“經(jīng)濟+環(huán)保+低碳”是新價值體系三大標尺。以前我們衡量價值的標尺是經(jīng)濟因素，之后是環(huán)保，習近平總書記提出“綠水青山就是金山銀山”將經(jīng)濟和環(huán)保進行了完美統(tǒng)一，而“雙碳”目標的提出，讓我們有了第三把標尺。在“雙碳”戰(zhàn)略指導下，環(huán)保行業(yè)作為其中重要的力量主體，也在積極地探索新的發(fā)展思路及應(yīng)對策略。
 

　　9月16日，2021(第十三屆)上海水業(yè)熱點論壇上，中國人民大學環(huán)境學院教授、博士生導師，中國人民大學低碳水環(huán)境技術(shù)研究中心主任王洪臣分析提出了城鎮(zhèn)排水與污水處理行業(yè)響應(yīng)國家“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略的三大碳減排著力點：對是否應(yīng)取消化糞池明確態(tài)度、對氧化亞氮的控制加大研究力度、對節(jié)能降耗重要性的認識提升高度。
 

　　王洪臣認為，排水與污水處理行業(yè)要慎提“碳中和”，當前首要的是明確在國家“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略大背景下碳減排工作的著力點，要謀定而后動。
 

　　他說，“碳達峰、碳中和”是全社會尺度上的戰(zhàn)略目標，能源生產(chǎn)與利用是主戰(zhàn)場。排水與污水處理是服務(wù)于社會發(fā)展的一個基礎(chǔ)行業(yè)，何時達峰取決于社會總體發(fā)展狀況以及水污染控制目標，沒有碳達峰何來碳中和？所謂碳中和，是碳排放和碳吸收相互抵消，沒有吸收只有排放的行業(yè)談何中和？即使碳中和，也要看核算邊界，沒有必要為了本行業(yè)碳中和把核算邊界外溢到其他行業(yè)。
 

　　另一方面，“碳達峰、碳中和”既然是全社會的目標，那就是全社會人人有責，每個行業(yè)更應(yīng)該作出貢獻。綜合利用污水處理場地空間光伏發(fā)電、利用出水排放落差水力發(fā)電、利用污水中的低位能源制熱制冷、利用發(fā)酵污泥做有機肥減少化肥用量，凡此種種，都是應(yīng)予鼓勵的減排措施，都是對全社會“碳達峰、碳中和”的貢獻，但這些措施均屬因地制宜之策，效益各不相同，不應(yīng)是全行業(yè)的減碳著力點，不能因為這樣一些短期見效項目而忽視了長期持續(xù)減排的努力。那么，排水與污水處理行業(yè)減排的著力點是什么？
 

　　接下來，王洪臣首先梳理了全球碳態(tài)勢，之后，他通過梳理排水與污水處理行業(yè)碳排放狀況，分析提出了三大碳減排著力點。
 

　　排水與污水處理是重要的碳排放行業(yè)
 

　　2019年，全球碳排放量接近600億噸，CO₂、CH₄、N₂O三大溫室氣體占到碳排放總量的97.9%，分別占比為74.4%、17.3%和6.2%。這些氣體的排放主要涉及四個大行業(yè)門類：能源利用(燒煤、燃油、發(fā)電等)、農(nóng)林畜牧、工業(yè)生產(chǎn)、廢物處置，分別占比為73.2%、18.4%、5.2%、3.2%。占比3.2%的廢物處置包括垃圾處理、工業(yè)廢水處理和生活污水處理，生活污水處理也就是排水與污水處理。CO₂主要來自于能源利用，CH₄、N₂O則來自于其余三大門類的直接排放，排水與污水處理行業(yè)也是重要的排放源。

