经济+环保+低碳 是新价值系统三年夜标尺。二十年之前，我们权衡价值的标尺首要是经济身分。 绿水青山就是金山银山 的不雅念将经济和环保进行了完善同一，而 双碳 方针的提出，让我们有了第三把标尺。在 双碳 计谋指点下，环保行业作为此中主要的气力主体，也在积极地摸索新的成长思绪和应对策略。作为环保行业主要支柱，污水处置范畴也在积极进行手艺进级，尽力削减碳排放并争夺早日实现碳中和。

01 污水处置是主要的碳排放行业

今朝全球碳排放量接近600亿吨，CO2、CH4、N2O三年夜温室气体占到碳排放总量的95%以上，此中CO2占排放总量的75%摆布，CH4占排放总量的17%摆布，N2O占排放总量的6%摆布。这些气体的排放首要触及四年夜行业门类：能源操纵、农林畜牧、工业出产、废料措置。此中能源操纵的碳排占到总排放的七成之多，而废料措置的碳排占比约为3.2%。占比3.2%的废料措置包罗垃圾处置、工业废水处置和糊口污水处置，糊口污水处置也就是给水排水与污水处置。CO2的排放首要来自在能源操纵，CH4和N2O的排放则来自在其余三年夜门类的直接排放，此中排水与污水处置行业恰是其首要推手。值得一提的是，CH4和N2O的全球变暖潜势要比CO2高很多，这也就意味着，虽然污水处置进程中CH4和N2O的排放量不年夜，可是因为其较高的全球变暖潜势，其总碳排放照旧十分可不雅。

全部污水处置进程中的碳排放分为直接排放和间接排放，此中直接排放占总排放的60%以上。一般而言，污水处置进程中CO2的直接排放有3个路子：一是进水中有机物的好氧降解；二是微生物的内源呼吸感化；三是反硝化进程[1]。值得留意的是，IPCC在2006年发布了最新温室气体指南《IPCC国度温室气体清单指南》，此中将CH4和N2O列为城市污水处置厂直接排放的温室气体，CO2的直接排放未被列入[2]。缘由是这部门碳元素一般被认为来历在植物光合感化，是年夜气中CO2被接收、固定到植物中所构成的有机碳，这部门碳是生源性的，是年夜气华夏本就存在的CO2。但是，污水处置厂进水中不只有生源碳，年夜量的糊口中利用的洗涤剂、化装品和药物等最初来历为石油化工产物，并不是原生态的天然原料，这部门碳长短生源性的。所以我们很难将污水处置进程中排放的二氧化碳中的生源碳和非生源碳划分清楚。有学者计较了污水处置厂中非生源碳CO2排放量，占总CO2排放的29.59%-51.80%。这申明，假设疏忽化石碳的直接排放,会造成温室气体碳萍踪计较的缺掉。

传统活性污泥法脱氮工艺要颠末进水氨氮硝化进程和反硝化进程，这两个进程亦是发生N2O的首要路子。在这个进程中，硝化细菌将NH2OH氧化为NO2-，该进程中会副产品N2O。同时，N2O也会由亚硝酸盐或氨氧化中心产品羟胺的化学分化感化发生。是以，在污水处置进程中厌氧池、缺氧池、好氧池和污泥浓缩池是N2O的首要释放来历。污水中的CH4来历在产甲烷菌厌氧降解有机物，产甲烷菌通常是专性厌氧菌，所以在厌氧的情况下有可能发生CH4。在污水搜集和输送的管道中，污水处在厌氧情况，这给产甲烷菌厌氧降解有机物制造了前提，使污水处置厂的进水中携带了年夜量消融态CH4，可能会在后续搅拌和曝气的进程中排放[3]。

