碳中和背景下 污水處理是否已陷入了技術(shù)-環(huán)境悖論？

　　很久以來(lái)，一直在思考一個(gè)話(huà)題，就是污水廠(chǎng)排放標(biāo)準(zhǔn)與環(huán)境友好的問(wèn)題。

　　作為水務(wù)行業(yè)，正常的思維和技術(shù)邏輯是：排放標(biāo)準(zhǔn)越高，那么受納水體的水環(huán)境質(zhì)量越好！因此，近些年來(lái)，有了越來(lái)越高的“地方排放標(biāo)準(zhǔn)”問(wèn)世，甚至直接與地面水水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的主要水質(zhì)指標(biāo)掛鉤，如“準(zhǔn)四類(lèi)”、“準(zhǔn)三類(lèi)”，目前該趨勢(shì)，談不上愈演愈烈，但并沒(méi)有明顯的剎車(chē)跡象。

　　問(wèn)題提出來(lái)，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(biāo)準(zhǔn)的做法，是否是“環(huán)境友好”和“可持續(xù)”的？

　　一、不同排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)溫室氣體(GHG)排放量的影響

　　首先看圖1：污水廠(chǎng)排放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)GHG排放量的影響。

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

　　圖2，不同等級(jí)的排放標(biāo)準(zhǔn)下藻類(lèi)生長(zhǎng)勢(shì)與溫室氣體排放量關(guān)系，按照這個(gè)邏輯，排放標(biāo)準(zhǔn)高，水環(huán)境質(zhì)量的表征指標(biāo)-藻類(lèi)生長(zhǎng)勢(shì)越低，而大氣承受的溫室氣體排放越高。也就是說(shuō)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(dāng)然，會(huì)有人說(shuō)，污水廠(chǎng)排放那么點(diǎn)GHG，不會(huì)對(duì)全社會(huì)或者在人類(lèi)活動(dòng)中排放的GHG占比很小，但是這里有幾組數(shù)據(jù)，說(shuō)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(dòng)（GWI）”統(tǒng)計(jì)的污水甲烷排放量全球前十國(guó)家，我們國(guó)家不但赫然在列，而且排名第一（估計(jì)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(jì)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(guó)每年約有5%(2.9億噸)的溫室氣體排放來(lái)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(zhuān)門(mén)委員會(huì)2007年估算數(shù)據(jù)，污水和有機(jī)廢物處理領(lǐng)域GHG貢獻(xiàn)率2.8%）

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

　　二、革新性的處理工藝一定會(huì)給我們帶來(lái)“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(lái)很多研究機(jī)構(gòu)和水務(wù)公司趨之若鶩的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域；同時(shí)，一些污水廠(chǎng)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(shù)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了污水廠(chǎng)能耗完全自給，甚至成為電能輸出廠(chǎng)，如奧地利Strass污水廠(chǎng)，已經(jīng)成為國(guó)際污水廠(chǎng)運(yùn)營(yíng)能量自給的標(biāo)桿。但是，最近，透過(guò)國(guó)際一些關(guān)于污水廠(chǎng)GHG排放的研究結(jié)果看，這些采用厭氧氨氧化的工藝并實(shí)現(xiàn)“電中和”的污水廠(chǎng)，探究起來(lái)，可能并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)“碳中和”，之前被認(rèn)為“環(huán)境友好”的這些污水廠(chǎng)，已經(jīng)受到質(zhì)疑，如果不能解決厭氧氨氧化過(guò)程N(yùn)2O的排放問(wèn)題，諸如Strass能量自給的這類(lèi)“高大上”的項(xiàng)目其“環(huán)境友好”性大打折扣甚至是被否定的。

　　支撐這個(gè)觀(guān)點(diǎn)的研究結(jié)論圖4所示（參加文獻(xiàn)2），橫坐標(biāo)為不同處理工藝，1為模擬Stass污水廠(chǎng)“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(wú)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(shí)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(gè)研究結(jié)論，似乎顛覆了我們對(duì)“碳中和”污水廠(chǎng)的傳統(tǒng)認(rèn)知。國(guó)際“碳中和”先驅(qū)STRASS污水廠(chǎng)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(huà)說(shuō)，如果不能解決N2O的問(wèn)題，“電中和”可能相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)了，未必能最終實(shí)現(xiàn)“碳中和”。

　　De Haas博士（參考文獻(xiàn)2）引用Schaubroek博士發(fā)表在Water research上的論文（參考文獻(xiàn)3）并結(jié)合自己的研究結(jié)果提出，如果應(yīng)用全生命周期（LCA)評(píng)價(jià)STRASS污水廠(chǎng)工藝模式，這個(gè)被稱(chēng)為能量完全自給的且實(shí)現(xiàn)資源回收的“最佳實(shí)踐”案例，雖然的確帶來(lái)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(wèn)題，STRASS模式遠(yuǎn)不能稱(chēng)之為“環(huán)境友好”，因?yàn)槠涮幚砉に囃ㄟ^(guò)直接排放大量的N20而對(duì)氣候變化形成了潛在影響。

　　于是，基于上述幾方面的問(wèn)題，是需要我們回答和思考的：

　　1）“碳中和”背景下，污水排放標(biāo)準(zhǔn)走向何方？標(biāo)準(zhǔn)具體指標(biāo)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(guān)系，如何響應(yīng)“碳中和”戰(zhàn)略、“碳減排”策略？污水行業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)提高意味著碳增量，排放標(biāo)準(zhǔn)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(wèn)題，可以說(shuō)是污水處理過(guò)程無(wú)意中實(shí)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(mǎn)足水質(zhì)的達(dá)標(biāo)排放，又要考慮碳中和、碳減排，這個(gè)度如何把控？

　　2）其次，未來(lái)準(zhǔn)確識(shí)別和定義“能耗中和”（Energy neutrality）和“碳中和”（carbon neutrality)關(guān)系，是具有現(xiàn)實(shí)意義的；兩者不能等同，否則電中和掩蓋了“碳增量”；

　　3、技術(shù)本身層面，未來(lái)的厭氧氨氧化如何應(yīng)用過(guò)程中最大限度解決好N2O的排放問(wèn)題，要知道，N2O的CO2當(dāng)量是CO2的298倍，是一個(gè)直接影響其未來(lái)應(yīng)用前景的問(wèn)題，環(huán)境友好，綠色低碳可持續(xù)，是未來(lái)污水處理技術(shù)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(diǎn)“減排”領(lǐng)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(lái)前景如何？如何在未來(lái)的技術(shù)發(fā)展中解決N2O的問(wèn)題，這是下一步厭氧氨氧化必須面對(duì)和考量的問(wèn)題。否則，N2O會(huì)使其大打折扣。

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

編輯：王媛媛