侯嬌娜 劉 婷

（1 山西工程職業(yè)學(xué)院 山西太原 030009 2 山西師范大學(xué) 山西太原 030031）

引言

目前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展正處于全面綠色低碳轉(zhuǎn)型期。2020 年9 月，習(xí)近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上莊嚴(yán)宣告：“中國(guó)將提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030 年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060 年前實(shí)現(xiàn)碳中和?！薄吨腥A人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》也提出，碳排放強(qiáng)度下降18%的量化目標(biāo)。而污水處理作為碳排放密集的行業(yè)之一，污水處理過(guò)程產(chǎn)生的碳排放占全球碳排放的1.6%[1]；根據(jù)《中華人民共和國(guó)氣候變化 第二次兩年更新報(bào)告》，污水處理碳排放占全國(guó)碳排放總量接近1%。同時(shí)，進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)常住人口隨著城鎮(zhèn)化率的不斷提高，年均增速達(dá)到6.1%，人口向地級(jí)市、省會(huì)城市等地區(qū)流動(dòng)加快，城市供給側(cè)生產(chǎn)率提升和需求側(cè)消費(fèi)能力增強(qiáng)，資源消耗導(dǎo)致碳排放量快速上升[2]，加之城市本身存在的高溫?zé)崂?、熱島效應(yīng)等環(huán)境問(wèn)題[3]，城市溫室氣體減排也成為提高居民生活幸福指數(shù)進(jìn)而增強(qiáng)城市吸引力的必要手段。因此，對(duì)城市生活污水處理造成的碳排放量進(jìn)行核算并探究碳減排路徑十分必要。重慶市是國(guó)務(wù)院批復(fù)的國(guó)家重要的中心城市之一，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度快，城市吸引力較高。根據(jù)重慶市統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的《2022 年重慶人口發(fā)展概況》，重慶市常住人口18 年持續(xù)增長(zhǎng)，具有典型的城市特征，也面臨著實(shí)現(xiàn)碳中和的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。本文以重慶市為例探究城市生活污水處理碳排放水平及其與城市第三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)一步提出城市生活污水處理的碳減排路徑。

1 生活污水處理碳排放核算方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 生活污水處理碳排放核算方法

生活污水處理過(guò)程中的碳排放來(lái)源包括CO2、CH4和N2O 類(lèi)碳排放。聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專(zhuān)門(mén)委員會(huì)（IPCC）于2019 年5 月通過(guò)修訂版《2019 清單指南》，對(duì)污水處理過(guò)程中的碳排放因子、計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。我國(guó)目前尚未發(fā)布針對(duì)污水處理的溫室氣體排放核算與報(bào)告要求的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，碳排放核算實(shí)踐及研究大多借鑒IPCC 相關(guān)方法，但《省級(jí)溫室氣體清單編制指南（試行）》（2011）和《工業(yè)其他行業(yè)企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報(bào)告指南（試行）》（2015）中給出了國(guó)內(nèi)特定缺省值、參數(shù)值。

本文結(jié)合IPCC 指南方法以及我國(guó)發(fā)布的2個(gè)指南文件中給出的國(guó)內(nèi)特定缺省值、參數(shù)值等，進(jìn)行城市生活污水處理碳排放核算研究。由于《IPCC2006 年國(guó)家溫室氣體清單指南》及《2019清單指南》中均未將污水處理階段釋放的CO2納入碳排放總量核算，認(rèn)為這些排放通常來(lái)源于人類(lèi)排泄物或食物垃圾中的生物成因有機(jī)物，且中華人民共和國(guó)氣候變化歷次兩年更新報(bào)告及國(guó)家信息通報(bào)中也未將其納入計(jì)算，因此本文也不開(kāi)展此部分碳排放的核算，僅核算生活污水處理過(guò)程中的N2O 和CH4類(lèi)碳排放。

1.1.1 污水脫氮N2O 類(lèi)碳排放

污水脫氮的硝化與反硝化階段均會(huì)釋放N2O，且好氧區(qū)排放的N2O 較厭氧區(qū)更多。研究表明，生物處理的直接碳排放中N2O 排放占78.4%[4]。污水中N 至N2O 的排放因子EFN2O選擇省級(jí)指南推薦值0.005 kgN2O/kgN[5]，根據(jù)IPCC第四次評(píng)估報(bào)告值，N2O 的全球變暖潛勢(shì)值GN2O為298 tCO2/tN2O[6]，污 水 脫 氮N2O 類(lèi) 碳 排放計(jì)算見(jiàn)式 （1）。

EN2O,城市污水=NE×EFN2O×44/28×GN2O（1）

污水中氮含量NE計(jì)算見(jiàn)式 （2）。

NE=（P×Pr×FNPR×FNON-CON×FIND-COM）-NS（2）式中FNPR—蛋白質(zhì)中氮含量，取推薦值0.16（IPCC 指南范圍在0.15～0.17）；FNON-CON—廢水中的非消耗蛋白質(zhì)因子，取推薦值1.5；FIND-COM—工業(yè)和商業(yè)的蛋白質(zhì)排放因子，取推薦值1.25；NS—隨污泥清除的氮，取缺省值0；P—常住人口數(shù)，取值來(lái)源為城市統(tǒng)計(jì)年鑒人口統(tǒng)計(jì)值；Pr—人均蛋白質(zhì)消耗量，若無(wú)城市數(shù)據(jù)，可以根據(jù)城市居民年人均主要食品消費(fèi)量及其中蛋白質(zhì)成分含量進(jìn)行推算。

