雙碳戰略串起的城鎮水務新產業鏈

　　在行業面臨諸多不確定性的情況下，“雙碳”成為一項重要的 “確定性”。業界能夠越來越深刻感知到，城鎮水務的碳達峰，碳中和實施路徑，是城鎮水務未來發展的核心戰略，也是行業發展的分水嶺和推動力。

　　未來新水務高度重視此方向，在首批未來新水務確立的四項課題中，將城鎮水務碳排放路徑規劃作為重要研究方向。日前召開的“未來新水務專家組第三次會議”，重點研討了該課題。專家組認為，“雙碳”引發的行業變革與重構，或將牽引起水務行業面臨的工藝優化、氧化亞氮、管網、余熱回收、化糞池去留等諸多重要議題，開啟更多新的工作界面。而這些議題，在碳減排的要求之外，實際上也是水務行業補齊短板、全面提升的必由之路。

　　能耗控制與運營優化

　　未來新水務專家組專家、北京建筑大學教授郝曉地指出，城鎮給水處理廠和污水處理廠運行階段，碳排放活動主要包括給水處理廠取水、處理和輸配水產生的電耗和藥耗（包括運輸），以及污水處理過程直接產生的非二氣體排放（CH4與N2O）、電耗藥耗（包括運輸）、污泥外運等。其中，電耗與直接非二氣體排放是當前影響最為顯著的部分。

　　基于統計年鑒與行業數據，郝曉地團隊核算了水務行業存量碳排放，并綜合考慮用水總量、城鎮人口、用水定額、管網漏損率、再生水利用率、排放標準提升等指標，預測了不同情景下行業30/60碳排放量。最后，通過措施減碳能力與投資成本評估，指出能耗、藥耗與N2O控制是水務行業踐行低碳運行首要措施，而實現碳中和目標污水處理則需要考慮出水余溫熱能利用。

　　“電力+化石燃料”減排或將成為未來六七年內水務企業碳減排的主要抓手。根據新水務創新經理唐曉雪的計算，典型水務公司按照國家要求、以“2060碳中和”為目標的碳減排（不計電力因子變化時），電耗減排量將占到59%以上；而以“2030碳達峰”為目標，自身節能降耗及化石燃料清潔能源替代，將成為水務企業完成政治任務的主要手段。

　　企業碳減路徑圖-階段研究成果

　　“自身工藝的優化，包括曝氣節能、泵組優化等，能夠較快上手；清潔能源發展的影響，對于行業來說更多是被動的，如果整個區域供電都是清潔能源，那水廠就可以‘躺平’，無壓力實現碳達峰?！蔽磥硇滤畡諏＜医M專家、國際水協會(IWA) 戰略和發展總監李濤表示。

　　在能耗控制之外，也有專家提議，結合水源熱泵手段，對污水處理廠出水余熱進行能源挖潛，可打開負碳空間?！袄?，北京市400多萬噸/日的污水處理規模，通過5℃熱交換，可以解決全市冬季15%供熱、夏季10%制冷需要。這一潛在清潔能源可以幫政府排憂解難?！焙聲缘乇硎?。

　　管網碳排放與核算邊界的界定

　　管網是污水處理設施的重要外延，也是行業碳核算中不可避免的一部分。盡管“水務行業碳排只占總量1%”的觀點聲量較大，但如將管網納入考慮范疇，這一數據將發生顯著變化。另一方面，隨著“全球甲烷承諾”倡議以及中國《甲烷排放控制行動方案》的發布，中國甲烷控排進入“新時代”，污水管網涉及的甲烷排放問題已開始引起重視。

　　未來新水務專家組專家、中國人民大學環境學院教授王洪臣提到：“美國一份統計報告顯示，污水排水系統產生的CH4，占到全社會CH4排放量的5.4%。這還是在美國城市沒有化糞池、管網流速0.9m/s的情況下產生的。美國僅有居住在鄉村的七八千萬人口使用化糞池，從而產生650萬噸的CH4?！睂鴥惹闆r與之對照，可以發現潛在排放量要大得多：我國污水管網平均流速是0.2-0.3m/s，污水在管網中滯留時間更長；且城市中還有500萬座化糞池，中國城市人口是美國鄉村人口的十倍，簡單計算可以發現，僅化糞池一項，產生的CH4排放量就是千萬噸級別，在全社會CH4排放量中所占比例不容小覷。

