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)施運行與碳排放的大數(shù)據(jù)分析，全面評估了污水行業(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)時代背景下，污水處理行業(yè)如何實現(xiàn)碳中和已成為了全社會關(guān)注的焦點。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，因此全面評估中國污水行業(yè)的碳排放現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢將不僅能為污水行業(yè)的發(fā)展規(guī)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(zhǔn)確反映污水行業(yè)的真實碳排放情況。針對這一不足，李文衛(wèi)教授團隊收集和系統(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)合文獻數(shù)據(jù)挖掘和大數(shù)據(jù)分析，獲得了單個污水廠精度、動態(tài)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(yè)碳足跡演化及地區(qū)分布圖，填補了這一領(lǐng)域的空白。發(fā)現(xiàn)隨著污水廠的升級提標(biāo)和處理能耗、藥耗增加，在2009-2019年間整個市政污水行業(yè)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(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(jīng)濟成本方面均存在顯著差異。如果能因地制宜實施最優(yōu)化技術(shù)路徑，整個市政污水行業(yè)將有望于2044年左右實現(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)基金委員會項目的支持。