碳中和背景下 污水處理是否已陷入了技術-環(huán)境悖論？

　　很久以來，一直在思考一個話題，就是污水廠排放標準與環(huán)境友好的問題。

　　作為水務行業(yè)，正常的思維和技術邏輯是：排放標準越高，那么受納水體的水環(huán)境質(zhì)量越好！因此，近些年來，有了越來越高的“地方排放標準”問世，甚至直接與地面水水環(huán)境質(zhì)量標準的主要水質(zhì)指標掛鉤，如“準四類”、“準三類”，目前該趨勢，談不上愈演愈烈，但并沒有明顯的剎車跡象。

　　問題提出來，按目前做法，水是干凈了，但是“大氣”怎么樣？“碳中和”戰(zhàn)略下，我們這種不斷加碼排放標準的做法，是否是“環(huán)境友好”和“可持續(xù)”的？

　　一、不同排放標準對溫室氣體(GHG)排放量的影響

　　首先看圖1：污水廠排放標準對GHG排放量的影響。

　　顯然，隨著排放標準的提升，污水廠向大氣中排放的GHG呈逐漸提高甚至指數(shù)式上升的趨勢。

　　圖2，不同等級的排放標準下藻類生長勢與溫室氣體排放量關系，按照這個邏輯，排放標準高，水環(huán)境質(zhì)量的表征指標-藻類生長勢越低，而大氣承受的溫室氣體排放越高。也就是說水環(huán)境和大氣環(huán)境是“蹺蹺板"，改善了水環(huán)境則增加了碳排放，這顯然與“碳中和”理念和碳減排的戰(zhàn)略是相違的。

　　當然，會有人說，污水廠排放那么點GHG，不會對全社會或者在人類活動中排放的GHG占比很小，但是這里有幾組數(shù)據(jù)，說明污水行業(yè)的GHG排放占比情況：

　　1）下圖3是“全球甲烷行動（GWI）”統(tǒng)計的污水甲烷排放量全球前十國家，我們國家不但赫然在列，而且排名第一（估計有人不解？）

　　2）Globally, methane from wastewater contributedan estimated512 MMTCO2E of methane emissions in 2010, acing for approximately7 percent of total global methane emissions.（在全球范圍內(nèi)，2010年廢水產(chǎn)生的甲烷排放量估計為512億噸二氧化碳，約占全球甲烷排放總量的7%）。

　　3）Around 5% (290 million tons) of totalannual GHG emissionsin theU.S.A. originate in the water sector (SattenspielandWilson,2009).（美國每年約有5%(2.9億噸)的溫室氣體排放來自水行業(yè)(Sattenspiel和Wilson, 2009)。

　　4）Global anthropogenic GHG contribution Waste and wastewater category –2.8%

　　(IPCC, 2007)（政府間氣候變化專門委員會2007年估算數(shù)據(jù)，污水和有機廢物處理領域GHG貢獻率2.8%）

　　基于以上數(shù)據(jù)，看來，我們尚不能輕視污水收集和污水處理過程GHG的排放問題，在全社會眾多行業(yè)里也算是GHG排放大戶，因此，污水行業(yè)的碳減排和碳中和從全社會GHG排放貢獻率角度，還是要重視的。

　　二、革新性的處理工藝一定會給我們帶來“環(huán)境友好”嗎？

　　一些革新性處理工藝，如主流厭氧氨氧化，側(cè)流厭氧氨氧化等工藝，是近十年以來很多研究機構和水務公司趨之若鶩的熱點研究領域；同時，一些污水廠采用協(xié)同厭氧消化耦合主流厭氧氨氧化或側(cè)流厭氧氨氧化等工藝組合技術，已經(jīng)實現(xiàn)了污水廠能耗完全自給，甚至成為電能輸出廠，如奧地利Strass污水廠，已經(jīng)成為國際污水廠運營能量自給的標桿。但是，最近，透過國際一些關于污水廠GHG排放的研究結(jié)果看，這些采用厭氧氨氧化的工藝并實現(xiàn)“電中和”的污水廠，探究起來，可能并沒有實現(xiàn)“碳中和”，之前被認為“環(huán)境友好”的這些污水廠，已經(jīng)受到質(zhì)疑，如果不能解決厭氧氨氧化過程N2O的排放問題，諸如Strass能量自給的這類“高大上”的項目其“環(huán)境友好”性大打折扣甚至是被否定的。

