雙碳戰(zhàn)略串起的城鎮(zhèn)水務(wù)新產(chǎn)業(yè)鏈
在行業(yè)面臨諸多不確定性的情況下，“雙碳”成為一項(xiàng)重要的 “確定性”。業(yè)界能夠越來(lái)越深刻感知到，城鎮(zhèn)水務(wù)的碳達(dá)峰，碳中和實(shí)施路徑，是城鎮(zhèn)水務(wù)未來(lái)發(fā)展的核心戰(zhàn)略，也是行業(yè)發(fā)展的分水嶺和推動(dòng)力。
未來(lái)新水務(wù)高度重視此方向，在首批未來(lái)新水務(wù)確立的四項(xiàng)課題中，將城鎮(zhèn)水務(wù)碳排放路徑規(guī)劃作為重要研究方向。日前召開(kāi)的“未來(lái)新水務(wù)專(zhuān)家組第三次會(huì)議”，重點(diǎn)研討了該課題。專(zhuān)家組認(rèn)為，“雙碳”引發(fā)的行業(yè)變革與重構(gòu)，或?qū)恳鹚畡?wù)行業(yè)面臨的工藝優(yōu)化、氧化亞氮、管網(wǎng)、余熱回收、化糞池去留等諸多重要議題，開(kāi)啟更多新的工作界面。而這些議題，在碳減排的要求之外，實(shí)際上也是水務(wù)行業(yè)補(bǔ)齊短板、全面提升的必由之路。
能耗控制與運(yùn)營(yíng)優(yōu)化
未來(lái)新水務(wù)專(zhuān)家組專(zhuān)家、北京建筑大學(xué)教授郝曉地指出，城鎮(zhèn)給水處理廠和污水處理廠運(yùn)行階段，碳排放活動(dòng)主要包括給水處理廠取水、處理和輸配水產(chǎn)生的電耗和藥耗（包括運(yùn)輸），以及污水處理過(guò)程直接產(chǎn)生的非二氣體排放（CH4與N2O）、電耗藥耗（包括運(yùn)輸）、污泥外運(yùn)等。其中，電耗與直接非二氣體排放是當(dāng)前影響最為顯著的部分。
基于統(tǒng)計(jì)年鑒與行業(yè)數(shù)據(jù)，郝曉地團(tuán)隊(duì)核算了水務(wù)行業(yè)存量碳排放，并綜合考慮用水總量、城鎮(zhèn)人口、用水定額、管網(wǎng)漏損率、再生水利用率、排放標(biāo)準(zhǔn)提升等指標(biāo)，預(yù)測(cè)了不同情景下行業(yè)30/60碳排放量。最后，通過(guò)措施減碳能力與投資成本評(píng)估，指出能耗、藥耗與N2O控制是水務(wù)行業(yè)踐行低碳運(yùn)行首要措施，而實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)污水處理則需要考慮出水余溫?zé)崮芾谩?/span>
“電力+化石燃料”減排或?qū)⒊蔀槲磥?lái)六七年內(nèi)水務(wù)企業(yè)碳減排的主要抓手。根據(jù)新水務(wù)創(chuàng)新經(jīng)理唐曉雪的計(jì)算，典型水務(wù)公司按照國(guó)家要求、以“2060碳中和”為目標(biāo)的碳減排（不計(jì)電力因子變化時(shí)），電耗減排量將占到59%以上；而以“2030碳達(dá)峰”為目標(biāo)，自身節(jié)能降耗及化石燃料清潔能源替代，將成為水務(wù)企業(yè)完成政治任務(wù)的主要手段。
企業(yè)碳減路徑圖-階段研究成果
“自身工藝的優(yōu)化，包括曝氣節(jié)能、泵組優(yōu)化等，能夠較快上手；清潔能源發(fā)展的影響，對(duì)于行業(yè)來(lái)說(shuō)更多是被動(dòng)的，如果整個(gè)區(qū)域供電都是清潔能源，那水廠就可以‘躺平’，無(wú)壓力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰。”未來(lái)新水務(wù)專(zhuān)家組專(zhuān)家、國(guó)際水協(xié)會(huì)(IWA) 戰(zhàn)略和發(fā)展總監(jiān)李濤表示。
在能耗控制之外，也有專(zhuān)家提議，結(jié)合水源熱泵手段，對(duì)污水處理廠出水余熱進(jìn)行能源挖潛，可打開(kāi)負(fù)碳空間?！袄纾本┦?00多萬(wàn)噸/日的污水處理規(guī)模，通過(guò)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(yōu)解難?！焙聲缘乇硎?。