根據(jù)李彥旻等[7]對(duì)重慶市城市居民食物氮消費(fèi)的研究及《中國(guó)食物成分表》，重慶市居民主要消費(fèi)食品糧食（原糧）、蔬菜及菜制品、肉類(lèi)、蛋類(lèi)及蛋制品、奶和奶制品等的蛋白質(zhì)含量系數(shù)分別為9%、2%、18.25%、12.69%、3.44%，進(jìn)一步得到2014～2021 年重慶市人均蛋白質(zhì)攝入量，詳見(jiàn)圖1。

圖1 2014～2021 年重慶市年人均蛋白質(zhì)攝入量

1.1.2 污水處理CH4類(lèi)碳排放

由IPCC 的《2019 清單指南》可知，污水和污泥的厭氧處理是CH4排放的重要來(lái)源，若產(chǎn)生的CH4未設(shè)回收裝置，則需要考慮此部分碳排放量。根據(jù)IPCC 第四次評(píng)估報(bào)告，CH4的全球變暖潛勢(shì)值GCH4為25 tCO2/tCH4，污水處理CH4類(lèi)碳排放計(jì)算見(jiàn)式（3）。

式中TOW—處理污水中含有的有機(jī)物BOD 總量，若無(wú)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，以《省級(jí)指南》中提供的西南地區(qū)BOD/COD 推薦值0.51 進(jìn)行折算；EFCH4—BOD 至CH4的排放因子；R—污水處理甲烷回收量，此處取缺省值0。

BOD 至CH4的排放因子計(jì)算見(jiàn)式（4）。

式中B0—CH4最大生產(chǎn)能力，取省級(jí)指南中的推薦性值（默認(rèn)值）0.6[8]；MCF—CH4修正因子，取全國(guó)平均值0.165。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

在城市生活污水處理碳排放核算中，城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于研究年份的中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒及中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)等，相關(guān)參數(shù)取值源于《省級(jí)溫室氣體清單編制指南（試行）》（2011）推薦性數(shù)值以及核算城市特定數(shù)據(jù)等，核算公式中各活動(dòng)數(shù)據(jù)均需以年為單位。

2 重慶市生活污水處理碳排放量分析及預(yù)測(cè)

依據(jù)生活污水處理碳核算方法，以重慶市為例對(duì)其城市生活污水處理碳排放量進(jìn)行核算分析，探究地區(qū)第三產(chǎn)業(yè)GDP 與生活污水處理碳排放量間的相關(guān)關(guān)系，并對(duì)重慶市2025 年的生活污水處理碳排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.1 重慶市生活污水處理碳排放總體情況分析

經(jīng)核算得到2014～2021 年重慶市歷年城市生活污水處理碳排放量，如圖2所示。2014～2021年，重慶市生活污水處理碳排放總量呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢(shì)。2014～2017 年碳排放總量逐漸升高，2017 年達(dá)到最高值86.51 萬(wàn)t，相較于2014 年增加了8.91%，之后開(kāi)始下降。就溫室氣體的具體類(lèi)別來(lái)看，2014～2019 年，城市生活污水脫氮產(chǎn)生的N2O 類(lèi)溫室氣體和污水處理產(chǎn)生的CH4類(lèi)溫室氣體的排放量均變化平緩。自2019 年之后，N2O 類(lèi)溫室氣體排放量明顯增多，而CH4類(lèi)溫室氣體的排放量則明顯下降。此外，對(duì)比2 類(lèi)溫室氣體排放量數(shù)據(jù)，城市生活污水脫氮產(chǎn)生的N2O類(lèi)溫室氣體是主要的碳排放貢獻(xiàn)類(lèi)別，歷年N2O類(lèi)碳排放量均高于污水處理產(chǎn)生的CH4類(lèi)碳排放量。2014～2021 年的N2O 類(lèi)碳排放總量為446.65萬(wàn)t，占比68.64%，CH4類(lèi)碳排放總量為204.02萬(wàn)t，占比31.36%。這與Hua H 等[9]對(duì)中國(guó)城市污水處理碳排放研究中得到的N2O 排放占主導(dǎo)、CH4排放占比較少，以及Bao Z 等[10]對(duì)北京市大型生活污水處理廠碳排放分析得到的N2O 造成的直接碳排放是溫室氣體來(lái)源的主要貢獻(xiàn)者結(jié)論一致。

