为了实现《巴黎气候协定》将全球气温上升控制在2℃以内这一目标，许多国家宣布了他们的碳中和目标。2021年，来自200个国家（地区）的领导人参加了COP26，评估《巴黎气候协定》的实施成效，并就气候变化的应对方案和行动展开讨论。作为城市卫生设施的重要组成部分，污水处理可贡献大约1%～2%的全球温室气体（GHG）排放量，减少污水处理过程中的碳排放已受到广泛关注。
要统筹有序做好碳达峰、碳中和工作，纠正运动式“减碳”，应先立后破。建立碳排放数据核算依据，是“立”的主要工作。在污水系统碳排放量的计算中，多位研究者就排放源和核算边界提出了多种观点。为了系统全面地进行碳排放核算，本文识别并总结了污水处理过程中的碳排放清单，指明除了CH4和N2O的直接排放外，污水处理过程中产生的化石源CO2也应包括在碳排放核算中。本文梳理了污水处理系统碳排放核算存在的多重边界，即污水处理厂厂界（本厂包含或者不包含污泥处理）与污水和污泥收集处理相关的市政设施，并提出了污水系统碳排放核算时，其范围远远超出了污水处理厂的边界，甚至应跳出行业边界，系统性地涵盖人类社会及包括自然水体、土壤和植被在内的生态系统。
本文总结了在污水厂内外有助于污水处理实现能源中和的技术。设备节能、基于厌氧和热泵技术的能源回收、资源回收以及水回用等措施在一定程度上均有利于这一目标的实现。本文重点指出污水厂实现能源自给并不意味着实现碳中和：能源中和是厂区内可计量的“收支平衡”，受经济效益的有力驱动；而碳中和是从长期环境效益出发，追踪厂内外所有生命周期的温室气体。一些节能或能源回收工艺甚至存在增加碳排放的风险，比如新兴的脱氮工艺和管控不力的厌氧工艺。本文同时指出，建设分散式污水系统可以减少管网布设和管道甲烷排放，便于水和热量回用；废弃化粪池的措施能够提高污水厂进水浓度，进一步提升污水厂的资源和能源回收潜力。在中国，在海绵城市建设的理念指导下，基于源头减排、过程控制和系统治理的技术路线，重构城市水设施，可以系统地实现污水系统的碳中和目标。
图1 污水处理碳核算的多重边界示意图。边界1：污水处理厂（黄虚线）；边界2：与污水和污泥处理相关的市政设施（粉虚线）；边界3：人类社会及生态系统（蓝虚线）。直接碳排放由特定的符号表示，间接碳排放隐含在能源/化学品消费和回收产品的流动中，分别代表了对碳排放的正贡献和负贡献。
文章亮点
1. 污水系统的碳排放核算范围远远超出了污水处理厂的边界；
2. 化石源导致的CO2直接排放应纳入污水处理碳排放核算中；
3. 污水厂能源自给不等同于污水处理碳中和，是狭义范围内的碳中和；
4. 本研究支持从污水处理过程中回收碳基资源，以此作为一种新的固碳方式；
5. 分散式污水处理系统在能源与资源回收方面通常具有一定优势。
作者信息
任南琪教授，中国工程院院士，国家杰出青年科学基金获得者，长江学者奖励计划特聘教授。曾任哈尔滨工业大学副校长，环境学院院长。现任城市水资源与水环境国家重点实验室主任，“城市水质转化规律与保障技术”国家创新研究群体带头人。主要从事城市水资源与水环境改善对策，污水生物处理工艺、技术与设备，废物资源化及能源化理论与技术，环境微生物系统生物学与生态学等方面研究。主持国家和省部级项目23项。获国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖2项、省部级奖12项。曾荣获“全国模范教师”称号，全国创新争先奖状，何梁何利基金科学与技术进步奖。出版著作12部；发表论文SCI收录600余篇，总引用20000余次，H因子71；授权国家发明专利61项。曾入选国家“百千万人才工程”一、二层次，教育部“跨世纪优秀人才培养计划基金”获得者，香港裘磋基金获得者，享受国务院特殊津贴。
王秀蘅，哈尔滨工业大学教授，博士生导师。现任中国生态学会产业生态学会专委，中国水协海绵城市建设专家委员，住建部和生态环保部项目督查及验收专家，哈尔滨市政协常务委员会委员。主要研究方向：城市水环境综合治理理论与技术、海绵城市建设与评估、城市水系统全生命周期管理与评价、循环经济与产业生态学方法研究。主持国家及省部级以上课题20余项，包括国家自然科学基金项目、国家重点研发项目子课题等。近5年共发表论文40余篇，获省科技进步一等奖1项。
论文ID
原文题目 Carbon neutrality of wastewater treatment - A systematic concept beyond the plant boundary
引用信息 Li, L., Wang, X., Miao, J., Abulimiti, A., Jing, X., & Ren, N. (2022). Carbon neutrality of wastewater treatment-A systematic concept beyond the plant boundary. Environmental Science and Ecotechnology 11: 100180.
doi: https://doi.org/10.1016/j.ese.2022.100180