前言

根據(jù)《中華人民共和國(guó)氣候變化第二次兩年更新報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，廢水處理碳排放為0.91億噸二氧化碳當(dāng)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(duì)于供水而言，其碳排放主要來(lái)自輸配水過(guò)程中的能源消耗以及凈化過(guò)程中的能耗和藥耗，碳排放量也不容小覷。在國(guó)家“3060”的雙碳目標(biāo)下，水務(wù)行業(yè)也在積極探索水廠實(shí)現(xiàn)碳中和的路徑。

國(guó)外針對(duì)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(wàn)噸）通過(guò)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(dá)200%，從污水處理廠轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳茉垂S”[1]。但對(duì)于國(guó)內(nèi)的水務(wù)行業(yè)來(lái)說(shuō)，由于在水廠建設(shè)階段就沒(méi)有引入綠色低碳的規(guī)劃概念，且對(duì)能源回收的意識(shí)淡薄，所以導(dǎo)致我國(guó)水務(wù)行業(yè)在“零碳”轉(zhuǎn)型上明顯落后歐美國(guó)家。因此，對(duì)于水務(wù)行業(yè)來(lái)說(shuō)，如何在雙碳背景下，響應(yīng)國(guó)家目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)碳中和，是一項(xiàng)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(gè)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(chǎng)消耗產(chǎn)生的溫室氣體	柴油、煤等能源現(xiàn)場(chǎng)消耗產(chǎn)生的溫室氣體
		污水和污泥處理過(guò)程中產(chǎn)生的溫室氣體
		碳匯
范圍二：間接排放	外購(gòu)電力和熱力等產(chǎn)生的碳排放	外購(gòu)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(yùn)輸過(guò)程中運(yùn)輸車(chē)輛使用燃料產(chǎn)生的溫室氣體
	生產(chǎn)過(guò)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)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(shí)際情況采用適合的監(jiān)測(cè)方法，對(duì)溫室氣體的排放因子進(jìn)行監(jiān)測(cè)計(jì)算，或直接采用《IPCC2006年國(guó)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(yàn)值等。而外購(gòu)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(mén)公布的核算方法和通用排放因子計(jì)算。根據(jù)行業(yè)協(xié)會(huì)的平均數(shù)據(jù)可知，污水污泥處理過(guò)程中的平均碳排放強(qiáng)度為0.8kgCO2-eq/m3,供水廠水處理（不包括取水、輸配水工程）過(guò)程中平均碳排放強(qiáng)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(dāng)中蘊(yùn)含著豐富的能源和資源，回收潛力巨大。本文針對(duì)國(guó)內(nèi)水務(wù)行業(yè)的現(xiàn)狀與特點(diǎn)，提出以下“開(kāi)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(shí)施路線圖（曉數(shù)自繪）

1.開(kāi)源

開(kāi)源就是挖掘水廠新能源開(kāi)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(gòu)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(diǎn)，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(fù)荷高，24小時(shí)不間斷運(yùn)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(guó)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(dá)25%，并且可節(jié)省一部分購(gòu)電成本[2]。

圖 3 國(guó)內(nèi)某再生水廠光伏發(fā)電（來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）

污水廠能建設(shè)的新能源項(xiàng)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)供水廠，因?yàn)槲鬯臀勰嘀羞€蘊(yùn)藏著豐富的化學(xué)能?？蓪⑽鬯幚磉^(guò)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(guò)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(guó)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(shí)現(xiàn)向其他企業(yè)供能。

此外，污水中蘊(yùn)含的余熱能也很可觀，是實(shí)現(xiàn)污水廠開(kāi)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(shí)，通過(guò)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(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)條件的新能源項(xiàng)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(shì)差，開(kāi)發(fā)尾水發(fā)電。

圖 4 國(guó)外某污水廠風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目（來(lái)源網(wǎng)絡(luò)）

