近期，中國科學技術大學環境科學與工程系基于我國市政污水處理設施運行與碳排放的大數據分析，全面評估了污水行業的溫室氣體排放特征并探討了其未來減排潛力及技術路徑，為回答污水行業如何實現碳中和這一重要問題提供了重要參考依據。研究成果以“Spatiotemporal Pattern of Greenhouse Gas Emissions in China’s Wastewater Sector and Pathways towards Carbon Neutrality”為題，于2023年1月26日發表于Nature Water(doi: 10.1038/s44221-022-00021-0)。

 

　　污水處理廠不僅是電能和化學品消耗的大戶，而在污染物降解轉化過程中還大量產生和直接排放CH4、N2O等溫室氣體，因此是不可忽視的碳排放源。在當前的“雙碳”目標時代背景下，污水處理行業如何實現碳中和已成為了全社會關注的焦點。然而，目前仍缺乏國家尺度的、詳細的污水處理碳排放基礎數據，嚴重制約了各國碳減排策略的制定和實施。中國當前的總碳排放量和污水處理行業規模均為全球第一，因此全面評估中國污水行業的碳排放現狀及未來發展趨勢將不僅能為污水行業的發展規劃提供有益參考，對碳評估和碳減排也將具有重要意義。

 

　　以往溫室氣體評估研究中通常采用固定值的溫室氣體排放因子并且未考慮其時空差異，因此難以準確反映污水行業的真實碳排放情況。針對這一不足，李文衛教授團隊收集和系統分析了2009-2019年間中國所有主要市政污水廠及配套管網、污泥處理處置設施的運行數據，綜合分析了我國能源結構及主要化學品生產能耗的變化規律，并結合文獻數據挖掘和大數據分析，獲得了單個污水廠精度、動態變化的溫室氣體排放因子，并繪制出了高時空精度、全處理流程的中國污水處理行業碳足跡演化及地區分布圖，填補了這一領域的空白。發現隨著污水廠的升級提標和處理能耗、藥耗增加，在2009-2019年間整個市政污水行業的平均溫室氣體排放強度增長了17.2%，排放總量則增加了140%且持續增長。新增加的排放主要來自于由能耗、藥耗引起的間接排放。從地域分布看，北方地區污水處理設施的排放強度更大，比南方地區約高出1倍。不同的污水水質特征和污水廠運行情況是造成排放強度地域差異的主要原因。排放強度將隨著未來我國污水資源化的逐步推進而降低，但不同資源化路徑在減排潛力和經濟成本方面均存在顯著差異。如果能因地制宜實施最優化技術路徑，整個市政污水行業將有望于2044年左右實現碳中和。該研究為我國低碳污水處理與資源化相關的政策制定和技術研發提供了重要的參考依據，對全球污水處理行業也具有重要的借鑒意義。

 

　　該研究工作得到了國家自然科學基金委員會項目的支持。