污水處理碳排放包括間接排放和直接排放。

污水處理是社會(huì )中較小的行業(yè)，但屬于能源密集型行業(yè)，美國、德國、日本等國家污水處理行業(yè)電耗占全社會(huì )總電耗的1%左右，高能耗導致大量間接碳排放。

污水處理過(guò)程會(huì )產(chǎn)生并逸散大量CH4和N2O，是重要的直接碳排放源。

據歐洲統計辦公室2014年歐洲統計報告，污水處理與固體廢棄物處理組成的廢物處理行業(yè)是第五大碳排放行業(yè)，占全社會(huì )總碳排放量的3.3%。

美國EPA統計預測，全球污水行業(yè)2015年CH4和N2O逸散量分別為5.4億t 和0.9億t CO2當量，預測2020年將分別達到5.65億t和0.94億t CO2當量，2030年將分別超過(guò)6億t 和1億t CO2當量，約占非CO2總排放量的4.5%。

總體上，污水處理行業(yè)碳排放量占全社會(huì )總排放量的1%～2%。

而碳達峰、碳中和目標的提出，對“十四五”水污染防治工作也將產(chǎn)生深遠影響。

首先中國很多地方缺水，而污水治理達標后又白白排放掉了，非常可惜。如果把這些再生水循環(huán)利用起來(lái)，對每一個(gè)城市來(lái)講就都是一個(gè)巨大的穩定的水源，在確保安全的前提下可以利用起來(lái)。

一方面，這樣可以減少污染源的排放；另一方面，也可以減少碳的排放，因為這些水的回用就意味著(zhù)處理過(guò)程的能耗、藥耗省掉了。

按照國際經(jīng)驗，采用高效的設備，對水廠(chǎng)運行過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化控制，電耗可降低20-50%，則進(jìn)行水廠(chǎng)的提效改造可節省耗電量為28-70億kWh，相當于減少排放CO2e 279-698萬(wàn)t/a，產(chǎn)生效益約為22.4-56 億元人民幣。 　　

目前我國污水處理廠(chǎng)在運行過(guò)程中，既有由于運行調控的不合理以及管理不當所導致的能源浪費，也有各處理單元設備效率低下造成的碳排放量過(guò)高。

對于中國污水處理廠(chǎng)的低碳運行有兩個(gè)方面需要重視：一是基于全生命周期的碳排放量低，主要面向污水處理過(guò)程中所用的構筑物、產(chǎn)品或服務(wù)；另一種是終端消耗的碳排放量低，需要關(guān)注處理電耗、藥耗以及運營(yíng)過(guò)程中的節能減排。 　

1. 提高污水處理綜合能效 　　

第一，采用高效機電設備，新建設施直接采購高效設備，已有設施逐步更新成高效設備。污水處理機電設備主要包括水力輸送、混合攪拌和鼓風(fēng)曝氣三大類(lèi)。采用高效電機通常可實(shí)現5-10%的效率提高。 　

第二，加強負載管理，滿(mǎn)足工藝要求的前提下要使負載降至最低，同時(shí)，設備配置要與實(shí)際荷載相匹配，避免“大馬拉小車(chē)”。

主要包括以下幾個(gè)方面：① 污水提升以及污泥回流等單元的水力輸送設備絕大部分時(shí)段在低效工況運行，應予以改造。②污泥混合攪拌設備的設計攪拌功率普遍偏大，處于過(guò)度攪拌狀態(tài)，準確把握攪拌器與介質(zhì)之間力和能量的傳遞關(guān)系，可以準確衡量實(shí)際工況所需攪拌器的大小，有效避免電耗浪費。③優(yōu)化推進(jìn)器和曝氣系統的位置和距離，可以使系統的能量損失最小。④ 曝氣系統的電耗約占污水處理總電耗的50-70%，是加強負載管理的重點(diǎn)。 　　

第三，建立需求響應機制，根據實(shí)際工況的需求及其變化，動(dòng)態(tài)調整設備的運行狀態(tài)。目前污水行業(yè)已經(jīng)出現感應式調速和線(xiàn)性調速的水力輸送和攪拌設備，此類(lèi)設備可以有效優(yōu)化水力輸送和攪拌系統的整體運行情況，實(shí)現節能降耗。

