導語：中國“雙碳”目標的提出對國內的經濟發展提出了新的要求，城鎮水務長期以來被冠以高能耗企業標簽，科學規劃減碳/降碳措施以及碳核算方法是城鎮水務良性發展的低碳轉型的關鍵保障。通過對發達國家水務系統碳中和規劃梳理，總結出適合我國城鎮水務系統低碳發展的路線，即“3C路線”。在此基礎上，討論分析了碳核算的發展及其在規劃制定中的作用和意義；總結歸納了不同減碳/降碳工藝技術比選原則和方法，以期為我國水務行業制定減碳/降碳規劃提供有價值的參考。

一、其他國家水務行業碳中和路線圖

2020年，我國“雙碳目標”時間節點發布，正式開啟了碳減排路程，也被稱為我國開啟了碳中和元年。當然，行業層面的減碳降碳實際早已開始推進和實踐，比如電力和鋼鐵行業等高碳排行業已實施碳排放配額以進行碳排放總量的控制。相比之下，我國水務行業的碳減排則遲緩很多，2020年提出的“雙碳目標”開啟后，水務行業仍然是偏居一隅，官方相關政策或指導文件也較為缺乏。但在此方面進行的相關探究和概念不僅較早，而且當下也如火如荼。正如有人提及，我國水務行業碳排放量占比較小，但確是行業中推進碳減排最為積極的領域。這可從兩方面來理解：         

 1）水務行業，尤其是污水處理領域，由于污水資源能源載體的原因，其進行減碳降碳有天然的優勢；

 2）碳減排或者說碳排放管理實現了“多合一”指標，將電能、藥耗、出水水質指標等等的表征包含其中，更有助于可持續方向的推進。

但當下的事實是，水務行業踐行減碳降碳的動力還不足、行動還不夠。基于目前的情況，文章在第一部分首先梳理了目前國外水務行業在減碳降碳方面的進程，以便知己知彼。如圖1所示，個別國家的水務行業主管部門或行業協會早已確定了水業的碳中和時間表。作為活性污泥技術的發源地，英國水務行業協會UK Water確立了2030年實現碳中和的目標。而歐盟則相對較為保守，目標定在2050年實現水務行業的碳中和；當然，歐盟框架下的成員國則也有其自身的考量和計劃，譬如，作為污水管理一直較為先進和發達的丹麥，確定了同英國相同的碳中和時間節點（2030年）。眾所周知，丹麥在污水運營管理上早已在多座污水處理廠實現了能量中和，為其碳中和目標打下了良好的基礎。另外，澳大利亞部分州區以及新西蘭也都明確了水務行業碳中和的路線圖。實際上，2030年實現碳中和似乎看起來非常激進，那為何英國等國家能夠公開確立該目標呢？在此不得不提及

UK Water在2020年發布的《Net Zero 2030 Roadmap》，是世界上首部較為詳細的梳理水務行業碳中和潛力和規劃的報告書。從報告書中可知，英國水務行業早在2007年即已開始減碳降碳實踐，在2011年已實現了50%的減排量。

圖1  各國碳中和時間節點

另外，需要注意的是，水務行業碳中和并不能僅僅關注目標節點，更重要的是所定碳中和目標的邊界。因此，文章也對以上發布水務行業碳中和國家所圈定的邊界進行了梳理和總結。如圖2所示，澳大利亞碳中和邊界僅包括給水全過程、污水處理的直接碳排放和電力造成的間接碳排放，而英國在此基礎上還添加了污泥處理的直接碳排放和運輸產生的間接碳排放。丹麥的水務行業碳中和邊界更為細致和廣泛，拓展延伸至污水收集和排入自然水體的直接碳排放。相比之下，新西蘭進行水務行業碳中和規劃的碳排放活動更加全面，不僅考慮了運行階段，還考慮了雨水收集過程和污泥處置產生的碳排。對于碳中和目標的實現，邊界越大，則包含的碳排放活動越多，進行減碳的工作量就越大；因此，在具體工程實踐中，分布實施、抓主要矛盾也是良策，當同時也應考慮工藝間的協同。無論邊界如何，更重要的是因地制宜的進行碳減排規劃。

圖2  不同國家水務碳中和規劃邊界（來自原文）

二、碳中和規劃“3C”流程

文章通過梳理英國水務協會發布的路線圖，結合丹麥等國家的水務減排實踐，總結提出了水務碳中和規劃制定方法，即，核算定線（碳足跡核算，Carbon accounting）→技術確定（Cluster of technologies）→方案實施（Carrying out）（見圖 3），簡稱為“3C”流程。

