污水厂碳足迹核算技术的环评实践

引言

在全球积极应对气候变化、大力推进碳中和目标的背景下，污水处理厂作为城市基础设施的重要组成部分，其碳排放情况日益受到关注。污水处理过程涉及诸多复杂环节，从污水收集、处理到污泥处置，每个阶段都可能产生温室气体排放。准确核算污水厂的碳足迹，并将其纳入环境影响评价（环评）实践中，对于科学评估污水厂的环境影响、制定针对性的减排策略以及推动整个污水处理行业的绿色低碳发展具有至关重要的意义。

一、污水厂碳足迹核算技术原理

核算边界确定

核算污水厂碳足迹的第一步是明确核算边界。一般来说，核算边界包括污水厂的物理边界，即从污水进入厂区开始，到处理后达标排放或回用以及污泥最终处置的整个过程。同时，还应考虑与污水厂运行相关的间接排放，如为污水厂提供电力、热力的能源生产过程中的碳排放，以及运输污泥、化学品等所产生的排放。

碳排放源识别

能源消耗相关排放：污水厂运行需要消耗大量能源，主要包括电力和热力。电力用于驱动各类水泵、风机、搅拌器等设备，热力用于污泥消化等过程。这些能源消耗所产生的碳排放是污水厂碳足迹的重要组成部分。以常见的活性污泥法污水处理工艺为例，曝气系统的电力消耗巨大，因为它需要不断向反应池中通入空气，以满足微生物对氧气的需求，而这一过程的电力消耗所对应的碳排放不可忽视。

污水处理过程排放：在污水处理的生物处理阶段，微生物在分解污水中的有机物时，会产生二氧化碳（ C0₂ ₂）、甲烷（CH₄）和氧化亚氮（N₂O）等温室气体。其中， CH₄ ₄是一种强效的温室气体，其全球增温潜势约为 C0₂ ₂的 28-36 倍； N₂ ₂O 的全球增温潜势更是高达 C0₂ ₂的 265-298 倍。当污水中的有机物在厌氧环境下被微生物分解时，就可能产生 CH₄；而在硝化和反硝化过程中，如果反应条件控制不当，就容易产生 N₂ ₂O。

污泥处置排放：污泥是污水处理过程的副产物，其处置方式多样，如填埋、焚烧、堆肥等。不同的处置方式会产生不同程度的碳排放。例如，污泥填埋时，其中的有机物会在厌氧条件下分解产生CH₄并释放到大气中；污泥焚烧则会消耗大量能源，同时产生 C0₂ ₂等排放物。

核算方法

排放因子法：这是目前应用较为广泛的一种核算方法。通过确定各类碳排放源的活动水平数据（如能源消耗量、污水或污泥处理量等），乘以相应的排放因子（即单位活动水平所产生的温室气体排放量），来计算碳排放量。例如，已知某污水厂一年的电力消耗量为 X 千瓦时，当地电网的碳排放因子为 Y 千克 C0₂ ₂/千瓦时，那么该污水厂因电力消耗产生的碳排放量即为 X×Y 千克 C0₂ ₂。排放因子可以从相关的数据库、文献资料或者通过实际监测获得。

物料衡算法：该方法基于物质守恒原理，通过对污水处理过程中碳元素的输入和输出进行平衡计算，来确定碳排放量。

二、污水厂碳足迹核算技术在环评中的实践应用

项目规划阶段

在污水厂项目规划阶段，碳足迹核算技术可以帮助评估不同选址、工艺方案和规模对碳排放的潜在影响。通过对比分析，选择碳排放较低的方案。比如，在选址时，如果靠近可再生能源供应区域，如风力发电场或太阳能电站附近，污水厂在运行过程中可以更多地使用清洁能源，从而降低碳足迹。

建设阶段

在污水厂建设阶段，碳足迹核算可用于评估建设过程中的碳排放，包括建筑材料的生产、运输以及施工过程中的能源消耗等。选用低碳排放的建筑材料，如再生混凝土等，可以减少建设阶段的碳足迹。同时，优化施工组织设计，合理安排施工顺序，避免不必要的能源浪费，也有助于降低建设阶段的碳排放。