污水处置厂的间接碳排放来历在电耗和药耗。污水处置厂首要耗电装备有曝气装备、污泥处置装备、晋升泵和其他装备。曝气装备是污水处置厂最年夜的电能耗损来历，占总电能耗损的49%～60%，污泥浓缩进程占11%、厌氧消化占9%、晋升泵占8%。总的来讲，污水处置厂跨越一半的碳排放可以归因在电力耗损[4]。药耗来自在外加碳源、絮凝剂和助凝剂、液氯、节制酸碱度耗损的碱。每种药剂在其出产和运输等进程中也会有温室气体的排放，用其响应的碳排放系数进行权衡。

综合各方面数据，污水处置全笼盖的国度，排水与污水处置行业碳排放约占全社会总碳排放量的1%摆布。排水与污水处置行业碳排放量固然占比小，但依托改变手艺线路、改变运行模式，辅以恰当的低碳革新，便可削减碳排放，比拟其他行业，减碳效益更年夜。

03 1%的行业碳排是不是值得正视

污水处置的首要道理是有机物好氧分化，而未经处置的污水直排会致使黑臭，这是一个厌氧进程，会排放CH4和N2O，进而发生更多的碳排放。今朝，全球污水处置率仅为20%，还80%的污水在直排水体。我国统计出的污水处置率固然较高，但污水集中搜集率遍及较低，很多城市不足50%，城市和农村存在年夜量黑臭水体。是以，应当熟悉到，污水处置自己就是个碳减排进程，是个既减污又降碳的进程，沿着低碳手艺线路加速举措措施扶植，提高污水集中搜集处置率，实现低碳污水处置，是行业对 碳达峰、碳中和 计谋的最年夜进献[5]。

04 从 能源中和 到 碳中和

最近几年来， 能源中和（Energy neutrality） 这一概念被愈来愈多污水处置厂所说起，也一向是学术研究的热门问题之一。同时，污水处置实现 碳中和 也是年夜势所趋。

能源中和与碳中和是不是为同义语，可以等量齐观吗？能源中和，顾名思义指污水处置厂削减本身能源耗损且可以或许在厂表里收受接管或发生一种或多种洁净能源，可以直接（电、热自用）或间接（发生能量并网）填补污水处置厂本身能源耗损量，从而到达污水处置不依托化石能源等（电、热）而实现能源自给自足。而污水处置厂的碳中和概念更加直不雅。它指的是，污水处置厂经由过程本身节能降耗或增添本身产能，或增添碳汇，使该污水处置厂的碳减排量与碳排放量彼此抵消。此中，污水处置厂的碳排放即为上文所述的直接碳排和间接碳排。明显，污水处置厂实现能源中和不同等在实现碳中和。能源中和仅意味着污水处置厂能耗实现自给自足，只抵消了间接碳排放量中能耗碳萍踪，而间接碳排放量中的药耗碳萍踪和直接碳排中的N2O、CH4、VOCs等温室气体发生的碳排放量并未抵消。可是，污水处置厂假如实现了碳中和，则根基可以认为实现能源中和。例如，污水余温热能潜力庞大，但属在不克不及直接发电操纵的低品位能源，只能作为热/冷输出供热或制冷，污水处置厂仍然需要依托外部电力；这类低品位能源（热/冷僻洁能源）被厂外社会利用后可替换/填补高品位能源（电、自然气等）的利用，进而削减社会年夜量碳排放，这些被节流的碳排放完全可以用来抵消污水处置厂本身电耗碳萍踪。

传统活性污泥法是将污水中的有机物经由过程微生物代谢转化为生物资和CO2，其成果是 以能消能 转嫁污染 。虽然传统活性污泥法从20世纪初获得推行利用，且100多年来一向作为污水处置行业的主流手艺，可是明显其与此刻寻求的可延续成长不雅念各走各路。将来的污水处置将慢慢从活性污泥法转化为新型AB工艺，即A段负责高效碳捕捉，使污水中的有机物在被微生物操纵之前被捕捉，后续用在能量收受接管，经A段处置后的污水有机物含量较低，所以在B段实行低碳源需求新手艺(如厌氧氨氧化手艺)，进一步去除污水中的污染物[6]。

