“雙碳”戰略下，業(yè)界能夠越來(lái)越深刻感知到，城鎮水務(wù)的碳達峰，碳中和實(shí)施路徑，是行業(yè)發(fā)展的分水嶺和推動(dòng)力。對于身在一線(xiàn)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，影響變得更為直觀(guān)銳利——在新的評價(jià)體系下，技術(shù)優(yōu)劣、產(chǎn)品潛力、市場(chǎng)空間，或將出現全新的變化。曾經(jīng)的“一招鮮”可能面臨失效，初見(jiàn)平平的產(chǎn)品或將站上風(fēng)口。避雷和押寶，成了新形勢下水務(wù)企業(yè)不得不考慮的問(wèn)題。

　　未來(lái)新水務(wù)專(zhuān)家組專(zhuān)家、北京建筑大學(xué)教授郝曉地指出，城鎮給水處理廠(chǎng)和污水處理廠(chǎng)運行階段，碳排放活動(dòng)主要包括給水處理廠(chǎng)取水、處理和輸配水產(chǎn)生的電耗和藥耗（包括運輸），以及污水處理過(guò)程直接產(chǎn)生的非二氣體排放（CH₄與N₂O）、電耗藥耗（包括運輸）、污泥外運等。這些碳排放的構成，均一定程度影響著(zhù)行業(yè)對于技術(shù)產(chǎn)品的取向。

　　基于N₂O：短程硝化工藝減分，精準曝氣市場(chǎng)縮減

　　N₂O（氧化亞氮）在人為碳排放量中的占比高達40%，且N₂O全球變暖潛能值是CO₂的273倍?？梢灶A見(jiàn)，在雙碳戰略的中后期，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，在好氧條件下利用硝化細菌將含氮物質(zhì)轉化為硝酸鹽（NO₃^-），再在缺氧條件下利用反硝化細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(shū)指出，污水處理廠(chǎng)中N2O來(lái)源已被廣泛研究了至少20年。最新研究認為，低溶解氧(DO)、高氨氮峰值、亞硝酸鹽（NO₂^-）積累和不足曝氣會(huì )觸發(fā)硝化過(guò)程中產(chǎn)生N₂O。在反硝化過(guò)程中，碳源不足也會(huì )導致反硝化止于N₂O。

　　據此，通過(guò)降低DO、追求N₂O穩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(zhù)“減分”?！叭缌蜃责B反硝化工藝，表面看NO₃^-是去除了，但有可能很多都轉變成為N₂O而不是N₂?！焙聲缘乇硎荆骸坝嬎泔@示，采用硫自養反硝化工藝，30mg NO₃--N/L中只要有2%（0.6mg NO₃--N/L）駐留N₂O，產(chǎn)生的CO₂當量就已超過(guò)硫自養反硝化不投加碳源而節省的碳排放量?！?/span>

　　與此相關(guān)，還將帶來(lái)精準曝氣市場(chǎng)的縮減及產(chǎn)品導向的變化。未來(lái)新水務(wù)研究中心高嵩認為：“此前，在不依賴(lài)精準曝氣設備的情況下，行業(yè)普遍把DO控制在2mg/L左右?？紤]到后續工藝脫氮效果，實(shí)際將DO控制在0.5mg/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，催生了精準曝氣設備市場(chǎng)。這個(gè)市場(chǎng)的技術(shù)導向就是比拼誰(shuí)能將精準曝氣量穩定控制在更低的水平。而如今考慮N2O問(wèn)題，DO至少需要維持在1.5mg/L以上，設備應用空間大大收縮?！?/span>

　　反之，便捷、低成本的曝氣設備或將更受關(guān)注。水技術(shù)在線(xiàn)（Aquatech）在2022年推薦的30種助力零碳排的儀器、設備中，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監測和控制功能，能夠在水體達到預定DO量時(shí)自動(dòng)切斷電源；可通過(guò)環(huán)形射流渦輪機系統回收高達20%的輸入能量，并回用于泵中。

旋流動(dòng)力曝氣器（圖源Aquatech）

　　基于能耗：緊湊型工藝、污泥協(xié)同焚燒獲青睞

　　當前水務(wù)企業(yè)雖屬于非控碳排行業(yè)，但已經(jīng)受到區域碳達峰及聯(lián)交所碳披露等政策行業(yè)管控要求。其中，碳達峰主要指標為企業(yè)電力及化石燃料燃燒帶來(lái)的CO₂排放?？梢钥闯?，自身節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。

　　據此，一些能耗較大的工藝及產(chǎn)品設備，包括水處理主體工藝、污泥處理工藝、單元技術(shù)產(chǎn)品等，其能耗劣勢或將放大，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)的文章中提到，膜生物反應器（MBR）因其單位體積生物量高、占地節省、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)迅速進(jìn)入國人視野，但在雙碳戰略下，膜污染以及由此而引起的膜通量下降所導致的能耗過(guò)高問(wèn)題勢必會(huì )造成污水處理碳排放量強勢增加；膜清洗/頻率高、膜絲（有機纖維膜）斷裂/更換頻繁等一系列問(wèn)題也會(huì )間接增加碳排放量，過(guò)高能耗與運行費用會(huì )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(guò)程中，生物反應器運行需要攪拌、曝氣并回流，會(huì )消耗大量電能從而產(chǎn)生的間接碳排放，約占污水處理廠(chǎng)碳排放總量的18%。因此，通過(guò)提高水處理效率與負荷，縮小反應器體積，則可減少其規劃建設中工程及建材消耗產(chǎn)生的碳排放量，以及運行維護中各類(lèi)機械運行消耗電能、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，利用了微生物團聚形成的密實(shí)結構，其密度及生物量較傳統工藝都有明顯提高。其反應器占地面積僅為同規模污水處理工藝的1/4，整體設計簡(jiǎn)約緊湊。而其運行維護中生化反應產(chǎn)生的N2O水平與傳統污水處理廠(chǎng)相當。但其需要的機械設備較少，不需污泥回流泵等設備，可節約25%-30%總能耗。加之其工藝過(guò)程需求曝氣量更低，可節約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。

　　好氧顆粒污泥結構及大體脫氮過(guò)程

　　從能源回收角度，對污水處理廠(chǎng)進(jìn)行能源挖潛，也可打開(kāi)負碳空間。與此相關(guān)的市場(chǎng)包括水源熱泵、污泥協(xié)同焚燒等。2022年以來(lái)歐洲熱泵市場(chǎng)大幅增長(cháng)間接驗證了這一點(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(jiàn)》中也明確將“利用垃圾焚燒廠(chǎng)、火力發(fā)電廠(chǎng)、水泥窯等設施處理能力協(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(kāi)智慧水務(wù)、數字孿生、管網(wǎng)清淤等市場(chǎng)空間。由于不涉及技術(shù)工藝的選擇導向，在此不做贅述，有興趣的讀者可點(diǎn)擊閱讀“被雙碳戰略串起來(lái)的城鎮水務(wù)新產(chǎn)業(yè)鏈”。

　　值得注意的是，本文分析是基于雙碳戰略下的系列評價(jià)指標，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)際工程項目決策中，需要考量的要素更為多元，應結合企業(yè)戰略、成本優(yōu)勢、運營(yíng)水平等方面綜合考慮。