2.節(jié)流

除了開(kāi)發(fā)新能源減少化石能源的使用，還應(yīng)該通過(guò)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(yùn)行水廠。此外，還可以針對(duì)現(xiàn)有水廠的泵站系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)等進(jìn)行節(jié)能改造，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。構(gòu)建智慧管網(wǎng)、智慧運(yùn)營(yíng)、智慧管控為一體的智慧水務(wù)，實(shí)現(xiàn)水廠自動(dòng)化控制，也是節(jié)約能源減少碳排放的途徑之一。對(duì)于供水廠而言，管網(wǎng)漏損率是一個(gè)相當(dāng)重要的指標(biāo)，國(guó)家表示“到2025年，全國(guó)城市公共供水管網(wǎng)漏損率力爭(zhēng)控制在9%以內(nèi)”[4]，但《2021年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)顯示，2021年全國(guó)城市和縣城綜合管網(wǎng)漏損率為12.68%，兩者相距較遠(yuǎn)，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(shí)時(shí)檢測(cè)管網(wǎng)，精準(zhǔn)識(shí)別異常管段，及時(shí)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(fèi)，進(jìn)而減少碳排放。

針對(duì)水廠運(yùn)營(yíng)側(cè)，可以采用自動(dòng)化控制手段，實(shí)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(shí)現(xiàn)污水處理的精準(zhǔn)曝氣，根據(jù)進(jìn)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(shí)，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(jìn)水水質(zhì)情況，實(shí)時(shí)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(biāo)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)選擇適宜的運(yùn)行模式，通過(guò)自動(dòng)化裝置控制水泵運(yùn)行，安裝感知系統(tǒng)監(jiān)測(cè)水泵狀態(tài)，有效提高能效。對(duì)于供水泵站還可以通過(guò)智能化集中監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守運(yùn)行，節(jié)省人工成本。

水廠還可以通過(guò)構(gòu)建生產(chǎn)管理和實(shí)驗(yàn)室管理等系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享、無(wú)紙化記錄與辦公，保障生產(chǎn)管理穩(wěn)定運(yùn)行，促進(jìn)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(lái)水用量，相當(dāng)于從源頭控制，減少取水工程以及長(zhǎng)距離輸配水產(chǎn)生的碳排放。對(duì)于污水和污泥的資源化，目前國(guó)內(nèi)比較新興的技術(shù)就是磷元素回收。采用適當(dāng)手段對(duì)污水和剩余污泥中的磷元素進(jìn)行回收，并加工成初級(jí)產(chǎn)品，此外還可以對(duì)剩余污泥中的類藻酸鹽進(jìn)行回收，這些資源化回收手段從某方面來(lái)說(shuō)，也間接降低了同類型產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放[2]。

對(duì)采用減排手段無(wú)法實(shí)現(xiàn)徹底凈零的剩余碳排放，水廠還可以啟動(dòng)碳抵銷策略，通過(guò)碳市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)CCER，以及購(gòu)買(mǎi)綠色電力證書(shū)抵銷企業(yè)剩余的碳排放。

三、水務(wù)行業(yè)機(jī)遇和挑戰(zhàn)

雙碳時(shí)代，水務(wù)行業(yè)在邁向“碳中和”的道路上普遍缺乏對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和路徑的認(rèn)識(shí)，缺少實(shí)現(xiàn)碳中和的創(chuàng)新技術(shù)儲(chǔ)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(shí)，水務(wù)行業(yè)也要牢牢把握行業(yè)機(jī)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(wú)法直接參與碳市場(chǎng)，但可以通過(guò)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(kāi)發(fā)，一方面可參與碳市場(chǎng)進(jìn)行交易直接獲利，另一方面也可以促進(jìn)企業(yè)減排技術(shù)升級(jí)迭代，為企業(yè)帶來(lái)碳資產(chǎn)收益。

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

四、結(jié)語(yǔ)

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(guò)“開(kāi)源、節(jié)流、抵消”三大路徑，實(shí)現(xiàn)“高碳”到“低碳”再到“零碳”的綠色轉(zhuǎn)型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展，助力國(guó)家雙碳目標(biāo)。

參考資料：

[1].《碳中和運(yùn)行的國(guó)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(guó)城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會(huì)；

[3] 《污水余溫?zé)崮芴N(yùn)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(guó)家發(fā)展改革委辦公廳關(guān)于加強(qiáng)公共供水管網(wǎng)漏損控制的通知》（建辦城〔2022〕2號(hào)）；

[5] 中國(guó)水網(wǎng)，“馬進(jìn)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(shí)踐”。