管網(wǎng)碳排放與核算邊界的界定
管網(wǎng)是污水處理設(shè)施的重要外延，也是行業(yè)碳核算中不可避免的一部分。盡管“水務(wù)行業(yè)碳排只占總量1%”的觀點(diǎn)聲量較大，但如將管網(wǎng)納入考慮范疇，這一數(shù)據(jù)將發(fā)生顯著變化。另一方面，隨著“全球甲烷承諾”倡議以及中國(guó)《甲烷排放控制行動(dòng)方案》的發(fā)布，中國(guó)甲烷控排進(jìn)入“新時(shí)代”，污水管網(wǎng)涉及的甲烷排放問(wèn)題已開(kāi)始引起重視。
未來(lái)新水務(wù)專(zhuān)家組專(zhuān)家、中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授王洪臣提到：“美國(guó)一份統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，污水排水系統(tǒng)產(chǎn)生的CH4，占到全社會(huì)CH4排放量的5.4%。這還是在美國(guó)城市沒(méi)有化糞池、管網(wǎng)流速0.9m/s的情況下產(chǎn)生的。美國(guó)僅有居住在鄉(xiāng)村的七八千萬(wàn)人口使用化糞池，從而產(chǎn)生650萬(wàn)噸的CH4。”將國(guó)內(nèi)情況與之對(duì)照，可以發(fā)現(xiàn)潛在排放量要大得多：我國(guó)污水管網(wǎng)平均流速是0.2-0.3m/s，污水在管網(wǎng)中滯留時(shí)間更長(zhǎng)；且城市中還有500萬(wàn)座化糞池，中國(guó)城市人口是美國(guó)鄉(xiāng)村人口的十倍，簡(jiǎn)單計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，僅化糞池一項(xiàng)，產(chǎn)生的CH4排放量就是千萬(wàn)噸級(jí)別，在全社會(huì)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(wù)行業(yè)碳排放的重要性被大大低估了。而未來(lái)十年，CH4是碳排放關(guān)注的重點(diǎn)，水務(wù)行業(yè)潛力巨大?！蓖鹾槌急硎?。
郝曉地對(duì)此表示認(rèn)同：“雖然當(dāng)前大多碳排放核算結(jié)果尚未包含管網(wǎng)，但此前團(tuán)隊(duì)嘗試進(jìn)行模型計(jì)算，得出化糞池以及排水管網(wǎng)系統(tǒng)產(chǎn)生的CH4量，與污水處理廠系統(tǒng)的整體碳排已相差無(wú)幾，處于同一數(shù)量級(jí)（約2000萬(wàn)噸CO2當(dāng)量/年）。”對(duì)此，他認(rèn)為逐步推動(dòng)取消化糞池是有效控制管網(wǎng)系統(tǒng)CH4排放的手段。
在計(jì)算之外，郝曉地指出，也需要關(guān)注管網(wǎng)CH4逸散的問(wèn)題及相關(guān)邊界的確定?！白罱覀?cè)跈z測(cè)污水處理廠碳排放實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，格柵間、沉砂池CH4排放量非常之大。換而言之，污水處理廠進(jìn)水口實(shí)際上成為排水管網(wǎng)產(chǎn)生CH4的主要出口。這將帶來(lái)一個(gè)新的認(rèn)識(shí)問(wèn)題——這部分CH4如何界定？是算給排水管網(wǎng)，還是污水處理廠？”他認(rèn)為，這一新問(wèn)題界定對(duì)污水處理廠十分重要，否則將會(huì)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(dá)40%。雖然當(dāng)前減排重點(diǎn)是CH4，但對(duì)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(guó)發(fā)表的“關(guān)于加強(qiáng)合作應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)的陽(yáng)光之鄉(xiāng)聲明”中明確提出，兩國(guó)計(jì)劃就各自管理N2O排放的措施將開(kāi)展合作。對(duì)于N2O減排的研究與措施已箭在弦上。