　　排水與污水處理中的厭氧過程會產(chǎn)生CH₄，氮素轉(zhuǎn)化過程會產(chǎn)生N₂O，除了這些原位直接排放，污水收集和處理過程的能耗和物耗對應(yīng)的異位間接排放也屬于排水與污水處理的碳排放。污水處理過程中有機物分解產(chǎn)生的CO₂屬于生源碳，原則上不納入碳核算。當然，也有研究認為，污水中也包括一部分源于化石的合成有機物，這部分有機物分解應(yīng)納入，但實際檢測存在困難。
 

　　綜合各方面數(shù)據(jù)，污水處理全覆蓋的國家，排水與污水處理行業(yè)碳排放約占全社會總碳排放量的1%左右。排水與污水處理行業(yè)碳排放量雖然占比小，但依靠改變技術(shù)路線、改變運行模式，輔以適當?shù)牡吞几脑?，即可減少碳排放，相比其他行業(yè)，減碳效益更大。
 

　　另外，污水處理主要是有機物好氧分解，未經(jīng)處理的污水直排導致黑臭，則是個厭氧過程，會產(chǎn)生更多的碳排放。目前，全球污水處理率僅為20%，還有80%的污水在直排水體。我國統(tǒng)計出的污水處理率雖然較高，但污水集中收集率普遍較低，許多城市不足50%，城市和農(nóng)村存在大量黑臭水體。因此，應(yīng)該認識到，污水處理本身就是個碳減排過程，是個既減污又降碳的過程，沿著低碳技術(shù)路線加快設(shè)施建設(shè)，提高污水集中收集處理率，實現(xiàn)低碳污水處理，是行業(yè)對“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略的最大貢獻。
 

　　2019年，歐盟國家排水與污水處理原位直接碳排放量(CH₄、N₂O )占全社會總排放量的0.5%，加上能耗和物耗產(chǎn)生的異位間接排放，占比約為1%。其中，CH₄排放量占0.3%，比1990年排放量降低了56%，主要措施是將小散厭氧處理設(shè)施改造為集中好氧處理設(shè)施、加強污泥厭氧消化沼氣的收集及利用；N₂O排放量占0.2%，比1990年排放量降低了16%，主要措施由于德國和法國提高了污水脫氮水平，兩國分別降低了65%和47%。
 

　　2019年，美國排水與污水處理原位直接碳排放量(CH₄、N₂O )占全社會總排放量的0.69%，加上能耗和物耗產(chǎn)生的異位間接排放，占比超過1%。其中，CH₄排放量占全社會CH₄總排放量的2.8%，占全社會溫室氣體總排放量的0.28%。
 

　　CH4排放量占0.3%，比1990年排放量降低了56%，主要措施是將小散厭氧處理設(shè)施改造為集中好氧處理設(shè)施、加強污泥厭氧消化沼氣的收集及利用；N₂O排放量占0.2%，比1990年排放量降低了16%，主要措施由于德國和法國提高了污水脫氮水平，兩國分別降低了65%和47%。
 

　　2019年，美國排水與污水處理原位直接碳排放量(CH₄、N₂O )占全社會總排放量的0.69%，加上能耗和物耗產(chǎn)生的異位間接排放，占比超過1%。其中，CH₄排放量為1030萬噸CO₂當量，占全社會CH₄總排放量的2.8%，占全社會溫室氣體總排放量的0.28%，化糞池、集中處理厭氧系統(tǒng)、集中處理好氧系統(tǒng)、集中處理出水、厭氧消化池，分散污水治理的化糞池是最大排放源。N₂O排放量為2050萬噸CO₂當量，占全社會N₂O 總排放量的5.8%，占全社會溫室氣體總排放量的0.41%。集中處理好氧系統(tǒng)及其出水是主要排放源。
 

