城市污水系统碳排放特征与减排技术研究进展：迈向碳中和的水处理创新路径

针对城市污水系统贡献全球1%-2%温室气体排放的问题，研究人员系统分析了CO2 、CH4 和N2 O在收集、输送、处理及排放全过程的产生机制，提出能源回收、低碳脱氮等五大减排技术方向，为污水行业实现"双碳"目标提供关键技术支撑。

　　

随着全球人口突破80亿大关，城市化进程加速带来的环境压力日益凸显。城市污水系统作为重要的碳排放源，其产生的温室气体（GHGs）占社会总排放量的1%-2%，其中甲烷（CH₄
）和化石源二氧化碳（CO₂
）是主要贡献者，而氧化亚氮（N₂
O）则主要产生于脱氮过程。面对2050-2060年全球碳中和承诺，传统高能耗污水处理模式亟待转型。中国城市建设研究院等机构的研究团队在《Water Cycle》发表综述，系统解析了污水系统各环节碳排放机制，并提出了创新性减排技术路线。

研究采用全生命周期分析方法，结合中国116万公里污水管网和4695座处理设施的运行数据，通过文献计量学手段整合了全球典型案例。关键技术包括：碳流向调控技术（CEPT/HRAS）、膜曝气生物膜反应器（MABR）、厌氧膜生物反应器（AnMBR）等能量回收系统，以及厌氧氨氧化、硫自养反硝化等低碳脱氮工艺。

研究结果揭示：

1. 化粪池贡献了系统1/3碳排放，其CH₄
   排放与氧化还原电位（ORP）显著相关；
2. 污水管网作为"生物反应器"，COD去除率10%-40%的同时产生大量GHGs，铁盐投加可抑制86.6%的产甲烷菌活性；
3. 污水处理环节中，好氧单元贡献96%的CO₂
   排放，而短程硝化可将脱氮能耗降低25%；
4. 污泥厌氧消化产甲烷实现能量回收，奥地利Strass污水厂能源自给率达108%；
5. 受纳水体因长期纳污导致CH₄
   浓度提升1.2倍，CO₂
   升高8.6倍。

在技术评估部分，研究对比了：

• 碳源拦截技术（COD回收率46%-90%）
• CANDO+热电联产系统（N₂
  O回收提升发电效率）
• 好氧颗粒污泥（MLSS 8-15 g/L，能耗降低35%-70%）
• 微藻固碳（脂质含量达60%）等技术的减排效益。

结论指出，污水系统减排应聚焦好氧/厌氧阶段的N₂
O和CH₄
控制，通过工艺优化（如精确曝气节省20%-30%能耗）、能源回收（芬兰Kakolanm?ki厂碳中和率333%）和智能管理（北京排水集团年节电1500万度）等多维策略，可实现污染治理与碳减排的协同增效。该研究为全球污水处理行业迈向碳中和提供了系统解决方案，特别对中国实现"双碳"目标具有重要指导价值。