【ESE研究论文】污水处理系统碳中和：一个超越厂区边界的概念
ESE创刊仅两年即被SCI收录
为了实现《巴黎气候协定》将全球气温上升控制在2℃以内这一目标，许多国家宣布了他们的碳中和目标。2021年，来自200个国家（地区）的领导人参加了COP26，评估《巴黎气候协定》的实施成效，并就气候变化的应对方案和行动展开讨论。作为城市卫生设施的重要组成部分，污水处理可贡献大约1%～2%的全球温室气体（GHG）排放量，减少污水处理过程中的碳排放已受到广泛关注。
要统筹有序做好碳达峰、碳中和工作，纠正运动式“减碳”，应先立后破。建立碳排放数据核算依据，是“立”的主要工作。在污水系统碳排放量的计算中，多位研究者就排放源和核算边界提出了多种观点。为了系统全面地进行碳排放核算，本文识别并总结了污水处理过程中的碳排放清单，指明除了CH4和N2O的直接排放外，污水处理过程中产生的化石源CO2也应包括在碳排放核算中。本文梳理了污水处理系统碳排放核算存在的多重边界，即污水处理厂厂界（本厂包含或者不包含污泥处理）与污水和污泥收集处理相关的市政设施，并提出了污水系统碳排放核算时，其范围远远超出了污水处理厂的边界，甚至应跳出行业边界，系统性地涵盖人类社会及包括自然水体、土壤和植被在内的生态系统。
本文总结了在污水厂内外有助于污水处理实现能源中和的技术。设备节能、基于厌氧和热泵技术的能源回收、资源回收以及水回用等措施在一定程度上均有利于这一目标的实现。本文重点指出污水厂实现能源自给并不意味着实现碳中和：能源中和是厂区内可计量的“收支平衡”，受经济效益的有力驱动；而碳中和是从长期环境效益出发，追踪厂内外所有生命周期的温室气体。一些节能或能源回收工艺甚至存在增加碳排放的风险，比如新兴的脱氮工艺和管控不力的厌氧工艺。本文同时指出，建设分散式污水系统可以减少管网布设和管道甲烷排放，便于水和热量回用；废弃化粪池的措施能够提高污水厂进水浓度，进一步提升污水厂的资源和能源回收潜力。在中国，在海绵城市建设的理念指导下，基于源头减排、过程控制和系统治理的技术路线，重构城市水设施，可以系统地实现污水系统的碳中和目标。
图1 污水处理碳核算的多重边界示意图。边界1：污水处理厂（黄虚线）；边界2：与污水和污泥处理相关的市政设施（粉虚线）；边界3：人类社会及生态系统（蓝虚线）。直接碳排放由特定的符号表示，间接碳排放隐含在能源/化学品消费和回收产品的流动中，分别代表了对碳排放的正贡献和负贡献。
文章亮点
1. 污水系统的碳排放核算范围远远超出了污水处理厂的边界；
2. 化石源导致的CO2直接排放应纳入污水处理碳排放核算中；
3. 污水厂能源自给不等同于污水处理碳中和，是狭义范围内的碳中和；
4. 本研究支持从污水处理过程中回收碳基资源，以此作为一种新的固碳方式；
5. 分散式污水处理系统在能源与资源回收方面通常具有一定优势。
作者信息
任南琪教授，中国工程院院士，国家杰出青年科学基金获得者，长江学者奖励计划特聘教授。曾任哈尔滨工业大学副校长，环境学院院长。现任城市水资源与水环境国家重点实验室主任，“城市水质转化规律与保障技术”国家创新研究群体带头人。主要从事城市水资源与水环境改善对策，污水生物处理工艺、技术与设备，废物资源化及能源化理论与技术，环境微生物系统生物学与生态学等方面研究。主持国家和省部级项目23项。获国家技术发明二等奖1项、国家科技进步二等奖2项、省部级奖12项。曾荣获“全国模范教师”称号，全国创新争先奖状，何梁何利基金科学与技术进步奖。出版著作12部；发表论文SCI收录600余篇，总引用20000余次，H因子71；授权国家发明专利61项。曾入选国家“百千万人才工程”一、二层次，教育部“跨世纪优秀人才培养计划基金”获得者，香港裘磋基金获得者，享受国务院特殊津贴。
王秀蘅，哈尔滨工业大学教授，博士生导师。现任中国生态学会产业生态学会专委，中国水协海绵城市建设专家委员，住建部和生态环保部项目督查及验收专家，哈尔滨市政协常务委员会委员。主要研究方向：城市水环境综合治理理论与技术、海绵城市建设与评估、城市水系统全生命周期管理与评价、循环经济与产业生态学方法研究。主持国家及省部级以上课题20余项，包括国家自然科学基金项目、国家重点研发项目子课题等。近5年共发表论文40余篇，获省科技进步一等奖1项。
论文ID
原文题目 Carbon neutrality of wastewater treatment - A systematic concept beyond the plant boundary
引用信息 Li, L., Wang, X., Miao, J., Abulimiti, A., Jing, X., & Ren, N. (2022). Carbon neutrality of wastewater treatment-A systematic concept beyond the plant boundary. Environmental Science and Ecotechnology 11: 100180.
本期编辑：陈卓
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期刊简介：
2020年1月，Environmental Science and Ecotechnology（ESE）正式创刊，这是一本由生态环境部黄润秋部长亲自提出并指导办刊的高定位、高质量的国际学术期刊。
ESE期刊由120位全球生态环境研究领域顶级科学家组成编委会及青年编委会。哈尔滨工业大学任南琪院士担任ESE期刊主编，生态环境部环境规划院王金南院士和中国环境科学研究院吴丰昌院士担任副主编，美国工程院Danny Reible院士等13位有国际影响力的学者担任执行主编和执行副主编。
自创刊至今，ESE期刊的国际影响力日益提升，办刊成绩斐然：创刊仅两年即被SCIE数据库收录，成为2021年全国仅有的三本“创刊两年即入SCI”的高水平期刊之一；两年来收到来自美国、加拿大、英国、澳大利亚、德国、法国、意大利、马来西亚等全球44个国家一流科学家的稿件，发表了六十余篇研究论文，被Engineering, Nature Ecology & Evolution, Nature Plants, Environmental Science & Technology, Water Research, Applied and Environmental Microbiology等知名期刊引用；截至2022年2月，ESE平均每篇文章获得近10次引用。
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