中国科大在中国污水处理行业碳减排研究方面取得新进展

近期，中国科学技术大学环境科学与工程系基于我国市政污水处理设施运行与碳排放的大数据分析，全面评估了污水行业的温室气体排放特征并探讨了其未来减排潜力及技术路径，为回答污水行业如何实现碳中和这一重要问题提供了重要参考依据。研究成果以“Spatiotemporal Pattern of Greenhouse Gas Emissions in China’s Wastewater Sector and Pathways towards Carbon Neutrality”为题，于2023年1月26日发表于Nature Water(doi: 10.1038/s44221-022-00021-0)。

污水处理厂不仅是电能和化学品消耗的大户，而在污染物降解转化过程中还大量产生和直接排放CH4、N2O等温室气体，因此是不可忽视的碳排放源。在当前的“双碳”目标时代背景下，污水处理行业如何实现碳中和已成为了全社会关注的焦点。然而，目前仍缺乏国家尺度的、详细的污水处理碳排放基础数据，严重制约了各国碳减排策略的制定和实施。中国当前的总碳排放量和污水处理行业规模均为全球第一，因此全面评估中国污水行业的碳排放现状及未来发展趋势将不仅能为污水行业的发展规划提供有益参考，对碳评估和碳减排也将具有重要意义。

以往温室气体评估研究中通常采用固定值的温室气体排放因子并且未考虑其时空差异，因此难以准确反映污水行业的真实碳排放情况。针对这一不足，李文卫教授团队收集和系统分析了2009-2019年间中国所有主要市政污水厂及配套管网、污泥处理处置设施的运行数据，综合分析了我国能源结构及主要化学品生产能耗的变化规律，并结合文献数据挖掘和大数据分析，获得了单个污水厂精度、动态变化的温室气体排放因子，并绘制出了高时空精度、全处理流程的中国污水处理行业碳足迹演化及地区分布图，填补了这一领域的空白。发现随着污水厂的升级提标和处理能耗、药耗增加，在2009-2019年间整个市政污水行业的平均温室气体排放强度增长了17.2%，排放总量则增加了140%且持续增长。新增加的排放主要来自于由能耗、药耗引起的间接排放。从地域分布看，北方地区污水处理设施的排放强度更大，比南方地区约高出1倍。不同的污水水质特征和污水厂运行情况是造成排放强度地域差异的主要原因。排放强度将随着未来我国污水资源化的逐步推进而降低，但不同资源化路径在减排潜力和经济成本方面均存在显著差异。如果能因地制宜实施最优化技术路径，整个市政污水行业将有望于2044年左右实现碳中和。该研究为我国低碳污水处理与资源化相关的政策制定和技术研发提供了重要的参考依据，对全球污水处理行业也具有重要的借鉴意义。

该研究工作得到了国家自然科学基金委员会项目的支持。