采用內置智能控制系統的水力輸送設備和攪拌器，在特定工況條件下，與傳統設備相比，甚至可以節省50%以上的能耗。

2. 大力回收能源

污水中蘊含著(zhù)大量的能量，理論上是處理污水所需能量的很多倍。污水經(jīng)處理后，其中的能量大部分轉移到了污泥中，因此開(kāi)發(fā)回收污泥中的能量具有極大的潛力。

污泥能源化主要集中在厭氧方向，污泥厭氧能源化包括厭氧發(fā)酵產(chǎn)乙醇、厭氧發(fā)酵產(chǎn)氫和厭氧消化產(chǎn)甲烷三個(gè)技術(shù)路徑。 　　

傳統厭氧消化技術(shù)能源轉化率在30-40%，而高級厭氧消化技術(shù)可提高到50-60%。高級厭氧消化技術(shù)包括高溫厭氧消化、溫度分級厭氧消化(TPAD)、酸—氣兩相厭氧消化和延時(shí)厭氧消化。 　　

采用傳統厭氧消化技術(shù)可使污水處理廠(chǎng)實(shí)現20-30%的能源自給率，預處理、高級厭氧消化、渦輪發(fā)動(dòng)機或燃料電池以及熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)等技術(shù)的耦合使用，有望使污水處理實(shí)現30-50%的能源自給率，及大大降低間接碳排放量，又降低甲烷產(chǎn)生并逸散導致的直接排放。

3. 探索可持續新工藝

(1)針對有機物去除的工藝 　　

基于有機污染物去除的可持續污水處理新工藝主要是厭氧處理技術(shù)，能耗低，且可回收能源。

高濃度有機廢水的厭氧技術(shù)已成熟，但城市污水有機物濃度低，厭氧處理存在投資大和占地大等障礙。

可以尋找市場(chǎng)上相關(guān)新材料新技術(shù)，如特種吸附材料相關(guān)配套工藝進(jìn)行針對性有機物的去除。

(2)針對脫氮的低能耗、低藥耗工藝 　　

低能耗、低碳源消耗的脫氮工藝主要包括基于短程反硝化原理的SHARON工藝和基于厭氧氨氧化的ANNAMOX/DEMON工藝。與傳統的AAO工藝相比，SHARON可節約25%的能耗、40%的碳源消耗，而ANNAMOX工藝可節約60%的能耗、90%的碳源消耗。

目前，SHARON和ANNAMOX在高濃度氨氮污水處理中已較成熟。ANNAMOX工藝在典型城鎮污水處理上雖有進(jìn)展，但離實(shí)際應用仍有差距。 　　

(3)碳氮兩段法工藝 　　

未來(lái)革命性的可持續污水處理工藝方向是碳氮兩段法：首先對污水中的有機物進(jìn)行分離，分離出的污泥通過(guò)厭氧消化產(chǎn)生CH4，或對污水直接進(jìn)行厭氧處理產(chǎn)能，分離后含有氨氮的污水通過(guò)主流厭氧氨氧化進(jìn)行脫氮。

根據理論估算，采用上述碳氮兩段法，處理1人口當量的污染物將產(chǎn)生24瓦時(shí)能量，使污水處理廠(chǎng)真正成為“能源工廠(chǎng)”，且污泥產(chǎn)量?jì)H為活性污泥法的四分之一。

專(zhuān)家們認為，在投資建設領(lǐng)域，應貫穿生命周期成本理念，關(guān)注工藝、技術(shù)、機電裝備建設成本，更要注重運營(yíng)過(guò)程的節能低耗，要低碳建設污水處理設施；在運營(yíng)生產(chǎn)領(lǐng)域，應構建清潔生產(chǎn)技術(shù)體系，提高綜合能效、降低物料消耗，實(shí)現污水處理設施的低碳運營(yíng)；在監督管理領(lǐng)域，應提出減排目標，建立以碳審計為核心的碳排放監管制度體系，引導行業(yè)實(shí)現低碳發(fā)展。