运营阶段

碳排放监测与评估：在污水厂运营期间，定期进行碳足迹核算，可实时掌握其碳排放情况。通过安装在线监测设备，对污水厂的能源消耗、温室气体排放浓度等进行实时监测，并结合排放因子法等核算方法，定期计算碳排放量。将核算结果与设定的碳排放目标进行对比，评估污水厂的碳排放绩效。若发现实际碳排放量超出目标，可及时查找原因，采取针对性措施进行改进。

减排措施制定与实施效果评估：基于碳足迹核算结果，制定切实可行的减排措施。如对于能源消耗过大导致碳排放较高的污水厂，可以通过设备升级改造，提高设备的能源利用效率，如更换高效节能的水泵和风机；也可以优化运行管理，合理调整污水处理工艺参数，减少能源消耗。实施减排措施后，再次进行碳足迹核算，评估减排效果。例如，某污水厂通过对曝气系统进行智能化改造，根据污水水质和处理需求实时调整曝气量，改造后经碳足迹核算发现，其电力消耗所产生的碳排放量明显降低。

退役阶段

在污水厂退役阶段，碳足迹核算可用于评估拆除过程中的碳排放以及对环境的影响。拆除污水厂建筑物和设备会消耗能源，产生 C0₂ ₂等排放物。同时，对拆除后的废弃物进行妥善处理，如分类回收可再利用的材料，减少填埋废弃物的量，也有助于降低碳足迹。

三、碳足迹核算技术应用于环评面临的挑战及应对策略

数据获取与准确性问题

挑战：污水厂碳足迹核算需要大量准确的数据，包括能源消耗数据、污水处理工艺参数、污泥处置数据以及各类排放因子等。然而，在实际操作中，数据获取存在一定困难。部分污水厂的能源计量设备不完善，无法准确记录各设备的能耗数据；一些污水处理工艺的运行参数缺乏长期、连续的监测记录；此外，对于一些特定地区或特殊工艺的污水厂，可能缺乏适用的本地排放因子数据，而采用通用的排放因子可能导致核算结果不准确。

应对策略：加强污水厂的信息化建设，完善能源计量和监测设备，实现对能源消耗、污水处理过程参数等数据的实时、准确采集和记录。对于排放因子数据，一方面可以参考国内外相关的权威数据库和文献资料，另一方面鼓励开展本地化的监测研究，获取适用于本地污水厂的排放因子。

核算方法的标准化与一致性问题

挑战：目前，国内外关于污水厂碳足迹核算的方法众多，不同的核算方法在核算边界、排放源识别和计算方法等方面存在差异，这导致不同污水厂的碳足迹核算结果缺乏可比性。例如，有的核算方法可能只考虑了污水厂内部的直接碳排放，而忽略了间接碳排放；在计算温室气体排放时，不同方法对 CH₄ ₄和 N₂ ₂O 的全球增温潜势取值也可能不同。

应对策略：推动碳足迹核算方法的标准化工作，制定统一的核算指南和规范。相关部门和行业协会应组织专家团队，对现有的核算方法进行梳理和整合，结合实际情况，制定出一套适用于我国污水厂的统一核算标准。

技术与管理人才短缺问题

挑战：污水厂碳足迹核算技术涉及环境科学、工程学、统计学等多学科知识，对核算人员的专业素质要求较高。然而，目前我国在这方面的专业技术和管理人才相对短缺，很多污水厂的工作人员对碳足迹核算技术了解甚少，缺乏相关的实践经验，这在一定程度上制约了碳足迹核算技术在环评中的广泛应用。

应对策略：加强相关专业人才的培养。高校和职业院校可以开设与碳足迹核算、污水处理厂节能减排等相关的课程或专业方向，为行业输送专业人才。

四、结论

污水厂碳足迹核算技术在环评实践中具有重要的应用价值，能够为污水厂的规划、建设、运营和退役全过程提供科学的碳排放评估依据，助力污水处理行业实现节能减排和绿色低碳发展。尽管目前在技术应用过程中面临着数据获取、核算方法标准化以及人才短缺等挑战，但通过采取一系列针对性的应对策略，如加强数据监测与管理、推动核算方法标准化进程以及加大专业人才培养力度等，这些问题有望逐步得到解决。