未來新水務(wù)專家組專家、北京建筑大學(xué)教授郝曉地指出，城鎮(zhèn)給水處理廠和污水處理廠運(yùn)行階段，碳排放活動(dòng)主要包括給水處理廠取水、處理和輸配水產(chǎn)生的電耗和藥耗（包括運(yùn)輸），以及污水處理過程直接產(chǎn)生的非二氣體排放（CH₄與N₂O）、電耗藥耗（包括運(yùn)輸）、污泥外運(yùn)等。這些碳排放的構(gòu)成，均一定程度影響著行業(yè)對于技術(shù)產(chǎn)品的取向。

N₂O（氧化亞氮）在人為碳排放量中的占比高達(dá)40%，且N₂O全球變暖潛能值是CO₂的273倍?？梢灶A(yù)見，在雙碳戰(zhàn)略的中后期，N₂O將成為管控重點(diǎn)。

水務(wù)行業(yè)中，與N₂O有直接關(guān)聯(lián)的是硝化、反硝化環(huán)節(jié)，在好氧條件下利用硝化細(xì)菌將含氮物質(zhì)轉(zhuǎn)化為硝酸鹽（NO₃^-），再在缺氧條件下利用反硝化細(xì)菌將硝酸鹽還原成氣態(tài)氮(N₂)。而Royal Haskoning DHV公司發(fā)表的《Let's start with reducing nitrous oxide emissions today》白皮書指出，污水處理廠中N₂O來源已被廣泛研究了至少20年。最新研究認(rèn)為，低溶解氧(DO)、高氨氮峰值、亞硝酸鹽（NO₂^-）積累和不足曝氣會觸發(fā)硝化過程中產(chǎn)生N₂O。在反硝化過程中，碳源不足也會導(dǎo)致反硝化止于N₂O。

據(jù)此，通過降低DO、追求N₂O穩(wěn)定積累的短程硝化工藝，在控制N₂O產(chǎn)生原則下，可能面臨著“減分”。“如硫自養(yǎng)反硝化工藝，表面看NO₃^-是去除了，但有可能很多都轉(zhuǎn)變成為N₂O而不是N₂。”郝曉地表示：“計(jì)算顯示，采用硫自養(yǎng)反硝化工藝，30mg NO₃^--N/L中只要有2%（0.6mg NO₃^--N/L）駐留N₂O，產(chǎn)生的CO₂當(dāng)量就已超過硫自養(yǎng)反硝化不投加碳源而節(jié)省的碳排放量。”

與此相關(guān)，還將帶來精準(zhǔn)曝氣市場的縮減及產(chǎn)品導(dǎo)向的變化。未來新水務(wù)研究中心高嵩認(rèn)為：“此前，在不依賴精準(zhǔn)曝氣設(shè)備的情況下，行業(yè)普遍把DO控制在2mg/L左右。考慮到后續(xù)工藝脫氮效果，實(shí)際將DO控制在0.5 mg/L左右，出水效果也很好。這樣就產(chǎn)生了75%的可優(yōu)化空間，催生了精準(zhǔn)曝氣設(shè)備市場。這個(gè)市場的技術(shù)導(dǎo)向就是比拼誰能將精準(zhǔn)曝氣量穩(wěn)定控制在更低的水平。而如今考慮N₂O問題，DO至少需要維持在1.5mg/L以上，設(shè)備應(yīng)用空間大大收縮。”

反之，便捷、低成本的曝氣設(shè)備或?qū)⒏荜P(guān)注。水技術(shù)在線（Aquatech）在2022年推薦的30種助力零碳排的儀器、設(shè)備中，就包含一種高效、便捷、低成本的氧氣傳質(zhì)和混合曝氣器——VorTech旋流動(dòng)力曝氣器，它兼具DO監(jiān)測和控制功能，能夠在水體達(dá)到預(yù)定DO量時(shí)自動(dòng)切斷電源；可通過環(huán)形射流渦輪機(jī)系統(tǒng)回收高達(dá)20%的輸入能量，并回用于泵中。

旋流動(dòng)力曝氣器（圖源Aquatech）

當(dāng)前水務(wù)企業(yè)雖屬于非控碳排行業(yè)，但已經(jīng)受到區(qū)域碳達(dá)峰及聯(lián)交所碳披露等政策行業(yè)管控要求。其中，碳達(dá)峰主要指標(biāo)為企業(yè)電力及化石燃料燃燒帶來的CO₂排放。可以看出，自身節(jié)能降耗及化石燃料清潔能源替代，將成為水務(wù)企業(yè)完成政治任務(wù)的主要手段。

