前言

根據(jù)《中華人民共和國氣候變化第二次兩年更新報告》統(tǒng)計，廢水處理碳排放為0.91億噸二氧化碳當量，約占總碳排放量（包括土地利用、土地利用變化和林業(yè)）的1%，對于供水而言，其碳排放主要來自輸配水過程中的能源消耗以及凈化過程中的能耗和藥耗，碳排放量也不容小覷。在國家“3060”的雙碳目標下，水務(wù)行業(yè)也在積極探索水廠實現(xiàn)碳中和的路徑。

國外針對碳中和水廠的建設(shè)理念基本上都是將水處理廠轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉垂S或者資源工廠，例如奧地利Strass污水廠（平均日流量2.65萬噸）通過利用剩余污泥與廠外廚余垃圾共同厭氧消化，使得水廠能源自給率高達200%，從污水處理廠轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳茉垂S”[1]。但對于國內(nèi)的水務(wù)行業(yè)來說，由于在水廠建設(shè)階段就沒有引入綠色低碳的規(guī)劃概念，且對能源回收的意識淡薄，所以導(dǎo)致我國水務(wù)行業(yè)在“零碳”轉(zhuǎn)型上明顯落后歐美國家。因此，對于水務(wù)行業(yè)來說，如何在雙碳背景下，響應(yīng)國家目標，實現(xiàn)碳中和，是一項尤為艱巨的課題。

一、水廠碳排放

根據(jù)《溫室氣體核算體系》規(guī)定，污水和供水廠的碳排放均分為三個范圍，各范圍涵蓋內(nèi)容如下表所示：

表1 供水和污水廠溫室氣體排放范圍

供水和污水廠溫室氣體排放范圍
碳排放范圍	供水廠	污水廠
范圍一：直接排放	柴油、煤等能源現(xiàn)場消耗產(chǎn)生的溫室氣體	柴油、煤等能源現(xiàn)場消耗產(chǎn)生的溫室氣體
		污水和污泥處理過程中產(chǎn)生的溫室氣體
		碳匯
范圍二：間接排放	外購電力和熱力等產(chǎn)生的碳排放	外購電力和熱力等產(chǎn)生的碳排放
范圍三：其他間接排放	生產(chǎn)材料、廢棄物運輸過程中運輸車輛使用燃料產(chǎn)生的溫室氣體
	生產(chǎn)過程中藥劑使用產(chǎn)生的溫室氣體排放
	員工通勤等其他非生產(chǎn)排放

       由于污水廠排放源相比供水廠更多，本文以一個標準處理流程的污水廠為例，繪制的溫室氣體排放邊界圖如下所示：

圖1 污水廠碳排放邊界圖（曉數(shù)自繪）

在碳排放計算上，不同水處理工藝的排放因子各不相同，有條件的水廠可根據(jù)實際情況采用適合的監(jiān)測方法，對溫室氣體的排放因子進行監(jiān)測計算，或直接采用《IPCC2006年國家溫室氣體清單指南》（2019年修訂版）的推薦值和行業(yè)經(jīng)驗值等。而外購電力、熱力，生產(chǎn)藥劑使用等間接碳排放，則可根據(jù)相關(guān)行業(yè)主管部門公布的核算方法和通用排放因子計算。根據(jù)行業(yè)協(xié)會的平均數(shù)據(jù)可知，污水污泥處理過程中的平均碳排放強度為0.8kgCO2-eq/m3,供水廠水處理（不包括取水、輸配水工程）過程中平均碳排放強度為0.038kgCO2-eq/m3[2]。

二、碳中和路徑

       水務(wù)行業(yè)的碳排放總量雖然不及八大行業(yè)那么高，但作為城市基礎(chǔ)設(shè)施，其排放總量占比不小，具有極大的減排空間，并且在處理的污水當中蘊含著豐富的能源和資源，回收潛力巨大。本文針對國內(nèi)水務(wù)行業(yè)的現(xiàn)狀與特點，提出以下“開源、節(jié)流、抵消”三大碳中和路徑。

