目前，全球污水处理率仅为20%，还有80%的污水在直排水体。我国统计出的污水处理率虽然较高，但污水集中收集率普遍较低，许多城市不足50%，城市和农村存在大量黑臭水体。因此，应该认识到，

污水处理本身就是个碳减排过程，是个既减污又降碳的过程，沿着低碳技术路线加快设施建设，提高污水集中收集处理率，实现低碳污水处理，是行业对“碳达峰、碳中和”战略的最大贡献

[5]。

04 从“能源中和”到“碳中和”

近年来，“能源中和（ ）”这一概念被越来越多污水处理厂所提及，也一直是学术研究的热点问题之一。同时，污水处理实现“碳中和”也是大势所趋。

能源中和与碳中和是否为同义语，可以相提并论吗？能源中和，顾名思义指污水处理厂减少自身能源消耗且能够在厂内外回收或产生一种或多种清洁能源，可以直接（电、热自用）或间接（产生能量并网）弥补污水处理厂自身能源消耗量，从而达到污水处理不依靠化石能源等（电、热）而实现能源自给自足。而污水处理厂的碳中和概念更为直观。它指的是，污水处理厂通过自身节能降耗或增加自身产能，或增加碳汇，使该污水处理厂的碳减排量与碳排放量相互抵消。其中，污水处理厂的碳排放即为上文所述的直接碳排和间接碳排。显然，污水处理厂实现能源中和不等同于实现碳中和。能源中和仅意味着污水处理厂能耗实现自给自足，只抵消了间接碳排放量中能耗碳足迹，而间接碳排放量中的药耗碳足迹以及直接碳排中的N

2O、CH

4、VOCs等温室气体产生的碳排放量并未抵消。

但是，污水处理厂如果实现了碳中和，则基本可以认为实现能源中和。例如，污水余温热能潜力巨大，但属于不能直接发电利用的低品位能源，只能作为热/冷输出供热或制冷，污水处理厂依然需要依靠外部电力；这种低品位能源（热/冷清洁能源）被厂外社会使用后可替代/弥补高品位能源（电、天然气等）的使用，进而减少社会大量碳排放，这些被节省的碳排放完全可以用来抵消污水处理厂自身电耗碳足迹。

图2 污水热能、有机能衡算与碳中和

（图源：Water ）

为实现能源中和，并进一步实现碳中和可采取以下措施：

一、减少污水处理自身能源消耗

传统活性污泥法是将污水中的有机物通过微生物代谢转化为生物质和CO

2，其结果是

“以能消能”“转嫁污染”。尽管传统活性污泥法从20世纪初得到推广应用，且100多年来一直作为污水处理行业的主流技术，但是显然其与现在追求的可持续发展观念背道而驰。

未来的污水处理将逐步从活性污泥法转化为新型AB工艺，即A段负责高效碳捕获，使污水中的有机物在被微生物利用之前被捕获，后续用于能量回收，经A段处理后的污水有机物含量较低，所以在B段实施低碳源需求新技术(如厌氧氨氧化技术)，进一步去除污水中的污染物

[6]。

表1 近年国内外学者对新型AB工艺的成功实践

（表源：中国知网）

二、提高污水中能源回收效率

城市污水处理厂的进水中含有大量的有机物，为了使出水达到排放标准,需要将这些有机物去除。在传统的活性污泥法中，这些有机物经过好氧过程被转化为CO

2。但是，这些有机物实际上含有大量化学能，与其用“以能消能”方式去除，不如转化为沼气(如CH

4或H

2)加以利用。CH

4是一种燃烧热较高的清洁能源，其热值为8.4×104kJ/kg，在燃烧时可以同时提供电能和热能。目前，污水处理厂的进水有机物浓度为/L，将初沉污泥与剩余污泥进行厌氧消化产CH

4并实施热电联产，能量产出远高于厌氧消化池的能量投入

[7, 8]。

图3 新概念污水处理厂示意图

（图源：中国城市污水处理概念厂专家委员会）

厌氧消化回收有机物产沼气的工艺已经在欧美广泛应用，奥地利污水处理厂通过利用剩余污泥厌氧产CH

，运行能量平衡率能够达到108%，即该污水处理厂仅通过回收剩余污泥中的有机能源一项便能满足其全部能源消耗。尽管污泥厌氧消化能量回收产CH

的核心技术已发展成熟，但它只安装在大中型污水处理厂经济上是可行的，我国目前仅有不到5%数量的城市污水处理厂采用污泥厌氧消化系统。

三、寻找其他外部可再生能源

污水处理厂需要一定的占地，可以在厂区中铺满太阳能板或者借助外部风电。例如，假如将把光伏板铺遍整个污水处理厂能弥补近10%的运行能耗

[9]。

05 展望

污水中含有丰富的淡水、能源和营养物，而不是“废物”。随着技术的进步，在未来污水处理实现碳中和、甚至成为“能源工厂”之设想不是梦。

参考文献

[1] 郝晓地; 黄鑫; 刘高杰; 胡沅胜, 污水处理"碳中和"运行能耗赤字来源及潜能测算. 中国给水排水 2014, 30, (20), 6.

[2] 程豪, 碳排放怎么算——《2006年IPCC国家温室气体清单指南》. 中国统计 2014, (11), 3.

[3] 鲍志远.典型城市污水处理工艺温室气体排放特征及减排策略研究.北京林业大学, 2019.

[4] 吴百苗; 张一梅; 栗帅; 郭文瑾; 郭晓倩; 王森尧; 梁希; 耿学文, 基于LCA的污水处理方案碳中和综合影响评价. 环境工程 2022, 40, (6), 8.

[5] 唐娇娇; 谢军祥; 陈重军; 余成; 陈德超, 城镇污水处理厂碳中和技

术及案例. 化工进展 2022, 41, (5), 2662-2671.

[6] 郝晓地, 污水处理碳中和运行技术 : of . 污水处理碳中和运行技术: of :2014.

[7] Zhao, S.; Yan, K.; Wang, Z.; Gao, Y.; Li, K.; Peng, J., and of in China? from life-cycle . , and , 188, .

[8] Hao, X.; Chen, Q.; van , M. C. M.; Li, J.; Jiang,H., of : . Water 2020, 170, .

[9] Hao, X.; Liu, R.; Huang, X., of the WWTPs in China. Water 2015, 87, 424-431.

作者简介

赵树南，清华大学环境学院直博生，热爱阅读，喜欢跑步。学问如登塔，逐一层登将去，上面一层，虽不问人，亦自见得。

文字 | 赵树南

排版 | 姚乐艺 郭璐瑶

审核 | 陈星安 程泽堃 刘轩 姜惠雯

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