当前，在环境污染日益严重的同时，气候变化不断加剧，人类社会的可持续发展面临严峻挑战。作为污染物和温室气体排放的关键环节，构建碳中和污水处理厂、实现减污降碳协同成为新时期环境治理的重要方向。围绕碳中和污水厂构建路径，从污水处理过程的能耗控制与能量自给、污水处理工艺的减药与碳源利用、污水再生与有价物质的循环利用等方面进行了系统解析，并评估了相关举措的碳减排效益。面向未来，推动能耗优化与清洁能源使用、降低处理过程碳耗药耗、提高污水再生与有价物质循环利用等措施，结合科技创新、政策制定、城市规划等综合举措，将有助于加速污水处理厂碳中和进程，并形成以水为核心的碳中和城市构建蓝色方案。

联合国气候变化公约组织的数据显示，2019年欧盟的污水处理碳排放为2300万t，美国为4500万t。2019年我国5155座市政污水厂共处理526亿t污水；污染水厂总碳排放为5300万t，包括污水处理过程中产生的甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）等直接排放，以及污水处理过程中的能耗药耗相关的间接排放。可见，污水处理厂是重要的温室气体排放源。为此，污水处理正从污染控制转向碳污协同减排。面向污水处理厂的能量自给和碳中和，美国索诺玛县水务部门自2006年起开始实施，并在2015年实现供水与污水系统使用100%无碳电力；荷兰于2010年提出未来的污水厂应该是营养物质（Nutrients）、能源（Energy）和水（Water）工厂的概念（NEWs）；日本国土、基础设施、交通和旅游部与日本污水工程协会于2014年共同发布了“新污水系统愿景2100”，旨在通过污水处理系统中整合再生水回用及水载热能利用，建立低碳与循环理念的社区。2014年，我国学者提出建设面向未来的中国污水处理概念厂，第一座污水资源回收工厂（宜兴概念厂）于2021年建成投运，践行了污水是资源、污水处理厂是资源工厂的理念，也使概念成为现实，引领中国和世界污水处理范式的变革。

然而，尽管各个国家和地区在污水厂能源自给和碳中和方面已有一定的探索，但是在具体实践中，因为水质水量、政策支持、技术成熟度、能源供应结构等差异，实现污水处理厂碳中和仍然任重道远。

1. 污水处理碳源与药剂投加需求

通过污水好氧、厌氧反应和生物内源呼吸进行有机质降解外，污水处理厂还需要通过投加药剂/碳源，使出水达标排放。例如，污水处理厂进水碳氮比低时，为保证生物过程脱氮除磷，需额外投加乙酸钠、葡萄糖、甲醇等小分子、易降解有机物作为碳源。此外，视不同情况，污水处理过程中可能还需要投加pH调节剂（NaOH）、混凝剂（PAC）、絮凝剂（PAM）、消毒剂（NaClO）等。

2. 碳源优化利用与替代技术模式

1）优化碳源投加系统。针对碳源需求的动态变化，通过实时水质监测，可实现碳源投加量与需求量的精准匹配，避免过量投加，保障工艺的高效、稳定运行。例如，通过进行人工调控碳源投加、引入碳源智能投加系统，污水处理厂在保障工艺稳定运行的前提下，实现了对碳源投加的精准控制，碳源投加量（乙酸钠、甲醇等）降低了21.2%~25.0%。

2）充分利用内源碳源。充分利用污水处理系统中的碳源（内碳源），包括：污水中的非溶解性颗粒碳、难生物降解有机碳和污泥中的有机质等。通过强化一级处理工艺截留颗粒性有机碳，与剩余污泥一起通过厌氧水解酸化产生的挥发性脂肪酸（VFA），是脱氮除磷过程的优质内源碳源，在解决碳源不足问题的同时，可以实现污泥减量。此外，研究发现VFA作为碳源时的反硝化效果，显著高于以甲醇和乙醇等作为碳源时的反硝化效果。经两级碱性水解酸化处理后，脱氮除磷效率可提高80.1%~90.0%，污泥减量达42.1%。

3）开发替代外源碳源。开发不会引起碳净增长的中性生物质碳作为污水处理厂的替代外加碳源，解决污水厂碳源投加问题的同时，实现固废的资源化循环利用。研究发现，餐厨等易腐垃圾沼液作为污水处理厂补充碳源时，反硝化速率提高2.23倍，同步硝化反硝化效率提升39.2%，总氮去除率提高1.34倍。此外，农业废弃物也可以作为植物性优质外源碳源。例如，稻壳作为外加碳源反硝化速率得到有效提升，达到91.6%。

3. 技术升级实现节能减排

污水处理过程碳排放分直接碳排放与间接碳排放。其中，按IPCC规定由污水中生源性COD产生的CO2（直接排放）不应纳入污水处理碳排放清单，而CH4、N2O及污水COD中化石成分产生的CO2则应纳入污水处理直接碳排放清单。

因此间接排放主要是能耗和药耗。由于在污水处理厂运行中最直接反映的是能耗，而药耗形成的碳排放一般在污水处理以外的行业（化工、运输等）产生（但应计入污水处理碳排放清单），故污水处理厂并不关心。

药耗碳排放因工艺本身使用的药剂所产生，因此，应考虑减少碳源与化学除磷药剂投加量，以减少此类间接碳排放。慢慢地以减少对碳源和药剂的依赖的强化生物脱氮除磷技术将是成为污水处理的主流。

然而，“零能耗”的污水处理工艺是很难实现的，除非采用基于自然的处理系统。因此，仅仅靠节能降耗这种间接碳减排方式，尚不能完全实现碳中和运行的目标。

4. 降低投药量的工艺选择

浙江永续环境工程有限公司的核心技术HJDL工艺不同于其他传统的污水处理工艺，该工艺以强化生化反应为核心，通过投加复合微生物菌剂和生物增效载体，在高效厌氧，兼氧，好氧孵化器的独特造粒功能作用下，全天候、无死角、全时段的在反应池产生具有外部好氧，中部兼氧，内部厌氧特殊结构的颗粒化污泥，给微生物构造了一个优良的生存环境、利用了微生物间的协同作用，实现了在无外加碳源条件下碳、氮、磷的同步去除。同事该工艺具有新陈代谢速度快及优势菌群富集度高的特点，可大幅提高微生物数量种群及活性。

该技术目前面向现有污水厂可不停产、不停水、不动土建实现原位提标、提量改造，且见效快，30 天内可达GB18918-2002 一级A 标准；60 天达GB3838-2002 地表四类水排放标准；投资效益突出，运营维护成本低，可节省97%-100%的碳源(乙酸钠、甲醇、葡萄糖等)，同时可节省75%-92%的除磷剂，避免化学药剂二次污染，迎合政府低碳“3060目标”减轻政府财政负担。

“碳中和”已成为热词。在这样的时代背景和发展前景下，永续环境下会从自身专业角度出发，以循环利用资源、节能减排为方向，着手于工艺路线优化，设备性能改良，技术改革创新，同时积极响应控制二氧化碳排放和温室气体的排放，践行“碳达峰、碳中和”，为实现真正意义上的污水处理厂碳中和运行贡献自己的一份力量。

永续环境致力于解决环保水务企业在运营中遇到的“避险、合规、降本、增效”等行业痛点问题，专业的技术团队将会对问题进行了深入探讨，探寻不同的解题思路。软硬一体解决方案的出现，为水务集团这类重资产运营公司有效地提升了资产运营效率，同时，让国有资产保值增值探索出一条新路。