據(jù)此，一些能耗較大的工藝及產(chǎn)品設(shè)備，包括水處理主體工藝、污泥處理工藝、單元技術(shù)產(chǎn)品等，其能耗劣勢或?qū)⒎糯?，甚至掩蓋其它方面的優(yōu)勢，從而進(jìn)一步遭受質(zhì)疑。如，郝曉地在一篇對于MBR工藝碳排放進(jìn)行定量評價(jià)的文章中（相關(guān)閱讀→原創(chuàng)研究 | MBR：高碳排工藝 ）提到，膜生物反應(yīng)器（MBR）因其單位體積生物量高、占地節(jié)省、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)迅速進(jìn)入國人視野，但在雙碳戰(zhàn)略下，膜污染以及由此而引起的膜通量下降所導(dǎo)致的能耗過高問題勢必會造成污水處理碳排放量強(qiáng)勢增加；膜清洗/頻率高、膜絲（有機(jī)纖維膜）斷裂/更換頻繁等一系列問題也會間接增加碳排放量，過高能耗與運(yùn)行費(fèi)用會抵消其在良好出水水質(zhì)與緊湊占地方面的優(yōu)勢。

與之相反，緊湊型污水處理工藝被視為“低碳排工藝”的代表。污水處理過程中，生物反應(yīng)器運(yùn)行需要攪拌、曝氣并回流，會消耗大量電能從而產(chǎn)生的間接碳排放，約占污水處理廠碳排放總量的18%。因此，通過提高水處理效率與負(fù)荷，縮小反應(yīng)器體積，則可減少其規(guī)劃建設(shè)中工程及建材消耗產(chǎn)生的碳排放量，以及運(yùn)行維護(hù)中各類機(jī)械運(yùn)行消耗電能、處理消耗藥劑等產(chǎn)生的間接碳排放量。

例如，好氧顆粒污泥(AGS)工藝，利用了微生物團(tuán)聚形成的密實(shí)結(jié)構(gòu)，其密度及生物量較傳統(tǒng)工藝都有明顯提高。其反應(yīng)器占地面積僅為同規(guī)模污水處理工藝的1/4，整體設(shè)計(jì)簡約緊湊。而其運(yùn)行維護(hù)中生化反應(yīng)產(chǎn)生的N₂O水平與傳統(tǒng)污水處理廠相當(dāng)。但其需要的機(jī)械設(shè)備較少，不需污泥回流泵等設(shè)備，可節(jié)約25%?30%總能耗。加之其工藝過程需求曝氣量更低，可節(jié)約30%的能耗。因而AGS工藝總體可減少約30%能量消耗，且不需額外投加化學(xué)藥劑。

好氧顆粒污泥結(jié)構(gòu)及大體脫氮過程

從能源回收角度，對污水處理廠進(jìn)行能源挖潛，也可打開負(fù)碳空間。與此相關(guān)的市場包括水源熱泵、污泥協(xié)同焚燒等。2022年以來歐洲熱泵市場大幅增長間接驗(yàn)證了這一點(diǎn)。污泥方面，日前發(fā)布的《關(guān)于推進(jìn)污水處理減污降碳協(xié)同增效的實(shí)施意見》中也明確將“利用垃圾焚燒廠、火力發(fā)電廠、水泥窯等設(shè)施處理能力協(xié)同焚燒處置污泥”，定義為“低碳處理工藝”。

此外，基于CO₂及CH₄的排放管控，還將進(jìn)一步打開智慧水務(wù)、數(shù)字孿生、管網(wǎng)清淤等市場空間。由于不涉及技術(shù)工藝的選擇導(dǎo)向，在此不做贅述，有興趣的讀者可點(diǎn)擊閱讀“被雙碳戰(zhàn)略串起來的城鎮(zhèn)水務(wù)新產(chǎn)業(yè)鏈”。

值得注意的是，本文分析是基于雙碳戰(zhàn)略下的系列評價(jià)指標(biāo)，對相關(guān)技術(shù)工藝在這一維度上的評價(jià)與判斷。在實(shí)際工程項(xiàng)目決策中，需要考量的要素更為多元，應(yīng)結(jié)合企業(yè)戰(zhàn)略、成本優(yōu)勢、運(yùn)營水平等方面綜合考慮。