中國科大在中國污水處理行業(yè)碳減排研究方面取得新進(jìn)展

　　近期，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系基于我國市政污水處理設(shè)施運(yùn)行與碳排放的大數(shù)據(jù)分析，全面評(píng)估了污水行業(yè)的溫室氣體排放特征并探討了其未來減排潛力及技術(shù)路徑，為回答污水行業(yè)如何實(shí)現(xiàn)碳中和這一重要問題提供了重要參考依據(jù)。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(fā)表于Nature Water(doi: 10.1038/s44221-022-00021-0)。

 

　　污水處理廠不僅是電能和化學(xué)品消耗的大戶，而在污染物降解轉(zhuǎn)化過程中還大量產(chǎn)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(dāng)前的“雙碳”目標(biāo)時(shí)代背景下，污水處理行業(yè)如何實(shí)現(xiàn)碳中和已成為了全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。然而，目前仍缺乏國家尺度的、詳細(xì)的污水處理碳排放基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，嚴(yán)重制約了各國碳減排策略的制定和實(shí)施。中國當(dāng)前的總碳排放量和污水處理行業(yè)規(guī)模均為全球第一，因此全面評(píng)估中國污水行業(yè)的碳排放現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)將不僅能為污水行業(yè)的發(fā)展規(guī)劃提供有益參考，對(duì)碳評(píng)估和碳減排也將具有重要意義。

 

　　以往溫室氣體評(píng)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(shí)空差異，因此難以準(zhǔn)確反映污水行業(yè)的真實(shí)碳排放情況。針對(duì)這一不足，李文衛(wèi)教授團(tuán)隊(duì)收集和系統(tǒng)分析了2009-2019年間中國所有主要市政污水廠及配套管網(wǎng)、污泥處理處置設(shè)施的運(yùn)行數(shù)據(jù)，綜合分析了我國能源結(jié)構(gòu)及主要化學(xué)品生產(chǎn)能耗的變化規(guī)律，并結(jié)合文獻(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析，獲得了單個(gè)污水廠精度、動(dòng)態(tài)變化的溫室氣體排放因子，并繪制出了高時(shí)空精度、全處理流程的中國污水處理行業(yè)碳足跡演化及地區(qū)分布圖，填補(bǔ)了這一領(lǐng)域的空白。發(fā)現(xiàn)隨著污水廠的升級(jí)提標(biāo)和處理能耗、藥耗增加，在2009-2019年間整個(gè)市政污水行業(yè)的平均溫室氣體排放強(qiáng)度增長了17.2%，排放總量則增加了140%且持續(xù)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(qū)污水處理設(shè)施的排放強(qiáng)度更大，比南方地區(qū)約高出1倍。不同的污水水質(zhì)特征和污水廠運(yùn)行情況是造成排放強(qiáng)度地域差異的主要原因。排放強(qiáng)度將隨著未來我國污水資源化的逐步推進(jìn)而降低，但不同資源化路徑在減排潛力和經(jīng)濟(jì)成本方面均存在顯著差異。如果能因地制宜實(shí)施最優(yōu)化技術(shù)路徑，整個(gè)市政污水行業(yè)將有望于2044年左右實(shí)現(xiàn)碳中和。該研究為我國低碳污水處理與資源化相關(guān)的政策制定和技術(shù)研發(fā)提供了重要的參考依據(jù)，對(duì)全球污水處理行業(yè)也具有重要的借鑒意義。

 

　　該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金委員會(huì)項(xiàng)目的支持。