　　支撐這個觀點的研究結(jié)論圖4所示（參加文獻2），橫坐標為不同處理工藝，1為模擬Stass污水廠“主流-側(cè)流”DEMON工藝；2為A-B法，其中側(cè)流工藝采用DEMON，6為傳統(tǒng)A/O工藝且無側(cè)流消化液處理。最終的比較結(jié)果看，側(cè)流-主流都采用了厭氧氨氧化工藝，雖然實現(xiàn)了完全能耗自給，但是其GHG排放量卻是上述工藝中最高的；反而是采用了傳統(tǒng)工藝，GHG卻是最低的。

　　這個研究結(jié)論，似乎顛覆了我們對“碳中和”污水廠的傳統(tǒng)認知。國際“碳中和”先驅(qū)STRASS污水廠主流側(cè)流DEMON模式從溫室氣體排放角度，這種處理工藝反而是最高的。換句話說，如果不能解決N2O的問題，“電中和”可能相對容易實現(xiàn)了，未必能最終實現(xiàn)“碳中和”。

　　De Haas博士（參考文獻2）引用Schaubroek博士發(fā)表在Water research上的論文（參考文獻3）并結(jié)合自己的研究結(jié)果提出，如果應用全生命周期（LCA)評價STRASS污水廠工藝模式，這個被稱為能量完全自給的且實現(xiàn)資源回收的“最佳實踐”案例，雖然的確帶來了一些效益；但是如果以大環(huán)境角度看，如果不能解決N2O的問題，STRASS模式遠不能稱之為“環(huán)境友好”，因為其處理工藝通過直接排放大量的N20而對氣候變化形成了潛在影響。

　　于是，基于上述幾方面的問題，是需要我們回答和思考的：

　　1）“碳中和”背景下，污水排放標準走向何方？標準具體指標如何制定，如何平衡水環(huán)境質(zhì)量改善與大氣質(zhì)量改善之間的關系，如何響應“碳中和”戰(zhàn)略、“碳減排”策略？污水行業(yè)排放標準提高意味著碳增量，排放標準越高，GHG排放指數(shù)式上升，某種意義上講，不能協(xié)同好“水-氣”問題，可以說是污水處理過程無意中實現(xiàn)了污染物向大氣的部分“污染轉(zhuǎn)嫁”，水相中的部分C、N轉(zhuǎn)嫁到大氣形成溫室氣體。既要滿足水質(zhì)的達標排放，又要考慮碳中和、碳減排，這個度如何把控？

　　2）其次，未來準確識別和定義“能耗中和”（Energy neutrality）和“碳中和”（carbon neutrality)關系，是具有現(xiàn)實意義的；兩者不能等同，否則電中和掩蓋了“碳增量”；

　　3、技術本身層面，未來的厭氧氨氧化如何應用過程中最大限度解決好N2O的排放問題，要知道，N2O的CO2當量是CO2的298倍，是一個直接影響其未來應用前景的問題，環(huán)境友好，綠色低碳可持續(xù)，是未來污水處理技術發(fā)展的根本方向，我們“碳中和”戰(zhàn)略下，節(jié)能環(huán)保行業(yè)是重點“減排”領域。目前看，似乎傳統(tǒng)N/DN模式要比Anammox具有更少的N2O排放潛能，那Anammox的未來前景如何？如何在未來的技術發(fā)展中解決N2O的問題，這是下一步厭氧氨氧化必須面對和考量的問題。否則，N2O會使其大打折扣。

　　如果不能解決好上述問題，那我們就陷入了這個技術-環(huán)境悖論。決策部門，該如何平衡上述關系呢。我們從哪里來？我們又要往何處去？

編輯：王媛媛