圖 2 水務(wù)行業(yè)碳中和實施路線圖（曉數(shù)自繪）

1.開源

開源就是挖掘水廠新能源開發(fā)潛力，調(diào)整自身用能結(jié)構(gòu)，提高新能源占比，從而減少外購電力和熱力產(chǎn)生的間接排放?？衫霉┧臀鬯畯S構(gòu)筑物多、占地面積大等特點，在光照條件好的地區(qū)采用光伏發(fā)電技術(shù)，且由于水廠用電負荷高，24小時不間斷運行，基本可以自行消納所有的光伏發(fā)電量。根據(jù)行業(yè)案例數(shù)據(jù)歸納分析，我國污水廠安裝光伏板的發(fā)電潛力約為21.312kWh/m3，碳減排潛力可達25%，并且可節(jié)省一部分購電成本[2]。

圖 3 國內(nèi)某再生水廠光伏發(fā)電（來源網(wǎng)絡(luò)）

污水廠能建設(shè)的新能源項目遠遠超過供水廠，因為污水和污泥中還蘊藏著豐富的化學(xué)能?？蓪⑽鬯幚磉^程中產(chǎn)生的甲烷收集后提純，以及利用厭氧消化技術(shù)提取污泥中的沼氣，再通過沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為熱能或者電能，為水廠自身供能。在國外，還有很多技術(shù)成熟的污水廠利用高濃度廚余垃圾聯(lián)合污泥共同厭氧消化熱電聯(lián)產(chǎn)，以此產(chǎn)生更多的能量，不但可以百分百提供水廠需要的能量，還可以實現(xiàn)向其他企業(yè)供能。

此外，污水中蘊含的余熱能也很可觀，是實現(xiàn)污水廠開源的主力軍。利用污水廠處理后的尾水作為水源熱泵的熱源，每提取4℃能量時，通過水源熱泵的熱能交換可以獲取1.77kWh/m3熱能以及1.18kWh/m3冷能，能向水廠自身或周邊3-5公里范圍內(nèi)的工廠或企業(yè)供能[2],折算供熱/制冷減排量約為1.91與0.33kgCO2/m3[3]。

根據(jù)水廠地理位置條件的不同，還可以因地制宜選取適合當?shù)亟ㄔO(shè)條件的新能源項目，例如沿海地區(qū)的水廠可利用優(yōu)越的風(fēng)力資源，建設(shè)小型風(fēng)電裝置；也可以利用污水處理尾水排放口與排放水體的地勢差，開發(fā)尾水發(fā)電。

圖 4 國外某污水廠風(fēng)力發(fā)電項目（來源網(wǎng)絡(luò)）

2.節(jié)流

除了開發(fā)新能源減少化石能源的使用，還應(yīng)該通過技術(shù)創(chuàng)新等手段，從源頭減少能源的消耗以及溫室氣體的產(chǎn)生。在水廠建設(shè)初期，規(guī)劃采用綠色低碳的污水處理或凈水工藝，選用節(jié)能高效的設(shè)施與設(shè)備，打造低碳運行水廠。此外，還可以針對現(xiàn)有水廠的泵站系統(tǒng)、風(fēng)機系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)等進行節(jié)能改造，從而達到節(jié)能降耗的目的。構(gòu)建智慧管網(wǎng)、智慧運營、智慧管控為一體的智慧水務(wù)，實現(xiàn)水廠自動化控制，也是節(jié)約能源減少碳排放的途徑之一。對于供水廠而言，管網(wǎng)漏損率是一個相當重要的指標，國家表示“到2025年，全國城市公共供水管網(wǎng)漏損率力爭控制在9%以內(nèi)”[4]，但《2021年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)顯示，2021年全國城市和縣城綜合管網(wǎng)漏損率為12.68%，兩者相距較遠，只有借助互聯(lián)網(wǎng)等信息化技術(shù)，構(gòu)建智慧管網(wǎng)體系，實時檢測管網(wǎng)，精準識別異常管段，及時修復(fù)管網(wǎng)漏損，才能有效降低管網(wǎng)漏損率，減少水資源浪費，進而減少碳排放。