行業(yè)碳排放存量核算階段研究結(jié)果
Royal Haskoning DHV公司發(fā)表的《Let‘s start with reducing nitrous oxide emissions today》白皮書(shū)指出，污水處理廠中N2O來(lái)源已被廣泛研究了至少20年。最新研究認(rèn)為，低溶解氧(DO)、高氨氮峰值、亞硝酸鹽積累和不足曝氣會(huì)觸發(fā)硝化過(guò)程中產(chǎn)生N2O。在反硝化過(guò)程中，碳源不足會(huì)導(dǎo)致反硝化止于N2O。在鹿特丹一座污水處理廠進(jìn)行為期一年的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)中，已有類(lèi)似現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)。
唐曉雪、王文愷等北控研究團(tuán)隊(duì)，量化評(píng)估了進(jìn)水濃度提升對(duì)水務(wù)企業(yè)碳排放的影響，結(jié)果顯示在常規(guī)情景下隨著電力因子的不斷降低，非二氣體對(duì)水廠碳排放影響逐步提升至2045年超過(guò)電力能耗帶來(lái)的碳排放，而當(dāng)發(fā)生高濃度情景時(shí)（即由于化糞池的取消及管網(wǎng)控制導(dǎo)致進(jìn)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(jìn)一步強(qiáng)化，到2035年超過(guò)電力能耗帶來(lái)的碳排放，成為水務(wù)企業(yè)最重要的碳排放源。
不同情景下企業(yè)碳排放核心影響因素遷移變化
對(duì)此，郝曉地認(rèn)為，控制N2O無(wú)需太大投資，關(guān)鍵在于運(yùn)營(yíng)控制思路的轉(zhuǎn)變?！耙环矫?，硝化過(guò)程的溶解氧需要控制在1.5 mg/L以上（一般教科書(shū)上是2.0mg/L），降低曝氣量就會(huì)帶來(lái)N2O的風(fēng)險(xiǎn)。另一方面，碳源要充分給足。雖然外加碳源會(huì)帶來(lái)CO2排放問(wèn)題，但N2O全球變暖潛能值是CO2的273倍，這個(gè)賬應(yīng)該能夠算得過(guò)來(lái)。簡(jiǎn)而言之，按教科書(shū)要求控制曝氣水平、實(shí)時(shí)投加碳源促進(jìn)完全反硝化，一般來(lái)說(shuō)可以有效抑制N2O產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。”
此外，專(zhuān)家組也對(duì)水務(wù)行業(yè)“雙碳”將引發(fā)的行業(yè)變革與產(chǎn)業(yè)重構(gòu)展開(kāi)討論，認(rèn)為水務(wù)行業(yè)減碳貢獻(xiàn)遠(yuǎn)超1%，在供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的浪潮推動(dòng)下，水務(wù)行業(yè)具有較大的減碳潛力與負(fù)碳空間，將在未來(lái)中國(guó)深度降碳的歷史進(jìn)程中，作為最典型的減污降碳協(xié)同增效行業(yè)之一，不但實(shí)現(xiàn)水務(wù)行業(yè)補(bǔ)齊短板、全面提升，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)其他行業(yè)的賦能，為國(guó)家碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)貢獻(xiàn)行業(yè)價(jià)值。