　　對比歐美排水與污水處理原位直接碳排放的變化，歐洲自1990年以來持續(xù)下降，而美國CH₄只是略有下降，N₂O反而略有上升。歐洲減少厭氧過程、加強沼氣收集、提高脫氮水平是持續(xù)下降的原因。美國加強沼氣收集對降低CH₄排放起到了一定作用，但分散污水系統(tǒng)存在2000多萬個化糞池是巨大CH₄排放源，CH₄排放量難以明顯下降。除了切薩皮克灣和墨西哥灣等敏感流域，美國許多城市污水脫氮水平并不高，例如，洛杉磯處理日能力為170萬立方米的Hyperion特大型污水處理廠就沒有脫氮設(shè)施。脫氮水平?jīng)]提高，污水氮負荷在增大，這是N2O排放量增加的原因。進一步比較全社會碳排放，可發(fā)現(xiàn)，歐洲CO₂、CH₄、N₂O三大溫室氣體都在持續(xù)降低，CH₄、N₂O降低更快，過去的30年，歐盟的碳減排量達到20億噸。美國只是CO2排放量降低，也就是能源領(lǐng)域開展了減排，CH₄、N₂O排放量基本沒有變化，總碳排放量下降緩慢。歐洲經(jīng)驗表明，CO₂、CH₄、N₂O三大氣體同步降低排放，也就是能源和非能源領(lǐng)域同步減排，才能實現(xiàn)較快減排，非能源領(lǐng)域減排可能更加明顯。
 

　　排水與污水處理減碳的三大著力點
 

　　排水與污水處理有許多直接和間接碳排放源，但基于以上分析，化糞池等厭氧過程排放CH₄、生物脫氮過程排放N₂O、污水收集和處理過程的能耗和物耗間接排放CO₂是三大重點排放源，且三部分排放量總體相當。因此，我們提出排水與污水處理行業(yè)減碳如下三大著力點：
 

　　第一，對是否取消化糞池要有明確的態(tài)度。約有15%到25%有機污染物在化糞池中被厭氧分解，是巨大的CH₄排放源。新建居民區(qū)的排水系統(tǒng)還要不要建化糞池？已經(jīng)建了的要不要拆除？行業(yè)已經(jīng)討論了許多年，迄今依然沒有一個明確的態(tài)度。福建省多年前就發(fā)文取消化糞池，但未堅持到底；上海也曾研究取消，后來沒了下文；同為蘇南地區(qū)兩個相鄰的城市，一個明確建，另一個明確不建；山東某沿海城市還成立了一個化糞池管理處，專司化糞池建設(shè)與管理，而同為山東沿海城市的青島，全市沒有一個化糞池。城市排水系統(tǒng)設(shè)置化糞池，既產(chǎn)生碳排放，又導致污水處理廠碳氮比失調(diào)，外加碳源則又產(chǎn)生間接排放。另外，農(nóng)村改廁戶戶建設(shè)化糞池，每戶兩三個人的黑水排入一個超大化糞池，實質(zhì)上成了個大停留時間的厭氧反應(yīng)器，導致大量CH₄的逸散性排放，而出水很稀還導致后續(xù)處理設(shè)施無法運行。需要反思，取消化糞池會有后果嗎？會造成下水道堵塞嗎？如果堵塞有沒有維護手段補救？西方國家的城市排水系統(tǒng)普遍不建或拆除了化糞池，青島市沒有一個化糞池，他們的排水系統(tǒng)照常運行。
 

　　為了碳減排，是時候研究取消化糞池了。
 

　　第二，研究污水處理過程N₂O的釋放、檢測及控制要加大力度。目前，N₂O在污水處理過程的釋放機制及其影響因素還不清楚。研究發(fā)現(xiàn)，反硝化過程存在N₂O釋放，碳源種類和水平對釋放量有顯著影響；硝化過程也存在N₂O釋放，DO水平對釋放量有影響；亞硝酸鹽與羥胺發(fā)生化學反應(yīng)可能直接生成N₂O排放。由于N₂O釋放機制不清晰，檢測及在線監(jiān)測手段不成熟，相應(yīng)的評估方法、控制對策也必然是空白，尤其是如何實現(xiàn)控制N₂O和提高脫氮率之間的平衡，并進而達到協(xié)同，都亟需研究。
 