第一步核算定線，主要分為兩部分，一是計算污水處理廠碳排放量，提供排放構成、二是預測未來碳排放變化量，確定影響因素，定位減排重點。因此碳排放核算是闡明“減多少、減什么”的基礎環節。核算貫穿整個規劃和實施全過程，也正是目前我國水務企業所缺乏的，應予以重視和實踐。

圖3  水務碳中和規劃流程與內容（來自原文）

第二步技術確定，通過第一步的核算，明確了所需要減排的重點后，接下來就是“如何減”的問題。技術確定原則包括“原理排序、綜合比選、權責厘清”三部分。原理排序即是工藝選擇原則；綜合比選包含減排潛力、凈現值和減排不確定性（圖4），分別從年減排量、年收益額及應用不確定因素三方面來量化不同減碳工藝技術的可應用性；權責厘清則是全方位考慮各個部門作用，確定最終工藝組合。

圖4  綜合比選的三個維度

第三步方案實施，工藝技術按減排原理可分為源頭減排、再生能源和耗碳補償三類。選擇優先度可用塔式等級圖來表達（見圖3），一般來說無額外投資或投資較少的減排方案要優先于投資較大的減排方案。減碳技術又可分為需求控制、技術提升、碳匯捕捉三類，（見表 3）通過三個維度對其評估，即，減排潛力、凈現值（NPV）和不確定性來確定。

表1  城鎮水務減碳降碳工藝技術 總工藝流程圖（來自原文）

三、碳中和規劃的關鍵—碳核算

碳核算不僅作為量化排放量的基礎手段，也是確定城鎮水務碳中和方案的重要依據，通過碳核算可以厘清水務企業不同碳排放活動的碳排放量、貢獻比例及變化趨勢。英國之所以能夠發布世界上首部水務行業碳中和規劃，就與其較早進行碳核算實踐是分不開的。因此，要想制定好的碳中和規劃，進行碳核算的必要性不言而喻。目前世界范圍內指導城鎮水務企業碳核算的指南見圖5。IPCC發布的《國家溫室氣體排放清單指南》，是國際上應用最為廣泛的指導污水處理廠進行碳排放核算的指南文件，提供了污水處理直接碳排放量的核算方法；同時也是其他國家制定核算指南的參考文件。而英國則是最早制定行業核算指南的國家，早在2005年即已發布了首版指南文件。相比而言，新西蘭和丹麥則在2021年才發布了自己的碳排放核算指南。

圖5  世界范圍內指導城鎮水務企業碳核算指南封面圖

上述提及的指南對水務系統進行碳核算均采用排放因子法，也就是說核算中采用固定的排放因子。而排放因子主要來源于文獻整理或基于少量的實測數據。如表4所列，不同國家核算指南中對于污水處理廠N2O排放量的核算采用的排放因子差異較大。最為廣泛采用的是IPCC總結出的0.016 kgN2O-N/kgN（進水N），而英國和丹麥則分別采用的是0.002和0.0084 kgN2O-N/kgN，遠低于IPCC推薦值。值得一提的是，IPCC總結的排放因子基于文獻數據得來，但在數據整理過程中出現了一些引用錯誤，導致得出的因子偏大，這在新西蘭發布的指南中予以了說明，即新西蘭在IPCC基礎上進行了部分修改，得到了0.01 kgN2O-N/kgN的排放因子。2022年，中國城鎮供水排水協會發布了《城鎮水務系統碳核算與減排路徑技術指南》重磅出版 | 城鎮水務系統碳核算與減排路徑技術指南，對IPCC中N2O排放因子進行修訂并延伸，得到了0.0106 kgN2O-N/kgN的因子，與新西蘭推薦因子在同一水平。由于不同地區、環境、生活方式等多種因素的影響，用排放系數法估算碳排放量時產生某些不確定性。因此，加強污水處理廠實際監測對精確碳核算結果非常重要。實際監測法水務企業應積極監測收集相關數據，形成數據收集—結果反饋—政策指導的良性循環。

表2  各指南污水處理過程N2O排放因子區別

四、結語

污水作為資源與能源的載體，進行減碳降碳有天然的優勢，碳核算和減碳工藝技術作為碳中和規劃的基礎和關鍵。水務企業應積極檢測收集數據，將碳核算納入日常管理，從而科學的制定適合自身發展的碳中和規劃。將減碳/降碳壓力轉化為動力。水務企業可采取的減碳工藝技術類型，尤其是節能降耗、能源回收有效途徑在《指南》中也已厘清。目前，最重要的是水務企業積極實踐、核算并積累數據，形成“排放核算—數據反饋—技術評估—應用實施—減排反饋”的良性循環。

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