“雙碳”戰(zhàn)略下，業(yè)界能夠越來越深刻感知到，城鎮(zhèn)水務的碳達峰，碳中和實施路徑，是行業(yè)發(fā)展的分水嶺和推動力。對于身在一線的企業(yè)來說，影響變得更為直觀銳利——在新的評價體系下，技術(shù)優(yōu)劣、產(chǎn)品潛力、市場空間，或?qū)⒊霈F(xiàn)全新的變化。曾經(jīng)的“一招鮮”可能面臨失效，初見平平的產(chǎn)品或?qū)⒄旧巷L口。避雷和押寶，成了新形勢下水務企業(yè)不得不考慮的問題。

　　未來新水務專家組專家、北京建筑大學教授郝曉地指出，城鎮(zhèn)給水處理廠和污水處理廠運行階段，碳排放活動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（包括運輸）、污泥外運等。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。

　　基于N₂O：短程硝化工藝減分，精準曝氣市場縮減

　　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。可以預見，在雙碳戰(zhàn)略的中后期，N₂O將成為管控重點。

　　水務行業(yè)中，與N₂O有直接關聯(lián)的是硝化、反硝化環(huán)節(jié)，在好氧條件下利用硝化細菌將含氮物質(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?！焙聲缘乇硎荆骸坝嬎泔@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?！?/span>

　　與此相關，還將帶來精準曝氣市場的縮減及產(chǎn)品導向的變化。未來新水務研究中心高嵩認為：“此前，在不依賴精準曝氣設備的情況下，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。這個市場的技術(shù)導向就是比拼誰能將精準曝氣量穩(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，設備應用空間大大收縮?！?/span>

　　反之，便捷、低成本的曝氣設備或?qū)⒏荜P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旋流動力曝氣器，它兼具DO監(jiān)測和控制功能，能夠在水體達到預定DO量時自動切斷電源；可通過環(huán)形射流渦輪機系統(tǒng)回收高達20%的輸入能量，并回用于泵中。

旋流動力曝氣器（圖源Aquatech）

　　基于能耗：緊湊型工藝、污泥協(xié)同焚燒獲青睞

　　當前水務企業(yè)雖屬于非控碳排行業(yè)，但已經(jīng)受到區(qū)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的CO₂排放?？梢钥闯觯陨砉?jié)能降耗及化石燃料清潔能源替代，將成為水務企業(yè)完成政治任務的主要手段。

　　據(jù)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?qū)⒎糯?，甚至掩蓋其它方面的優(yōu)勢，從而進一步遭受質(zhì)疑。如，郝曉地在一篇對于MBR工藝碳排放進行定量評價的文章中提到，膜生物反應器（MBR）因其單位體積生物量高、占地節(jié)省、出水水質(zhì)好等優(yōu)點迅速進入國人視野，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致的能耗過高問題勢必會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題也會間接增加碳排放量，過高能耗與運行費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，生物反應器運行需要攪拌、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荷，縮小反應器體積，則可減少其規(guī)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。其反應器占地面積僅為同規(guī)模污水處理工藝的1/4，整體設計簡約緊湊。而其運行維護中生化反應產(chǎn)生的N2O水平與傳統(tǒng)污水處理廠相當。但其需要的機械設備較少，不需污泥回流泵等設備，可節(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，對污水處理廠進行能源挖潛，也可打開負碳空間。與此相關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證了這一點。污泥方面，日前發(fā)布的《關于推進污水處理減污降碳協(xié)同增效的實施意見》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，還將進一步打開智慧水務、數(shù)字孿生、管網(wǎng)清淤等市場空間。由于不涉及技術(shù)工藝的選擇導向，在此不做贅述，有興趣的讀者可點擊閱讀“被雙碳戰(zhàn)略串起來的城鎮(zhèn)水務新產(chǎn)業(yè)鏈”。

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