全生命周期视角下管控外包排放对中国城市污水处理行业脱碳的关键意义

为解决污水处理行业温室气体（GHG）排放带来的气候变化挑战，以及外包排放监管难题，研究人员开展 “控制外包排放对中国城市污水处理行业全生命周期脱碳的影响” 研究。结果发现外包排放占比超 41%，北方等地是主要排放源，生产和需求结构变化影响减排。该研究为行业脱碳提供策略，意义重大。

　　随着城市化进程加快，污水处理成为保障城市水资源可持续利用和应对气候变化的关键环节。然而，污水处理过程中产生的温室气体（Greenhouse Gas，GHG）排放却给全球气候带来了不小的压力。据研究，污水处理相关的 GHG 排放对人类活动引起的气候变化影响占比达 3% - 7%，其来源广泛，涵盖生化处理、能源消耗以及相关化学制品和设备生产等环节。在中国，城市一方面面临着建设大量污水处理厂（Wastewater Treatment Plants，WWTPs）以满足需求的重任，另一方面还要努力降低这些处理厂的 GHG 排放，可当前各地 WWTPs 的 GHG 排放却呈现出不同程度的增长态势。

以往研究虽已对污水处理的 GHG 排放进行了量化，但对于外包排放（通过区域间贸易产生的间接排放）以及相关驱动因素的探究仍存在明显不足。这使得人们难以全面了解污水处理行业的碳排放情况，也无法从全生命周期角度制定有效的减排策略。为了填补这些知识空白，浙江理工大学、中山大学、南京大学、北京师范大学等单位的研究人员展开了一项深入研究，该研究成果发表于《Cell Reports Sustainability》。

研究人员采用了系统的跟踪框架，将投入产出分析、网络控制分析（Network Control Analysis，NCA）和结构分解分析（Structural Decomposition Analysis，SDA）相结合。利用多区域投入产出（Multi-Regional Input-Output，MRIO）模型，综合考虑不同地区生产效率和经济结构差异，对 WWTPs 各阶段的碳足迹进行核算，以此追踪区域间贸易中的碳排放流动，并确定影响 WWTPs 碳足迹变化的关键驱动因素。

研究结果显示：

• 城市 WWTPs 的碳足迹：在 2006 - 2015 年期间，污水处理阶段的排放占比较大，为 46% - 81%，不过污泥处理和中水回用阶段的排放量分别增长了 174% 和 143%，未来可能成为全国 GHG 排放控制的关键环节。从区域来看，不同省份各阶段排放占比差异显著，如山西、河南、四川等地污水处理排放占比超 60%；2015 年基础设施建设排放前五的省份为青海、广西、宁夏、河北和海南；北京和新疆的中水回用排放占比在 2015 年分别达到 49% 和 28% 。此外，全国范围内外包排放占总排放的比例超 41%，是碳排放增长的关键因素，且 CH4 和 N2O 排放无论是直接还是外包形式，在 WWTPs 总碳足迹中的占比都呈上升趋势。2015 年， CO2 排放占 WWTPs 总碳足迹的 67%，是主要贡献者 。
• 城市 WWTPs 相关排放的外包情况：通过分析 2015 年各阶段排放的区域外包情况，发现南方、东部、中部和西南部地区是 WWTPs 相关隐含 GHG 排放的净进口区域，而北方和西部资源丰富地区则是主要的排放输出地。例如，东部地区在污水处理阶段的排放主要外包至北方、西北和东北地区；中水回用阶段，华北地区因大规模建设中水基础设施，成为主要净进口区域，华东和西北地区向其出口的排放占其进口量的 57% ；在污泥处理阶段，华东地区是主要净进口区域 。同时，研究还发现各省份间 WWTPs 相关碳排放网络的控制和依赖关系在 2006 - 2015 年有所变化，部分省份如山西、内蒙古等在 2010 年后对其他地区的依赖逐渐降低。
• 城市 WWTPs 碳足迹的社会经济驱动因素：总体而言，2006 - 2015 年期间，需求侧的最终需求结构、人均需求量和人口等因素是 WWTPs 碳足迹增长的主要驱动因素，生产侧因素未能有效抵消这种增长。不过，2010 - 2015 年，受生产结构、排放强度和最终需求结构变化的影响，部分地区如南方和西南地区的污水处理碳足迹有所下降，但其他地区仍在增长。不同类型的 GHG 受不同因素影响， CO2 排放可通过降低生产中的碳强度有效调控，而 CH4 和 N2O 的减排则依赖于生产和需求结构的调整 。各驱动因素在不同阶段的影响也有所不同，基础设施建设阶段，碳强度和生产结构变化对减排贡献较大；污水处理和回用阶段，碳强度、生产结构和最终需求结构的变化共同促进了减排；但在污泥处理阶段，多数省份碳强度的增加导致排放上升 。

在讨论部分，研究指出实现碳中性目标需要从全生命周期视角探索 WWTPs 的 GHG 减排路径。目前，中国在全国范围内推广先进低碳技术面临诸多挑战，如地区资源禀赋差异、技术条件和社会经济转型水平不一致等。因此，除了减少现场排放，还需重视外包排放的监管。研究揭示了区域间贸易导致的排放外包现象，强调了产业链合作减排的重要性。发达地区应与欠发达地区建立合作机制，提供技术和资金支持，助力其低碳转型。同时，优化能源结构、发展可再生能源、调整产业结构和升级需求模式等措施，对减少间接 CO2 排放以及 CH4 和 N2O 排放具有重要意义。从生产和消费角度来看，降低碳强度、优化污泥处理方式、监测最终需求结构变化等，都是实现 WWTPs 深度脱碳的关键策略。此外，建立城市 WWTPs 碳交易机制，也有助于推动跨区域合作，实现污水处理的碳中性目标。

综上所述，该研究通过全面分析中国城市污水处理行业的外包排放及其驱动因素，为实现行业深度脱碳提供了重要的理论依据和实践指导，对推动全球污水处理行业的可持续发展具有重要的借鉴意义。

研究人员运用的主要技术方法包括：利用 MRIO 模型，结合各经济部门的能源使用和资源投入数据，核算 WWTPs 相关的外包排放；借助生态网络分析（Ecological Network Analysis，ENA）和 NCA，构建碳流网络，评估各地区间的排放控制和依赖关系；运用 SDA，分析不同社会经济因素对 WWTPs 碳足迹变化的贡献 。