針對水廠運營側(cè)，可以采用自動化控制手段，實現(xiàn)智能曝氣、智能加藥、智能水泵調(diào)控等。智能曝氣系統(tǒng)可以實現(xiàn)污水處理的精準曝氣，根據(jù)進水水質(zhì)，合理調(diào)控曝氣量，按需供氣，在保證出水水質(zhì)的同時，還能有效節(jié)省電能。智能加藥系統(tǒng)可以根據(jù)供水和污水系統(tǒng)進水水質(zhì)情況，實時調(diào)整藥劑投加量，避免藥劑的盲目投加，減少藥劑投加而產(chǎn)生的間接排放。智能水泵調(diào)控系統(tǒng)是依據(jù)水泵和泵房的歷史指標數(shù)據(jù)，實時選擇適宜的運行模式，通過自動化裝置控制水泵運行，安裝感知系統(tǒng)監(jiān)測水泵狀態(tài)，有效提高能效。對于供水泵站還可以通過智能化集中監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)無人值守運行，節(jié)省人工成本。

水廠還可以通過構(gòu)建生產(chǎn)管理和實驗室管理等系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享、無紙化記錄與辦公，保障生產(chǎn)管理穩(wěn)定運行，促進水務(wù)行業(yè)節(jié)能減碳[5]。

3.抵消

污水有著很大的資源化潛力，污水經(jīng)再生水系統(tǒng)處理后，可用于市政清掃、綠化灌溉以及工業(yè)生產(chǎn)用水，節(jié)約高品質(zhì)自來水用量，相當于從源頭控制，減少取水工程以及長距離輸配水產(chǎn)生的碳排放。對于污水和污泥的資源化，目前國內(nèi)比較新興的技術(shù)就是磷元素回收。采用適當手段對污水和剩余污泥中的磷元素進行回收，并加工成初級產(chǎn)品，此外還可以對剩余污泥中的類藻酸鹽進行回收，這些資源化回收手段從某方面來說，也間接降低了同類型產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的碳排放[2]。

對采用減排手段無法實現(xiàn)徹底凈零的剩余碳排放，水廠還可以啟動碳抵銷策略，通過碳市場購買CCER，以及購買綠色電力證書抵銷企業(yè)剩余的碳排放。

三、水務(wù)行業(yè)機遇和挑戰(zhàn)

雙碳時代，水務(wù)行業(yè)在邁向“碳中和”的道路上普遍缺乏對實現(xiàn)碳中和路徑的認識，缺少實現(xiàn)碳中和的創(chuàng)新技術(shù)儲備，亟待完善自身碳管理體系，加快從高能耗高排放到綠色低碳的轉(zhuǎn)型研究。

與此同時，水務(wù)行業(yè)也要牢牢把握行業(yè)機遇，用好綠色金融工具，創(chuàng)造綠色新收益。雖然水務(wù)行業(yè)目前不是八大控排行業(yè)，無法直接參與碳市場，但可以通過梳理企業(yè)自身的水處理節(jié)能減排工藝，參照相關(guān)方法學(xué)，參與CCER的開發(fā)，一方面可參與碳市場進行交易直接獲利，另一方面也可以促進企業(yè)減排技術(shù)升級迭代，為企業(yè)帶來碳資產(chǎn)收益。

圖 5 水處理相關(guān)方法學(xué)（來源網(wǎng)絡(luò)）

四、結(jié)語

污水和供水廠是城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，是人類日常生產(chǎn)生活的重要保障，水處理又是能源消耗大戶，碳排放量很大，因此水務(wù)行業(yè)更應(yīng)積極響應(yīng)雙碳政策，通過“開源、節(jié)流、抵消”三大路徑，實現(xiàn)“高碳”到“低碳”再到“零碳”的綠色轉(zhuǎn)型，進而實現(xiàn)行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展，助力國家雙碳目標。

參考資料：

[1].《碳中和運行的國際先驅(qū)奧地利Strass污水廠案例剖析》,郝曉地，程慧芹，胡沅勝；

[2].《城鎮(zhèn)水務(wù)系統(tǒng)碳核算與減排路徑技術(shù)指南》，中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會；

[3] 《污水余溫?zé)崮芴N含著潛在碳交易額》，郝曉地,饒志峰,李爽,李季,江翰；

[4] 《住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部辦公廳 國家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于加強公共供水管網(wǎng)漏損控制的通知》（建辦城〔2022〕2號）；

[5] 中國水網(wǎng)，“馬進泉：水務(wù)行業(yè)降碳需求迫切，粵海水務(wù)的智慧水務(wù)實踐”。