圖2 重慶市生活污水處理碳排放量

2.2 碳排放與第三產(chǎn)業(yè)GDP 相關(guān)性分析

經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染水平之間往往存在“倒U 型”曲線關(guān)系，又稱(chēng)環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線，即隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，環(huán)境污染水平先升高后降低。2018 年，國(guó)家統(tǒng)計(jì)局根據(jù)《國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類(lèi)》(GB/T 4754-2017)對(duì)第三版《三次產(chǎn)業(yè)劃分規(guī)定》進(jìn)行修訂，其中規(guī)定第三產(chǎn)業(yè)主要為服務(wù)業(yè)，包括住宿、餐飲、環(huán)境和公共設(shè)施等，可見(jiàn)第三產(chǎn)業(yè)活動(dòng)引起的廢水排放是城市生活污水的主要來(lái)源。故將對(duì)重慶市第三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與城市生活污水處理碳排放量之間的相關(guān)關(guān)系開(kāi)展探究。

由圖2 可知，2020 年重慶市第三產(chǎn)業(yè)GDP增速受客觀因素影響為歷年最低，這與碳排放量驟然降低趨勢(shì)相吻合。為更好對(duì)碳排放量進(jìn)行預(yù)測(cè)將該數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，以重慶市第三產(chǎn)業(yè)GDP為自變量x，以城市生活污水處理造成的碳排放量為因變量y 開(kāi)展回歸分析，進(jìn)一步探究經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境污染間的相關(guān)關(guān)系。

根據(jù)重慶市第三產(chǎn)業(yè)GDP 與生活污水處理碳排放量間散點(diǎn)圖，判斷二者間存在曲線關(guān)系，進(jìn)行曲線估算分析。由圖3 可知，回歸分析曲線呈現(xiàn)“倒U 型”，構(gòu)建出二次模型y =0.008x-3.589×10-7x2+ 43.543，R方值為0.801，接近于1，方差顯著性為0.04，系數(shù)顯著性均小于0.05，拒絕原變量間不相關(guān)的假設(shè)，自變量對(duì)因變量的解釋程度較高，模型擬合優(yōu)度較好。說(shuō)明隨著城市第三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，污水處理碳排放量達(dá)到最高點(diǎn)后逐漸降低，意味著重慶市經(jīng)濟(jì)活動(dòng)正朝著更加綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展的方向轉(zhuǎn)型。

圖3 重慶市污水處理碳排放量與第三產(chǎn)業(yè)GDP 回歸分析

2.3 2025 年重慶市污水處理碳排放水平預(yù)測(cè)

根據(jù)所構(gòu)建出的重慶市第三產(chǎn)業(yè)GDP 與城市生活污水處理碳排放量間的二次模型，預(yù)測(cè)重慶市2025 年的城市污水處理碳排放水平。2021年的重慶市GDP 為27894.02 億元，第三產(chǎn)業(yè)GDP 占比為53.01%，根據(jù)重慶市“十四五”規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)，錨定的“十四五”規(guī)劃期間GDP 年均增速為6%，按此估算，預(yù)期2025年的重慶市GDP 將達(dá)到35215.56 億元。根據(jù)《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，2035 年的國(guó)內(nèi)人均GDP 要達(dá)到中等發(fā)達(dá)國(guó)家水平，而一般發(fā)達(dá)國(guó)家第三產(chǎn)業(yè)的GDP 占比要超過(guò)60%[11]，按勻速增長(zhǎng)的比例測(cè)算，預(yù)計(jì)2025 年GDP 占比達(dá)到55.01%，按此比例進(jìn)行估算得到預(yù)期的2025年重慶市第三產(chǎn)業(yè)GDP 值為19372.08 億元。根據(jù)構(gòu)建的二次模型進(jìn)行測(cè)算，預(yù)測(cè)2025 年重慶市城市污水處理碳排放量將降至63.83 萬(wàn)t，相較于2021 年的碳排放水平下降20.25%，城市碳減排預(yù)期將取得顯著成效。

2.4 小結(jié)

2014～2021 年重慶市城市生活污水處理碳排放總量為650.67 萬(wàn)t，年均碳排放量為81.33 萬(wàn)t，生活污水處理碳排放特征是以N2O 類(lèi)碳排放為主，占排放總量的68.64%，CH4類(lèi)碳排放量占比為31.36%。重慶市生活污水處理碳排放量與第三產(chǎn)業(yè)GDP 間相關(guān)關(guān)系顯著，回歸曲線呈“倒U 型”，預(yù)期2025 年重慶市污水處理碳排放量將降至63.83 萬(wàn)t，相較于2021 年碳排放水平下降20.25%。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，提出生活污水處理4 大碳減排路徑，即①未執(zhí)行雨污分流、清污分流模式的地區(qū)須在能力條件下應(yīng)改盡改，新建項(xiàng)目嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)加強(qiáng)雨水、污水排放監(jiān)督管理，禁止工業(yè)廢水未經(jīng)處理直接排放至生活污水排水管網(wǎng)中，做到污水處理差別化精準(zhǔn)提標(biāo)；②采用更加綠色高效的處理技術(shù)以及自動(dòng)化精準(zhǔn)控制技術(shù)，減少物耗能耗；③提高出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，降低處理后出水排放至環(huán)境中造成的碳排放；④城市生活污水流量穩(wěn)定，污水余熱具有很高的回收價(jià)值，可以利用水源熱泵對(duì)其進(jìn)行回收以減少煤炭、電能等消耗造成的碳排放。