污水处理行业碳中和发展现状
在2020年9月份的第七十五届联合国大会上，习近平主席承诺中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，2060年前实现碳中和。所谓碳中和是指国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式全部抵销，达到相对“零排放”。为实现碳中和的目标，中国把绿色低碳发展作为生态文明建设的重要内容，积极推动各行业经济绿色低碳转型和可持续发展。污水处理行业作为民生保障类行业，更需要以实现碳中和目标为契机，开发绿色低碳和可持续新型工艺，挖掘碳减排潜力，从而达到减污与降碳协同增效的目的。然而，从目前污水处理行业碳减排发展现状来看，碳中和目标的实现仍是一项非常紧迫和充满挑战的任务。
1. 发展现状
污水处理过程通常会伴随着大量的能源和化学物质的消耗、温室气体（CO2、CH4、N2O等）的排放、生态毒性物质的产生等。经粗略估计，2030年中国整个污水处理行业的温室气体排放总量将达到3.65亿吨CO2当量，占全国温室气体排放总量的2.95%，高于发达国家1%左右。由此可见，我国污水处理行业的碳减排潜力不容忽视。然而，我国现阶段对污水处理领域温室气体排放的研究较少，尤其是对建成运营的污水处理厂并没有开展大规模的系统研究。且目前主要是针对单一温室气体的直接排放，或同一工艺污水处理温室气体的排放进行研究，尚未形成整体和确切的结论，对于深入研究温室气体的减排方案结果更是严重缺失。此外，到目前为止，我国尚没有指定污水处理领域温室气体的相关监测准则和强制减排控制策略等技术和法律法规。针对污水处理过程中化石源CO2的排放研究是否归属于总温室气体碳足迹计算的问题亦是存在争议。综上可知，我国污水处理过程中温室气体的排放特征和减排策略仍需进一步系统研究，污水处理行业碳中和的实现仍面临着巨大的挑战。
2. 未来挑战
2.1 缺少统一规范的碳排放核算体系
统一规范的碳排放核算体系是实现碳中和的关键基石。迄今为止，我国污水处理行业尚未形成规范的碳核算标准，且污水处理过程中碳排放情况的数据来源庞杂，这便导致碳核算的不确定性较高。一般来说，污水处理产生的温室气体可分为直接碳排放和间接碳排放两部分。直接碳排放通常是指污水厂厂内的CH4和N2O排放，这些排放通常贯穿于废水处理和污泥处理、处置过程中的微生物代谢活动中。间接碳排放主要来源于能源和资源的消耗。从生命周期的角度来看，它们可以追溯到各种过程，例如，电力的生产、化学品的生产与运输。由此可见，与发电、冶金等直接从化石燃料燃烧中产生二氧化碳的工业过程相比，污水处理过程的温室气体排放具有多样性、多源性等特点。在计算污水处理过程中碳排放情况时，任何一种碳排放源的忽略都会导致数据结果的不准确。而碳排放核算可以帮助我们识别出各类温室气体的主要排放源，了解各省份污水行业以及不同污水处理路线的排放现状，预测未来减缓潜力，从而制定出应对措施。
2.2 低碳技术尚不成熟
近年来，我国大力加快发展污水处理产业、提高污水总处理率、加强污水处理厂出水标准、提高污水处理达标率和再生利用率。但从可持续发展角度看，一味地提高标准、增加污水处理强度，会导致大量的能源和化学物质消耗以及温室气体的排放。而目前的技术方案大多注重污水处理项目的工艺改良，这使得优质的出水带来了更多的能耗和物耗。因此，控制过程中温室气体的产生与排放以及污水厂所带来的尚无法预期的潜在环境影响已经成为众多学者的研究方向。低碳运行技术的开发和评估，将为污水处理厂运营企业节能降耗提供技术参考和依据，从而实现过程能耗降低、化学药剂替代、逸散性温室气体控制，同时实现生物质清洁能源回收等生态效益与污水处理企业经济效益的共赢。
3. 应对措施
3.1 形成科学规范的碳足迹核算方法
碳足迹核算方法编制工作是实现行业碳中和的一项基础性工作，污水处理行业需要针对污水处理过程的碳排放清单以及碳排放核算开展研究，并形成一套科学规范的碳足迹核算方法，以增强数据结果的可靠性，为不同研究数据结果之间提供可比性。与此同时，还可以填补我国在污水处理行业的碳核算空白，为统筹有序做好碳中和工作提供坚实的数据支撑和基础保障。
3.2 强化低碳技术研发推广
（1） 精准曝气控制技术
建立以智能模型算法为主的大闭环控制系统，通过程序对自动化控制和智能化控制有机的组合，实现精细化的工艺智能运行，为全面的复杂逻辑冗余控制策略、精细化的控制方案提供全方位技术支撑，对水厂主要工艺段（如：精确曝气）等环节，实现智能化控制，减少生产对工艺人员数量与经验上过多的依赖。并为各厂区运营生产提供更高的出水排放标准、实现企业的节能降耗、优化减少污水处理对环境的影响。
（2） 厂内混凝污泥资源利用
厂内混凝污泥的有效利用可以实现污泥资源化利用和除磷药剂减量的双重目标。混凝沉淀法作为一种简易高效的深度处理工艺被广泛应用，该工艺不可避免地产生了大量污水深度处理混凝污泥。与传统剩余活性污泥不同，混凝污泥的有毒有害物质含量低，且含有大量来自絮凝剂中的铝/铁（氢）氧化物。然而，目前并未对深度处理混凝污泥进行单独有效的处理处置，而是与剩余活性污泥直接混合后进行消化、堆肥、填埋等，这不仅导致了混凝污泥中金属化合物的浪费，还增加了土壤和水体二次污染的风险。因此，开发一种安全经济的混凝污泥资源化利用方式是十分必要的。
（3） 热泵技术
污水源热泵是利用污水处理厂出水量大，水质稳定，常年温度在13至25摄氏度等特点，以城市污水作为提取和储存能量的冷热源，借助热泵机组系统内部制冷剂的物态循环变化，消耗少量的电能，从而进行制冷、制热循环的一种空调装置。污水源热泵具有环保、节能、运行费用低等特点，其污染物排放比空气源热泵减少40%以上，比电供热减少70%以上。污水源热泵比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃煤锅炉节省1/2以上的燃料。此外，水体的温度四季恒定，是很好的热泵热源和空调冷源，使得污水源热泵机组运行更加稳定可靠。因此，污水源热泵是实现污水资源化的有效途径。
（4） 光伏技术
污水厂光伏项目是利用污水处理厂水池、建筑物屋顶等区域上方闲置空间建设光伏系统的工程。污水处理厂运营企业白天用电执行峰、平电价，价格较高，电费占到企业运营费用的约50%左右，若通过充分利用污水厂现有的闲置空间资源投资建设分布式光伏电站，利用所发绿色电力提供污水处理厂部分用电需求，不仅有效降低污水处理厂用电成本，而且能提升污水处理厂业主品牌效益。此类项目技术及商务模式成熟，在水务行业已得到大力推广。
4. 结语
“十四五”时期，我国生态文明建设进入以降碳为重点战略方向、推动减污降碳协同增效的关键时期，污水处理行业低碳发展势在必行。为实现碳中和的目标，污水处理行业应强化绿色低碳技术基础研究，加速低碳技术研发推广，朝着最低的温室气体释放、最少能源消耗以及实现资源、能源回收和处理水回用等全生命周期资源环境保护的方向努力。