　　“此前，在氣候變化的大框架下，水務行業碳排放的重要性被大大低估了。而未來十年，CH4是碳排放關注的重點，水務行業潛力巨大?！蓖鹾槌急硎?。

　　郝曉地對此表示認同：“雖然當前大多碳排放核算結果尚未包含管網，但此前團隊嘗試進行模型計算，得出化糞池以及排水管網系統產生的CH4量，與污水處理廠系統的整體碳排已相差無幾，處于同一數量級（約2000萬噸CO2當量/年）?！睂Υ?，他認為逐步推動取消化糞池是有效控制管網系統CH4排放的手段。

　　在計算之外，郝曉地指出，也需要關注管網CH4逸散的問題及相關邊界的確定?！白罱覀冊跈z測污水處理廠碳排放實踐中發現，格柵間、沉砂池CH4排放量非常之大。換而言之，污水處理廠進水口實際上成為排水管網產生CH4的主要出口。這將帶來一個新的認識問題——這部分CH4如何界定？是算給排水管網，還是污水處理廠？”他認為，這一新問題界定對污水處理廠十分重要，否則將會加大污水處理廠碳排放。這就需要政府能高屋建瓴地加以界定。

　　非二氣體氧化亞氮的管控

　　“宏觀上看，CH4排放占人為碳排放量的15%，而N2O（氧化亞氮）則高達40%。雖然當前減排重點是CH4，但對于N2O切不可掉以輕心?！焙聲缘刂赋?。此外，在11月15日中美兩國發表的“關于加強合作應對氣候危機的陽光之鄉聲明”中明確提出，兩國計劃就各自管理N2O排放的措施將開展合作。對于N2O減排的研究與措施已箭在弦上。

　　行業碳排放存量核算階段研究結果

　　Royal Haskoning DHV公司發表的《Let‘s start with reducing nitrous oxide emissions today》白皮書指出，污水處理廠中N2O來源已被廣泛研究了至少20年。最新研究認為，低溶解氧(DO)、高氨氮峰值、亞硝酸鹽積累和不足曝氣會觸發硝化過程中產生N2O。在反硝化過程中，碳源不足會導致反硝化止于N2O。在鹿特丹一座污水處理廠進行為期一年的在線監測中，已有類似現象發現。

　　唐曉雪、王文愷等北控研究團隊，量化評估了進水濃度提升對水務企業碳排放的影響，結果顯示在常規情景下隨著電力因子的不斷降低，非二氣體對水廠碳排放影響逐步提升至2045年超過電力能耗帶來的碳排放，而當發生高濃度情景時（即由于化糞池的取消及管網控制導致進水COD到2030年上升至250 mg/L；2060年上升至400mg/L），非二氣體影響將被進一步強化，到2035年超過電力能耗帶來的碳排放，成為水務企業最重要的碳排放源。

不同情景下企業碳排放核心影響因素遷移變化

　　對此，郝曉地認為，控制N2O無需太大投資，關鍵在于運營控制思路的轉變?！耙环矫?，硝化過程的溶解氧需要控制在1.5 mg/L以上（一般教科書上是2.0mg/L），降低曝氣量就會帶來N2O的風險。另一方面，碳源要充分給足。雖然外加碳源會帶來CO2排放問題，但N2O全球變暖潛能值是CO2的273倍，這個賬應該能夠算得過來。簡而言之，按教科書要求控制曝氣水平、實時投加碳源促進完全反硝化，一般來說可以有效抑制N2O產生風險?！?/span>

　　此外，專家組也對水務行業“雙碳”將引發的行業變革與產業重構展開討論，認為水務行業減碳貢獻遠超1%，在供給側結構性改革的浪潮推動下，水務行業具有較大的減碳潛力與負碳空間，將在未來中國深度降碳的歷史進程中，作為最典型的減污降碳協同增效行業之一，不但實現水務行業補齊短板、全面提升，同時實現對其他行業的賦能，為國家碳中和目標實現貢獻行業價值。