双碳之下水务技术产品或将加速分层，哪些将进阶？

　　“双碳”战略下，业界能够越来越深刻感知到，城镇水务的碳达峰，碳中和实施路径，是行业发展的分水岭和推动力。对于身在一线的企业来说，影响变得更为直观锐利——在新的评价体系下，技术优劣、产品潜力、市场空间，或将出现全新的变化。曾经的“一招鲜”可能面临失效，初见平平的产品或将站上风口。避雷和押宝，成了新形势下水务企业不得不考虑的问题。

　　未来新水务专家组专家、北京建筑大学教授郝晓地指出，城镇给水处理厂和污水处理厂运行阶段，碳排放活动主要包括给水处理厂取水、处理和输配水产生的电耗和药耗（包括运输），以及污水处理过程直接产生的非二气体排放（CH₄与N₂O）、电耗药耗（包括运输）、污泥外运等。这些碳排放的构成，均一定程度影响着行业对于技术产品的取向。

　　基于N₂O：短程硝化工艺减分，精准曝气市场缩减

　　N₂O（氧化亚氮）在人为碳排放量中的占比高达40%，且N₂O全球变暖潜能值是CO₂的273倍。可以预见，在双碳战略的中后期，N₂O将成为管控重点。

　　水务行业中，与N₂O有直接关联的是硝化、反硝化环节，在好氧条件下利用硝化细菌将含氮物质转化为硝酸盐（NO₃^-），再在缺氧条件下利用反硝化细菌将硝酸盐还原成气态氮(N₂)。而Royal Haskoning DHV公司发表的《Let‘s start with reducing nitrous oxide emissions today》白皮书指出，污水处理厂中N2O来源已被广泛研究了至少20年。最新研究认为，低溶解氧(DO)、高氨氮峰值、亚硝酸盐（NO₂^-）积累和不足曝气会触发硝化过程中产生N₂O。在反硝化过程中，碳源不足也会导致反硝化止于N₂O。

　　据此，通过降低DO、追求N₂O稳定积累的短程硝化工艺，在控制N₂O产生原则下，可能面临着“减分”。“如硫自养反硝化工艺，表面看NO₃^-是去除了，但有可能很多都转变成为N₂O而不是N₂。”郝晓地表示：“计算显示，采用硫自养反硝化工艺，30mg NO₃--N/L中只要有2%（0.6mg NO₃--N/L）驻留N₂O，产生的CO₂当量就已超过硫自养反硝化不投加碳源而节省的碳排放量。”

　　与此相关，还将带来精准曝气市场的缩减及产品导向的变化。未来新水务研究中心高嵩认为：“此前，在不依赖精准曝气设备的情况下，行业普遍把DO控制在2mg/L左右。考虑到后续工艺脱氮效果，实际将DO控制在0.5mg/L左右，出水效果也很好。这样就产生了75%的可优化空间，催生了精准曝气设备市场。这个市场的技术导向就是比拼谁能将精准曝气量稳定控制在更低的水平。而如今考虑N2O问题，DO至少需要维持在1.5mg/L以上，设备应用空间大大收缩。”

　　反之，便捷、低成本的曝气设备或将更受关注。水技术在线（Aquatech）在2022年推荐的30种助力零碳排的仪器、设备中，就包含一种高效、便捷、低成本的氧气传质和混合曝气器——VorTech旋流动力曝气器，它兼具DO监测和控制功能，能够在水体达到预定DO量时自动切断电源；可通过环形射流涡轮机系统回收高达20%的输入能量，并回用于泵中。

旋流动力曝气器（图源Aquatech）

　　基于能耗：紧凑型工艺、污泥协同焚烧获青睐

　　当前水务企业虽属于非控碳排行业，但已经受到区域碳达峰及联交所碳披露等政策行业管控要求。其中，碳达峰主要指标为企业电力及化石燃料燃烧带来的CO₂排放。可以看出，自身节能降耗及化石燃料清洁能源替代，将成为水务企业完成政治任务的主要手段。

　　据此，一些能耗较大的工艺及产品设备，包括水处理主体工艺、污泥处理工艺、单元技术产品等，其能耗劣势或将放大，甚至掩盖其它方面的优势，从而进一步遭受质疑。如，郝晓地在一篇对于MBR工艺碳排放进行定量评价的文章中提到，膜生物反应器（MBR）因其单位体积生物量高、占地节省、出水水质好等优点迅速进入国人视野，但在双碳战略下，膜污染以及由此而引起的膜通量下降所导致的能耗过高问题势必会造成污水处理碳排放量强势增加；膜清洗/频率高、膜丝（有机纤维膜）断裂/更换频繁等一系列问题也会间接增加碳排放量，过高能耗与运行费用会抵消其在良好出水水质与紧凑占地方面的优势。

　　与之相反，紧凑型污水处理工艺被视为“低碳排工艺”的代表。污水处理过程中，生物反应器运行需要搅拌、曝气并回流，会消耗大量电能从而产生的间接碳排放，约占污水处理厂碳排放总量的18%。因此，通过提高水处理效率与负荷，缩小反应器体积，则可减少其规划建设中工程及建材消耗产生的碳排放量，以及运行维护中各类机械运行消耗电能、处理消耗药剂等产生的间接碳排放量。

　　例如，好氧颗粒污泥(AGS)工艺，利用了微生物团聚形成的密实结构，其密度及生物量较传统工艺都有明显提高。其反应器占地面积仅为同规模污水处理工艺的1/4，整体设计简约紧凑。而其运行维护中生化反应产生的N2O水平与传统污水处理厂相当。但其需要的机械设备较少，不需污泥回流泵等设备，可节约25%-30%总能耗。加之其工艺过程需求曝气量更低，可节约30%的能耗。因而AGS工艺总体可减少约30%能量消耗，且不需额外投加化学药剂。

　　好氧颗粒污泥结构及大体脱氮过程

　　从能源回收角度，对污水处理厂进行能源挖潜，也可打开负碳空间。与此相关的市场包括水源热泵、污泥协同焚烧等。2022年以来欧洲热泵市场大幅增长间接验证了这一点。污泥方面，日前发布的《关于推进污水处理减污降碳协同增效的实施意见》中也明确将“利用垃圾焚烧厂、火力发电厂、水泥窑等设施处理能力协同焚烧处置污泥”，定义为“低碳处理工艺”。

　　此外，基于CO₂及CH₄的排放管控，还将进一步打开智慧水务、数字孪生、管网清淤等市场空间。由于不涉及技术工艺的选择导向，在此不做赘述，有兴趣的读者可点击阅读“被双碳战略串起来的城镇水务新产业链”。

　　值得注意的是，本文分析是基于双碳战略下的系列评价指标，对相关技术工艺在这一维度上的评价与判断。在实际工程项目决策中，需要考量的要素更为多元，应结合企业战略、成本优势、运营水平等方面综合考虑。