表1 最近几年国表里学者对新型AB工艺的成功实践

（表源：中国知网）

城市污水处置厂的进水中含有年夜量的有机物，为了使出水到达排放尺度,需要将这些有机物去除。在传统的活性污泥法中，这些有机物颠末好氧进程被转化为CO2。可是，这些有机物现实上含有年夜量化学能，与其用 以能消能 体例去除，不如转化为沼气(如CH4或H2)加以操纵。CH4是一种燃烧热较高的洁净能源，其热值为8.4 104kJ/kg，在燃烧时可以同时供给电能和热能。今朝，污水处置厂的进水有机物浓度为400mgCOD/L，将初沉污泥与残剩污泥进行厌氧消化产CH4并实行热电联产，能量产出远高在厌氧消化池的能量投入[7, 8]。

厌氧消化收受接管有机物产沼气的工艺已在欧美普遍利用，奥地利Strass污水处置厂经由过程操纵残剩污泥厌氧产CH4，运行能量均衡率可以或许到达108%，即该污水处置厂仅经由过程收受接管残剩污泥中的有性能源一项便能知足其全数能源耗损。虽然污泥厌氧消化能量收受接管产CH4的焦点手艺已成长成熟，但它只安装在年夜中型污水处置厂经济上是可行的，我国今朝唯一不到5%数目的城市污水处置厂采取污泥厌氧消化系统。

3、寻觅其他外部可再生能源

污水处置厂需要必然的占地，可以在厂区中铺满太阳能板或借助外部风电。例如，假设将把光伏板铺遍全部污水处置厂能填补近10%的运行能耗[9]。

05 瞻望

污水中含有丰硕的淡水、能源和营养物，而不是 废料 。跟着手艺的前进，在将来污水处置实现碳中和、乃至成为 能源工场 之假想不是梦。

参考文献

[1] 郝晓地; 黄鑫; 刘高杰; 胡沅胜, 污水处置 碳中和 运行能耗赤字来历和潜能测算. 中国给水排水 2014, 30, (20), 6.

[2] 程豪, 碳排放怎样算 《2006年IPCC国度温室气体清单指南》. 中国统计 2014, (11), 3.

[3] 鲍志远.典型城市污水处置工艺温室气体排放特点和减排策略研究.北京林业年夜学, 2019.

[4] 吴百苗; 张一梅; 栗帅; 郭文瑾; 郭晓倩; 王森尧; 梁希; 耿学文, 基在LCA的污水处置方案碳中和综合影响评价. 情况工程 2022, 40, (6), 8.

[5] 唐娇娇; 谢军祥; 陈重军; 余成; 陈德超, 城镇污水处置厂碳中和技

术和案例. 化工进展 2022, 41, (5), 2662-2671.

[6] 郝晓地, 污水处置碳中和运行手艺 : Technologies of wastewatertreatment towards carbon neutral. 污水处置碳中和运行手艺:Technologies of wastewater treatment towards carbon neutral:2014.

[7] Zhao, S.; Yan, K.; Wang, Z.; Gao, Y.; Li, K.; Peng, J., Doesanaerobic digestion improve environmental and economicbenefits of sludge incineratioleyu����.txtn in China? Insight from life-cycle perspective. Resources, Conservation and Recycling2023, 188, 106688.

[8] Hao, X.; Chen, Q.; van Loosdrecht, M. C. M.; Li, J.; Jiang,H., Sustainable disposal of excess sludge: Incineration without anaerobic digestion. Water Research 2020, 170, 115298.

[9] Hao, X.; Liu, R.; Huang, X., Evaluation of the potentialfor operating carbon neutral WWTPs in China. Water Research 2015, 87, 424-431.

作者简介

赵树南，清华年夜学情况学院直博生，酷爱浏览，喜好跑步。学问如登塔，一一层登将去，上面一层，虽不问人，亦自见得。

文字| 赵树南

排版|姚乐艺 郭璐瑶

审核|陈星安 程泽堃 刘轩 姜惠雯