　　為了碳減排，需要增大經(jīng)費投入、加大研究力度，理清釋放機制、研究開發(fā)出檢測及控制的裝置與技術(shù)，控制N₂O釋放。
 

　　第三，對污水處理節(jié)能降耗重要性的認識要提升高度。“節(jié)能降耗”已經(jīng)強調(diào)了幾十年，不單是污水處理行業(yè)，各行各業(yè)都在強調(diào)。以前，強調(diào)節(jié)能降耗是為了降低成本，而現(xiàn)在，污水處理行業(yè)為了確保出水穩(wěn)定達標，免受處罰，不惜過量投入電耗、藥耗。在新形勢下，應(yīng)該認識到，多耗電就是多排碳，多耗藥也是多排碳，節(jié)能降耗就是碳減排，是排水與污水處理行業(yè)最重要的減排手段。
 

　　如何在確保達標的前提下實現(xiàn)節(jié)能降耗？這就需要真正的精細化運營。精細化運營包括采用高效機電設(shè)備、加強負載管理、建立需求響應(yīng)機制以及工藝優(yōu)化調(diào)控等諸多方面，這里重點講三個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
 

　　一是要強化預(yù)處理。目前的格柵和沉砂等預(yù)處理單元只能去除粗渣和粗砂，不足渣砂總量的50%，大量細渣細砂進入后續(xù)處理單元，除了造成淤積、堵塞、磨損、破損等問題，還使生物系統(tǒng)的MLVSS/MLSS越來越低，既浪費池容又增加能耗，大大降低全系統(tǒng)的綜合效能。強化預(yù)處理，將所有渣砂在源頭徹底分離去除，一本萬利，是精細化運營的基礎(chǔ)工作，否則，所謂的精細化運營就無從談起。
 

　　二是要加強氧科學管理。污水處理主要是好氧處理，科學供氧是重中之重。氧供少了，有機污染物和氨氮等耗氧類指標會超標，氧供多了，既浪費能耗，也會導致總氮和總磷等非耗氧類指標超標，否則就需要額外投加有機碳源或無機藥劑，增加物料消耗。如何實現(xiàn)氧科學管理？關(guān)鍵是實現(xiàn)生物耗氧量和實際供氧量的平衡，這就需要在線實時地把生物耗氧速率(SOUR)和實際供氧速率(SOTR)測出來，沒有這兩個參數(shù)的實時數(shù)據(jù)，就談不上氧的科學管理。
 

　　三是要加強藥劑科學管理。由于原污水碳氮比不高、脫氮除磷要求又高，許多污水處理廠依靠大量投加外碳源或化學除磷藥劑維持脫氮除磷，且普遍過量投加。過量投加的藥劑浪費了成本，增大了碳排放，也可能增加能耗。加強藥劑科學管理，首先要針對水質(zhì)搞清實際需求，其次是在充分挖掘利用污水中內(nèi)碳源的基礎(chǔ)上確定外加藥劑量。碳源種類、加藥點以及投加量與水質(zhì)和工況密切關(guān)聯(lián)，理清這些關(guān)系才能真正實現(xiàn)科學管理，避免過量投加。
 

　　為了碳減排，需要對污水處理節(jié)能降耗重要性認識提升到一個新高度。
 

　　最后，為了碳減排，需要節(jié)能降耗，需要真正的精細化運營。精細化運營需要安裝必要的檢測裝置或裝備，對管路或構(gòu)筑物進行必要的改造，這就是“低碳改造”。期望在轟轟烈烈完成了“提標改造”之際，行業(yè)能盡早展開污水處理“低碳改造”，助力國家“碳達峰、碳中和”戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)。
 

　　原標題：王洪臣：排水與污水處理行業(yè)應(yīng)找準碳減排著力點