Life cycle assessment (LCA) is applied to simulate the environmental impacts for each fuel mixture. To prevent mixture designs inherited collinearly from correlating LCA results, fuel mixtures are first sampled prior to conducting LCA and then later optimized using a regression-based methodology to reduce entailed environmental impacts. Method Setting the functional unit to 1 m 3 of desalinated water induces different reference flows of energy requirements depending on the fuels used. Increasing the level of any fuel type within the fuel mixture scenario will cause a decrease in the level of the other fuel type(s) included. An augmented simplex lattice mixture (ASLM) design is applied to indicate correct experimental conditions and to prevent the correlation due to collinearity inherited from the nature of mixture problems. Regression models are formulated to represent life cycle impact assessment (LCIA) results in a closed form suitable for response surface methodology (RSM) optimization. An overall composite sustainability index (CSI) is a single index calculated by aggregating and normalizing corresponding LCIA responses of different units, ranges, and scales using the geometric mean-based method. Results and discussion The results indicate that marine sediment ecotoxicity (MSE) is the category most adversely affected by multistage flash distillation (MSF). On a nationwide scale, the LCA optimized results scored a 17% reduction in associated environmental impacts, which corresponds to a 4.2% reduction in the county’s carbon footprint and a 62% reduction in MSE while incurring a minor retrofitting cost to desalination facilities. Conclusions High MSE results due to excessive fossil fuel consumption/burning in MSF should gain as much attention as paid toward global warming potential. High MSE entails the risk of having heavy metals entering the food chain. On the other hand, the geometric mean approach is found to be an effective model to aggregate the LCIA results into a single index while avoiding the subjectivity of the value judgment used in LCIA weighting. This approach serves as a unit-free rescaling method that is robust to outliers or large values examined across different LCIA impacts.

中文翻译：

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利用生命周期评估和单纯晶格设计优化化石燃料混合物以实现可持续海水淡化

目的 本研究旨在通过优化所需的化石燃料混合物，最大限度地减少热海水淡化对环境的影响。生命周期评估 (LCA) 用于模拟每种燃料混合物的环境影响。为了防止共线继承的混合物设计与 LCA 结果相关，在进行 LCA 之前首先对燃料混合物进行采样，然后使用基于回归的方法进行优化，以减少对环境的影响。方法 将功能单元设置为 1 m 3 的淡化水会根据所使用的燃料产生不同的能量需求参考流量。在燃料混合物场景中增加任何燃料类型的水平将导致包括的其他燃料类型的水平降低。应用增强单纯形晶格混合 (ASLM) 设计来指示正确的实验条件并防止由于从混合问题的性质继承的共线性而导致的相关性。制定回归模型，以适合响应面方法 (RSM) 优化的封闭形式表示生命周期影响评估 (LCIA) 结果。综合可持续性指数（CSI）是一个单一的指数，通过使用基于几何平均值的方法聚合和归一化不同单位、范围和尺度的相应 LCIA 响应。结果与讨论 结果表明，海洋沉积物生态毒性 (MSE) 是受多级闪蒸 (MSF) 影响最大的类别。在全国范围内，LCA 优化结果的相关环境影响减少了 17%，这相当于该县的碳足迹减少了 4.2%，MSE 减少了 62%，同时对海水淡化设施进行了少量改造。结论 由于 MSF 中过度消耗化石燃料/燃烧导致的高 MSE 结果应该得到与对全球变暖潜力一样多的关注。高 MSE 意味着重金属进入食物链的风险。另一方面，几何平均法被认为是一种有效的模型，可以将 LCIA 结果聚合为单个指标，同时避免 LCIA 加权中使用的价值判断的主观性。这种方法作为一种无单位重新缩放方法，对跨不同 LCIA 影响检查的异常值或大值具有鲁棒性。该县的碳足迹减少 2%，MSE 减少 62%，同时对海水淡化设施进行少量改造成本。结论 由于 MSF 中过度消耗化石燃料/燃烧导致的高 MSE 结果应该得到与对全球变暖潜力一样多的关注。高 MSE 意味着重金属进入食物链的风险。另一方面，几何平均法被认为是一种有效的模型，可以将 LCIA 结果聚合为单个指标，同时避免 LCIA 加权中使用的价值判断的主观性。这种方法作为一种无单位重新缩放方法，对跨不同 LCIA 影响检查的异常值或大值具有鲁棒性。该县的碳足迹减少 2%，MSE 减少 62%，同时对海水淡化设施进行少量改造成本。结论 由于 MSF 中过度消耗化石燃料/燃烧导致的高 MSE 结果应该得到与对全球变暖潜力一样多的关注。高 MSE 意味着重金属进入食物链的风险。另一方面，几何平均法被认为是一种有效的模型，可以将 LCIA 结果聚合为单个指标，同时避免 LCIA 加权中使用的价值判断的主观性。这种方法作为一种无单位重新缩放方法，对跨不同 LCIA 影响检查的异常值或大值具有鲁棒性。结论 由于 MSF 中过度消耗化石燃料/燃烧导致的高 MSE 结果应该得到与对全球变暖潜力一样多的关注。高 MSE 意味着重金属进入食物链的风险。另一方面，几何平均法被认为是一种有效的模型，可以将 LCIA 结果聚合为单个指标，同时避免 LCIA 加权中使用的价值判断的主观性。这种方法作为一种无单位重新缩放方法，对跨不同 LCIA 影响检查的异常值或大值具有鲁棒性。结论 由于 MSF 中过度消耗化石燃料/燃烧导致的高 MSE 结果应该得到与对全球变暖潜力一样多的关注。高 MSE 意味着重金属进入食物链的风险。另一方面，几何平均法被认为是一种有效的模型，可以将 LCIA 结果聚合为单个指标，同时避免 LCIA 加权中使用的价值判断的主观性。这种方法作为一种无单位重新缩放方法，对跨不同 LCIA 影响检查的异常值或大值具有鲁棒性。发现几何平均方法是将 LCIA 结果聚合为单一指标的有效模型，同时避免了 LCIA 加权中使用的价值判断的主观性。这种方法作为一种无单位重新缩放方法，对跨不同 LCIA 影响检查的异常值或大值具有鲁棒性。发现几何平均方法是将 LCIA 结果聚合为单一指标的有效模型，同时避免了 LCIA 加权中使用的价值判断的主观性。这种方法作为一种无单位重新缩放方法，对跨不同 LCIA 影响检查的异常值或大值具有鲁棒性。